电力公司GIS系统建设方案.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除省级电力公司 GIS 系统建设方案北京恒华伟业科技有限公司此文档仅供学习与交流摘要：本文着重阐述了新时期电力 GIS 系统的建设模式，提出了新时期电力 GIS 系统的总体结构、功能结构、技术路线及实施步骤，同时对电力 GIS 系统的发展历程及现状 进行了简单的描述。关键词：电力 GIS 输电 配电 SG186 标准 IEC61970/IEC61968 资产管理 电网状态 名词解释：BAP：Business Application Platform SG186之安全生产管理之业务应用平台 GAP：Geographic Application Platform SG186之安全生产管理之图形应用平台 IEC61970：IEC制定的EMS（能量管理系统）接口标准 IEC61968：IEC制定的配电管理系统的应用集成标准第一章电力 GIS 系统的发展历程目前 GIS 在电力行业已得到广泛而且深入的运用，为电力行业的信息化建设发挥了重 要推动的作用，GIS 技术已经深入到输电、变电、配电，甚至用电管理领域。但是，GIS 技 术在电力行业信息化建设中的作用和地位确立也经历了一个漫长而又曲折的过程，这一发展 历程可分为三个阶段：启蒙阶段、发展阶段和规范阶段。1.1 启蒙阶段这一阶段始于上世纪 90 年代初，终于 1998 年（是年，国电公司启动了城乡电网改造工 程）。这一时期的主要关注的问题是 GIS 是什么、GIS 能否应用于电力行业、GIS 能为电力 信息化建设做什么等。当时在电力行业引入 GIS 存在诸多困难，首先，电力企业多数决策 人员对 GIS 技术认识不够，只有少数人能够正确认识 GIS 的用途和作用；其次，国内 IT 技 术尤其是软件技术的应用尚处于刚起步阶段，故管理信息系统的建设也同样处于起步阶段。1996 年上海电力公司沪西供电所（现为沪西供电分公司）率先将 GIS 技术引入到其配 电管理信息系统，并将 GIS 系统和 MIS 系统合并为一个系统进行建设，该模式一直沿用至 今。之后，其它少数几个电力公司也建立了输配电 GIS 系统。在这一阶段，基本的 AM/FM 功能都已实现，同时输配电运行管理的部分功能也与 GIS 系统实现了集成，一些辅助决策功能也已经有了初步的尝试，如：故障抢修分析、电话报修 分析等。需要说明的是，很多电力公司已经在该阶段建立了生产 MIS 系统。这对后续阶段 GIS系统的建设模式产生了深远的影响。1.2 发展阶段该阶段始于 1998 年（国电公司城乡电网改造工程开始），终于 2005 年（“十五计划”结 束，“十一五计划”即将开始）。随着国电公司城乡电网改造工程的启动和推进，电力行业信息化建设的号角也随之吹 响，本次改造工程在信息化建设方面的重点是信息网络系统、调度 SCADA 系统及配电自动 化系统（DMS）的建设，管理信息系统的建设也得到了很大推进。而 GIS 系统的建设成为 当时电力公司“创一流”工作的“必修课”，因此在本次电网改造工程期间，电力 GIS 得到广泛 的应用和很大的发展。而且，在这一期间，多采用全省统一 GIS 平台的模式，以地市级输配电 GIS 市场为主导，网省级的电力 GIS 市场较小，北京、上海、天津、重庆及其它省会 城市的输配电 GIS 系统均建立于该时期。城乡电网改造结束后至 2005 年，电力行业 GIS 系统市场以网省级的输电 GIS 系统为主， 很多网省级电力公司的输电 GIS 系统都是在这一时期建立起来的，如华中电网公司、华北 电网公司、东北电网公司、华东电网公司、西北电网公司、山西省、贵州省、甘肃省、江西 省、云南省等。“技术推动”（Technology Push）是这一阶段电力 GIS 发展的主要特征。同时，又具有“市 场发展超前，技术标准滞后”的特征。虽然，全国各地的电力公司都在建设电力 GIS 系统， 建设模式大都接近，系统功能结构也比较接近，只是具体细节不同，但当时并未制定一个统 一的行业标准，各电力公司及各开发商均自行其事。在该阶段的电力 GIS 的建设中，几乎所有可以在 GIS 系统上实现的与输配电生产管理 有关的功能都已经实现了，AM/FM 在该阶段成为电力 GIS 系统的“最小功能集合”，制图及 各种图纸管理功能得到加强，实用化程度得到提高；电网网络分析功能成为必需实现的功能，如：电源追踪、供电范围分析、最佳抢修路径分析；其它辅助决策分析功能也有不同程度的 实现，如：最优停电方案分析、负荷转移分析、供电可靠率计算及线损/网损分析等，个别 电力 GIS 系统甚至有电网规划辅助决策分析的尝试；多数电力 GIS 系统都实现了与 SCADA、 DMS、EMS 及负控系统的接口，将这些系统的数据反映到 GIS 图上，并为这些系统提供图 形数据访问服务。在该阶段，两种类型的电力 GIS 系统的建设模式得以确定，融合模式和分立模式。在 融合模式中，GIS 系统和 MIS 系统是一个系统，实现两个系统的统一设计、统一开发、统 一部署，该模式以上海电力公司输配电生产管理系统为典型代表，其它采用该模式的系统还 有北京电力公司配电生产管理系统（后期）、西北电网公司输电生产管理系统等。在分立模 式中，GIS 和 MIS 各自建设，由电力公司统一领导，不同开发商设计、开发和实施，两个 系统间通过接口交换数据，并实现部分功能的集成，该模式以北京电力公司的配电 GIS 系 统（早期）为典型代表，其它采用该模式的电力公司包括：天津、重庆、大连、武汉等，由于在上一阶段，很多电力公司都已不同程度地建立了输配电 MIS 系统，因此，这些电力公 司在本阶段建设 GIS 系统时多采用该模式。在该阶段的后期，电力 GIS 新的建设模式已经初露端倪，即 GIS 与 MIS 系统的有效集 成，而且正在逐步过渡到应用牵引阶段（Application Pull）。1.3 规范阶段该阶段为从 2005 年底至今。经过 10 余年电力 GIS 系统的建设，各大电力公司及国电 公司都开始着手总结经验，重新思索电力 GIS 系统的建设模式，走出技术推动阶段的电力 GIS 进入以应用牵引为主导，建立相应规范和和标准的规范阶段。这一阶段中需要重点强调 的是国电公司正在实施的 SG186 工程，该工程不但要建立电力 GIS 系统建设的规范和标准， 同时也要建立整个电力管理信息系统的规范和标准，这标志着这电力信息系统建设已经进入 成熟期，以往各行其事的格局将彻底改变。另外，值得一提的是，上海电力公司早在 2003 就已开始着手开展这一阶段的工作，制 定了上海电力公司输配电生产管理系统的建设规范，并且已经实现了全市各分公司的输配电 生产管理系统的统一，仍然采用的是 GIS 和 MIS 融合的模式。第二章电力 GIS 系统的现状分析经过 10 余年的建设和发展，绝大多数网省级电力公司和地市级电力公司都已经建立了 电力 GIS 系统，输电和配电是电力 GIS 的“主战场”，同时也已延伸到了用电领域。总体来说，现有电力 GIS 在系统架构方面多数为 C/S 和 B/S 架构相结合的架构。C/S 结 构的子系统用于实现 GIS 图形编辑及高级应用功能，B/S 结构的系统用于实现设备管理及其 它 MIS 类功能。从发展的角度来看，电力 GIS 正处于规范阶段，电力 GIS 系统建设的相关标准正在制 定过程中，因此，现有的电力 GIS 系统都没有遵循某一建设规范。2.1 输电 GIS 现状目前，各电力公司输电 GIS 建设的规模和实现的功能都不尽相同，但从总体上来说， 多数输电 GIS 系统都实现了输电网地理接线图、变电站一次接线图、单线图、交叉跨越图、 输电线路相序图的管理；部分系统实现了输电网联络图、输电线路立面图、特殊区域（如雷 害区、鸟害区、重污区等）的管理；部分系统实现了局部区域内的 3 维输电 GIS 功能，个 别系统甚至建立了变电站内设备的 3 维模型；多数系统都实现了输变电设备查询统计功能， 但多数未按全生命周期的资产管理的理念实现设备管理功能；部分系统在 GIS 系统中实现 了输变电运行管理的部分功能，如设备轮换管理、巡视管理、缺陷管理和检修管理等；部分 系统实现了与 EMS /SCADA 系统、雷电系统的集成；部分系统实现了基于移动 GIS 技术和 GPS 技术的野外迅检及数据采集功能。两种类型建设模式的系统都存在，在分立模式中，GIS 系统和 MIS 多数在数据层面集 成，功能各自开发，因此存在部分功能的重复建设。2.2 配电 GIS 现状目前，各地市电力公司的配电 GIS 系统建设的差异还比较大，有的仅实现了基本的 AM/FM 功能，而有的已经渗入配电生产管理的方方面面，如：电网运行状态管理、杆变运 行管理、用户接线图管理等。多数配电 GIS 系统都已实现 10kV 及以上配电网地理接线图管理、配电站一次接线图管 理、配电线路设备查询统计；部分系统实现了电缆沟剖面图、配电网逻辑接线图、专线用户 接线图的管理；部分系统实现了配电运行管理的部分功能，如：线路巡视、缺陷、检修及计 划管理；多数系统实现了电源分析、供电范围分析功能，少数系统实现了最优停电分析、停 电模拟分析、负荷转移分析等电网分析功能；部分系统实现了与 EMS/SCADA 系统、DMS 系统、用电 MIS 及负控系统的集成；个别系统实现了与视频监控系统的集成；部分系统实现了基于移动 GIS 技术和 GPS 技术的户外迅检及数据采集功能。2.3 用电 GIS 现状目前，电力 GIS 已经渗透到用电领域，但是建立用电 GIS 的电力公司远不及建立输配 电 GIS 系统的多，所以，用电 GIS 的发展潜力还比较大。用电 GIS 系统主要实现了各类用户 GIS 数据管理、用户报修、用户报装、用电稽查、用电迅检及抢修车辆调度等功能。部分用电 GIS 和客服中心的 Call Center 系统进行集成， 实现快速相应用户报修功能和用户投诉功能。目前，只有少数几个电力公司建立了此系统，因此用电 GIS 具有一定的市场潜力。2.4 电力通信网络 GIS 现状其功能需求与电信行业通信网络资源 GIS 系统相同，与输配电 GIS 需求差异较大。目 前建立该系统的电力公司不多，是一个没有充分开发的市场。第三章新时期生产管理系统的特征SG186 工程的号角已然吹响，而这一响亮的声音明示着电力 GIS 系统建设新时期的开 始，电力 GIS 系统的建设即将或正在变得与以前大不一样。3.1 新时期概述国电公司“十一五”规划中明确提出：要强化集约化发展、集约化管理和集约化经营，建 设“一强三优”现代公司；大力推进公司信息化建设，加速公司各个环节的信息化进程，以信 息化带动生产自动化和管理现代化，是实现公司发展目标的重要举措。同时，该规划又指出：信息化要依托现代管理理念，面向流程优化和应用整合，提供一 体化解决方案，将信息系统从目前所起的基本辅助作用，提升到企业级的应用。从上面描述中，我们不难发现，国电公司已经宣布过去“重硬轻软”的信息化建设时代的 结束，信息系统不再处于“辅助”地位，已经提升到企业级的应用层面。“十一五”规划制定后不久，国电公司随即提出了国家电网公司信息化建设技术路线-“SG186工程”。SG186工程对电力GIS系统的建设提出了明确的要求，并给出了相应的建设 规范。另外，部分新技术日渐成熟，这对企业级信息系统的建设，同时也对 SG186 工程，产 生了深远的影响。SOA（面向服务的架构）设计理念使得极度异构的系统的集成成为可能， 同时也使极度复杂的分布式的 Web 计算成为可能；EAI（企业应用集成）已成为企业级信息 系统建设的核心理念；IBM 倡导的“随需而变”的理念成为信息系统建设梦寐以求的目标，而 平台化的软件开发理念成为实现该目标有力保障。所以，新时期已经开始。新时期就是“十一五”时期。3.2 SG186 概述“SG186”工程是国电公司提出的信息化建设技术路线，其目标是：一，建成“纵向贯通、 横向集成”的一体化企业级信息集成平台，实现公司上下信息畅通和数据共享；二，建成适 应公司管理需求的八大业务应用，提高公司各项业务的管理能力；三，建立健全规范有效的 六个信息化保障体系，推动信息化健康、快速、可持续发展；四，力争到“十一五”末，公司 的信息化水平达到国内领先、国际先进，初步建成数字化电网、信息化企业。“SG186”工程的八大业务应用是：财务（资金）管理、营销管理、安全生产管理、协同 办公管理、人力资源管理、物资管理、项目管理、综合管理。“SG186”工程的六个保障体系是：信息化安全防护体系、标准规范体系、管理调控体系、 评价考核体系、技术研究体系和人才队伍体系。这些体系的建立将为公司的信息化建设提供 必需的资源、技术、管理和人才保障。输配电 GIS 系统属于安全生产管理的一部分。“SG186”对安全生产管理应用的建设目标 及建设内容进行了明确的界定，同时也提出了 GIS 的建设规范。安全生产管理应用的建设目标：建设基于地理信息图形、以资产全生命周期管理为核 心的安全生产管理应用，加强对电网安全生产各环节的有效管理。另外，需要引起我们注意 的是，在安全生产管理的设计思路方面，提出：系统采用资产全生命周期管理的思想，对电 网资源生命周期的各阶段（创建、运行、退役、报废等）及其状态进行全过程和全方位的管 理与跟踪，在此基础上以 ERP 理念实现与 SG186 工程中的财务系统、营销系统、项目管理 系统、物资系统以及人力资源系统等实现数据交换和集成，最终实现 SG186 工程一体化的 系统建设目标。安全生产管理应用的建设内容：建立跨区电网输变电监管系统；建立公司上下一体的可靠性管理系统；整合安全生产管理相关系统；开发与整合设备状态评估专家系统等高级应用； 完成公司总部安全事故分析、环境影响评价、安全预警与监控功能的开发和建设。具体内容 包括：输变电管理、配电管理、地理信息系统、安全监督管理、可靠性管理、环境评估数据 库、DMIS、调度（EMS/DMS/DTS、电能量计量计费、电网动态监控、电力市场、保护与 故障信息、水调自动化）、总部输变电监管系统、安全事故分析预警与监视、生产管理系统 高级功能。在 MIS 与 GIS 集成方面，SG186 提出集成模式是分立模式，即 GIS 与 MIS 是两个系统， 但原本一体化的系统可以保持原来的模式。在两个系统的集成细节方面，提出三种集成办法： 数据集成、功能集成和模型集成。同时，又提出了集成的两个基本前提。一，BAP 和 GAP 基于统一的电网资源标识体系（如对设备唯一 ID 的编码方式达成一致，或具备转换可能）； 二，对于 BAP 和 GAP 双方均有业务意义的信息分类编码达成一致（或具备转换可能），如 电压等级、杆塔形式、缺陷类别、跳闸原因、设备评价级别等。在现有的 SG186 安全生产管理应用建设规范中，没有明确网省级电力公司数据中心与 国网公司总部数据中心图形数据的纵向贯通模式。各地市级数据全部存储于省级数据中心， 同时在本地保留一个备份，本地数据与省级数据中心间需要实现数据同步。同时，SD186 提出了 3 种纵向贯通的具体实现方式。一，将数据提交至数据中心，然后交由数据交换平台 实现上下级数据中心的纵向贯通；二，通过数据交换平台实现数据的纵向贯通；三，通过 SOA 实现功能上的纵向贯通。SG186 安全生产管理应用规范中，需要很好理解地两个概念，一是基于地理信息图形， 一是资产全生命周期。这是本轮输配电生产管理系统建设的核心理念，新建的输配电 GIS 系统必须很好体现这两个理念。SG186 安全生产管理应用建设进度方面，06、07 两年是新时期的关键两年，在这两年 当中，需要完成系统建设规范和标准的制定、数据中心的建设、数据交换平台的建设、基础 业务平台的搭建和基础应用的开发，同时完成各试点网省的试用工作；08、09 年是全面推广、纵横向大集成和高级应用开发年。3.3 新时期的特征正如人类社会发展一样，每个时期每个时代都会有其独特的特征，而且有的特征会在历 史的长河中留下深刻的烙印。技术的发展也不例外，电力信息化是其中的一部分，新时期， 电力信息化已经出现明显的时代特征。3.3.1 规范化标准化在过去的其 10 余年里，输配电生产管理系统的建设一直没有统一的规范或标准，各电 力公司根据实际的业务需要对系统的建设进行规划，各开发商根据自身对业务的理解及积累 的开发经验对系统进行设计，而且生产管理系统的各个分支大都由不同的开发商开发，且随 之形成一个个信息孤岛，导致企业内部横向应用集成难度极大。新时期正是要通过规范化、 标准化来解决这一历史难题。3.3.2 横向集成纵向贯通规范化、标准化是横向集成和纵向贯通的基础，只有实现了横向集成和纵向贯通，才能 说国电公司集约化管理的战略不是“空中楼阁”，才能说这一战略有了坚实的基础。3.3.3 企业应用集成建立一体化企业级信息集成平台是 SG186 工程的目标，企业应用集成包括两个层次的 集成，横向集成和纵向集成。横向集成指网省公司内部的集成，纵向集成指国电公司与各网 省公司的“大集成”。3.3.4 软件平台化软件平台化是软件开发商降低运营成本的重要手段，在过去的 10 余年中，只有为数不 多的开发商真正实现了软件平台化。新时期，规范和标准即将形成，国电公司横向集成和纵 向贯通要求的力度不断加大，软件平台化也是满足新时期要求的重要手段。3.3.5 基于地理信息图形GIS 在电力行业的应用已有 10 余年之久，为电力信息化建设发挥了重要的作用，生产 管理系统基于地理信息图形是技术发展和电力信息系统建设的必然结果。3.3.6 资产全生命周期管理电力企业是一个资产密集行的企业，而资产全生命周期的管理是 EAM（资产管理）核 心理念，正如 MRP II 之于 ERP 一样。资产全生命周期管理是 EAM 和电力设备管理的完美 结合。第四章新时期电力 GIS 系统建设方案新时期，电力信息系统的建设模式即将或正在发生改变，作为电力信息系统建设分支的 电力 GIS 系统的建设模式同样要经历一个嬗变过程。易云：“变则通，通则达”。那么，我们需要改变什么？又如何改变？新时期，电力 GIS 系统将存在于一个复杂环境下，既要符合国电公司的规范和标准， 又要与数据交换平台实现数据交互。其次，对内需要与安全生产管理应用的其它模块实现功 能或数据上的集成，如： EMS（能量管理系统）、DMS（配电自动化系统）、TMS（电能量 计费系统）、GR（电网资源管理）及 GO（电网运行管理）等；对外，需要与 SG186 工程的 其它模块（如：营销管理模块）实现数据或功能层面的集成。最后，还要实现与上下级系统 的纵向贯通。因此，新时期的电力 GIS 系统在总体结构、技术路线、数据模型、功能结构上都将变 得不同。那么，作为开发商，我们如何实现这种变化？我们需要根据自身的实际情况合理地 有步骤有计划地实现这一“嬗变”。根据公司的具体情况，宜采用两套方案，一套方案是利用公司现有的输配 GIS 系统满 足目前及未来一年内的市场需求，该方案为过渡方案。过渡期从现在开始，至 2007 年底， 约一年时间。新方案用于满足国电公司新时期规范化标准化平台化的需求，需要说明的是新方案需要 根据市场的需要有步骤地实施，同时要最大程度利用现有系统的资源，以降低开发成本。4.1 系统网络结构磁盘阵列Internet数据交换服务器上 级数据中心数 据 中心GIS Data Server 1GIS Data Server 1Web ServerApplication ServerWeb ServerApplication ServerGPRS/GPS图形编辑 工作站图形打印 客户端ArcGIS Engine（n台）业务管理 客户端移动GIS终端数据交换服务器本级数据中心ArcGIS Engine（n台）Internet Explorer（n台）新系统的建设要充分考虑国电公司 SG186 工程正在建设的数据交换平台的要求，确保能够与数据交换平台平滑对接。新系统中，数据从两类服务器上提取，一是 GIS 数据服务器，一是数据中心的服务器； 当然，也可以将 GIS 数据服务器和数据中心的服务器合并，但这样可能会降低系统性能， 同时增加了服务器的安全风险。Web Server 和 Application Server 运行在同一台服务器上，如果条件运行，可以在两台独 立的服务器上运行，且关键服务器采用双机热备的模式，如数据服务器和 Applicatio 服务器。4.2 系统逻辑结构登录控制输 相 特3电变 序 殊 维 其区 电 它电 图 域 网高配 系 单 级 其统 线 分 它图 图 析报 车用 修 辆 其电 报 调 它 装 度SCADA功生产MIS能雷电系统体基 图 电 电 电 地 础 层 网 网 网 图 功 管 显 查 编 编 能 理 示 询 辑 辑图 设 电 网形 备 网 络 其 打 管 状 分 它 印 理 态 析系其他系统J2EE Application Server安全 J2EE 基础框架 体数据接口模型系Web ServiceGIS Application Server技 地理信息系统平台（ArcGIS）术 空间数据引擎（ArcSDE）体功能集成模型 电网分析模型IEC 61968/61970系权限管理模型工作流模型（可选）设备编码模型设备对象模型IEC 61968/619702维电网模型（含时间维）3维电网模型属性数据库（数据中心）GIS数据库在新系统中要处理好利用 ArcGIS 平台现有产品开发与自主研发的平衡问题。在目前基于 ArcGIS 平台开发电力 GIS 系统的开发商中，上海欣能采用了自主研发的技术路线，仅使 用了 ArcSDE，所有 GIS 功能均利用 ArcSDE C API 实现，该技术路线开发周期长成本高， 而且无法利用 ArcGIS 的版本管理功能，但是购买 ArcGIS 平台及其许可的成本已经降至最 低，仅需采购 ArcSDE 和 Application Server 上的许可，据了解，上海电力公司有 2000 多 GIS 系统的客户端，如果都要许可，其许可费用之高是可想而知的。而多数开发商都直接采用 ArcGIS 平台实现所有功能，如利用 ArcGIS Engine 开发图形 编辑及电力 GIS 高级应用系统，用 ArcIMS 或 ArcGIS Server 开发 WebGIS 系统，用 ArcPAD 开发移动 GIS 系统，用 ArcScene 开发三维 GIS 系统。这些平台及其许的费用可将给开发商 及用户带来极大的成本压力，不利于开发商的长期发展，也未能发挥客户资金的有效利用。采用合理的系统架构和技术路线可以有效降低平台采购成本，具体措施是图形编辑、高 级图形打印及电力 GIS 高级应用采用 ArcGIS Engine 开发，WebGIS 及移动 GIS 自主研发， WebGIS 及移动 GIS 均使用 Application Server 提供的 GIS 服务，Application Server 利用 ArcGISEngine 开发，这样只需在 Application Server 所在服务器上运行 ArcGIS Engine Runtime 及其 许可，而且 Application Server 的功能均可直接利用图形编辑和电力 GIS 高级应用子系统的 源代码实现，这样可以减少采购 ArcGIS Server 或 ArcIMS、ArcPAD 平台及其许可的费用， 而且解决了在 ArcIMS 平台上无法实现电力高级应用功能的严重缺陷。在新系统中需要充分考虑系统中的各种模型，包括：设备对象模型、设备编码模型、2 维电网模型、权限管理模型、电网分析模型、数据接口模型、权限管理模型、3 维电网模型、 工作流模型和功能集成模型。这些模型决定了属性数据库和 GIS 数据库模型，而这两个模型是企业级 GIS 系统建模的核心内容，如果这两个模型没有设计好，日后的应用开发将会 遇到严重的困难。在满足新时期应用集成的要求方面，通过 Web Service 技术实现与其它系统在功能上的 集成，GIS 功能及数据访问功能均以 Web Service 的方式提供，具体服务的提供由 GIS Applicaton Server 及 J2EE Application Server 实现。4.3 系统技术路线数据交换技术方面，在系统数据库设计时，要充分参考 IEC 61970 协议的 CIM 模型， 同时采用标准的数据交换格式，利用 XML 技术和网络计算技术实现数据交换，以便实现与 国家电网公司数据交换平台对接，将数据准确地传送到国家电网公司数据中心。系统接口设计方面，要充分参考 IEC 61968 协议及 IEC61970 协议，以便降低与其它系 统集成的难度。在系统架构方面，采用 C/S 和 B/S 相结合的架构，图形编辑、地图打印及高级电力 GIS 应用采用 C/S 架构；WebGIS 与设备管理及运行管理功能融合，均采用 B/S 架构，从目前掌 握的资料来看，国电公司倾