电力地理信息系统
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电力地理信息系统 ........................................................................................................................... 1 1系统总体分析 ................................................................................................................................. 4 1.1电力系统简述 ...................................................................................................................... 4 1.2系统建设的目的和意义 ...................................................................................................... 4 1.2 国内目前开发应用现状及存在问题 ................................................................................ 5 1.2.1 开发应用平台现状 ................................................................................................. 5 1.2.2 存在问题 ................................................................................................................. 5 2 电力GIS框架结构 ........................................................................................................................ 6 2.1系统的功能结构 .................................................................................................................. 6 2.2空间数据库组成 .................................................................................................................. 7 2.3系统的框架结构 .................................................................................................................. 8 3 系统的功能规范 ........................................................................................................................... 8 3.1 GIS图形管理 ...................................................................................................................... 9 1）地理背景图； ............................................................................................................. 9 2）输配电线路和设备分布图。 ..................................................................................... 9 3.2 输配电设备属性设置 ...................................................................................................... 10 3.3 图形的显示功能 .............................................................................................................. 11 1）图形无级缩放； ....................................................................................................... 11 2）图形平滑漫游； ....................................................................................................... 11 3）图形显示“鹰眼”功能； ........................................................................................... 11
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4）图形信息疏密效果协同校正功能。 ....................................................................... 11 3.4 数据查询 .......................................................................................................................... 12 3.5 电网统计分析 .................................................................................................................. 12 3.6 线路操作和分析 .............................................................................................................. 13 1）开关／闸刀操作以及供停电范围分析； ............................................................... 13 2）线路挂牌操作； ....................................................................................................... 13 3）供电电源分析； ....................................................................................................... 13 4）线路阻抗分析； ....................................................................................................... 13 5）配变供电范围分析； ............................................................................................... 14 6）限电／停电通知； ................................................................................................... 14 7）实时遥信变位分析； ............................................................................................... 14 8）实时遥测信号显示。 ............................................................................................... 14 3.7客户故障报警 .................................................................................................................... 14 3.8停电业务管理 .................................................................................................................... 15 1）计划停电； ............................................................................................................... 15 2）停电操作。 ............................................................................................................... 15 3.9 输配电网决策支援 .......................................................................................................... 16 1）停电隔离点决策； ................................................................................................... 16 2）负荷转移决策； ....................................................................................................... 16 3）巡视决策； ............................................................................................................... 16 4）选址决策； ............................................................................................................... 16 5）报装决策； ............................................................................................................... 17
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6）重构优化决策。 ....................................................................................................... 17 3.10电网运行维护 .................................................................................................................. 17 1）线路巡视； ............................................................................................................... 17 2）设备维护。 ............................................................................................................... 17 4 输配电GIS的前景与展望 ........................................................................................................ 18
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1系统总体分析
1.1电力系统简述
电力系统是由发电厂→输配电网→客户用电设备构成的总称。电是商品，它的生产与销售是在瞬间、在线完成。电力系统从网络观点可分为输电网与配电网，这些网是由发电厂、输电线路（导线、杆塔等）、变电站、配电线路（导线、杆塔、配电变压器、线路开关、箱式变、开闭所/小区变等）构成。电网的建设总是基于特定的地理环境。
1.2系统建设的目的和意义
随着人类社会发展需要，电力网建设越来越复杂。电力网建设过程所要考虑的因素越来越多，运用传统的设计、运行、维护、管理手段已不能满足需要。同时，随着国民经济的发展与人民生活水平的提高，各种大型及民用用电设备对电力系统的依赖性越来越大，要求越来越高，与现有的电网管理与维护模式的矛盾越来越突出。
电力GIS(地理信息系统)融电力系统技术、计算机图形处理技术和空间数据库技术于一体，它在输配电管理上的广泛应用,将为输配电管理带来质的飞跃。
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电力GIS在地理信息的基础上，对设备和线路进行综合管理，优化电网的负荷分布，及时发现并辅助排除停电故障，大大减少了客户的损失。并且可为输配电网的各项决策提供强有力的帮助。电力GIS在电力系统的应用，能够大幅度提高劳动效率，减轻劳动强度,使电网的管理、决策科学化，为事故定位和排除提供有力的支持。 因此，目前国内外在电力地理信息系统开发应用上均投入巨大的人力和财力。
1.2 国内目前开发应用现状及存在问题
1.2.1 开发应用平台现状
电力GIS开发应用平台，目前主要选用ARC/INFO和Mapinfo，亦有选用其他平台，但为数较少。ARC/INFO平台多应用于输电网GIS或中心城市的输配电GIS；Mapinfo平台多应用于中小城市电力GIS。
1.2.2 存在问题
（1） 开发应用深度不够。
主要表现为：多以平面地理信息加输配电网线路走经和输配电设备管理为主，奇少或无进行立体的空间应用。如结合GPS全球定位系统进行线路巡线跟踪、线路检修跟踪、带电作业跟踪、故障抢修车辆或人员跟踪与调度、电网规划/设计辅助决策等等。
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（2） 数据更新时效性差。 （3） 系统性差。
2 电力GIS框架结构
电力GIS是输配电管理信息和自动化系统的重要组成部分，其基本功能是完成输配电网设施、设备、运行、维护的管理，并与SCADA联动，实现输配电网实时数据的基本处理，更高级的功能则应能为输配电网运行、维护管理和调度提供辅助决策依据。
2.1系统的功能结构
系统的功能结构按信息类型和管理方式可分为静态管理与动态管理，其组成如图2.1所示。
输配电地理信息系统
输配 线路 设备 实时 SCADA 故障 制图 网设计 信息 信息 信息 通讯 报修 输出 管理 管理 管理 接口 接口 图2.1 静态、动态信息管理功能组成
其中，输配电网设计功能主要实现在地理底图上进行布线，设备分布图编辑、维护、空间数据库的建库以及数据库的维护等。
线路信息管理功能主要实现对线路信息、服务区域信息、停供电情况等进行管理（如查询、统计、专题图输出等）。
设备信息管理主要完成输配电网设备（如变电站、开闭所、杆塔、
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变压器、开关等）的查询、统计分析以及相关专题图信息的管理和处理功能。
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实时信息管理主要完成站点、站名的编辑、遥测遥信信息的实时监控、线路运行状态显示、故障报修信息处理、负荷监控等功能。
SCADA通讯接口主要完成与SCADA系统的通讯，以获取遥测和遥信信息，便于在GIS中进行管理。
故障报修接口主要完成与客户故障报修系统的通讯，以便将故障信息（如故障区域）反映在GIS中。
制图输出主要实现线路图、设备分布图及各种专题图的叠加输出或分层输出。输出设备包括常规的绘图设备和激光印字机、针式打印机等。输出数据的类型还包括表格、文字及图等。
2.2空间数据库组成
系统所涉及的数据包括空间数据和非空间（属性）数据以及相关的声音、图形（如接线图）、图片（如杆塔图片）等。这些数据均以空间数据为基础，通过关联建成完整的空间数据库。
空间数据库的组成如图2.2所示：
输配电GIS空间数据库
基础空间 配电设备、设施 数据库 空间数据库
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道路 河流 铁路 建筑 线路 变电 变压 杆塔 开关 台区用
．．． 数据 数据 数据 物数 数据 站数 器数 数据 数据 户信息 ．
库 库 库 据库 库 据库 据库 库 库 数据库
图2..2 输配电GIS空间数据库组成
2.3系统的框架结构
本系统是建立在计算机软、硬件和GIS基础平台上的，针对空间数据库而实施一系列分析、管理任务的多功能集成系统。其总体结构如图2.3所示。
GIS服务器中，存放输配电网设施、设备的空间数据、地理底图等静态数据库。 工作站运行GIS应用软件，实现各种功能。
3 系统的功能规范
输配电网GIS的主要功能包括图形数据生成；输配电网设备分
… 调度员 工作站 调度员 工作站 实时网 GIS工作站 GIS工作站 … 前置机 SCADA数据库服务器 SCADA数据库服务器 GIS服务器Web 网 GIS服务器 Web GIS 服务器 … RTU/FTU RTU/FTU GIS浏览器 GIS浏览器 … 欢迎下载，希望对您有帮助！
GIS系统 可编辑修改
图2..3 系统的总体框架
布线路图生成；查询以及综合统计；线路负荷控制及分析；停电管理以及停电方案分析；线路刀闸操作；客户故障报修及客户报装自动配线、带电工作跟踪、线路巡检跟踪、变电站选址、输配电线路辅助设计等。
3.1 GIS图形管理
利用系统的地理信息管理实现地理图形与输配电线路、电气设备分层显示，独立管理。
1）地理背景图；
地理背景图（包括道路图、建筑物分布图、行政区划图、地形图等）利用扫描仪输入，并进行矢量化、剪裁和拼接，并可对地图进行各种编辑。
2）输配电线路和设备分布图。
以地理背景图作为底图，完成所有电力线路、电力设备分布以及通信线路图的分层录入和编辑，这些图形包括： a．输配电架空线路图： 架空线路分布图
变压器分布图（变台、箱变、变电亭等） 开关分布图
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高压客户分布图 电杆分布图
避雷器和接地装置分布图 输配电线路图 低压台区图 线路交叉分布图 b．电缆网络图：
开关站分布图（环网开关） 箱变分布图 变电亭分布图 电缆供电大客户分布图 接续箱分布图 电缆接头分布图 双电源客户分布图 地下电缆分布图 c．输配电接线图： 变电所主接线图 变电亭主接线图 开关站主接线图 箱变主接线图 高压客户主接线图 线路交叉分布图
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3.2 输配电设备属性设置
所有的输配电系统设备和客户设备属性均采用数据库软件进行管理，管理内容包括对变电站（开关站、配电站）、输配电线路（架空线、电缆线）、电杆、变电亭、配电变压器、高压客户、开关以及避雷器等设备的基本属性数据进行编辑、录入以及管理。
3.3 图形的显示功能
1）图形无级缩放；
能对图形进行开窗放大、中心放大、中心缩小、中心移动、任 意中心放大、任意中心缩小、返回前状态和全景显示等功能。
2）图形平滑漫游；
系统为客户提供平滑的漫游功能，并实现无缝、无刷新的视觉 效果，便于客户浏览及快速定位。
3）图形显示“鹰眼”功能；
系统可同时显示全景图视窗和局部区域图视窗，在全景图上可 移动当前视窗所处的地理位置，而在局部区域图上进行缩放及移动又可以在全景图上得以反映，客户可方便地了解全局和局部的关系。
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4）图形信息疏密效果协同校正功能。
系统在进行无级缩放时，可自动根据当前视窗的比例尺，调整显 示图层数和某一图层中信息量的疏密关系及效果，保证最佳的视觉效 果和最快的显示速度。
3.4 数据查询
系统提供强有力的数据查询功能，使操作人员可以方便地查看输配电线路设备的实际分布与走向情况，查询功能包括：
1）在输配电线路图上直接查看所有设备的属性信息和客户信息； 2）在输配电线路上维护配电设备和客户信息；
3）可根据街道、行政区、单位、客户、电力线路、设备等信息， 对地图进行查询定位；
4）在输配电线路查看线路的实时数据、开关位置、线路状态。
3.5 电网统计分析
系统提供了强有力的数据统计功能，为科学决策提供依据。统计功能包括：
1） 在线路、电缆、变电所及附属设备上直接统计出设备数量、 客户数量、线路容量及负荷；
2）在线路上任意选定两点，计算出这两点间的距离或线路长度； 3）可按行政区域、小区或客户定义的区域统计出此范围内的设
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备数量、客户数量、线路容量和负荷； 4）以同一设备的状态分别统计其分布和数量；
5）按设定的时间段统计设备资源的变动量（新增量、减少量等）； 6）对电网负荷密度进行空间统计分析，包括区域负荷密度统计、 线路和设备负荷强度分析、线路和设备负荷满载率统计分析 等；
7）可将统计结果生成专题地图，包括饼图、棒图、密度图等； 8）输配电线路的供售电量、理论线损、实际线损，负荷记录等。
3.6 线路操作和分析
可在在线方式下，对输配电网线路刀闸以及各个变配电站、开关站内接线图上的各种设备进行操作，并可以显示输配电网中各开关、PT、CT中的数据。
1）开关／闸刀操作以及供停电范围分析；
系统能对各条线路上和站内的任意开关、刀闸进行断开和闭合操作，并能实时显示操作完成后电网中线路和设备供、停电状态，进行供、停电范围分析。
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2）线路挂牌操作；
利用本系统可进行线路和变配电站内挂牌操作，标注各种提示标识和警示铭牌，确保电网安全。
3）供电电源分析；
在电网图上，任意选取一条线路，通过网络拓扑追踪到该条线路的供电电源点。
4）线路阻抗分析；
对电网中的各种线路进行线路阻抗的自动计算及分析。
5）配变供电范围分析；
在电网上选择某个配变，系统自动将其供电范围进行显示，并报告出所带的客户信息。
6）限电／停电通知；
系统根据选中的变配电站、开关站的某条出线或线路上某一段进行限电通知单和停电通知单的自动生成和自动打印。
7）实时遥信变位分析；
系统利用收到SCADA的遥信变位实时信号，对变配电站内的开 关等设备进行自动变位，并根据变位后的状态对电网自动进行供、
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停电范围分析。
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8）实时遥测信号显示。
系统与SCADA系统联网后，在变配电站的图形上实时显示遥测信号的负荷、电流等信息，实现实时监控功能。
3.7客户故障报警
在系统中建立客户电话报警知识库和模型库。当在一个区域内收到两个以上的故障报警电话，或者是通过值班员人工输入报警电话、客户用电编号、停电现象、故障现象等信息后，在GIS提供的地理信息为背景的设备管理图上，通过SCADA系统提供的实时信息和从用电营业系统中获取的有关信息，自动判别出配变故障或某条线路故障，将故障地址和停电状态显示在输配电网络图上，并打印出受影响的区域和客户信息。
系统也提供了自动故障查找功能。系统根据RTU、FTU等设备的实时数据和线路状态，进行故障线路和区域的判别。当查找到发生故障的线路后，系统自动确定出故障所在线路以及区域，向调度员发出故障报警信号，在调度员的指导控制下，从控制中心发出遥控指令，断开故障线路两侧的开关。随后发出无故障区域恢复供电的指令，缩短无故障停电区域的供电恢复时间。
如果故障报警设备或线路处于检修状态，系统将自动告知报警客户，或向值班员进行提示。
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3.8停电业务管理
1）计划停电；
在计划停电阶段，输入计划信息包括停电区间、停电开始时间、 停电时间长短、停电线路、停电设备等，自动生成停电实施日的系统操作过程以及完工后的系统恢复过程通知单。
2）停电操作。
在实施停电操作时，将实施作业当日的停电计划信息联机反映 在被监视的对象系统上，执行停电操作。停电操作必须在实时监控对象与计划操作过程完全无误的情况下实施。
3.9 输配电网决策支援
利用系统提供的多种辅助决策模型，为输配电网提供决策支援。
1）停电隔离点决策；
当接收到故障停电报警信号或需某个设备以及某条线路要检修时，可利用决策模型自动决策出最小停电范围的最优化停电隔离点。
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2）负荷转移决策；
当故障停电或需检修停电时，将部分负荷转移到其它变配电站或本站的其它线路，利用符合转移模型，计算出最优的负荷转移方案。
3）巡视决策；
系统根据建立的拓扑模型库和巡视方法库，自动决策出从一点到多点或多点到一点的最优巡视决策方案，打印巡视路线图和调度表。
4）选址决策；
根据电网分布现状、城市发展规划、人口密度分布、需电量等因素，利用资源分配模型，进行变电站优化选址决策。
5）报装决策；
在系统中建立客户报装知识库和模型库，当接到营业系统客户报装信息后，系统根据路径追踪模型和负荷平衡模型，自动决策出新客户可接最近的配变或电杆，并自动寻找最优配线路径。
6）重构优化决策。
在系统中建立了多种网络分析模型，利用此模型，系统自动给出保证最优化供电的网络重构方案，以达到整个地区或区域电力负荷均匀、线路和设备的满载率和空载率最合理、以及多供电、多卖电、指
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标最高等优化目标。
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3.10电网运行维护
系统以各种设备的检修计划、更换周期等信息为基础，进行输配电网的运行维护。
1）线路巡视；
根据线路的地理走向分布以及周围地理信息，利用巡视决策确定最合理的线路巡检路线，显示或打印巡视路线图和巡视调度表。
2）设备维护。
以各种设备的检修计划、更换周期信息为基础，进行设备的维护。这个功能可以完成： a.维护计划安排； b. 到期设备的更换；
c.对线路缺陷、线路薄弱点等信息进行分类； d.各种缺陷的处理时间安排。
4 输配电GIS的前景与展望
输配电GIS的开发和应用，将极大地提高输配电设备运行的安全性、经济性和可靠性，实现输配电网的大量信息和地理图形信息的有机结合，直观地反映电网的实际运行情况，可为各级管理人员
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、业务人员及野外作业人员的工作带来极大的方便。特别是系统与SCADA联网运行后，可实时显示输配电网中供电区域、停电区域及其变化情况，当发生停电事故后，能及时在地形图上显示停电区域负荷转移的方案，有利于工作人员尽快做出科学、合理的决策。这一切不仅可极大地提高工作效率和管理的质量，也有利于加强各部门之间的密切合作和互相协调，提高供电企业的社会形象，产生巨大的社会效益；另一方面，也将为供电企业带来可观的经济效益，如：
GIS底图成果的有偿转让； 节省大量的人、财、物资源； 避免因决策失误而造成的各种损失； 减少信息流通环节。
随着GIS的发展，可以建立更多的高层分析决策模型，建立基于GIS的Internet/Intranet系统，建立工程抢修车GPS，并与GIS集成，使输配电GIS进一步完善。
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