GIS技术应用在配网管理中

摘要：电力系统的配网管理涉及电网空间分布和内部状态变化的复杂问题，信息系统是支持配网管理的基本手段。传统配网管理信息系统基于表格形式表现对象属性，无法反映描述对象的空间和系统的空间分布模式。地理信息系统（GIS）能够有效描述二维空间问题，将GIS技术引入配网管理信息系统将极大地扩展管理信息系统的描述能力和表现形式。分析传统配网管理信息系统所面临的问题，提出配网管理GIS系统的目标设计和功能设计，讨论配网管理GIS系统的技术路线，结合南充电业局河东供电局的需求分析，阐述了GIS在供电系统中建立的意义和GIS技术在配网生产经营信息管理中的应用。 
关键词：地理信息系统；配电网络拓扑；GIS；配网系统 
　　近年来随着经济的发展，日益增长的用电需求与薄弱的配电网架的矛盾已十分突出。为了提高供电质量，zui大限度地满足国民经济发展和社会用电需求，城乡电网建设与改造工程主要有两部分内容，一部分是电网设备的建设与改造，另一部分工作则是应用先进科学技术，提高电网生产经营的科学管理水平。根据国内外的应用经验来看，电力GIS系统是城乡电网建设与改造工程必须使用的信息技术。
　　GIS（GeographicInformation System）——“地理信息系统”是将自然环境及人类活动信息以计算机进行“数字化”综合管理、分析、应用的复合型信息技术。美国政府1998年年初提出的“数字地球计划”中将大力发展的主体技术之一就是GIS。作为于20世纪80年代中期才形成的新计算机应用技术，GIS近年来在技术及应用方面得到了迅速发展，毫无疑问，下个世纪GIS将被深入应用于人类几乎所有的经济及生产活动之中。同样，电力局GIS技术在促进中国电力生产经营管理工作赶超国际先进水平的进程中，也将起到强劲的助推器作用。
　　虽然南充电业局在信息管理方面取得较大的成绩，特别是南充电业局管理信息系统（MIS）对生产管理已经取得很大的成绩；但由于配电网的信息具有空间性和时间性难于统一管理，所以供电局信息的处理，基本上还是处于大部分计算机单机处理、小系统和手工并存的阶段。在这一阶段中，信息的手工处理和计算机处理并存，传统的数据交流方式和现代化的传输方式同在，难免出现各种问题。随着该局的不断发展和社会政治经济管理水平的不断提高，原有的手工处理和计算机处理共存的工作模式已经成为制约南充电业局河东供电局提高现代化管理水平的瓶颈，因此建立配电网管理地理信息系统已成为必然。
一、系统的设计机理
　　1、解决方案
　　通过对南充电业局河东供电局管理现状的分析和需求调查，可以明确：建立南充电业局河东供电局配网管理地理信息系统（NCPDGIS）具有可行性和必要性。根据企业管理逐步实现科学化、现代化和无纸化办公的目标要求，NCPDGIS系统的任务就是顺利地完成由手工处理阶段向计算机处理阶段过渡，使信息管理系统逐步地完整、完善和规范化，从根本上提高配电网的现代化管理水平。因此NCPDGIS的建设须以配电网生产和技术管理为基础，以配电网信息管理为核心，面向供电生产需求，灵活地利用AM／FM／GIS技术、数据库技术、通信和网络等技术，构造一系列配电网管理模型，zui终设计出配电网信息化管理的整体解决方案。实现增效节能、提高供电可靠性和综合服务质量，创造更高更好的社会效益和经济效益的目标。
 
    2、总体设计
　　NCPDGIS的总体设计，是在系统调查和分析的基础上进行的。它将提出系统的结构框架与规范标准建议，为系统的分项详细设计和工程实施提供依据。
　　为便于系统的总体设计达到目标，遵循以下一些原则，作为进行总体设计的指导和依据。
　　（1） 采用软件工程的方法：任何一个软件系统都有其一定的生命周期。系统的整个开发周期，可分为系统调查阶段、系统分析阶段、系统总体设计阶段、分项详细设计与实施阶段、系统试运行阶段和系统评价阶段，从而保证系统开发的科学性和开发的质量。
　　（2） 系统整体性原则：NCPDGIS系统的开发是从全局出发以企业发展规划与目标为依据，仔细分析各方面需求来实现整体目标。即系统设计面向功能、面向全局各部门。
　　（3） 系统的开放性原则：系统的开放性表现为对外界有良好的信息交换能力，对内部有良好的互联与兼容能力，对用户提供充分的维护与扩充功能，有较强的应变能力以适应企业与环境变化。
　　（4） 系统的稳定性原则：系统从实际出发，符合企业的条件和人员素质状况，在人机界面的设计上应与实际相符合，为系统的使用者提供良好的人机界面。
　　（5） 系统的分步实施原则：NCPDGIS系统的开发与建设，采用“统一规划、分步实施、实用当先、易于扩充”的方针，整个系统的建设在统一规划指导下，分阶段进行，使系统边建设边发挥效益。
　　软件采用的结构和程序模块化构造，要充分考虑系统的可扩充性和可维护性，留有再开发的接口，在用户需求变化比较大的情况下，可以根据需要修改某个模块、增加新的功能以及重组系统结构以达到程序可重用的目的。另外对数据库表的修改维护可以在很短时间内完成。
二、系统约定、拓扑关系的设计与实现
　　1、系统约定
　　（1） 变电站：变电站（拉框绘制）是画所有设备的起点，点取变电站内任意位置画出电源点，由电源点来连通拓扑；
　　（2） 出线开关：点取变电站边框位置来绘制，由它引出线路；
　　（3） 开关刀闸：开关刀闸作为线路的分断，可以画在一段导线中间，把该导线分断为两段导线，也可画在导线端点，然后在这个开关上再引出一段导线。
　　（4） 线路：主线从出线开关引出，线路上可有多个关键杆，支线必须由关键杆引出，所有线路双击结束。
　　（5） 变压器：变压器只能挂接于导线的末端，也就是在设计变压器时，必须引出一段导线，即点取任意导线末端拉出一定位置和方向放开；
　　（6） 联络开关：联络开关是常开的开关，当两条线路中间有联络线时，联络线上的开关（即联络开关）在电网正常运行时处于断开状态；
　　（7） 架空电杆：画在一段导线中间，点取导线上任一点拉出一定位置放开。
    2、电网拓扑关系
　　电网拓扑关系是按照各类设备在地图上的相邻关系，并遵循现实中电网设备的连接关系，由变电站出线开关起始，沿送电方向记录线路上的设备，直至线路终点。
　　3、拓扑关系的建立
　　由于现实中电网设备的连接关系有上、下级，起点、终点的区分，因此在绘制电网设备图，建立电网拓扑关系的设计过程中就必须遵循沿电流方向的原则。首先绘制变电站、站内电源点及变电站的出线开关，然后绘制出线开关引出的导线，输入导线的属性信息后，再绘制导线上的各种用电设备。遇到两条线路中间有联络线时，联络开关为联络线上的电网正常运行时断开的开关；zui后用主窗体右下方的“连通设备”按钮点取站内电源点与该站的某出线开关把电源连通，每个出线开关在新绘制时都要与该站内电源点连通。
三、NCPDGIS的主要功能
　　NCPDGIS系统实现的主要功能有：
　　①图形和数据的录入及编辑功能；
　　②道路名、线路名跟踪功能；
　　③设备的快速定位功能；
　　④模拟倒闸和停电统计；
　　⑤单线图管理；
　　⑥条图管理；
　　⑦系统图的自动生成及维护功能；
　　⑧变电站内一次结线图；
　　⑨线路设计；
　　生产管理：
　　设备统计；
　　与SCADA实时信息的接口；
　　通用报表输出工具；
　　系统数据维护；
　　权限控制；
　　安全日志管理。
四、系统在管理和生产上的应用
　　该系统的应用使南充电业局河东供电局的工作质量和效率得到极大的提高，已经从量的变化转变为质的飞跃，其实用性、率和易操作性深受使用者的普遍欢迎，主要表现在以下几个方面。
　　（1） 设备统计：该统计功能的实现，将以往所有设备运行专责人每年末需要10到20天时间完成的现场设备资产统计工作变为一天全部完成（包括打印），效率得到极大提高。
　　（2） 设施资料的更新和查询：过去采用手工翻阅多本图册和台帐才能完成的查询工作，现在仅用几秒钟就完成了所有相关内容的查阅。
　　（3） 设施图纸和相关资料的共享：过去各部门之间经常要传送一些相关的图纸和资料，以解决交叉资料的使用和维护问题，采用该系统从根本上解决了各部门之间图形和数据资料的“分散加工”与“整体共享”的矛盾。
    （4） 显示停电影响范围以及停电设备和用户的自动查询和统计功能，可事先通知相关的重要单位，避免不必要的损失。
五、结论
　　通过对配网管理地理信息系统的设计目标和功能应用得到以下结论。
　　（1） 根据南充电业局河东供电局配网管理的需求，给出建立配网管理GIS系统的技术路线和技术思路；
　　（2） 给出配网管理信息系统的功能设计和功能的实现的过程；
　　（3） 建立南充电业局河东供电局配网管理地理信息系统（NCPDGIS），提高了供电业务管理水平和工作效率，在提高配网的安全稳定和经济运行水平方面以及在提高事故情况下的快速反应能力。