基于的电力资源管理系统.pdf

6 测绘 技术装备季刊第 4卷20 02 年第 1 期技术交流 基于 GI S 的电力资源管理系统分析 张耀民王春 (西安 科技 学 院 7 1 00 45()国家测绘 局测 绘标准化研究所 7 10 05 4) 摘要本文就基于 GI S的 电力资源管理系统的开发技术路线 、 体系结构 和功能需求 , 以及GI S软件现存和 尚待研究的问题进行了分析讨论 , 可供开发支持设备全生存期管理的地理信息系 统和基于GI S的 电 力资源 管理系统 时参考 。 关键词 GI S 自动制 图与设备管理系统 分析 1 引言配网自动化 DA /配 网管理系统 DMS 是 由配网 地理信息 系统是基于 电子地图 、 图形 图像处 理 、 实时监 控和配网运 行管理信息 系统两部分紧 密组成 多媒体 、 可视化技术和地理空间数据采 集 、 处理 、 分 的 。 DMS 是为包括图形及非图形信息 的配网设施静 析 、 开采 、 决策支持技术的信息 系统(G I) S 。 在GS J中态资 料 , 提供完善 、 实用的信息化维 护 、 管理工具 ; 为 由空 间图形信息可以查 询属性表 格信息 、 由属 性表 格 包括 电能参数及 电网结构参数的 配网运行实时 动 态 信息可以查询空间图形信息 。 现实世界 中8 0% 的信 资料 , 提供实 时 、 准 确 、 方便的信息化维护 、 管理工具 。 息 与地理位置有关 , 更多 的信息 都具有可视图形特 它是一种 在完 备 的信息 化静 、 动态资料支持下 , 为配 征 , 地理信息 系统是管理分布在空间 中 的物 流 、 能量网运 行 控制 、 设备维 护 、 生产管理 , 提供自动操作手 流 、 信息 流 、 人流 、 资金 流 的有效 手段 。 近 年来全球掀段 、 信息 共享 环境以及决策支持工具的计算机应用系 起的 “ 空间数字基础设施 ” 和 “ 数字地球 ” 战略以及 “ 数统 。 作为 D A 和 DMS 的 基 础软件的地理信息 系统 字国家 ” 、 “ 数字城市 ” 等建设 , 把GI S应 用 推 向新的 GI S 可与电 网安全监控 与数据采集系统S C A D A 、 电 高潮 。 能管理 系统 EMS 、 电能计量 系统 TMS 、 馈线 自动 化 在电力 工业中 , 以GI S基础 软 件为 平 台建立 “ 数 系统 、 故障投诉管理(T CM) 、 合同管理系统 CMS 、 配 字 电网 ” 为框架的 电力管理信息 系统 , 已成 为发达 国 电网分析软件( PA S) 、 配 电工作管理系 统丈 DWM) 、 用 家电力企业 , 为 增 强自身竞争能力(降低生产成本 、 提电 营业管理 (SM) 、 负荷管理( LM) 、 结算系统S B S 、 信 高服务水 平)而进行 生产经营 “ 业务重 组 ” 、 提高电网 息发 布 系统5 15 、 报价处理系 统 BP S 、 电 厂报价辅助 运行科学管理水平的必不可少的新一代软件工具 。 同系统GBS , 电力管理信息EMI S等电力自动化系统 样 , GS J 技术在促进我 国电力生产经 营管理 工作赶超集成在 一起 , 通过 图形方式显 示分布图 、 专题图 、 接线 国际先进水平的 进程中 , 也将起 到强 劲 的助推器作 图 、 潮 流 图 、 曲线 、 图表 , 进 行 网 络 拓 扑分析 、 状态估 用 。 计 、 故障分析 、 安全分析 、 负荷分析 、 线损分析 、 配网计 在 电力 资源管理系统中 , 对于电力设施 诸如 线路算 , 提供生 产运 营决策支持 。 (架空线 、 电缆线) 、 设备(配 电站 、 开关站 、 杆塔 、 变电在国家加快 、 加大城乡电 网建设投资的牵引下 , 亭 、 变压 器 、 开关 、 霹 雷器等)的规 划 、 设 计 、 施 工 、 运 在城乡 电网改造工作迫切 需求的推动下 , 供电行业希 行 、 检修维护 , 电力状况(空间分布 、 运行 状况 、 电能状望使用 电力GI S这一新型 配 网生产工具来降低生产 态 、 故障情况 、 污 染状况 、 安全状况)的 监测 、 结算 , 电 成本提高服务水平 , 各级企业纷纷开始着手电力 GS J 力用 户管理 : 报装 、 查询 、 呼叫 、 收费都需 要利用 地 理 应用 系统 的建设准备工作 。 目前 , 自动制图 与设备管 信息 系统进行空 间定位 、 图形输出 、 空 间分析和决策理系统结合地理信息 系统AM/FM/GI S 方 面 的软件 支持 。 具有广 阔 的市场应 用前景 , 武汉 、 北京 、 成都 、 深圳 、 广 测绘技术装备季刊第 4卷2。2年第1期 技术交流 州 、 淄博 、 杭州 、 郑州等供电局都已配备了此 系统 。 随 着全 国范 围城乡 电网建设与改造 工程 的展开 , 我 国的 电力GI S技术 应 用市 场已经全面启动 。 随着西部大 开发建设的深人 , 西电东输工程的启 动 , 电力 自动 化 工程对地理信息 系统的需求将更加迫切 。 本 文 就基于GI S的 电力资源管 理系统的开 发 技 术路线 、 体系结构 和 功 能需求 , 以及GI S软件 现存和 尚待研究的问题进行了讨论 , 可供开发支持设备全 生 存期 管 理 的地理信息 系统和基于 GI S的 电力资源管 理系统 时参考 。 2 面 向电力的GI S及 其存在问题 目前 , 面 向不 同 的应用和用 户 环境 , 基本上可分 为如下地理信息 系统软件产品体系 : 面 向 地 图 浏览的 客 户端系统和构件 , 如 : M a po bje ets 、 A re View 、 M a pX 、 M a pG u id eVie w e r 、 G eo M eida , 以及 我 国北 京图灵 软件技术有 限公司的 三维GI S处理 显示 软件 L T V RMa P ; 面 向WE B的地图应 用 服 务 器 系统和构 件 , 如 : M a pobje et slnternet M a ps e r v e r 、 M a plnfoP r o S - M a pXt r e m e 、 M ap G uidese rve r 、 G eo M ed i- a w e bM a P 、 W eb s er ve r M a p ping 、 M o d e ls ever D is e o v - e r y , 以及 我国武汉 奥发科技 有 限公司的互 联 网 地 理 信息 系 统 A I Fn t e rnetG I S , 北京 神 州 通网络技术有限 责 任公司的互联网地理信 息系统CDW e bGI S , 国家 遥感 应 用工 程 技术研究 中心 北京 科 遥 技术总公司 的 互联网地 理信息 系统Ge o B e e a ns , 武汉吉奥信息技 术 有限公司互 联 网地 理信息 系统G eo S盯f 。 面 向桌面制图 的 系统 , 如 : Mie r o s tation G eo - G r a phie s 、 M a PInfoP r o fe s siona l 、 M aptitu d e 、 MDE 、 Ae r I /f n 。 , 以及 我 国武 汉 吉 奥信息 技术有限公司的 GI S 基础平台 G eo s tar , 武 汉 中地信息 工 程有 限公司 的G IS 基础软件M a pGI S , 北 京图原空 间数据技 术 有 限公 司和北 京 朝 夕科技 有 限责 任公司的基 础软 件 M apEn gin e 。 面 向海 量空间数据库 的数据驱动服务器端系 统 , 如 : S D E 、 Sp at ia1W a r e , M o d e ls e ve r C ontinuu m 。 . 面向专业应 用 的工 程软件 , 如 Ac rFM , 以及我 国深圳雅都图形软件股份有 限公司 的 自动制图与设 备管理 系统 AM /FM 开 发 平 台G ROW和 电 网综合 信息管理 系统 E FGI S , 武 汉中地信息 工程有 限公司 的M a pGI S 通信网络地理信息 系统软件 。 需 要说明的 是 , 外国几大 Gl s 厂商如ES RI公 司 、 I nte r G r a ph 公司 、 M a plnfo 公司 、 A uto de sk公司 、 B ENT L E 公司 、 C a hp e r 公 司 的地理信息 系 统产品比 较齐全 。 经 过几 年 的努力 , 我 国也涌现 了一批 技术先 进 、 运 行可靠 、 有 相当市场份额的国产优秀软 件 , 但功 能较 为单一 。 在 我 国 电力 配 电GI S方 面 , 深 圳 雅都图 形软件 股份 有 限公 司研制的 自主版权的 电网综合信息管理 系统 E FGI S 一 直保持最高的市场 占有率 。 国产GI S 基 础平台市场 占有率保持最高的武汉中地信息工程 有限公 司 的 M a pGI S 也 有 相 应 的 电力GI S版软件 , 其它几个公司(如上 海摩 天公司)在外国 GI S 平台的 基 础上也开 发了一 些 电 力GI S应 用 软 件 。 目前GI S 在电力 系统的应 用 方面以及 电力 资 源 系 统主要存 在 如下问题 : GI S的实时性 、 三 维性 、 通信功能 、 安全功 能 尚 不健全 ; GI S与S C ADA 等电力 自动化软件 尚不 能 有 效 集成 一起 , 功能和数据 不 能共享 , 数据通信实现困 难 ; 电力 配 电 方面的网络拓扑分析 、 状态估计 、 故 障分析 、 安 全分析 、 负荷分析 、 线 损分析 、 配网计算 等 还 没有很好利用GI S 空间数据分析和决策方式 ; 国产配 电GI S软件在 配 电空 间分析 、 决策支 持方面的功能还 不健全 ; GI S 软 件对于只有 要素拓扑关系而无地理位 置 的电力 图件如 : 接线图和地图之 间 的相互映射转换 还不能 有效支持 ; 国产配 电GI S软件在互联 网和分布式对象技 术方面还比较落后 , 尚不便与其他系统集成和利用 通 用软件开 发工具进行开发 ; GIS在 电力发 电 、 输电 、 配 电 、 供电整个行 业 的 应 用 , 如 : 环保和安 全 、 生 产 、 管 理 、 用 户管理 , 全 面集 成GI S技术电力资源规划设计 、 设备档案管理 、 电力 运营 、 电能管理 、 安全控制 、 环境监测 、 消 防管理 、 呼叫 系统 、 应急调度 、 客户管理等等方面 还 没有 得到深人 应用 。 3 开发技术 路线 基于 GI S 的电力资源管理 系统 是一个庞大的软 8 测绘技术装备季刊第 4 卷 2002 年第 1期 技术交流 件系统 , 需要尖端的 网络化 、 多媒体化 、 可视化 、 多 维 化 、 构件化 、 分布式 的尖端技术支持 , 这里建议采用以 下关键技术 : 管理多媒体数据 : 系统应包含整个企业 和关键 设备重要部位 的分布式 属 性信息 、 空 间分布 、 生产工 艺 流程 、 设备运行 、 安 全网络 、 应 急方案等 , 并通 过音 频 、 视频 、 图 片 、 图形 、 文字 、 表格 进行显 示 。 支持最新的 内 外 互联网 络 (in te re n t / i nt r anet ) : 所有需 要对客户支持的信息放置在区域中 心 的WEB服务器 上 , 实现统一 的 网 上信息 发布 , 用 户端通 过浏览器可以在任一地方获取相关的信息和 网上报建 、 故障呼叫等 。 最好采用客户机/服务器和应 用 服 务器/W e b服务 器/浏览器综合分布式多层体系 结构 。 采用 分布式对象 结 构 , 基于 D COM/C O R BA 和Ja va 技 术 : 采 用 多层 次分布式的网络数据 环境 , 采 用大型网络数据库和 中间件技术进行数据管理 , 以适 应集团企业 和软件集成 , 充分利用已有软件构件和方 便以后 配备自主构件 , 以适合多种操作系统和 内外网 络环境 。 采用桌面制图信息 系统 、 网络GI S技术和空 间数据库驱动技术 , 将企业地 理分布信息 、 设备分布 信息 与企业人文地 理信息以及相 应 的基础数据 相 结 合 , 与规划设计管理 系统 、 企业MI S系统 、 生 产 运 营 系统和设备控制 调度系统 、 设备档案管理系统等的高 度集成化 , 实现海 量信息资源共享和 电力企业地图可 视化网络电子业务 。 采用 电子地 图可视化 和超链接技术 : 实现 电力 资源环境信息与地 理空间和 属性的有机结合和映射 、 超链接 , 可全 面了解企业设备属性信息和 空间分布状 况 , 在 地图上直接获 取 管 理信息 、 运行信息 、 控制信 息 , 并可进人相关系统等 。 以空间基础数据为框架 , 使电 网设备 、 运行 、 维 修等信息 、 用户信息 和其它 有关信息 的一体化集成共 享 : 用 于设备运 行 与维护 、 故障查询 、 用户投诉 、 用 电 报装等方面 , 为电力 自动化 系统提供图形可视化支 持 。 运用真三 维技术实现对设备细部监控管理 : 对 重点部位采 用现 场实地取景 , 进 行 三维建模处理 , 逼 真地反 映重 点部位的设备分布 、 管线走向 、 安 全设备 分布 、 断面分布等情况 。 采 用JSP/A SP动态 网页技术 , 进行 网上 远程 动 态数据维护和更 新 , 便于系统的维护和扩充 。 采 用XML和元数据技术 , 便于进行网络 电子 数据交换 和描 述 、 动态网页编辑 、 多 源数据集成和共 享 、 Ja v a设计 、 矢 量 图形济览 、 W e b加密 。 采用 面 向对象的UM L 标准建模语言 : 采 用 支 持 UML的建模工具如 :r o s e 进行 电力地理信息系 统 需求分析和建模设计 。 GI S 与 s cAD A系 统 、 负控系统 、 配 电自动化 系统联网 : 将电网运 行状态 在地 图上直 观地 显 示 , 进 行故障分析 、 负荷分析 、 线损分析和配网计算 , 并模拟 配网重 组 , 反 映配 网调控的效果 , 为配 电运行和 生产 指挥提供决策依 据 。 4 系统 结构体系 根据电力企业 的特 点和系统开发 技术路线 , 基于 GI S的 电力资源管 理系 统应 当是一个分布式网络系 统 , 其系统分布层 次和软件构成如下表所 示 : 系系统层次次软件设施施 应应用终端端 信息浏览器 、 图件编辑器 、 图件浏览器 、 运行监视屏 、 设备档案案 管管管理 、 设备规划管理 、 设备施工管理 、 设备运行管理 、 设备维护护 管管管理 、 设备检修管理 、 设备安全管理 、用 户查询 、 用户报装 、 呼叫叫 服服服务 、 停电管理 、 供电管理 、 电能结算 、 收费管理 、 应急调度 、 事事 故故故分析 、 消防管理 、 环境监测测 应应用服务器器 We b 服务器 、 空间数据驱动器 、 运营管理服务器 、 设备管理服务务 器器器 、 应急调度服务器 、 电力决策服务器 、 资源规划服务器 、 电力力 计计计算服务器器 数数据库库空间数据库 、 属性数据库 、 数据仓库 、 决策模型库 、 知识库 库 5 基于GI S的系统功能 需求 5 . 1 电力资源空 间查询 企业概况 、 管理 网络及其联系方法 , 组 织结构 及 业务流程 。 企业分布 图 、 设备分布 图企业信息 。 5 . 2 电 力资源规划设计 基础地 图和 电力 图件采集 , 图形编辑和 电力 图 件制作 。 电 网工程设计 : 供电设计与规划 方案决策 、 工 程方案分析决策 。 规 范标准查 询 , 工程数据 、 设备 技术参数和运 行参数的管理 。 5 . 3 设备管理 测绘技术装备季刊第 4 卷 2。 。2 年第 1期 技术交流 9 设备生存管理 : 论证审批 、 检 查验收 、 安 装调 试 、 运行维修 、 改造更新管理 。 设备档案管理 : 设备上 报 文档 、 审批 、 统计报 表 、 工程 图纸 、 票据 、 评价 等档 案资 料和统计分析资料 等 。 设备空间 管理 : 对电力设施如静态设备和流动 设 备进行有效的 , 包 括图形信息和台 帐信息 , 进行 多 种 方式的空 间查 询和空间统计 。 运 行管理 : 通过 企业网络 , 能 动 态传递 现场的 视频 、 音 频资料 , 采 集设备 运行状态并对设备状 态 进 行分析 , 实时或模拟改变设备的运 行方 式 。 维 护管理 : 制定 巡视计划 , 记录巡 视 中发现的 问题及 缺 陷 , 进行全流程管理 。 安全管理 : 记录安 全运行情况 , 记 录事故 、 故障 情 况 , 对各类 事 故 进行分类 汇总统计 , 根 据运 行 管理 中的缺 陷记 录制定安全检 查方案 , 对危险设备和预 防 设备进行安 全指标宏观管理 、 安 全分析 。 负荷管理 : 实 时 、 真实 地统计用 户用电状况 , 进 行负 荷 预报 , 提高电网运行 的经 济性和可靠性 。 检修管理 : 检修管理包括制定 大修改造计划 、 检修工程管理 、 停电管理 。 5 . 4 运 营 管理 用户 报装 : 用户可通 过 上网在 地图上标出用户 位置 , 办 理 申请手续和浏览 审批流程 , 获 得通 知单后 再办理 正式手续 。 确定供电方案 : 根据报装地点和容量 , 结合 电 网结 构和地理条件 , 制订供电方案 , 计算工 程费用和 工作量等 。 线 损管 理 : 采集计量信息 , 计算理论线 损 , 制定 降损计划 。 电能计量管理 : 电能分析结算 、 收 费管理 、 用户 电能信息管理 、 营业电费 管理 、 用 电检查管理 。 工作 票 管理 : 统计和 地图定位 , 并签 发 、 打印工 作票 。 停电管理 : 制定停电 / 限电计划 , 打印出停电通 知单 。 供电管理 : 通过负荷预报 、 状态估计 、 潮流和实 时量测分析 , 计算出全网运行 状态 , 制定供电计划 。 5 . 5 调度管理 应 急呼叫 : 接收用 户报修和事 故 呼 叫 , 在设备 地图背景 界 面 上标注故障状 态信息 , 并记录联系方 式 。 故障分析 : 确认故障投诉电话反映的故障与可 能 的停电故障之 间 的关系 , 快速而准确地确定故障发 生位置 , 显示故障诊断结果 , 并给出修复对策 , 形成故 障抢修命令及 抢修计划 。 通 知检修 : 给出应 急 指挥网络图响应 队伍的组 成 、 职责 、 联 系电话 、 联 系人 、 主要职责等信息 。 故障定位追 踪 : 通 过 电子 地 图和GPS导航抢 修车精确追 踪 到故障地点 。 现场 指挥 : 事故状 态下 能动态传递事故现场的 视频 、 音频 资料 , 并可 及 时调 阅区域联 防 、 关键装置要 害部 位 等 相关信息 , 使领 导 能及 时了解事故现 场 情 况 , 监督事故 处理的全过程 , 统一协调指挥现 场 。 事 故处理 : 提供发生停水 、 停电 、 停气和发生灾 害 性事 故 时 的处 理方法 , 包括 : 事 故现 象 、 危险情况 、 工 艺处 理 、 现场处理等 内容 , 并有直观 的工 艺 处理图 或平 面布置处理图 。 对危险区 、 隔离区和警戒区进行 分析 , 列出区域内相关设备 。 在 装置平 面布置 图上标 出危险区 、 隔离区和警戒区 , 给 出各区域 危 害程度和 防护要求等信息 。 5 . 6 消防安 全 管理 查 询 消 防组 织 、 人员 、 设备 、 装 备情况和分 布 图 。 列 出并管理消防支队编制的灭火预案 , 可直接 调用各 灭火 预案的专题图 , 从 图中可查 阅某 一局部火 灾状态 下 消防车的占靠 消防栓位 置和灭 火任务 。 提供企业消防人员 绘制的各类火灾状况 下的 灭 火方法 、 实施战术 , 包 括火 灾发生 的部位 、 出动车辆 类型与数量 , 要 求 的水量及供水强度等内容 。 5 . 7 环境监测管理 利 用GI S反 映电厂 环境保护基 本 情 况 、 “ 三废 ” 排放 及处 理利用情况 、 工业 企业 排放废水中污染 物监 测情况 、 污染治理情况 , 以及各厂污水 处理情况等环 境统计基表 的数据和各种综表 的数据 。 包括 : 企业 “ 三废 ” 排放及 处理利用情况 , 装置 污染物 排放情况 。 环境综合整治规划 图 、 环境统计污染源分布 图 , 环境监控管理 , 污染申报管理 。 1 0 测绘技术装备季刊第 4 卷 200 2 年第 1期 技 术交流 5. 8 空间分析决策 GIS最大特点是具有 空 间分析功能 , 基于基 本 空 间分析 和利 用多种辅助决策模型 , 可为电力资源系统 提供如下决策支持服务 : 距离 、 面积 、 周 长量算 , 空 间定位 、 缓冲区分析 和空 间路径分析 。 输电网和配 电网供/停电范 围分析 。 设备运行方式分析 : 利用 拓扑分析模型和实时 信号 或模拟信号可对 电站 内各种设备的状 态进 行分 析 , 并可实时或模拟 改变 电站 内的 运行 方 式 , 电站 进 出线状态 的改变能实 时反映到 电网线路上 。 阻抗计算及短路电流分析 : 阻抗计算及短 路 电 流分析是电网分析 的 重 要 内容 , 利用 GI S功 能可对 整个电网进行阻抗计算 , 并在 阻抗计算基础上进行 短 路电流分析 , 分析 结果用空 间形 式进行 表示 。 供电可靠性分析 : 供电可 靠 率 、 用户 平 均停电 时间 、 用 户平均停电次数等方面 的可靠性分析 , 在系 统其它模块运 行 时 , 如业扩 流 程 、 检修计划和其它 需 决定停电方案的分析 时 , 与供电 可靠性分析 紧 密结 合 , 为科学制定各种方案服务 。 电源 点 追踪分析 : 利 用 网 络追 踪模型 , 进 行输 电 网和 配 电网的 电源 点 追 踪分析 , 在GI S图 上点 取 某线路或设备后 , 系统会自动分析出该线 路或设备 的 上级电源点 。 线损分析 : GI S 系统和 实 时 系 统 联网后(与 S C ADA 、 负控等) , 根据线损分析模型 , 自动计算和分 析各线路的损耗情况 。 电网规划及负荷密度分析 : 在 电网规 划 中可利 用 空 间分析模型对 电网负荷密度 进行 多种方式分析 , 包括区域密度分析 、 线路密度分析和负荷密度率分析 等 。 利 用GI S资源分析模型 , 根据人 口密度 、 用 地性 质 、 城市总体规划图等信息 进行负 荷 预 测和 电 网规 划 。 电网潮流分析 : 电网潮流分析 是确定电力 系统 稳定运行状态 的方 法 之一 , 对电力系统的运 行和规 划 具有重要意义