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基于GIS系统的配网自动化 |
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| 基于GIS系统的配网自动化 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:15:29  |
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许大鹏 朴在林
摘要：该文介绍GIS系统在配电网中的应用及开发技术，结合SCADA系统，将实时数据引入GIS，实现了GIS与SCADA的集成。
关键词：GIS；SCADA；配网自动化
随着电网改造和电力企业改革的深入，基于GIS系统的配网自动化在电力系统得到广泛应用。在GIS系统中，实时数据的采集工作由SCADA系统提供。SCADA系统的主站，其主要功能为：遥测、遥信、遥控、报警、报表打印等。在配电信息化、自动化推进过程中，重要一点是信息的发布范围。GIS的一个重要功能是WEB方式，WebGIS将所管辖范围内的所有10kV及以上电网及设备的图形信息、属性信息和实时信息在企业内部网上发布，所有生产管理人员可通过公司局域网或异地人员通过电话拨号上网对电力设备运行状况和主要记录进行查询、浏览。而且，地理信息系统以其特有的图形编辑、设备管理、地理查询、网络分析、辅助决策等管理功能，对于整个电网的合理布局与规划、整个系统的优化调度以及控制有着极其重要的意义。尤其是GIS的动态数字电网和基本设备管理可视化必将扫除以前所连续的与纯数字打交道的枯燥，将极大提高工作效率。
1 配电GIS的总体结构
通过建立配电GIS的实时监控系统，即在配电网调度中心建立主站，在新一代适合配电自动化使用的重合器、分段器上设置智能控制器，通过GPRS、GSM通道联系，利用短信的特点，实现远程监控，达到就地分散自动化、集中监控的功能。实现对线路的瞬时故障和永久故障进行正确的重合或切断，自动恢复供电并能最大限度的自动选择故障隔离区域。整个自动化系统最终将多个系统（调度自动化系统、配网自动化系统、馈线自动化监控系统、负荷监控系统和集抄系统）采集到的数据在GIS平台上展现，为调度员提供直观、统一的操作界面。主站即馈线自动化系统，负责整个供电区域配电网自动化及管理系统的监控、管理。配电终端，主要负责对线路、馈线开关等设备进行就地数据采集和控制，如图1所示。
监控后台SCADA系统包括：两台服务器（主从互备）、多台操作员站及工程师站、GPS系统等。
服务器：以Windows 2000 Server为操作系统平台，运行商用数据库管理系统。运用可靠、稳定的控制模型实现主备服务器的自动切换。采用先进的网络通讯技术，实现双网冗余运行模式下，从故障网快速、可靠、自动地切换到备用网。实时处理通讯控制机上传的数据，转发操作员站的控制命令，分发告警事件信息，生成报表数据，保存历史数据和事件记录。采用先进的数据库同步技术，保证主备服务器数据库的一致性。
工作站：以Windows 2000为操作系统平台，提供美观、友好、安全、方便的人机界面。实时动态显示潮流数据；运用声、光、色、动画等多种手段实现告警提示；遥控、遥调等操作界面符合运行规程和操作习惯。提供各种数据的录入和查询功能。在线验证操作员的操作权限及身份，并存储操作的结果。
GIS系统包括：数据库服务器，以WINDOW S2000为操作系统，安装商用关系型数据库和ArcSDE空间数据引擎。
图形工作站，以WINDOWS NT/2000为操作系统，安装ArcGIS系列产品ArcEDIT，用于系统总体架构的控制与基础数据的维护，如系统建模、图形的编辑、数据转换等；WEB服务器与数据库同一台服务器，安装WINDOWS NT/2000 操作系统，安装ArcIMS，用于WebGIS图形发布并提供空间查询和统计分析服务；查询及数据维护客户机，用于业务数据的录入、修改及日常业务工作的开展。
整个配网自动化系统保持GIS平台和SCADA平台服务器端运行的相对独立，保持实时数据库、历史数据库和空间数据库的唯一性，客户端的数据录入和维护则是在GIS平台上实现。把地理信息和实时信息无缝连接，充分满足配网自动化系统的功能要求。两个平台独立保证两个系统运行的安全、稳定、可靠和高效。配网模型、图形数据等由GIS生成和管理，SCADA系统的主接线由GIS生成，使两个系统的信息高度统一。GIS系统通过采用标准数据库接口、调用API函数等方式从SCADA系统数据库中读取实时数据，GIS系统实时数据刷新速度与SCADA相当，通过ODBC从关系数据库中读取历史数据，并在GIS上显示，实现对配电网的实时监控。由GIS系统编辑和维护配网的地理图和系统接线图，在进行地理图编辑时，系统可以自动维护地理图和系统接线图的对应关系，在地理图或系统接线图上进行操作或分析时，两图可以自动保持一致，并按规约和统一的数据格式保存相关的数据。配网自动化主站系统的操作平台通过读取关系数据库的数据，作为GIS人机界面所需的数据。
2 配电GIS的应用
本系统除完成GIS的基本功能，如收集、完善并有效地组织配电网的各种信息（线路、杆塔、变电站、各种开关等）；对各种图形数据和属性数据进行统计分析、报表打印；地理图上设备信息双向查询等。还结合SCADA系统的实时数据，实现"三遥"即遥控（带反校，30s超时）；遥信（开关变位主动上送）；遥测（人工召唤），网络拓扑分析、状态估计、潮流计算、负荷预测等电网高级应用。如通过事项接口读取SCADA系统故障信息之后，通过空间定位在地图上查找开关位置，函数将读取该开关的实时遥信状态，将开关以闪烁的图形显示到用户界面，并结合语音示警此设备名称和当前动作。开关配置原理如下：10kV线路出口、重要分支首端装设重合器，分支线路装设分段器。重合器与重合器配合，采用电流分级整定值；重合器与分段器配合，采用定时限安秒特性曲线或过流次数的配合。如图2所示：A为出口重合器，B、C为二次记忆分闸闭锁的分段器：①正常情况下，ABC均在合闸状态，线路运行正常；②分段器C的负荷侧发生故障，C感受第一次故障电流，完成一次计数，并引起A跳闸；③A经过延时进行第一次重合，如果是瞬时故障，一次重合成功；④如果是永久故障，C的控制器第二次感受故障电流后，A重合失败，再次跳闸，这时C完成二次计数，并在失电情况下实现分闸闭锁，排除C段线路；⑤A经过延时进行第二次重合。在C切除故障的情况下，A重合成功，线路正常运行。
图2 开关配置原理图
3 结论
本系统以地理信息为平台，协调智能开关、实时监控系统，利用与SCADA接口，采用网桥或网关隔离手段、读写权限控制手段、直接只读结果信息手段和TCP报文应答手段等技术措施，保证生产控制系统的安全性，为数字电网信息的使用做好空间结构方面的基础工作。线路中的重合器和分段器配合实现故障自动隔离，建立控制器与主站之间的通信信道，实现配网数据通信功能、远方控制功能。配网自动化系统的引入，对提高服务质量、用电可靠性、电能质量、工作效率和运行维护水平起到极大的促进作用。
参考文献
[1]黄杏元,汤勤. 地理信息系统概论[M]. 北京:高等教育出版社.
[2]吴信才. 地理信息系统设计与实现[M]. 北京:电子工业出版社,2002.
[3]陈俊,宫鹏.使用地理信息系统-成功地理信息系统的建设与管理[M].北京:科学出版社,1999.
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