（农业机械化工程专业论文）地理信息系统在配电管理系统中的应用.pdf

摘要 我国农村酝电网静自动仡程度低，技术落后，急需更新改造，而基于地 理信息的配电信息管理系统是配电自动化不可分割的一部分，也是农网改造 憨必由之路。本文主要余绍了我镪鞋a r c v i e w 为平台开发魏农嬲配瞧信惑管 理系统的研制背景、功能构成和应用前娥。分析了我国农村配电网的弱点和 制约农网信息化建设过程中的关键技术闯题详细介绍了地理信息系统的功 麓和特点激及獒解决上述溺题静优势所在，在魏蒸疆之主旋出了戳穗瑾信惑 系统为平台构建农网配电信息管理系统的思想。襁系统的开发过程中，首先 对市藤上较为流彳亍的，l 种g i s 平台作了筛选，最终选择了舞国e s r i 公司款 a r c v i e w 。在激平台提供的环境蜜现g i s 豹基本功能之上，利用面向对象的可 视化开发工具v b 开发配网设备g p s 定位仪管理模块和其他辅助功能模块。 在洋缨分提了农村配毫嬲黪逑域分枣范隧帮弼终掇蛰缠橡斡基磴上铡定了基 础地理信息比例尺和数据分层的标准，在信息系统数据标准化的工作中迈出 了较为超前的步。在系统的二次开发中针对农村配电网管理工作中的特点， 霆点对数据戆输入，统计寝分橱叛及图形数据的蠢诲和镣佟进行了歼发。交 后提出了今后的研究方向。 关键诵：配电自动纯；地理信息系统：a r e v i e w 引言 随着国经济的敷联和入融生活水平的提高，用户对供电质量的要求越 来越高，而长期以来我国重电源建设，对电网的投入不足，造成了城乡电网 的薄弱，难以傈涯电力用户的瑙迄震量。特别是在农毒季，酝电惩缍擒复杂， 设备分散，网络拓扑关系变化频繁，网络的结构与设备和它们所处的地理环 境密切相关，如变电站、杆塔、甩户、变压器等设备和地遐坐标紧锶的联系 在一篷。困戴琵电管骥王俸不餐要了解懿耀酶拓孛 关系和设冬情躐，还要掌 握它们所在的空间位鬣。这样，传统的纯数据库管理方法则有些力不从心， 它无法提供与地理要素相结合的点观可视信息。 在计算梳技术和道信技术飞速发展的今天，地理信息系统逐渐成为信息 产业的一个重疆组成部分。地理信息系统是完成地理数据的输入，输出，管 理，蠢迩，分辑积辏助决策等功能瓣计舞撬系统，它鑫被广泛应霸予资源开 发，环境保护，城市规划建设，公共设施管理，土地管理，交通通讯等多个 领域。地理信息系统以矮特有的空间特性很好地鹪决了上瓤提到的闯题，它 能够练舍努疆与检索空瓣数据，莛稳霜数据库技术赶空间数据与羁性数据一 一对膨联系起来，用可视方式形象、直观地进行眷询、统计、分析、输出， 让用户壹接在地理背景上完成各辩管理王作，为配电鄹终的综合餐璞荣来了 较大的方便，使配电管理系统韵研究工俸进入了一个新的信息化，数字化， 定量化的阶段。 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导f 进行的研冗工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得i 蜀兰垦丝! 1 2 手 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：厕签字日期：卯弓年月，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解弼墨噬盘 有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权翅墨垦塑叁可以将学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 f 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 签字日期：m ； 导师魏穆谬勿 签字日期：j o 移年月，日 河北农业大学硕士学位论文第1 页共4 2 页 1 系统概述 基于a r c v i e wg i s 平台的农网配电信息管理系统是一个把地理信息与配 电线路及其设备相结合的信息管理系统。充分利用g i s ( g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns v s t e m ) 对地理坐标和空间位置的表示能力以及空间分析能力，将 电力配电线路的资料及其相关的地理信息以各种专题形式进行管理、使用， 为管理部门提供更加丰富、直观的信息资料和决策依据。 1 1 系统开发的目的 配电是电力系统发电、输电中直接面向电力用户的部分。它是由馈线、 降压变压器、断路器、各种开关和继电保护、自动装置、测量计最仪表以及 通信控制设备构成个系统，按一定的规则运行，以高质量的电能持续地满 足电力用户需求。 我国目前的配电网很薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线，可靠 性差，尤其在农村，送电距离太长，损耗严重，电压质量差。配电设备比较 陈旧，大多是不可遥控的。配电网运行状态监测设备少，信息传输通道缺乏， 因而信息搜集量少，这些导致事故处理自动化程度低，处理时间长，事故后 恢复供电慢。近几年，一些地区发生电网事故，导致重要用户停电，除了某 些人为的因素以外，电网结构薄弱、可靠性低，是其主要原因；自动化程度 低、管理不善也是重要原因之一。加强电网建设，除了强化输电网以外，加 强配电网建设是当务之急。这是因为长期以来在配电网上投资欠账太多，其 薄弱的程度大大甚于输电网。因此国家在近期内投资建设的重点在改造和建 设配电网，合理增加变电站，完善配电网络，更换陈旧的开关设备，提高配 电自动化水平，这是非常正确的，也是迫切需要的。 在配电系统的日常管理中，网络的结构与设备和它们所处的地理环境密 切相关，如变电站、杆塔、用户、变压器等设备和地理坐标紧密的联系在一 起。而配电的设备管理、运行管理、生产调度、规划设计等不但要了解电网 的拓朴关系和设备情况，还要掌握它们所在的空间位置。这样，传统的纯数 据库管理方法则有些力不从心，它难以表达其问的复杂关系，更无法提供与 地理要素相结合的直观可视信息。o i s 很好地解决了以上问题。它能够综合分 析与检索空间数据，并利用数据库技术把空间数据与属性数据一一对应联系 起来。用可视方式形象、直观地进行查询、统计、分析、输出，使用户直接 在地理背景上完成各种管理工作，为配电网络的综合管理带来极大的方便p ，j 。 1 2 相关技术的研究现状 河北农业大学硕士学位论文 第2 页共4 2 页 地理信息系统是介于信息科学、空间科学与地球科学之间的交叉学科和 技术，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与 模型分析，产生对资源环境、区域规划、管理决策和灾害防治等方面的有用 信息。地理信息系统技术的创立和发展是与地理空间信息的表示、处理、分 析和应用手段的不断发展分不开的。 6 0 年代初，计算机辅助制图和空间数据分析导致数据自动采集、数据分 析和表示技术在几个领域得到发展，这些领域都倾向于发展有效的手段从现 实世界中采集、存储、检索、分析、传输和显示空间数据，2 0 世纪6 0 年代， 加拿大著名地理学家r o g e rf t o m l i s o m 博士首先提出了地理信息系统这一概 念。最初的地理信息系统主要是关于城市和土地利用的，1 9 7 1 年投入运行的 加拿大地理信息系统( c o i s ) 被认为是国际上最早建立的较为完善的大型实用 地理信息系统。7 0 年代，不同专题、不同规模和不同类型的各具特色的地理 信息系统在世界各地纷纷研制。美国、加拿大、英国、德国、瑞典和日本等 国均投入了大量的人力、物力和财力。1 9 7 8 年在西德达姆斯特工业大学召开 了第一次地理信息系统研讨会。这一时期，美国森林局发展了全国林区统一 使用的资源信息显示系统r i d s ；美国地质调查局发展了5 0 多个地理信息系 统用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；日本国土地理院开始建 立数字国土信息系统，为国家和地区土地规划服务：瑞典在中央、区域和市 三级建立了许多信息系统，比较典型的有区域统计数据库、道路数据库、土 地测量信息系统和城市规划信息系统等。探讨建立以遥感数据为基础的地理 信息系统，遥感纳入地理信息系统的可能性及接口等问题逐渐受到重视。 到了8 0 年代，随着计算机软、硬件技术的发展和普及，地理信息系统进 入全面发展和应用阶段，它的应用领域从初期的土地资源环境、地质、农林 业、气象推广到城市规划管理，甚至到投资、旅游和竞选等经济和政治方面。 有人对地理信息系统作了个广义的定义，把凡是与地理位置有关的信息系统 统称为地理信息系统。城市公共设施的运行和管理是g i s 推广应用的一个重 要领域，它包括城市配电、自来水、煤气和通信等行业。美国和日本等发达 国家配电网络的g i s 近年来的应用已较为普遍，不但在自动作图和配电设备 管理方面付之实用，有些已与s c a d a 系统连接，目前正在研究如何利用g i s 来实现配电自动化的某些功能。专业应用的g i s 一般是在通用的g i s 平台上 结合专业的特点二次开发而成。作为g i s 平台，在国内外使用最多的、最有 代表性的应是美国环境系统研究所( e s r i ) 开发的a r c i n f o 软件。该系统 有较强的数据输入输出和管理分析功能，并允许用户的批处理和程序嵌入调 用系统功能。此外还有如g e n a m a p 、i n t e r g r a p h 和m a p i n f o 等比较 著名的g i s 平台软件。 河北农业大学硕十学位论文 第3 页共4 2 页 国内发展g i s 是从8 0 年代开始的，比起国际上晚了2 0 年，但在近1 0 年 来有了令人瞩目的陡进。国内的g i s 软件一般是针对某一应用领域开发的， 通用性和二次开发功能欠缺。国内配电网络g i s 刚刚起步，且只在自动作图 和设各管理的某些方面作了尝试，真正发挥g i s 功能，并在配电网络管理和 配电自动化方面发挥作用，还有很长的路要走 4 , 1 4 】。 1 3 系统开发的任务与目标 电力系统中配电设备以及负荷分布具有很强的地理属性，根据这个特点， 本系统以地理信息系统技术为主体，实现对电业局( 用电所，农电所，配电 工区) 配电系统进行宏观的，可视化的管理。为此，系统所要完成的任务是： 1 系统应具有实用性，可靠性和适应性，同时注意到先进性： 2 使配电管理的主要活动计算机化，达到信息共享； 3 以选定的地理信息系统开发工具为平台，设计用于配电图形及数据管 理的用户界面； 4 通过使用可视化手段，实现对市区配电网络的主要配电设备进行地理 定位，显示，属性查询及分析： 5 通过使用可视化手段，实现对主要负荷的分布情况进行定位，显示， 查询及分析； 6 系统能根据地理及配电设施分布情况为用电部门的业扩管理提供辅助 决策功能； 7 系统可视为电力规划部门的参照基础，为规划部门进行配电网络的规 划设计提供决策信息。 1 4 系统的主要功能 根据开发的任务与目标系统应实现以下主要功能。 图1 4 - 1 系统的主要功能 ! 型! 壅些查堂堡土堂堡垒苎 塑! 蔓。差墨至一 收集存储功能：收集、完善并有效地存储配电系统的各种信息敷各 种必须静德理信息。 圈形编辑功能：包括图形编辑、缩放、漫游和图形属性数据的输入。 统计查谗功能：配滚圈数摇统计、空阀查找设备。 图文报表功能：打印图形、设备台帐和数据报寝。 决策分 斥功能：为鼹顿导和决策努辑枫梅提供辅助信息。 2 地理信息系统与配电管理系统的缀合 2 。 避理镶患系绫 2 1 1 地理信息系统综述 连理信患系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 镝称g i s 至今尚没有国际 统一的定义，不同学科和不同领域对g i s 的理解不尽相同。陈述彭等在地 理售塞系绫导论中黠建理镶塞系统酌定义：囊软馋系统、遮瑾数据窝燕户 组成的，通过对地理数据的策成、存储、检索、操作和分析，生成并输出祷 种地理信息，从而为地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、 城市规麓镰疑政府部门行政管理提供耨韵知识，为工程设计和规粼、管避决 策服务的计算机系统。 建理黎崽系缝是季孛特定嚣又十分重要黪燕患系统，它嗣辩管理缝毽空 间信息和数据库属性数据。在传统的信息系统中，数据主瑟保存襁数据库中， 如累数据库中的数撼仅以文字的形式袭现出来，不仅形式呆板，蕊且可能将 整重要的信息隐藏在文字背后，在实际工作中有许多问题需要借助地图来 解决，如何解决这个问题呢? 燎原始的解决方案是使用一张纸地图，在上面将 鼗据痒静数掇掭密。然螽在戆图上分辨，这释方法菲常繁瑗，蟊柒番j 瑶g 1 s 提供的数据的地理属性，就可以将这然数据分层、分类凝加在电予地图上， 并鼠地里对象与数据瘁属性数据建立连接关系，这样遥过g i s 就霹跌轻松实 现地图与数据库的双向查询。 不仅如此，例如对投资环境的分析，需要用到现代理论和方法，这些理 论积方法涉及的范戮缀广，氆捂区位论、城市缝经济疆论、城市空闯经济 学、城市交通经济学、模糊数学、层次分析法、统计方法和数据库方法、专 家象绞等。仅凭某静方法是不能胜任对投资环境蛇势辑，裁馒以上戆现代理 论和方法统一在一起的唯有地理信息系统心i s 技术。由此可以看出，g i s 河北农业大学硕士学位论文 第5 页共4 2 页 给信息系统带来的不仅是显示地图锦上添花，而是将数据进行直观的、可视 化的分析和查询，发掘隐藏在文本数据之中的各种潜在的联系，为用户提供 一种崭新的决策支持方式。 地理信息系统是一门介于信息科学、空间科学和管理科学之间的交叉学 科，是计算机科学迅速发展的产物。它将空间数据处理、属性数据( 结构化数 据) 处理、空间分析与模型分析与计算机技术紧密结合，通过数据准各、系统 建立、空间分析与模型分析，产生对资源环境、区域规划、管理决策、灾害 防治等有用的信息。地理信息系统突破了常规关系式数据库管理的概念，集 图形管理与数据管理于一身，有很强的空间表现力，因此被广泛应用于土地、 管网、农林、水利、电力、电信、环境、气象、交通、市政、军事等领域。 当今时代，信息交流离不开网络：随着全球互联网络的普及，各种各样的网 络软件应运而生，兼有图形和数据管理分析功能的地理信息系统也必将成为 信息高速公路上重要的信息载体1 0 。 2 1 2 地理信息系统特点 地理信息除了具有信息的一般特性外，还具有以下独特的特性： 1 区域分布性：地理信息具有空间定位的特点，在区域上表现出分布式 特点，不可重叠，其属性表现为多层次。如配电系统中的电力线与作为背景 的街道往往在地理位置上是重叠的，但是在分析过程中，一般的是作为不同 的层来处理的。 2 数据量大：地理信息系统中的基本对象是点、线、面，这些对象都是 矢量化的。如配电系统中的电力线，在电力应用分析中所关心的是电力线 之间的逻辑连接关系，往往只要求电力线两个端点的信息就够了，而在地理 信息系统中，描述一条电力线的信息包括电力线的走向，每个转折点的信息 等，这些信息能够保证在图形缩放后仍能保持图形间的逻辑关系。 3 信息载体的多样性：地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本 身，此外还有描述地理实体的文字、数字、地图和影像等符号载体以及纸质、 磁带、光盘等物理介质载体。 2 i 3 地理信息系统的功能 一般来说，地理信息系统包括以下五个任务和功能： 1 输入：在地理数据用于g i s 之前，数据必须转换成适当的数字格式。 从图纸数据转换成计算机文件的过程叫做数字化。对于大型的项目，现代g i s 技术可以通过扫描技术来使这个过程全部自动化，对于较小的项目，需要手 工数字化。地图数字化的过程通常又叫做自动绘图f a u t o m a t i o nm a p p i n g ) 。 河北农业大学硕士学位论文 第6 页共4 2 页 2 处理：对于一个特殊的g 1 s 项目来说，有可能需要将数据转换成或处 理成某种形式以适应不同的系统需求。例如，地理信息适用于不同的比例尺， 在信息被集成以前，必须转变成相同的比例尺。g i s 技术提供了许多工具来处 理空间数据和进行数据转换。 3 管理：对于小的c i s 项目，把地理信息存储成简单的文件就足够了， 数据文件也是早期数据库的存储形式。但是，当数据量很大而且数据用户很 多时，使用一个数据库管理系统( d b m s ) ，来帮助存储、组织和管理数据是十 分必要的。目前，许多成功的g 1 s 都使用了不同的d b m s 设计，其中最重要 的是关系数据库管理系统和面向对象的数据库管理系统。关系数据库系统具 有严格的数学基础，在保证数据一致性、完整性和减小数据冗余上都比较成 功。面向对象的数据库是未来的数据库发展方向，把复杂的地理对象作为大 对象宋处理能够保证数据处理的简洁和高效。 4 查询和分析：g i s 提供双向查询功能，即从空间数据查询属性数据， 或者从属性数据查询空间数据。现代的g i s 还具有许多有力的分析工具，下 面是几个比较重要的分析功能： 接近程度分析( b u f f e r 分析) g i s 技术使用一个叫做缓冲的处理方法，来确定特征问的接近关系。如进 行地下电缆的敷设工程中，可能对以电缆线路为中轴线的一定宽度范围内的 居民产生影响，此时就用到了b u f f e r 分析，这样可以及时通知居民作好准备。 覆盖范围分析( 分析1overlay 不同数据层的综合方法叫做覆盖。简单的说，它可以是一个可视化操作， 但是分析操作需要个或多个物理连接起来的数据层。 网络分析( n e t w o r k 分析) 包括连通分析，路径追踪，最短路径分析，最佳路径分析等。地理信息 系统中的网络分析功能是配电网电力网络结构分析的基础。 5 可视化：对于许多类型的地理操作，最终结果都是以地图或图形来显 示，g i s 为扩展制图艺术和科学提供了崭新的工具。地图显示可以集成在报表、 三维成像、照片图象和多媒体中。例如在电力g i s 中，用显著的颜色标出停 电范围，为故障处理提供了直观的方式【l “。 2 1 4 地理信息系统的发展 g i s 软件技术体系主要指g i s 软件的组织方式，它决定了g i s 软件的应 用方式、集成效率等多方面的特点。从发展历程看，g i s 软件技术体系可以划 分为五个阶段，如图2 - 1 1 。 在g i s 发展的早期阶段，由于受到技术的限制，g i s 软件往往是只能满足 河北农业大学硕士学位论文 第7 页共4 2 页 于某些功能要求一些模块，没有形 成完整的系统，而各个模块之间不 具备协同工作的能力。集成式g i s 是将以前独立的模块集成在一起， 逐步形成大型的g i s 软件包，这类 g i s 的代表包括e s r i 的a r c i n f o 、g e n a s y s 的g e n a m a 口。集成 式g i s 是g i s 发展的一个重要里程 碑，其优点在于其集成了g 1 s 的各 项功能，形成独立完整的系统；其 缺点在于系统过于复杂、庞大，从 而导致成本高，也难于与其它应用 系统集成。模块化g i s 的代表软件 为i n t e r g r a p h 的m g e 。模块化g i s 的基本思想是把g i s 按照功能划分 为一系列模块，运行于统一的基础 环境之上( 如m i c r o s t a t i o n ) 。集成式 g i s 模块 山 集成式( 3 1 5 山 模块化g i s 山 核一心式( 3 t 5 上 组件式g i s 图2 - 1 - 1g i s 的发展阶段 g i s 或是模块化g i s ，都很难与管理信息系统以及专业应用模型一起集成高效、 无缝的g i s 应用。 目前核心式g i s 仍属于概念型软件，核心式g i s 可以认为是操作系统的 基本扩展，目前可以认为是w i n d o w s 系列操作系统上的动态链接库( d i l ) 或u n i x 类操作系统上的共享库，开发g i s 应用系统可以采用高级编程语言，通过应 用程序接i i l ( a p l ，访问内核所提供的g i s 功能。它提供了一种更底层的组件化 方式，给用户提供较大的灵活性，为g i s 与其他应用系统的无缝集成提供了 全新的解决思路。但是现有的操作系统封闭的体系结构决定这种g i s 模式无 法实现，从操作系统的发展方向来看，未来的操作系统必将是完全开放的， 这样任何软件开发商都可以开发操作系统模块，形成定置的专用操作系统平 台，为应用提供最有力的支持和最佳的性能。所以，核心式g i s 将在未来大 有作为。 组件式g i s ，简称c o m g i s ，是指基于组件对象平台，以一组具有标准通 信接口的、允许跨语言应用的组件来提供g i s 的功能。这种组件称为g i s 组 悄。g i s 组件之间，g i s 组件与其他组件之间可以通过标准的通信接口实现交 互，这种交互甚至可以跨计算机实现。这是在目前计算机技术水平下g i s 与 其他系统集成的最好的一种解决方案。和传统的g i s 相比，组件式g i s 有如 下特点： 河北农业大学硕士学位论文 高效无缝的系统集成； 无需专门的g s 开发语言： 小巧灵活、价格便宜。 国际上大多数g i s 软件公司开始把开发组件式g i s 软件作为重要的发展 战略，组件式g i s 是当前g i s 发展的重要趋势。 2 2 配电管理系统的相关知识 2 2 1 农村配电网的特点 电力企业是国民经济的主要部门之一，它既为国家的现代化建设提供必 不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。其中农村配 电网由1 0 k v 及以下的配电线路和配电变压器组成，其作用是将电力分配给各 类电力用户。配电网具有以下特征。 1 地理分布特征 配电网中线路的走向以及配电设施和用户的分布具有明显的地理特征， 生产管理中的实际操作如线路改造、巡线，停电检修和用户业扩也都依赖于 长度、距离、范围，街道分布和相对位置等地理因素。配电管理的对象包括 变电站、开闭所、线路( 包括电缆) 、杆塔、变压器，开关刀闸等以及连接在 变压器上的各类电力用户单位，其相互关系如图2 - 2 1 所示。他们在地理分布 上各有特点，星现典型的点，线和面的地理分布特征。 图2 - 2 一l配电网结构示例 点状分布：配电网中的杆塔，变压器和开关刀闸等设施都是点 河北农业大学硕士学位论文 状分布。他们的共同特点是不考虑实际意义的占地面积以一个 抽象的点与其它对象发生关系，在图上以一个点( x ，y ) 的形式 存在。 线状分布：配电网中的线路( 包括主干线路，分支线路和电缆) 和 街道都属于线状分布。他们反映的是离散的点与点之间的一种连通 关系。他们在图上以两个点( 直线) ( x 1 , x 2 ) 和( x 2 ，y 2 ) 或者多个点 ( 折线) ( x 1 ，y 1 ) ，( x 2 ，y 2 ) ，( x 。，y 。) 的形式存在。 面状分布：配电网中的变电站、开闭所、用户单位和城市的行政区 划等都是属于面状分布。这种分布的特点是要考虑占地面积，因为 一个区域的内部可能包含具有相对位置关系的多个其他对象，例如 变电站内部还有变压器、母线、开关等电气设施，以及一个单位内 部会有多栋建筑物等。面状分布的对象在图上有首尾相连的折线围 成，一个n 边的多边形以首尾重合的n + 1 个点( x i ，y 1 ) ，( x 2 ，y 2 ) ( x 。，y n ) 和( x l ，y 1 ) 的形式存在。 可以看出，配电网管理的对象在地理上所呈现的点，线和面的分布并不 是孤立存在的，它们之间存在着地理和逻辑上的密切关系。点与点之间存在 着两个杆塔的距离问题：点与线之间有变压器，开关刀闸的挂靠问题；点与 面之间有用户专变的隶属问题，线与线之间有主干线与分支线的层次问题， 以及线与线的交叉跨越问题；线与面之间有线路与单位建筑之间的跨越问题 和线路的供电区域和范围问题；面与面之间有供电范围内的各类负荷的分布 问题以及线路出线走廊与单位建筑物之阃的冲突问题等。这些关系均应体现 在配网的拓扑结构上。 2 设备挂靠特点 配电网的许多设备( 如变压器，开关刀闸) 往往装在电线杆上，在地理 信息系统中表现为点与点的重叠，而输电网的设备一般都放在变电站内。 3 地域比较集中 城区配电网一般集中于城区和市郊，和输电网相比，城区配电网地域范 围比较狭窄。配电设施比较集中，从而造成与其它地物交叉跨越情况众多， 比如架空线路和道路，通讯线路的交跨，电缆沟道和市政工程其它地下管线 的交跨等。 4 电压等级低 和输电网相比较，城区配电网电压等级较低，一般为l o k v 及以下电压等 级。这些中低电压网络与电力用户有着更密切的关系。 5 配电设备数量多 和输电网相比，配电网不仅有大量的供方设备，而且还有大量的需方设 河北农业大学硕士学位论文 第1 0 页共4 2 页 备；设备名目繁多，数量火，而且变动很频繁。 配电网络的上述特性决定了其管理的复杂性，尤其是配电设备的地理特 性，使得引入包含地理信息的综合管理信息系统配电g i s 进行配电设 施的管理以及配电网络的分析，计算成为进行直观的配电管理的必然趋势。 2 2 2 配电管理系统简介 电力系统供电初期，由于用户少，网络结构简单，因此往往发、供、用 处在同一地域内，运行、管理也并不复杂，对于自动化的要求，往往只是对 于某些设备线路能有保护作用，具有一些当地控制功能即能满足要求。随着 用户用电的增长，电力系统相应的扩展，不仅使电网的电压提高，地域扩大， 相应地运行及管理也日趋复杂。对于配电系统来讲，要求运行管理人员能够 随时掌握系统中各点的实时信息，保证供电质量，提高供电可靠性，运行效 率，提高工作效率，改善对用户的服务。因而配电系统的自动化成了重要的 技术措施及手段。 配电管理系统( d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ) d m s ，就是利用电子技术、 计算机技术和信息传输技术，将配电系统中的负荷管理、配电管理、配网调 度等统一起来，是集保护、安全监控、负荷控制、自动计量、用户信息等于 一体的实时监控系统，对配电、供电进行监视、控制和管理，实现配电系统 运行、管理，使配电网以最小的损耗，最大限度地向用户提供合格的电力。 配电管理系统，是具有现代化管理水平的配电自动化系统，它是从生产实践 过程中，随着科学技术的进步，特别是电子计算机技术的应用而逐步发展起 来的。自动化是从元件设备开始，进展到一定程度后，形成局部自动化系统。 许多局部系统和功能发展到一定水平后，就会造成硬件、软件、功能和数据 方面的重复和矛盾。从进一步发展和安全经济效能的角度来看，要求将这些 孤立的局部系统功能联系起来，组织成综合的自动化系统。这就提出了针对 配电的管理和控制相结合的配电管理系统d m s 。 2 3 3 配电管理系统的现状 目前国外，特别是一些发达国家，由于资金技术都比较雄厚，配电网监 控系统已经发展得比较完善，配电网的分析软件也已进入实用化阶段，发挥 了相当的作用。我国配电网自动化工作除个别地区外，总体上讲开展较晚。 由于计算机和通信技术的迅速发展，在物质和技术上为配电自动化创造了必 要的条件，人们对配电自动化作用的认识也有了提高，工作有了新的认识， 因而有力地推动了我国配电网自动化工作的开展。 能量管理系统( e n e r g y m a n a g e m e n t s y s t e m ) e m s 应用于发电和输电系统， 河北农业大学硕士学位论文 第1 1 页共4 2 页 可以看成是一个纯粹的供方输电管理系统，所要解决的问题和发展的方向也 都比较明确。当前，e m s 应用软件正从静态的状态估计、安全分析、调度员 潮流等向动态和优化的方向发展，并把智能技术、模糊数学、神经网络等知 识和技术应用于软件开发。但d m s 则比较复杂，它兼有供方配电管理和需方 用电管理两重任务。因为，和它打交道的不仅是供方的变电配电设备和网络， 而且还有为数众多、性质各异且经常变化和增长的用户设备，其功能涉及到 运行、规划、设计、管理等多个方面，个性问题相对较多。此外，加上以往 电网自动化界的注意力主要集中在影响面较大的输电系统，热点逐渐转向配 电系统才是最近十年来的事情。所以，除了s c a d a 系统之外，并行发展了负 荷管理、电量计费、自动绘图和设备管理以及故障定位隔离和自动恢复供电 等单项自动化系统，系统集成度差。 八十年代后期，在计算机硬件性能价格比显著提高、工作站网络技术快 速发展的推动下，e m s 和d m s 不断跟踪和应用最新的计算机技术和设备，自 身都有了不小的发展。九十年代初，随着网络技术、通信技术和面向对象技 术的兴起，提供了系统开放和系统集成的有利环境和手段，更加肯定了e m s 和d m s 的“开放”和“集成”方向，出现了s c a d a e m s d m s 系统集成 和综合开发按需剪裁的新趋势。配电系统的自动化正从传统的一个个单项的 自动化向系统的集成化方向发展。网络和通信的发展和面向对象技术的应用， 给传统的d m s 单项自动化带来了前所未有的转机，大大加快了d m s 系统集 成的步伐。网络的发展，必将使得原先分别按s c a d a 、e m s 、d m s 特点开 发的计算机支撑平台实现系统集成，统一使用符合公认标准的数据库和图形 用户界面，按面向电力系统大对象设计的开放系统支撑平台，更会将这种系 统推向一个新的高度。 2 2 4 配电管理系统的特点 配电管理系统和能量管理系统均为电力系统的安全、经济和优质运行服 务，且都使用计算机处理系统，并具有某些类似之处。但由于输电网和配电 网之间，无论是一次系统接线还是二次系统装备都有许多差别，这使得d m s 具有许多不同于e m s 的特点。这些特点是： l 、目前大多数的配电网为辐射型结构，即使是环状结构，也是开环运行， 而不象典型的输电网那样网状连接。 2 、配电网的许多设备( 如分段器、配电变压器、重合器、补偿电容器等) 是沿配电线路安放的，有的是装在电线杆上，有的是安装在箱柜中，而不象 输电网的设备( 如变压器、断路器、静止补偿器等) 般都是放在变电站内。 3 、配电网内要求安装r t u f t u 的数量，通常比输电系统所需的数量要 河北农业大学硕十学位论文第1 2 页共4 2 页 多一个数量级( 1 0 倍) 。 4 、一处配电网设备的总数据量，约比一个输电变电站的数据量少一个数 最级。 5 、配电网的数据库规模，一般比所连输电网的数据库大一个数量级。 6 、配电网设备繁多，数量极火，且面临经常变动的需方负荷，检修更新 频繁。因此配电网中设备管理和规划设计任务比输电网的繁琐。 7 、承担传送数据和通话任务的配电网通信系统，由于包含有各种类型的 负荷控制和远方读表装置而具有多种通信方式的特点。但其通信速率，则不 如输电系统要求那样高 6 0 , 6 4 , 6 5 】。 2 2 5 配电管理系统的主要功能 1 配电s c a d a 配电s c a d a 系统( 即配电网监控主站) 应能满足配电网的监控需要，并 可以根据实际需要不断扩充系统功能。一般具有的功能包括：数据采集与处 理，控制，开关操作联锁，人工设置状态标志，人机界面( m m i ) ，信息与报警， 事件顺序记录，事故追忆，历史数据存取，趋势曲线分析，报表功能，数据 分类，计算功能，进程调度，数据库与数据库管理系统，实时数据库与应用 数据库之间的数据传输，计算机系统之间的数据传输，模拟显示，时钟校正， 通道的切换与监视，通信，拨号方式r t u 处理功能，变压器分接头位置的显 示。 2 馈线自动化 馈线自动化是一个完全集成在d m s 环境中，用于配电网络运行、监视、 控制、故障诊断、故障隔离、网络重构，旨在提高配电网供电可靠性和管理 水平的子系统。具体功能包括：事故预想、操作票管理、线路的动态着色和 局部追踪、临时性的网络修改、设备定位、故障诊断隔离和恢复供电。配电 网的实时信息通过就地的f t u 采集，传送到区域集控站或变电站集中后，上 报配电调度中心；配电调度中心的控制命令通过区域集控站或变电站转发给 f t u 执行。应根据实际情况采用多种通信通道，区域集控站或变电站与f t u 之 间可采用的通信介质为低压载波、光纤、无线电、公用电话网等，配电调度 中心与区域集控站或变电站之间的通信般可采用已有的调度与区域集控站 或变电站的通信通道。 3 配电工作管理 配电工作管理是对配电网络的日常工作进行全面的运行管理。其主要功 能为：配电网运行工作管理；配电网设备检修管理；配电网设备档案管理； 配电网统计报表管理：配电网工程设计；配电网旋工计划和施工工作管理。 河北农业大学硕士学位论文 第1 3 页共4 2 页 4 配电网的应用软件 根据配电网的需要，用于配电网的应用软件一般包括配电网络建模和拓 扑、负荷建模和校准、配电潮流、配电负荷预报、网络结构优化和重构等。 所有应用软件都应有实时和研究方式：应用软件的驱动方式可以选择定时、 按事件或调度员请求；中低压配电网络分析软件应充分考虑配电网三相不平 衡、r x 值大、辐射结构等特点，在算法上确保计算的收敛性；允许用户选择 计算模型和计算方法；所有网络分析软件应共享一个系统模型，对可以由用 户修改的部分应具有缺省值：应用软件共享同一核心数据库，在简化系统中， 只通过改变母线的数学模型来反映对网络所作的部分简化，核心数据库保持 不变。 5 故障投诉管理 故障投诉管理( t c m ) 主要包括用户电话投诉管理、故障诊断、故障定位等 功能模块，用于配电网停电管理过程。在g i s 提供的带有地理信息背景的设 备管理界面上，通过馈线自动化系统提供的实时信息和从配电工作管理系统、 用电营业管理系统获取的有关信息，将表示投诉电话地址和停电状态( 提出并 确认) 的图符显示在网络图上，为供电可靠性、优质服务提供保证。应能提供 一套完整的工具软件，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，快速而准确地确定电网所发生的故障位置。显示故障诊断结果( 如故 障类型、故障地点和故障严重程度) ，需要时对诊断结果给出解释，并给出修 复对策，形成故障抢修命令及抢修人员安排计划。 6 用电营业管理 用电营业管理系统是d m s 面向电力用户的前置机，向d m s 提供用户信息。 一般由下述几部分组成：用户报装管理，用户电能信息管理，营业电费管理， 电能计量表计管理，用电检查管理。目前国内的许多电力公司都正在或已经 单独建立了这一面向电力用户的系统，因此在考虑d m s 建设时，主要应解决 d m s 与用电营业管理系统的接口。在考虑接口时，d m s 中应建立一个用户信息 数据库，它是用电营业管理系统中用户信息的有选择的“镜像”，应能提供一 系列用户数据管理功能，允许定时或由操作人员人工进行“镜像”操作。为 满足唯一性和独立性的要求，d m s 对用户信息数据库中的数据不能更改。此数 据库应能为馈线自动化及t c m ，g i s 提供用户信息( 如用户地址、供电区域等) ； 同时，用电营业管理系统也可以从d m s 中获得相应的实时信息。在硬件方面， 可考虑采用路由或虚拟网的网络连接方式，网络通信协议采用t c p i p 协议， 以保证信息交换的畅通。 7 电能计费 电能计费功能通过对电量的分时段采集，对不同时段的电量进行不同价 塑垄堡些查兰堡主堂垡笙塞 笙! ! 基茎! ! 一 嵇诗费，了瓣不同辩段兹奄鲞交纯祷况，更好绝实褒计翊耀宅，并使电鬻蔓 简效地运行。d m s 中应提供单独数据麾及电能计费的常规软件，具有数据辟访 闽手段，允诲在系统支持平台上开发瘟用软件。d m s 通过通信工作站用电话拨 譬方式对远方厂站的各计量关口电量进行采集、处理、统计、结算，能方便 地生成各种统计、分析报表，具有电蠼分时段( 即按负荷峰、谷、腰时段) 统 计帮诗爨等功箍，能方溪缝在线修改有关参数及掇表格式等。 8 负荷管理 受蕊警理舅蘸主要应用予大爱产的负萄按割。通过负蔚管理这一手段， 可提高d m s 所需倍息的覆盖面；根据配电网的负荷情况、用户的用电性藤、 用电合同簿用户信息，自动编制负荷的削峰填谷计划；根据削峰填谷计划， 爨动编制窝施受赫羟翩用户辩清单，允许久王修改、确谈并自动避行用户篮 控参数的设定；对计划限荷和紧急限荷进行多方案比较选定；根据当前电网 避霉豹凝熬，囊受赫管理系统提供调攘受蓑麴方案，该方案应炎分考虑趣耩 避行的安全性和经济性；根据当前电网运行的状况，撼供降压减载方案，并 通过买方负荷管理系统实施用户可控负荷周期控制，切除用户可控负荷，当 电丽出蕊繁急情况时，及辩向买方负荷管理系统提供强箭性切负荷命令。茜 前国内许多电力公司都正在溅已经单独建立了这一面向大用户的系统，因此 程考虑d m s 建设释，主要瘦解决翻s 与受蓑管瑗懿接霸。疆尊方瑟，霹毒虑 采用路由戚虚拟网的网络连接方式，网络通信协议采用t c p i p 协议，以保证 信息交换的畅通”“。 2 3 配电管理系统中g i s 的应用 配电鑫动馥是联网 改造中的嚣要手段，它是 一个综合性熬系统，包括 变电站站内自动化，馈线 自动化，用户自动化，配 惫a d f m g i s 。菸中强 形系统a m f i v l g i s 是各 攒块实现的基础。务模块 图2 - 3 1 配罔模块关系图 相互联系配合，共同实现对配网的管遵、监羧和安全保障，它们的关系如图 2 - 3 1 所求。我们所开发的基于g i s 的农阚配电管理信息系统就属于 a i v v f i c d g i s 韵范酶它是撼邃理信息与配电线路及其设备福结合的信怠管淫 系统。充分利用g i s 对地理坐标和空间位置的表示能力以及空间分析能力， 将配电线鼹豹资辩及其摆关熬恁瑾傣惑潋各转专趣形式遘霞缓绞、使爱，为 河北农业大学硕士学位论文 第1 4 页共4 2 页 格计费，了解不同时段的电量变化情况，更好地实现计划用电，并使电网更 高效地运行。d i s 中应提供单独数据库及电能计费的常规软件，具有数据库访 问手段，允许在系统支持平台上开发应用软件。d m s 通过通信工作站用电话拨 号方式对远方厂站的各计量关e l 电量进行采集、处理、统计、结算，能方便 地生成各种统计、分析报表，具有电量分时段( 即按负荷峰、谷、腰时段) 统 计和计算等功能，能方便地在线修改有关参数及报表格式等。 8 负荷管理 负荷管理目前主要应用于大用户的负荷控制。通过负荷管理这一手段， 可提高d m s 所需信息的覆盖面；根据配电网的负荷情况、用户的用电性质、 用电合同等用户信息，自动编制负荷的削峰填谷计划；根据削峰填谷计划， 自动编制实施负荷控制用户的清单，允许人工修改、确认并自动进行用户监 控参数的设定；对计划限荷和紧急限荷进行多方案比较选定；根据当前电网 运行的状况，向负荷管理系统提供调整负荷的方案，该方案应充分考虑电网 运行的安全性和经济性；根据当前电网运行的状况，提供降压减载方案，并 通过买方负荷管理系统实施用户可控负荷周期控制，切除用户可控负荷，当 电网出现紧急情况时，及时向买方负荷管理系统提供强制性切负荷命令。目 前国内许多电力公司都正在或已经单独建立了这一面向大用户的系统，因此 在考虑d m s 建设时，主要应解决d m s 与负荷管理的接口。硬件方面，可考虑 采用路由或虚拟网的网络连接方式，网络通信协议采用t c p i p 协议，以保证 信息交换的畅通”“”1 。 2 3 配电管理系统中g l s 的应用 配电自动化是配网 改造中的重要手段，它是 一个综合性的系统，包括 变电站站内自动化，馈线 自动化，用户自动化，配 电a i v l f i v d g i s 。其中图 形系统a m f i v l g 1 s 是各 模块实现的基础，各模块 图2 - 3 1 配月模块关系图 相互联系配合，共同实现对配网的管理、监控和安全保障，它们的关系如图 2 - 3 - l 所示。我们所开发的基于g i s 的农网配电管理信息系统就属于 a m f i v l g i s 的范畴，它是把地理信息与配电线路及其设备相结合的信息管理 系统。充分利用g i s 对地理坐标和空间位置的表示能力以及空间分析能力， 将配电线路的资料及其相关的地理信息以各种专题形式进行组织、使用，为 河北农业大学硕士学位论文 第1 5 页共4 2 页 管理部门提供更加丰富、直观的信息资料和决策依据。 2 , 3 1 配电网应用对g i s 平台要求 建立电力g 1 s 系统必须充分考虑配电网的特点，从实际应用出发，建 立可用、实用、高效的电力g i s 系统。总体来说，配电网应用对g i s 平台有 以下要求： 1 对图形操作的性能要求高。图形操作( 显示、刷新) 效率的高低，在系 统中将直接影响应用功能的实现。当系统效率太低时，应用功能便无法满足 实际使用要求； 2 地物图形( 街区图，河流图，建筑物图等) 数据仅是系统中一种背景辅 助数据，没有地物图形数据时，在系统图形数据( 设备图、接线图) 的支持下， 系统应用功能仍能照常运行，通常地物图形不经常变动，而电网图形系统是 随时变动的： 3 电网运行实时数据( s c a d a 数据) 和电网运行中的网络拓扑结构，在系 统运行中处于实时动态更新状态； 4 由于在配电网管理系统中，要在g i s 平台上建立许多电力专业的应用， 如故障管理、操作票工作票管理、负荷预报等，这些应用的专业性很强， 因此要求选用的g s 平台必须有很强的二次开发能力： 5 在配电网中的节点多、分布分散、数据量大、并发操作性强，这些特 点要求g i s 平台要有管理海量数据的能力，能很好的解决并发数据的一致性、 完备性，能够进行数据库故障恢复等； 6 配电网中的故障定位、故障检修最佳路径、晟佳巡视检修路径、电源 规划，停电管理等模块要求g i s 具有较强的空间分析能力； 7 电网实时数据和电网拓扑结构的修改、变更可能在多个子系统中同时 发生( 如调度、线路、配变等部门) 。这就要求系统根据供电生产专业规则，保 证数据更新结果在整个系统中具有一致性。从这一点出发，以a m f m g i s 技术为基础建立具有“协同工作环境”特征的d m s 应用是大系统的必然趋势。 2 3 2 配电地理信息系统的功能分析 地理信息系统( o l s ) 的应用为配电网的运行管理提供个具有地理环境信 息的网络模型，对配电网设备的资产、规划、设计、