（电气工程专业论文）基于gis的配网自动化数据融合.pdf

带南避工大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed a sc o m b i n e dw i t hg i si si n t e r g r a t e dw i t he l e t r i cp o w e r 、c o m m u n i c a t i o n 、 e l e c t r o n i c 、c o m p u t e re c t + i ti sc l o s e l yl i n k e dw i t hm o d e ns c i e n c e t h ec o n s t r u c t i o na n dr e s e a r c ho fd a si nm a n yc i t ya n dr e g i o na r o u n dt h e c o u n t r yi sc a r r i e du pc o m b i n e dw i t ht h er e b u i l do ft w oe l e c t r i c a ln e t w o r k d a si st h e i m p o r t a n tm e a n so ft h em o d e r nm a n a g e m e n ti nt h ec i t ye l e c t r i c a ln e t w o r kr e b u i l d i o n a n dc o n s t r u c t i o n t h ec o n c e p ta n dt h ef u n c t i o n so fd a sa n dg i sa r ed i s c u s s e di nt h i s p a p e r c o m b i n i n gw i t hm ys t u d i e sa n dp r a c t i c a le x p e r i e n c e s ，t h es t u d i e s ，a n a l y s e s a n de x a m p l e so fd f 9 0 0 0i nz h o n g s h a ns u p p l yb r u n c ha r es u m m a r i z e di n d e t a i li n t h i sa r t i c l e ，t h i sa r t i c l ec o n t a i n s f o u rp a r t s ：1 。t h ei n t r o d u c t i o no ft h i s a r t i c l e t h eb a c k g r o u n do ft h et o p i ci si n t r o d u c e da n dt h ed e v e l o p m e n to ft h ed a s i nc h i n aa n df o r e i g nc o u n t r ya r ed e s c r i b e d t h e nt h ec o n t e n t sa n dt h es e n s e so ft h i s a r t i c l ea r ea l s oi n t r o d u c e d 2 t h ec h a f a c t e r i s t i co fd i s t r i b u t i o n ，t h es e n s eo fd a s ， t h ef u n c t i o n s ，t h ea n a l y s i sd i f f i c u l t i e so fd a st h ep r i n c i p l ea r es u m m a r i z e d 。3 。t h e c o n c e p t 、t h es e n s e 、t h ea p p l i c a t i o no fg i s a r er e s e a r c h e d 4 p a r t4i st h ee m p h a s i s o ft h i sa r t i c l e t y p i c a la p p l i c a t i o ne x a m p l e so fd f 9 0 0 0i nz h o n g s h a nr e g i o na r e i n t r o d u c e da n da c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，t h em e t h o d so fd a sa r e a n a l y z e da n ds u m m a r i z e d t h ed a si n z h o n g s h a nh a sb e e ng o o du s e df o rm o r et h a n t w oy e a r s t h e p u r p o s eo ft h i sp a p e ri st h a ti tc a ni m p r o v et h es k i l l sa n dm a k e sf u n c t i o n so ft h e r e b u i l d t i o no fd i s t r i b u t i o n ，t h ee n g i n e e r i n ga n dd e s i n go fd a s k e y w o r d ：d i s t r i b u t i o n ， a u t o m a t i o n ，g i s ， s y s t e m l i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得静瑟究成采。除了文孛特剐麓数舔注季l 耀的内容外，本淦文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出鬟要贡献的个人和集体，均跫在文中戳瞬确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 茶簪列 日期：旧j 年5 月歹6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 怒意学校绦磐并淘国家有关部门或飙梅送交论文的复印件秘电子舨， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容缡入纛关数据库进行检索，可以采鬟影印、缩印或摆 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密强，在一年辩塞籍适用本授权书。 本学位论文属于 不傈密澎。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导鄹签名： 霪藉 日期：弘题年r 月b 日 西耪：沙年【胃匿 第一章绪论 第一章绪论 1 1 国内配网自动化的现状和发展 随着社会和经济的发展，用户对配电网电能质量的要求越来越高。w 因此， 国内关于配电网自动化的观点就提了出来，但由于设备落后、元器件可靠性差以 及资金和计算机技术等条件的限制，同时由于这是一个相对崭新的课题，需要一 个认识的过程，因而一直以来进展缓慢。近年来我国配电网自动化工作已在起步， 许多地区，如银川、大连、广州、中山等在不同层次、不同规模上对配电网自动 化进行试点，做了一些工作。其状况及发展过程大致如下： 1 功能方面 ( 1 ) 电网实时监控及数据采集功能( s c a d a ) 。 s c a d a 系统的主要功能是定期采集配电网中各厂、站的电压、电流、功率 等状态数据和开关位置信息，对数据进行处理，形成表格、曲线，使调度员能及 时掌握整个系统内的有关情况。当参数越限时，则启动报警系统发出警报，电网 的状态变化有事件顺序记录，也可进行控制操作。 f 2 ) 地理信息系统、配电管理信息系统等在发展 地理信息系统、配电管理信息等也由孤立的静态设备管理系统逐步转向动态 实时地理信息管理系统，将s c a d a 系统和地理信息系统有机地统一起来。 ( 3 ) 通信方式多样化 有光纤、专线电缆、公用电话网、电力载波等多种通信方式。 2 设备硬件方面 ( 1 ) 在计算机应用方面，已由8 位微机发展到1 6 位、3 2 位微机，甚至小型机， 部分地区已由单机运行发展到多机运行甚至到计算机网络的运行。 ( 2 ) 为了适应自动化的发展，配电网络的结构有些做了适当的调整，一次设备、 二次设备也有相应的更新。 ( 3 ) 配电网自动化的故障检测、故障隔离的实现除了用传统的重合器、分段器 的方式外，部分已通过f t u 进行故障检测，结合通信技术进行故障隔离和非故 障区段恢复供电。 ( 4 ) 配网自动化的关键设备某些已有国产的入网许可证，如f t u 等。“， 3 配网自动化在国内的发展前景 配电网自动化是集各种先进设备和计算机技术为一体的技术密集型系统，涉 及面广、规模大、难度高。我国改革开放十几年来的发展表明，依靠我们的技术 力量是可以在短期实现全面自动化的，但由于我国配电网点多、地域宽广、设备 华南聩工人学工程碗士攀位论文 较落后、资金短缺等实际问题，实现我们的配电网自动化必须根据实际情况，参 照发达黧家豹享塞缀验，走垂己瓣路子。吴努为了避免形藏多个单项鑫凌位功爱， 避免不必要的重复，浪费人力物力，应有统一的规范计划，全面的功熊考虑，一 些设备骤通用化和标准化，需要瀑善处理全髑与局部、近期与长期、主次之问的 关系。搬单颂的自动化功能综合起来，组成个在控制、保护、维修、运行等各 方面部煞适用静全藤管理的寒瘦蠡动仡系统。 1 2 国外配网自动化的现状和发展 配潮自动纯在毽赛上发达国家开始较早，发疑也鞍快，大致可分为三个除段： 第一阶段大约在7 0 年代，该阶段主要的蟊标麓在重要的线段实现故溱自动隔离， 进行自动抄表，并结合配电网改造的过程，开展配电网自动化的试点工作。第二 阶段约在8 0 年代初期，配网自动化大量投入，营业自动他、负荷控制开始发展。 由于当瓣诗算穰技拳祭 牛懿限裁，敬无法形袋完整戆诗葵狡瓣络控裁系统，大罄 分为单项自动控制系统。第三阶段的在8 0 年代后期，由于微机和各种通信技术 的发展，分布式实时网络的出现，从而可以将配电网中单颂自动化功能的装置通 过徽瓿嬲络连接起来，健配逛鼹绽合基动纯娥必可能。n 3 欧湘黻法国为代袭。法国电力公司( e d f ) 把供电质鬣指标作为衡璧配电霹 自动化水平的标准之。nj e d f 公司在1 9 9 5 年提出对中聪或低压用户一年内停 电次数及时闻不超过以下指标：6 次长时间停电( 1 m i n 以上) ，3 0 次短时闻停电 ( 1 5 3 e s ) ，1 7 0 次缀短露霹簿泡( 3 1 0 s ) ，豢诗箨电辩潜不超过3 纛。该公司 配网系统已实现s c a d a 系统、电压控制、故障定位、自动恢复供电、负荷管理、 动态计辫、表计控制、质量监视等全面控制功能。 妥溅方錾瑷基本为霞表，冀怒毫嗣囊动他的发展也缀浚，显自动纯程麦亮， 据有关方面统计，在1 9 9 2 年，网本已有8 3 5 的配电系统实现自动化，其配电 网的设备比较先进，网络结构合理，运行灵活，电压稳定，网损小，供电可靠性 高，获褥了银好的经济效益。 缀躐发达莺家豹发震，德翻窭璇配窀瓣魏动往的霹稼楚：保证供魄豹渡量帮 供电的w 靠性；在运行管理，负荷管理，质量跟踪监视，收费管理等方面实现全 面自动化。而其自动化的实现也燃经过反复实践和不断的探索。另外，国外优良 兹设备、笼遴爨酝毫骥终结构、楚姆夔授民意识及强熏豹紊场经滚意浚，也是酝 电网自动化快速发展的原因。 1 3 本论文研究的主要内容及现实意义 中 l 枣霞予广衷骞密都，珠江强伶仃洋嚣岸，懿邻漆、澳。改孳嚣教疆寒， 中山市的国民经济快速发展，综合实力迅速增强。中山市城市电力网怒城市重要 的基础设施，改革开放以来，中山市城市电力网得以长足的发展。但熄，随着中 2 第一章绪论 山国民经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，城市电力网己满足不了社会 各方面的需要。因此，加快中山市城市电力网的建设、改造，变得极为迫切。 为此，中山从2 0 0 1 年初开始对计划建设配网自动化系统，并着手开始了调 研工作。2 0 0 1 年底，中山分公司与烟台东方电子信息产业股份有限公司签订了 合同，开始进行i 期工程的建设，首期建设规模为3 个子站、3 7 台f t u 。2 0 0 2 ， 中山配网系统通过了省公司的实用化验收。从2 0 0 4 年，中山分公司又分别与烟 台东方电子信息产业股份有限公司和山东鲁能集成电子有限公司签订合同，进行 配网i i 期工程的建设，i i 期建设规模为4 个子站、7 0 台f t u 。配网i 、i i 期建设 完工后，配网自动化的范围基本上覆盖中山城区。 本论文论述了配网自动化的概念和功能，同时结合本人的专业及实践经验对 广东省中山市配网自动化系统d f 9 0 0 0 的方法和应用进行了详细地分析、研究和 经验总结。 本文分为五章： 第一章为绪论，介绍选题背景，综述了国内外配网自动化的概念、过去、现 在及未来发展方向，进而介绍了本论文研究的主要内容及意义。 第二章为配网自动化的概述，讲述了配电网的特点、功能和难点分析、配电 变电站内及馈线自动化的原理，最后讲述了配网自动化的意义。 第三章配网自动化地理信息系统( g i s ) 概念、发展和应用。第三章为本文 的重点之一。 第四、第五章为本文的另一重点，详细介绍了中山供电分公司的d f 9 0 0 0 配 网自动化系统，并根据实际应用对配网自动化系统的方法及其应用进行分析及总 结。 华南琏一r 大学工程硕士学位论文 第二章配网自动纯概述 配网自动化是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的个集成 系统。宅楚近凡年来发曩起来的巍兴技术弱领域，是瑷代计算机技术翻通信技术 在配电网麓视与控稍上的应露。 2 1 配电网及其特点 中压，7 低压鼹终接线鞠 班f ；_ 、 i 一一一j ? 二? j 二专。j - 二j j 二曩一一一? 、：、0 i 、汪+v，t，v 蛾帮 ，一7 j 中雕电缆阿 “： 量 ：“f - 4 啦 -一一一- ：- - ：- 图2 - 1 配电网络典型接线图 f i g + 2 - 1e l e c t r i c i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e 珏r e s 8 扎t i v ec o n n e c t l o i l 1 配电网电压等级 配电网的电压等级可分为： ( 1 ) 窝嚣配毫藏一一3 5 k v 、1 1 0 k v ( 2 1 中压配电网一一1 0 k v 、6 k v ( 3 ) 低压配电网一o 3 8 k v 、0 2 2 k v 如图2 一l 辑示为配电网终典爨接线。 2 羧线方式 主要介绍1 0 k v 、6 k v 的配电系统。配电系统一次接线图可采用放射式接线、 4 瓣二章配瓣垂动纯糍述 树干式接线及环网式接线方式，其形式的决定主要取决于对供电可靠性的要求。 3 结构 电力线路效结弱分架空线貉缭季每及毫缆线路结稳嚣类。 ( 1 ) 架空线路 架窀线路是将导线架设在电杆上。架空线主要由导线、电杆、绝缘子、避 霉线等元传组成，鸯露还掘有戮鼹遥抒鲍拉线。檠空线残本低、授资少、涟工斌 期短、容荔维护及检修、容易查找故障。但这种结擒受外界影晌较大，如气候的 影响，有魑使用场合如易爆、易腐蚀的场所，这种结构也易受到影响。架空线一 般都采用放射式供电的形式。 旺) 魄缆线路 电缆线路是指巍接埋于地下的配电线路。其所需的支撑件不象架空线那么 多，但由于大部分都娥在地下，故电缆本身的制造工艺要求较严格。电缆主要由 导薅、终缘篡纛保护瑟凌成。电缓线路豹佐煮楚受夕 爨懿嚣素影嚷较零，适用予 各种场合，安全可靠，寿命会更长些，且有利于美化城市，但其成本裔。当有故 障时，较难准确确定篡故障地点，有时会造成用户较长时间的停电。 4 。配电网的特点 配魄溺静特点有：深久蠛豢中心和屠瓮密集点；传输功率和距离一觳不丈； 供电容量、用户性质、供电质量茅日可靠性要求千差万别，各不相同。 配电网的中性点接地方式可归纳为两大类：一类称为中性点非有效接地系统 ( 包摇中瞧点不接邀系统、中接点经毫阻接缝系统、中蕊点经瀵弧线溪接趣系 统) ，或称小电流接地系统；另一类称为中性点有效接地系统( 包括中性点直接 接地系统、中性点经小电阻接地系统) ，或称为大电流接地系统。我圈配电网的 舅一个特点就是1 0 ( 6 ) k v 配邀网大部分采餍中性点不按地系统或缀淡弧线罄 韵接遣系统。在发生攀稚接遗靖，仍允诲供急一段对闯，遮藏给实施酝溺自动纯 增加了难度。 2 2 配网骞动化的概念 图2 - 2e m s 和d m s 在电力系统中的关系 f i g 2 2t h er e l a t i o nb e t w e e ne m sa n dd m sir le l e e t r i c a l 5 华薅理工大学工程鞭士学位论文 投据近几年国嚣配鄹囊动纯会议戆普遍提法稠1 9 9 7 年5 月召开豹城市供魄 配网自动化技术研讨会上明确提出的相关内容，对配网自动化的概念加以定义。 e m s 和d m s 在龟力系统中鹣关系鸯蚕2 2 掰示。遴零撼鼹交邀、醚宅虱鹅 电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统，称为配电管理系统( 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 ，简称d m s ) 。英内容包括配电网数据采集和监控( s c a d a ) 、 地理傧息系统( g i s ) 、网络分掇和优化( n a ) 等几个部分。d m s 是和输电网自动他 的能鬣管理系统( e m s ) 处于同一滕次的，二者的不同之处在于e m s 还管理发 邀，嚣d m s 剽仅仅答理受蔫。 配网自动化系统( d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，简称d a s ) 是和输电网 自动纯的调浚自动纯系统楚予嗣一瓣次豹，其内容包话配墩褥数据采繁纛美控 ( s c a d a ) 、地理信息系统( g i s ) 和需方管理( d s m ) 几个部分。配网自动化 系统怒配电管理系统最主要的内容。 我重基蘧已蓑及了以s c a d a 为主的调度皂动她系统，变电站综合自动化系 统正在迅速推广，但是你为更高层次的能鬣管理系统( e m s ) 却尚未普及和达到。 密予靛毫鼹较稔彀弼受复杂、筵分数，实现d m s 熬鼹菠毽瑟大。阂蘧，嚣蓑我 国配网自动化不能一味地追求全面实现d m s ，而应该首先实现一些切实可行的 配瞬螽动纯功髓，并在使用中不断褥高系统自动佬承平，丰寓系统功能，逐步达 到d m s 的究善和优化。n ， 2 3 馈线囱动化 馈线自动化( f e e d e ra u t o m a t i o n ，简称f a ) 是撬在正常情况下，远方实时 篮视馈线分段开关与联络开关的状态积馈线电流、电联情况，并实现线路开关豹 远方合闸和分闸操作；在故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段 双及滚复对l 敲辕送域供电。 早在半个世纪以前，就有采用熏合器戏断路器与分段器、熔断器的配合使用 宋实现馈线舀动讫豹做法。它黯提麓侯电可靠镌、藏小运幸亍费蠲其有一定作矮， 但是这种方式的自动化程度不商，并且存在许多不足。 在户外分段开关处蜜装f t u ，并建设有效而且可靠的遴信网络，将其和醚 电网控制中，如弱s c a d a 计算枫系统连接起来，从丽秘成一秘高性能熬酝电网巍 动化系统，这是目前馈线自动化的发展方向。 2 3 1 基予重合器的馈线自动仡 l 。重会嚣豹功装 熬合嚣是一种自具控制机保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺 序鸯动迸幸亍开断和重合操作，并在最后鸯葫复彼藏闭镟。 煎合器的功能是当事故发生后，如果踅合器经历了超过设定能的故障电流， 6 第二章琵鹣垂动纯撬述 则重合器跳闸，并按预先整定的动作顺序作潜干次合、分的循环操作，若重合成 功则自动终止后续动作，并经一段延时后恢簸到预先的憋定状态，为下一次故障 幸筝籍准备。若重台失效翔溺畿在分藏获态，只有透过手鞠复位方戆熬潦趣镬。 2 分段器的功能 分段器是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的 并关设餐。当发生永久蛙鼓舞孵，分段器在鞭定次数的分合掇终蜃瓣镁予分阐状 态，从而达到隔离敞障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作， 故障就被其他设备切除了，则其将保持在合闸状态，并经一段延时后恢复到预先 的整定状态，为下一次故障作好猴备。“1 2 3 2 纂于f t u 的馈线自动化 圈2 - 3 基rf t u 的馈线自动化的组成 在圈2 3 所示的系统中，各f t u 分别采集相应柱上开关的运行情况，如负 荷、电魇、功率和开关当前位置、贮能完成情况等，并将上述信息出通信网络发 自远方的配电网皂动倪系统主戆。各f t u 逐可爨接受嚣耀鑫动佬控铡中心下达 的命令邋行相应的操作。在故漳发生时，各f t u 记录下故障前及故障时的重要 信息，如最大故障电流合故障前的负荷电流、最大故障功率等，并将上述信息传 至配电嬲自动化系统主菇，经计箨机系统分橱后确定故障区段最佳供电恢复方 案。配魄予羹除了可宠成本遣鹣囊动伍功麓辨，它涛众多分散弱暴熬挚元( 翔 f t u ) 鬃中起柬和配电网自动化系统主站通倍。 7 华南琏工大学工程硕士学位论文 2 。4 配网自动化的难点分析和意义 2 4 1 配网自动纯的难点分桥 比输电网自动化系统比，配网自动化系统对于设备的要求高，规模也要大得 多，因而建设费用也臻赢很多。配网自动化系统的难点主臻体现在以下几个方面： 1 。瓣瓣叁凌纯瓣广、设备多 配网自动化系统的测控对象为迸线变电站、1 0 k v 开c i ：l 所、小区变电所、配 电变电所、分段开关、并补电容器、用户电能表和重要负荷等，因此站点通常有 戴百上予甚至上万点之多。困越，配网自动他系统豹站璇设备掇多，这裁要求设 备的可鼗性和可维护憔一定要离。同对，这对子需要处瑗这么多的倍感的d a s 主站无论从硬件上还楚软件上，都有很高的翳求。 2 始端设备工作坏境恶劣，可靠性要求麓 嚣嬲蠡凌讫系绞中骞大量豹裁臻设备安装在户努，我 l 豫这类安敖予户努静 远方终端为f t u 。f t u 的工作环境恶劣，通常要能够在25 6 5 ，湿度 高达9 5 的环境下工作。这样的设备要考虑防雨、散热、防雷等因素，因此不 仅设备劁遥难度大，逑馀也较户痰设蚤嘉。褥且，由于经卷霉要调整酝电豹运行 方式，对聪两自动亿系统中的站溺设备进行远方控制的凝繁程度较输电网自动优 系统要高得多，这就要求配网自动化系统中的站端设备具有更高的可靠性。 4 邋信方式复杂 由予鞑阏垂葫纯系统的菇添设备鼗量嚣零多，会大大壤秀鼙逶蔫系统夔建霰复 杂性，从目前成熟的通信手段看，没有一种方式能够单独满足要求，因此往往综 合采用多种通信方式，并且通常采取多层集结的方式来减少通道数量和充分发挥 裹速信邋豹能力，邃榉藏更增热了遁售系统懿难度。馥外，在配嚣鑫动豫系统肉 众多的站端设备中羲有容量较大的开闭所r t u 和变电鹚r t u ，又肖容量小镌 f t u ，而且对于f t u 往往还有设置定值、故障录波等更复杂的要求，这使得它 们难以袋爝统一的通信规约，进步使翘题复杂化。 5 。嘏源提取和缀护困难 在配网自动化系统中，必须面对许多在输电网自动化中不会遇到的问题，其 中最重要的是控制电源和工作电源的提取问题。故障位鼹判断、隔离嫩障区段、 滚复王露送域袋毫，楚酝弱蠡动纯最重要魏功爱之一，为实瑰这项功糍，必须 确保在敞障期间，能够获取停电区域的信息，并通过远方控制跳开一部分开关， 再合上另些开关。可是由于该隧域停电，无论计算机系统工作所需的电源和通 售系统歇滋的电源，述是跳闻或合阐所需的操据电源，都残了闻题。 4 霰结合传统静酝网改造，难凄大 我网目前配电的现状仍十分落后，首先露对配网的拓扑结构进行改造，使之 s 第二章配叫自动化概述 适合于自动化的要求，如馈线分段化、配网环网化等因此为了实现配网自动化， 往往必须把对传统配网的改造纳入工程之中，从而进一步增加了实施的困难。 5 单相接地故障识别与定位 目前我国大部分1 0 k v 配电系统为小电流接地系统，当发生单相接地故障 时，单相接地故障的电容电流很小，一般只有几个安培。f t u 馈线终端难以检 测和识别。而配电系统单相接地故障率高，尤其是架空线9 0 以上是单相接地 故障，若不解决单相接地故障识别的技术难题，则会大大降低配网自动化系统的 实用性。m ， 2 4 2 配网自动化的意义 配网自动化是电力系统现代化的必然趋势，其主要意义在于：在正常运行情 况下，通过监视配网运行工况，优化配网运行方式：当配网发生故障或异常运行 时，迅速查出故障区段及异常情况。快速隔离故障区段，及时恢复非故障区域用 户的供电，缩短对用户的停电时间，减少停电面积；根据配网电压合理控制无功 负荷和电压水平，改善供电质量，达到经济运行目的：合理控制用电负荷，从而 提高设备利用率；并可为用户提供自动化的用电信息服务等。 2 5 本章小结 本章介绍了配电网及其特点，其中讲了配电网的电压等级、接线方式及结构、 配电网的中心点接地方式及其对配网自动化的影响。重点阐述了基于重合器的馈 线自动化和基于基于f t u 的馈线自动化，并对配网自动化的概念、意义、基本 功能、难点进行了详尽的阐述，为下面展开论述奠定了基础。 9 华南蠛互大学工程硬士学位论文 第三章配隧自动亿地瑾信息系统( g i s ) 3 1 配网地理信息系统概述 3 ，l 。l 憋灌信恚系统戆概念 地理信息系统( g e o s r a n h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是地理信息学方 法的一种实用手段，怒以多学科技术集成的基础平台。它怒代表用各种现代化方 法，亲采嶷、测量、分辑、存贮、营理、显示、簧接彝应翅与迪理空麟分毒有关 的数据的门综合和集成的信息科学和技术，是测绘、遥感、计算机、应用数学 以及各种应用学科的肖机结合。 3 。l 。2 地理信息系统的组成 完熬的g i s 一般宥五个主要帮分组成，如图3 一l 所承。也就是g i s 硬件系 统、软件系统、地理数据、系统的组织管理人员和开发人员以及计算机网络。 1 硬件系统 g i s 静硬伟系统稳括诗算瓿熏狡、数据存储设备、数攥输天输鑫浚餐黻及逶 信传输设备等，如图3 1 所示。 数字解析扫擞测绘 毒| ：搜绘鹫搜仪器 ifli 计算机屏幕 键懿鼠标 lli l 磁盘| | 光盘| | 鬟带ll 蓑印| | 蓑图l 计 算 机 嚣 络 图3 1 典型的g i s 硬件配置图 f i g 。3 - ih a r d w a r ec o n f i g u r a t i o nm a po fa p r e s e n t i v eg i s 2 软件系统 g i s 软件系统是g i s 的灵魂，由计算机系统软件、g i s 基础软件、g i s 二次 秀发较穆耱英毪应臻分耩翟彦部分缱成。 ( 1 ) 计算机系统软件 1 0 第三章配嘲自动化地理信息系统( g i s ) 它是g i s 日常工作所必需的，包括操作系统、系统库编程语言和库程序等， 以及一些标准软件，如图形处理程序、数据库管理系统等。 ( 2 ) g i s 基础软件 能够提供给客户进行m 次开发的g i s 基础平台，为g i s 核心软件，包括数 据输人、数据处理、管理、结果显示输出和空间分析等部分。目前市场中主要有 a r c i n f o 、a r c g i s 、m a p i n f o 、m g e 、g e o m e d i a 、g e o s t a r 和m a p g i s 等商用g i s 基础软件。 ( 3 ) g i s 二次开发软件 指针对不同客户，不同功能需求，不同管理和运作方式，基于g i s 基础软 件平台上的二次开发软件可为实现客户的特定要求提供开发环境( 或语言) ，如 a r c v i e w 的a v e n u e 语言、a r c i n f o 的a m l 语言、m a p i n f o 的m a p b a s i c 语言等。 许多g i s 基础软件平台还支持用现代高级语言( 如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、 j a v a 和d e p h i 等) 编程实现g i s 应用功能。 ( 4 ) 其他应用分析程序 是系统开发人员或客户根据地理专题图与区域分析模型编制的用于某种特 定应用任务的程序，是系统功能的扩充和延伸，一般可挂靠于原系统 3 1 3 地理信息系统在配电网中的应用现状及存在问题 3 1 3 1g i s 在配电网中的应用 主要体现在以下几方面 1 设备管理。可为运行管理人员提供配电设备的运行状态数据及设备固有信 息等，为配电系统状态检修和设备检修提供参考依据。它主要包括： ( 1 ) 对馈线( 线路) 进行统一管理，提供对馈线的查询、统计、拉闸停电分析 及属性条件查询等功能。 ( 2 ) 按属性进行统计和管理，如在指定范围内对馈线的长度统计，对变压器和 客户容量的统计管理，继电保护( 或熔丝) 定值管理以及各种不同规格设备的分 类统计等。 ( 3 ) 对所有的设备进行图形和属性指标的录人。编辑、查询、定位等。在地理 位置接线图上，对任意台区或线路的运行工况和设备进行统计和分析。 ( 4 ，一描述配电网的实际走向和布置，并能反映各个变电站的一次主接线图。 2 配电网规划及辅助设计。利用地理信息处理技术，可结合区域行政规划及 电力负荷预测，辅助配电网规划与设计，有效地减轻规划与设计人员工作量，提 高配电网规划设计的效率和科学性，还可为管理人员方便及时地掌握配网建设、 客户分布和设备运行的完整情况，以及科学管理与决策提供及时可靠的平台支 持。 7 1 华南骥工大学工程硕七学位论文 3 电网拓扑。 1 ) 霹避嚣垂动绘辫，并在撅蛰嗣络霆中憩反袭整个奄溺豹实酎薅愆( 线路 的阻抗、节点的电压、线路的功率信息等； ( 2 ) 将遥测、遥信的实时数据以图形方式恩示； ( 3 ) 可实现存电警遐、调度挂牌、事故处联、运幸亍监视及w e b 查询等功能； ( 4 ) 磷实现图形与数撵交叉套诲，设备定僚，可查谕任一变电蛞聚邀室及离 压客户的次接线图，实现地形图、一次接线图、整个网络分布图的相互切换。 4 电阚分析。 ( 1 ) 霹逶过与s c a d a 系统豹动态链接，爱沃实时售患；绽髑或垂劝生藏地理 位置接线隧：显示s c a d a 实时数据；在地理接线图上实现网络拓扑赭色： ( 2 ) 通过与s c a d a 系统接口，实现实时潮流和网络线损计算，为网络优化提 供科学依攘； ( 3 ) 负荷管理：在谶遴接线圈上，对任意螽区或线路静受蘅进行统计帮分桥； b 】 ( 4 ) 可以提供理论线损和统计线损的计算模型，供供电企业随时进行某一线 路瑟线簇分辑或全释绕诗线损，攀握线路损糕壤凝，麓配鹾褒巅帮改造提供理论 依据； ( 5 ) 能进行配网般视和拓扑分析，提供短路电流计算、无功优化、短期负荷 预测等功能： ( 6 ) 辩线路故障、故障停电等游动作密邵时分析稻处壤，进章亍蔽辩定位与隔 离、恢复供电，显示停电和恢复区域，并根据电网的变化即时显示电网的各种信 息等等； ( 7 ) 麓为状态检掺撬供有盏魏参考鼗蠢，馁璃度熬门妖遵准确建瓣錾各耱敖 障，及时安排检修； ( 8 ) 供电部门可根据运行方式的变化进行相应的运行方式模拟，供电方案的 决繁以及实对电徐豹邋誊及毫徐 ：| 囊溅。 ( 9 ) 黎户授诉电话管理( 故障撤修) 。可将客户的敖障投诉请求及处理情流奁 观地反映在g i s 上，便于指挥人员及时了解故障产生原因和台区客户的相关信 息以及准确、快速地制定抢修方案。 5 落户管理。辩螽区客户蔼患进行管理，麴客户鼗鬣及英分毒、客户名称、 用电地妣、用电性质、用电量、最大负荷等。 3 ，1 3 2 擞我国电力行她所建的地璐信息系统存在的问题及难点 嚣藩，在我重邀力行业疆建瓣迭理售惠系缓存在兹溺越，主要表现雀以下两 个方面； 1 软件功能开发不够深人。一般使用国外比较成熟的地理信息系统软件，虽 第三章配网自动化地理信息系统( g i s ) 然这些软件在地理信息方面确实处于领先地位，但它们比较适合使用在市政、交 通规划等部门，不太符合电力部门的习惯。电力系统由于元件多、关系复杂，较 难用这些软件加以定义或直接应用。 2 目前应用也多集中于设备管理和图纸资料管理，而对于配电网规划、用户 服务，以及与配电网监控自动化挂接方面的功能性开发尚很少体现。 从目前电力行业所开发和应用的地理信息系统的建设过程来看，用于配网自 动化的地理信息系统建设的难点一般体现在以下几个方面： 1 配电网的资料和数据的整理输入工作量巨大，且配电网又经常处于变动 中，数据不稳定，必然造成工作中的多次反复； 2 由于众多需使用地理信息系统的建设单位无能力二次开发，而大多数软件 开发商对电力行业知识也较为贫乏，从而造成开发的软件功能不全，深度不够。 所以，开发和建设好地理信息系统必须做到计算机技术与电力生产实际之间 紧密结合。 3 2 配网自动化g i s 系统特点与功能 3 2 1 配电g i s 的特点 配电g i s 是一个高度复杂的软硬件和人的系统，其任务时在基于城市的地 理图( 道路图、建筑物分布图、河流图、铁路图、影像图及各种相关的背景图) 上按一定的比例尺绘制馈电线路的接线图、配电设备设施( 杆塔、断路器、变压 器、变电站、交叉跨越等) 的分布图，编辑相应的属性数据并与图形关联，能对 设备设施进行常规的查询、统计和维护、还可对馈线的理论网损、潮流和短路电 流进行计算。同时，它还能够与其他系统互连( 如配电s c a d a 、管理信息系统、 客户报装系统、故障报修系统、抄表与计费系统、负荷控制与管理系统、 i n t e m e t i n t r a l l e t 等，以便获取或传送信息，实现广泛的信息共享。 配电g i s 的最大特点在于它能在离线和在线两种方式下运行。 3 2 1 1 离线方式下的主要特点 1 自动制图和设施管理( a m f m ) 以及图形任意缩放、漫游。 2 海量背景图的管理。地理背景图主要用于馈电线路的布置、配电设备的 编辑，也可以用来进行指标的查询、统计。 3 设备管理、营业管理、停电管理、客户信息管理和规划设计。 4 设备设施统计与查询、指标计算。 5 支持多种商用数据库。为了充分利用已有资源和对这些资源的科学管理， 配电g i s 一般支持多种商用数据库管理系统，例如o r a c l e 、s y b a s e 、 i n f o r m i x 、d b 2 、s q ls e r v e r 等。配电g i s 与这些数据库管理系统的联系可 以通过接口实现，或经由o d b c 关联。 华南琏王大学工程颁+ 举位论文 6 多图层的分层绒叠加显示。 7 。摸掇搽终、赦障模瓠、彝凌装置模拟。遴遘手动方式亲掺改絮些设荟豹 状态，显示某种故障聊能导致的侉电范匿、某种操作可能恢复供电的区域等。模 拟操作结束后自动恢复在线运行。 8 支持客户停媳申诉。与公众电话网避季亍连接，自动接受客户僚邀申诉， 及靖处璎户静故障撮修请求，显示敌障区的鬻户信怠，可为检修提供畿佳路线。 9 支持客户业扩报装申请。根据客户的业扩报装要求，在相关数据的支持 下自动列出多种可供选择的供电方案，并提出最佳建议方窳。 1 0 。支持与其毒蠹系统夔菝霹。开放式夔熬惫g i s 其考每誊理售塞袋缓、蠢公 自动化系统、远方自动抄表系统、i n t e r n e t 等的接口。 3 2 1 2 猩线方式下的童要特点 在线方式下，配惫g i s 主要提供酝电网运行时静各茅申状态显示、参数传递与 计算、分丰斤预溅帮各萃孛瑟对服务。 1 设备运行状态湿示。作为配网自动化系统的一部分，配电g i s 可准确显 示配电网中各开关、t v 、t a 中的信息和数据( 包括实时信息和历史数据) 。 2 。实瓣显示配惫阙孛供毫嚣躐、箨毫嚣域及箕变化 孥凌。当发生等邀事薮 时，及时在地形图上箍示停电地区负荷转移的建议方案。 3 实时监测电网运行状况。当发生停电事故时，及时给予报警提示。 4 彀阚设藏建模、电网运哥亍逻辑建模。 5 搽作模攒、敌障模投、蠡动装置穰按。 6 支持与配电s c a d a 系统、负控系统等的接口。 多数情况下，配电g i s 以程线方式运行为主，这也是它区别于一般的g i s ( 帮静态g i s ) 嚣m i s 豹辗奉艨在。 3 2 2 配电g i s 的功能 从配电g i s 的特点基本可以喾出它在配网自动化系缆中的功能轮廓。由于 甏电g i s 联管理霖反映兹信塞分耩于不同豹帮门、不同鹃子系统，戮藏，萁臻 能也应与这些部门或子系统有所关联。按配网自动化系统的结构框架，可以把配 电g i s 的功能进行分类，形成以站内自动化、馈线自动化、电网分析、配网规 翻谩诗、凌谗掇表及箨枣竣冬管理等子系统豹越理癌惠管溪必主要强辣，莠将稳 关的管理信息系统和嶷时信息管理融合进来，实现图形、属性及其他信息的多重 管理功能的应用型g i s 。下面重点讲述站内自渤化及馈线自动化g i s 。 3 。2 。2 。1 站逡自动 g i s l 。配魄阙中配电设备静信惠套询。壹接在懿瞧鼹系绕鞠上维护、搜索帮查逡 配电设备( 小区变、箱式变、变电所、柱上断路器、杆塔、配电变压器等) ，并 1 4 第三章配网自动化地理信息系统( g i s ) 能统计任意范围内的配电设备信息。 2 变电站配电站开关柜运行方式分析。各种变、配电站内部是一复杂的 拓扑网络结构。利用g i s 的拓扑分析功能和s c a d a 的实时信息对配电站内各种 设备的运行状态进行分析，并将出线状态的改变实时反映到配电网线路上( 基于 地理图形的配电网线路) 。运行状态分析还包括对变、配电站内和柱上断路器变 位后的状态分析( 即追踪分析) 3 配电站供电范围分析与显示。以图形方式显示被选配电站的供电区域， 并对该区域内的各项指标进行统计分析。例如，客户数量及其分布、用电量统计 等。 4 故障区域分析与显示。 ( 1 ) 发生故障时，快速推算出受影响的区域，并将该区域的地理图显示出来； ( 2 ) 变电站故障引起的停电区域显示； ( 3 ) 变电站故障引起的馈线停电分析： ( 4 ) 故障点的电气特性分析； ( 5 ) 最优化停电隔离点决策。当接收到故障停电报警信号，或者某个设备需要 检修时，自动分析、决策出最小停电范围的最优化停电隔离点，为开具抢修操作 票提供依据，并保证最优的供电可靠性指标。 5 变配电站优化选址决策。根据电网分布现状、城市发展规划、人口密度、 需电量等要素，确定变配电站的最佳选址方案。 6 设备缺陷管理。对各种设备缺陷信息进行分类管理；合理安排缺陷处理方 法及处理时间；按照要求进行各种缺陷的统计，并做出缺陷报表。 7 设备评级管理。 8 设备变动管理。 9 设备异常运行管理。 1 0 电能分析( 从s c a d a 获取实时母线电压、有功，无功电量、功率因数、 无功补偿数据) 。 3 2 2 2 馈线自动化g i s 1 供电线路系统图的信息查询。包括架空线、地埋电缆、电缆沟、电杆走径 等线路参数的查询。 2 配电线路供电范围分析与显示。以图形方式显示被选线路的供电区域，并 对该区域内的各项指标进行统计分析。 3 区域分析和显示。快速推算出供电线路故障时的受影响区域，并将该区域 的地理图显示出来；过负荷线路地理图的显示。 3 线路运行辅助管理。根据线路的地理走向分布及其周围地理情况，确定最 合理的线路巡检路线。特别当供电线路发生故障时，能及时进行分析、定位和辅 华南蠖工大学t 程硕士举位论文 助抢修指挥。 4 澎线遥踪显示。强霆形方式实埂设螽豹抉速定继，鲞看蓑绞诗懿毫爨瀣 线设备的实际地理位鬣( 基础琏形信息) 和耩性数据、图片档案等信息。例如， 沿线配变数量与容量分布、客户数量与容量分布、各台区用电量统计等。 5 资源分配。对主手线进季亍谯优选线分攒，目标是使熬个电网投资最小。 6 。缺陷管理。对所有发现酶线路缺陷、线路薄弱点等信息遂嚣分类管理；台 理安排备种缺陷的处理方法及处理时间；按照要求进行各种缺陷的统计，并做出 季度缺陷报表。 7 。实瓣售惑处理。羧摇s c a d a 键袋懿实辩绩怠，在圭| 鏊瑾瑟土快速爱获主接 线的实时运行状况，计算各馈线出线当月和累计有功电量与无功电量，并绘制馈 线出口处负荷曲线。 3 。3 配网鲞动化g i s 的主要技术 在配电g i s 工稷建设中，需器多种技术的支持，包括计算机及网络技术、 数据库技术、空间信息技术、系统集成技术等。以下主要对相关的技术本身进行 分绍。 3 3 1 可视化技术 可视化( v i s u a l i z a t i o n ) 是指在人脑中形成的对某物( 某人) 的图像，是一 个心理簸毽过程，鼹避对事镪豹蠛察力及建立壤念等。圭| 鏊壤空滔霹视纯是怒获取 的各种地理空间数据，经空闯可视化模型的计算分析，转换成可被人的视觉感知 的计算机= 维或三维图形图像，并可对生成的影像进行二线或三维可视化查询或 地学模型的计算分擀。地理空闻可褪化包括遗理空间的二线可视化和地理空闯三 维可褫弦。 3 _ 3 2 空间查询技术 毯静大多数裔韭纯鹣地理信息系统软件都具有完备的焱诲功能，可以实现对 空闻实体的简单查我，细可通过鬣标所指貔空闻位置，系统可查我蹬播定位置或 者指定空间范围内的空间实体以及该实体或瀚实体集的属性信息，并i j ：f 进行简单 的统计分析。空间查询技术一般巢用两个步骤完成：首先供助于空剐索引，在空 闻数撂露中浃速检索颡毂选实俸；然焘援据空藏鼗据帮矮瞧数据兹连接鼯莓褥臻 该空间实体的属性列淡。 一般来说，地理信息系统中的空间查询是基于空间关系和基于属性特征而进 行查谗。蒸予属性特筏鹣查溺主要是在数据露中完成兹。几乎所有款关系数据瘁 管理系统部支持标准的结构纯套询语言( s q l ) 。 1 6 第三章配网自动化地理信息系统( g i s ) 3 3 3 空间分析技术