電力GIS系統(tǒng)應(yīng)用研究

楊莉+荊志強

【摘 要】地理信息系統(tǒng)GIS在電力行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，為電力信息化建設(shè)發(fā)揮了重要推動的作用，并已深入到輸電、變電、配電，甚至用電管理領(lǐng)域。本文在介紹GIS和電力系統(tǒng)相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)可能存在的問題，重點闡述了電力GIS系統(tǒng)的框架模型，有助于進一步推動電力GIS的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電力；GIS；電力GIS

0 引言

作為一門學(xué)科，GIS是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門交叉學(xué)科；而作為一種技術(shù)，GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計算機技術(shù)系統(tǒng)。GIS具有基于空間數(shù)據(jù)、需要計算機系統(tǒng)支持和具有空間操作分析能力三個特征?？臻g數(shù)據(jù)用來表示空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，它可以用來描述來自現(xiàn)實世界的目標，它具有定位、定性、時間和空間關(guān)系等特性，是一種用點、線、面以及實體等基本空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示人們賴以生存的自然世界的數(shù)據(jù)。隨著地理信息系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，GIS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國土管理、城市規(guī)劃、電力水利、災(zāi)害預(yù)測、郵電通訊、資源調(diào)查、環(huán)境評估、公共設(shè)施管理、統(tǒng)計、交通運輸、農(nóng)林牧業(yè)、軍事公安、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。如圖2是GIS的相關(guān)學(xué)科示意圖。

1 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠→輸配電網(wǎng)→客戶用電設(shè)備構(gòu)成的總稱。電是商品，它的生產(chǎn)與銷售以瞬時在線完成。電力系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)觀點可分為輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)，由發(fā)電廠、輸電線路（導(dǎo)線、桿塔等）、變電站、配電線路（導(dǎo)線、桿塔、配電變壓器、線路開關(guān)、箱式變、開閉所/小區(qū)變等）構(gòu)成。電網(wǎng)的建設(shè)是基于特定的地理環(huán)境的，且隨著人類社會發(fā)展的需要，電力網(wǎng)建設(shè)也越來越復(fù)雜，需要考慮的因素也越來越多，運用傳統(tǒng)的設(shè)計、運行、維護、管理方法已不能滿足這些需求。同時，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展與人民生活水平的提高，各種大型及民用用電設(shè)備對電力系統(tǒng)的依賴性越來越大，要求越來越高，與現(xiàn)有的電網(wǎng)管理與維護模式的矛盾越來越突出。電力GIS融合電力系統(tǒng)技術(shù)、計算機圖形處理技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體，它在輸配電管理上的廣泛應(yīng)用，將為輸配電管理帶來質(zhì)的飛躍。

2 存在問題

目前，各電力公司輸電GIS建設(shè)的規(guī)模和實現(xiàn)的功能都不盡相同，但從總體上來說，多數(shù)輸電GIS系統(tǒng)都實現(xiàn)了輸電網(wǎng)地理接線圖、變電站一次接線圖、單線圖、交叉跨越圖、輸電線路相序圖的管理；部分系統(tǒng)實現(xiàn)了輸電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)圖、輸電線路立面圖、特殊區(qū)域（如雷害區(qū)、鳥害區(qū)、重污區(qū)等）的管理；部分系統(tǒng)實現(xiàn)了局部區(qū)域內(nèi)的3維輸電GIS功能，個別系統(tǒng)甚至建立了變電站內(nèi)設(shè)備的3維模型；多數(shù)系統(tǒng)都實現(xiàn)了輸變電設(shè)備查詢統(tǒng)計功能，但多數(shù)未按全生命周期的資產(chǎn)管理的理念實現(xiàn)設(shè)備管理功能；部分系統(tǒng)在GIS系統(tǒng)中實現(xiàn)了輸變電運行管理的部分功能，如設(shè)備輪換管理、巡視管理、缺陷管理和檢修管理等；部分系統(tǒng)實現(xiàn)了與EMS /SCADA系統(tǒng)、雷電系統(tǒng)的集成；部分系統(tǒng)實現(xiàn)了基于移動GIS技術(shù)和GPS技術(shù)的野外迅檢及數(shù)據(jù)采集功能。

可以看出，目前電力GIS系統(tǒng)存在的問題主要表現(xiàn)為：多以平面地理信息加輸配電網(wǎng)線路走經(jīng)和輸配電設(shè)備管理為主，奇少或無進行立體的空間應(yīng)用。如結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)進行線路巡線跟蹤、線路檢修跟蹤、帶電作業(yè)跟蹤、故障搶修車輛或人員跟蹤與調(diào)度、電網(wǎng)規(guī)劃/設(shè)計輔助決策等等。同時，數(shù)據(jù)更新時效性差以及系統(tǒng)性差。

3 電力GIS系統(tǒng)功能框架

電力GIS是將電力企業(yè)的電力設(shè)備、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)、電力用戶與電力負荷和生產(chǎn)及管理等核心業(yè)務(wù)連接形成電力信息化的生產(chǎn)管理的綜合信息系統(tǒng)。它提供的電力設(shè)備設(shè)施信息、電網(wǎng)運行狀態(tài)信息、電力技術(shù)信息、生產(chǎn)管理信息、電力市場信息與城鎮(zhèn)、公路街道、山川、河流、地勢、樓群以及氣象、水文、地質(zhì)、資源等自然環(huán)境信息集中于統(tǒng)一系統(tǒng)中，并通過GIS可查詢有關(guān)數(shù)據(jù)、圖片、圖象、地圖、技術(shù)資料、管理知識等。

新時期，電力信息系統(tǒng)的建設(shè)模式正在發(fā)生改變，作為電力信息系統(tǒng)建設(shè)分支的電力GIS系統(tǒng)的建設(shè)模式同樣要經(jīng)歷一個嬗變過程。電力GIS是輸配電管理信息和自動化系統(tǒng)的重要組成部分，其基本功能是完成輸配電網(wǎng)設(shè)施、設(shè)備、運行、維護的管理，并與SCADA聯(lián)動，實現(xiàn)輸配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的基本處理，更高級的功能則應(yīng)能為輸配電網(wǎng)運行、維護管理和調(diào)度提供輔助決策依據(jù)。

在構(gòu)造電力信息管理系統(tǒng)時，以設(shè)備空間描述設(shè)備屬性，以地理空間描述設(shè)施地理分布信息，以拓撲空間描述電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)信息，以電物理空間描述電網(wǎng)運行信息。各空間模型的相互關(guān)系如圖2所示。設(shè)備空間是電網(wǎng)設(shè)備信息管理構(gòu)造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，地理空間是電網(wǎng)設(shè)備的地理分布信息管理構(gòu)造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，拓撲空間是電網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)信息管理構(gòu)造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，電物理空間是電網(wǎng)的電物理特征信息分析、模擬而構(gòu)造的數(shù)字模型以及其信息處理功能函數(shù)的集合，實理該空間的典型技術(shù)構(gòu)成是電力計算分析技術(shù)、實時信息處理技術(shù)。

地理背景地圖顯示功能可以將測繪部門提供的電子地圖轉(zhuǎn)換成GIS系統(tǒng)可識別的方式，這樣一來，可以以更加直觀的地形印象方式展現(xiàn)各種背景圖。用戶查詢功能主要完成各種道路、街道的用戶查詢需求，并顯示其相應(yīng)的屬性信息。圖形建模功能以傳統(tǒng)的電子地圖為背景底圖，提供各種電力設(shè)備的編輯工具，使用戶能在地理背景圖上直觀的按照電力設(shè)備的實際分布情況進行空間增加、刪除、修改操作，同時提供相關(guān)的屬性操作。自動制圖功能負責高品質(zhì)電力設(shè)備圖的制作，同時需要實時地根據(jù)地圖要表的更新。線路設(shè)備查詢系統(tǒng)功能負責將配電及其設(shè)備的各種分布情況在圖形終端上顯示出來。Web發(fā)布功能可以將電力及其設(shè)備的各種圖形信息、屬性信息和實時信息在互聯(lián)網(wǎng)上進行發(fā)布，并通過通信網(wǎng)絡(luò)進行傳送，加快地理信息的共享與查詢，提供更實時的電力信息。電網(wǎng)分析功能可以實現(xiàn)供電可靠性、停電故障等問題的分析，以及實時追蹤電力GIS中桿塔與導(dǎo)線的連接關(guān)系、進線出線的對應(yīng)關(guān)系及電網(wǎng)的實時拓撲結(jié)構(gòu)。輔助決策功能則負責若出現(xiàn)停電故障或需要線路檢修時對停電范圍作最優(yōu)化決策。

4 結(jié)論

本文在分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征的基礎(chǔ)上，重點分析了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)所面臨的問題，提出了電力GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢及設(shè)計電力GIS系統(tǒng)的功能框架，根據(jù)該功能框架，電力系統(tǒng)的管理面向用戶時更加高效和直觀。

【參考文獻】

[1]于泓漪.電力GIS系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)[J].東北電力技術(shù)，2008，10：41-44.

[2]盧娟，李沛川.淺析電力GIS系統(tǒng)的發(fā)展及其主要功能[J].測繪通報，2005，2：55-58.

[責任編輯：楊玉潔]