电网地理信息系统之WEB_GIS与高级应用功能设计.pdf

ELECTRIC POWER IT 电力信息化 应 用 技 术 2 0 0 4 年第2 卷第4 期71 WEB GIS 0 引言 传统的电网管理涉及的各系统 例如S C A D A 雷电监测系统 配电 系统 输电系统 通常都注重自己权 限范围内的管理 与其他各电网管理 系统不能有效地找到一个途径结合起 来 数据实时性 唯一性 共享性 联系性差 这给电力企业的设备统一 性 实时性和准确性管理带来非常大 的技术难题 这种技术上的难度带来 了管理上的相互闭塞 重复性的劳动 多 部门之间协调性不强 以致对电 网事故预见性 电网和市场潜力估计 不足 而G I S 技术找到了解决这个问 题的关键 那就是利用电力设备地理 空间的唯一性作为关键索引 把各个 系统联系起来 对电网的各属性数据 和空间数据进行应用 并利用其强大 的空间分析能力对其设备之间的逻辑 关系进行分析 对整个电网系统进行 统一建模和管理 G I S 与S C A D A 等电 网管理系统的集成 使整个电网依托于 电子地图形成一个高效 动态 实时 互动性强数据统一的数字电网系统 目前G I S 技术在电网管理中应用 越来越广泛 在配电管理和输电管理 中都有较为成熟的应用 但以G I S 为 统一平台把电网高级应用系统集成在 一起的数字电网系统还没有 而从电 网的一体化管理发展的要求来看 以 G I S 为整体平台 以设备的地理空间 的唯一性作为关键索引进行电网的多 管理系统集成是电网管理系统建设的 发展趋势 电网W E B G I S 是电网G I S 技术 与I n t e r n e t 技术相结合的产物 随着 电网G I S 应用深度进一步加深 电网 G I S 应用的广度也被提到日程上来 对于电力企业来说 电网信息是企业 发展的基础信息 各相关部门和人员 对相关实时的电网信息的获取是非常 必要的 而基于电网G I S 之上的电网 W E B G I S 有效地解决了这一问题 该系统提供的电网基础参数和地理信 息可直接应用于经济调度管理 运 行 保护 输电管理 雷电定位系统 等方面 为电网运行的经济 可靠 安全服务 提高电网管理水平 为保 证电网系统实时安全管理有重要意 义 电网W E B G I S 采用B S 模式 它的使用突破了只有专业人员在C S 模式下使用电网G I S 的局限性 拓展 了决策层 管理层 应用层的应用 面 对各层次人员提供一个在I E 模式 下具有空间和地理方位的数字化电 网 为电网的调度 查询 分析 统 计 规划 设计 检修 运行管理 刘 莹1 米建华2 李永生3 王铁山3 1 北京中电普华信息技术有限公司 北京 1 0 0 7 6 1 2 中国电力企业联合会 北京 1 0 0 7 6 1 3 山西省电力公司 山西 太原 0 3 0 0 0 1 从电网的一体化管理发展的 要求来看 以G I S 为整体平台 以 设备地理空间的唯一性作为关键 索引进行电网的多管理系统集成 是电网管理系统建设的发展趋 势 本文主要针对电网W E B G I S 的功能和设计原理进行阐述 并 对电网G I S 与电网高级应用系统 S C A D A 雷电监测系统 气象信 息 G P S 输电线路缺陷和巡检管 理系统的接口设计方法和功能进 行说明 电网地理信息系统之 W E B G I S 与高级应用功能设计 ELECTRIC POWER IT 电力信息化 应 用 技 术 2 0 0 4 年第2 卷第4 期 72 高压输电线路管理 大用户客户服务 及经营生产决策提供一个辅助决策系 统 W E B G I S 加速了信息的流通 增强了企业信息共享程度 提高了企 业决策速度 1 电网W E B G I S 1 电网W E B G I S 的功能设计 电网W E B G I S 的功能设计的目 的是为了满足不同部门 不同级别 不同岗位的人员在内网中对相关实时 的电网信息进行查询和辅助决策分 析 W E B G I S 的功能的实现 扩大 了电网管理信息系统的应用层面 突 破了专业人员使用的局限 使电网管 理信息系统最终可以建成一个以电子 地图为背景 结合图形技术 数据库 技术和互联网技术 适用于全网电力 生产经营管理的技术支持系统 W E B G I S 的基本视图操作功能 设计为在IE浏览器下对视图进行开 窗 漫游 视点前进 视点后退 简 图和显示地图全图等操作 W E B G I S 基本功能部分的内容 设计为 量度尺 最优路径 路名查 询 图纸打印 连通分析 取消突出 显示 空间查询 属性资料查询 站 房接线图 站房平面图 输电网络 图 相序图 平断面图 还原到沿布 图和地图背景 W E B G I S 高级功能设计为 雷 电活动监测查询 S C A D A数据图形 查询 2 系统结构描述 W E B G I S 的实现采用当前流行 的多层结构来实现这一系统 将整个 系统分成 3个层次 见图 使整个 系统的可靠性 可伸缩性 可扩展 性 可维护性 以及系统的整体性都 能大大提高 首先是应用的表示层 又称为前 端 它的主要功能是提供一个人机交 互的界面 用户通过它进行各种操 作 同时利用它查看各种返回结果 图形或数据 这一层主要运行在客 户的浏览器内 其次是应用的服务调度层 又称 为中间层 它的主要作用是接收来 自不同前端客户的服务请求 按照一 定的算法将它们进行排队 并根据当 前图形服务器集群中各个服务器的状 态 将请求分别发送到一个图形服务 器上去 并将该图形服务器的返回结 果传回给相应的前端客户 这一层主 要运行于W E B服务器上 最后是应用的服务提供层 又称 为后端 它的主要作用是接收来自 服务调度层的各种服务请求 对请求 进行相应的处理 得到处理结果 图 形或数据 并将处理结果传送给服 务调度层 对应于这一层的就是图形 服务器 3 模块说明 1 前端模块 另外一种方式 称为数据包交换方 式 首先定义了一套特殊的协议 将 用户的操作转化成特定的请求包 通 过中间层 服务调度层 发送给图形服 务器 由图形服务器按照相应协议对 它进行分解 进行处理之后将结果 图形或数据 组织成结果包的形式 通过中间层 服务调度层 发送到前 端 前端再根据具体情况进行相应的 处理 显示图形或属性数据等 为了 适应这种数据交换的需要 构造了前 端与服务调度模块之间的通信程序 由于采用了数据包交换的形式 每一 个数据包都相对独立 并无相互依赖 关系 所以系统对通信线路的要求相 当低 只要在交换数据包时保证线路 的畅通就可以了 两次数据包交换之 间的间隔对线路并无要求 而且 即 使由于线路原因造成数据包交换失败 用户也可以通过重复操作进行多次尝 试 并不会影响整个系统的运行 图1 系统结构图 由于整个系统的前端运行于标准 浏览器之内 因此采用了当前领先的 J A V A 技术 编写前端代码 处理图 形的显示 进行属性资料的结构化存 储 用户操作的记录以及前端与服务 器的通信等 由于G I S 应用的大数据量和远程 访问带宽的限制 同时也是出于数据 安全性的考虑 没有将大量的图形数 据发送到前端进行处理 而是采用了 由于用户的操作和返回的结果 都是以数据包的形式来表现 而且数 据包是最终通过网络传送的对象 所 以设计了比较合理的数据包合成和分 析算法以及数据包的结构定义 一方 面使数据包在容量上尽可能得小 以 减小网络传输量 提高反应速度 另 一方面使它具有比较高的结构化程 度 以便于分解和合成 同时也减少 了前端代码的量 缩短了下载时间 ELECTRIC POWER IT 电力信息化 应 用 技 术 2 0 0 4 年第2 卷第4 期73 电网管理系统的功能上升到实时决策 服务层 对于S C A D A系统来说其功 能实现了在相关地理空间的显示 突 破了传统的模拟图显示范畴 由于调度S C A D A系统的安全性 要求高 电网G I S 系统和S C A D A 系统 的接口通信可以采用共享中间数据库 的接口方式 S C A D A系统将共享数 据写入中间数据库 而G I S 系统则从 中间数据库中读取共享数据 G I S 系 统通过一个转换模块 将电网地理接 线图进行图元简化 按线路段合并 将输电GIS的电网地理接线图转成 S C A D A 所需的主接线图 同时提供 一个图形处理界面 对图形进行移 位 拉直等处理 在转换过程中 产 生 一 系 列 的 对 应 关 系 表 使 得 S C A D A 中高级应用软件 如实时潮流 等 的计算结果和实时量测通过对应 关系表进入G I S 并在G I S 系统的地理 背景上实时直观地显示电力设备的遥 测遥信信息 在转换过程中 电网的 拓扑关系和电气参数一并依附在主接 线图中 该功能设计可查询S C A D A遥测 和遥信数据 数据随S C A D A系统对 中间数据库刷新速率保持一致 并可 以灵活调整 可以达到电网GIS的 S C A D A 数据更新速率与实时S C A D A 遥测数据更新基本一致 该功能可查 询变电所主接线图 并有实时分析功 能 如某线路负荷电流大于事先设定 的警戒值时 该电流值会变为红色表 示警告 同时 该系统没有调度 S C A D A 系统的遥控功能 也不能在 M I S 网内对S C A D A 主站端数据库和 各项功能配置进行修改 有效地保障 了S C A D A 系统的安全 独立 2 与雷电监测系统接口和功能 设计 雷电监测系统是电网调度的重要 功能之一 雷害天气给电力系统造成 的危害巨大 雷击线路造成跳闸事 故 影响供电可靠性 如果发电厂 变电所 输电杆塔建在雷害发生频繁 的地带 就很容易造成大面积停电 影响各行业的安全生产 由于雷击输 电线路后 雷击故障点不易准确 快 速定位 线路的防雷特性也无法定量 评价 因此雷电监测系统与地理信息 图 2 电网G I S 输电线路潮流 电压参数实时显示功能 服务调度模块 该模块的主要用途是做负载均衡 即将前端客户的请求均衡分布到 后端的多个服务器上 使系统平稳运 行 通过中间层 服务调度模块 的引 入 可以将后端 服务提供层 从单个 的图形服务器扩展成图形服务器集群 服务器组 这种扩展可以带来以下 优点 首先 整个系统的服务提供者 从一个变成多个 系统的安全运行不 再依赖于某个图形服务器的正常运 行 系统的可靠性由此提高 其次 在一个应用系统中 用户的访问数量 是在动态变化的 一般随着应用的深 入会逐步提高 所以对图形服务器的 性能要求也会不断增加 这时候我们 可以通过简单的扩充图形服务器的数 量来平衡整个系统的性能需求 因此 带来系统较高的可扩展性 第三 因 为后端 服务提供层 内的所有图形服 务器是相对独立地在运行 单个服务 器的开关或维修并不会影响到其它服 务器的运行 同时由于中间层 服务 调度层 有一个智能化的识别功能 它不会将前端请求再发送给停止运行 的某一个图形服务器 因此某个或几 个图形服务器的故障或一般性维护工 作并不会影响到整个系统的正常运 行 系统的可维护性也相对提高了 2 电网G I S 与电网管理高级应用系 统接口和功能设计 本文在此只介绍了电网G I S 与主 要电网管理系统 如S C A D A 系统 和 包含地理信息丰富的电网管理系统 如雷电监测系统 气象信息系统 G P S 输电线路缺陷 巡检管理系统 的接口和功能设计 1 与调度S C A D A 系统接口和功 能设计 电网G I S 与S C A D A 系统接口对于 实时了解电网运行状况和变电站设备 的运行状况有重大意义 使基于G I S ELECTRIC POWER IT 电力信息化 应 用 技 术 2 0 0 4 年第2 卷第4 期 74 快速准确结合非常重要 也是电网缺 陷管理的重要内容之一 在电网的 G I S 平台上对雷电监测系统进行接口 功能设计 使其与其他电网功能统一 使用 不仅能及时准确获取相关的电 网管理运行信息 并且可以及时提供 雷电信息对电网的影响 对于电网信 息一体化实时准确管理有重要意义 由于雷电监测系统安全性要求比 较高 与雷电监测系统接口采用文件 传输和中间数据库的方式 雷电监测 系统先将雷电监测的数据文件 包括 时间 经纬度坐标 电流值等 通过 串口从专网定时传输到公网 然后再 将数据写入中间数据库 以方便G I S 系统读取 G I S 系统接收的雷电原始信 息 定位信息进行参数分析 用户可 以以客户端和浏览器两种方式对所需 的雷电信息进行操作 查询和分析 在G I S 统一平台上设计的该功能 能获得每次雷击的时间 地点 雷电 流幅值 雷电极性 回击次数及每次 回击时间 地点 电流幅值和极性 当雷击线路跳闸时 能比较准确地指 示雷击故障点 避免全线巡视 缩短 抢修时间 使调度人员及时掌握雷电 的运动轨迹 便于对事故做出正确的 判断 制定可靠的运行方式 并且保 存实时 历史雷电数据 实现信息共 享 实现对每次雷击数据及雷击位置 的分析和统计 按照指定时间段和范 围检索雷电数据 采取科学合理的分 析方法 结合收集到的数据 推算线路 的受雷宽度 制作一定精度的雷电图 为各种设施的防雷设计提供依据 3 与气象信息接口和功能设计 气象信息有助于电力负荷调度决 策 特别是在夏季连续高温对电力调 度中发挥非常显著的作用 电网G I S 与气象信息发布系统的接口方式可采 用中间数据库的方式 气象信息发布 系统将共享数据写入中间数据库 而 G I S 系统则从中间数据库中读取共享 数据 按自身程序全自动采集相关的 气象数据并处理和存储 按照中心站 预先设定的报警参数智能判断是否报 警 并主动报警 该功能可实现在小 比例尺的行政区域地图上任意查询某 一地区当天的气象情况 包括温度 风级 天气情况等 根据算法智能判 断报警功能 4 与G P S 输电线路缺陷和巡检 管理系统接口和功能设计 利用G P S 卫星定位实现高压输电 线路的巡检管理 可以科学有效地解 决高压输电线路缺陷的管理和巡线工 作质量的监督 G P S 缺陷和巡检系统 提供了线路参数校核 缺陷管理的数 据录入和考核功能 G I S 系统和G P S 缺陷和巡检系统的通信可采用共享数 据库的接口方式 G P S 缺陷和巡检系 统获取G I S 服务器的管理信息 例如杆 塔相关信息 G I S 服务器获取G P S 缺 陷和巡检系统的运行信息 例如设备 缺陷信息 用户在G I S 系统上输入基 本数据 通过接口传送到G P S 缺陷和 巡检系统 同时G P S 缺陷和巡检系统 上采集的信息也可以通过接口传送到 G I S 系统 G P S 缺陷和巡检系统融入 G I S 系统可以使两个系统的数据得到 了充分的共享 直接用于生产管理 实 用化程度高 对提高高压输电线路安全 运行水平是较好的技术支持手段 3 结论 以G I S 作为可视化平台进行电网 W E B G I S 和电网高级应用功能集成 的开发 这对于解决目前信息系统面 临的 信息孤岛 解决多系统间数据共 享提供了一个有意义的参考模式 同 时对于以G I S 为基础平台做企业应用的 载体平台提供了一个有意义的尝试 依此思路利用电力设备以地理空 间的唯一性作为关键索引 以G I S 为 基础平台在多系统接口和整合方面可 以进行深一步的工作 尝试将电网生 产管理系统 配电自动化 营销自动 化系统 客服部分 农网管理系统逐 步在G I S 平台上 以集中体系进行建 设 从而形成一个依托于电子地图的 高效 动态 实时 互动性