基于GIS的农电网络智能化系统

张 兵，唐 斌，张 勇，张 辉，李 玲

（1.成都理工大学 地科学学院，四川 成都 610059；2.邓州市电业局，河南 邓州 474100；3.河南师范大学 物理与电子工程学院，河南 新乡 453007）

基于GIS的农电网络智能化系统

张 兵1，唐 斌1，张 勇2，张 辉2，李 玲3

针对目前农电网络存在的缺陷，结合GIS在处理空间数据、属性数据方面的优势，设计了一种突破传统模式，可实现区域范围内信息共享，极大增强现有基础信息利用率的基于GIS的新型农电网智能化系统。着重对供配电、监控管理、通信、智能收费、系统数据库等模块的功能及实现思想进行了阐述，并对部分核心模块的建设提出了建议。

农电网络；GIS；信息共享；智能化

1 GIS技术在农电网络的应用现状

我国电力在GIS方面的应用开始于20世纪90年代中期，随后慢慢与国际领先水平接轨。经过农网改造后，农电网络设施在各方面都有很大进步，但在信息化处理、利用方面还有很大不足，而且由于基层农网存在技术缺陷，存在一系列的现实问题。随着生活水平提高，面对用户用电量增加，区域数据量的膨胀以及不定因素的增多，目前农电部门常用的AutoCAD等工具已不能在现有资料基础上做出合理分析，制定有效的管理策略，严重影响了管理效率。现有的农电网络维护、运营、管理等主要还是依靠人工，基层人员可利用资源比较单一，受客观条件影响，无法在第一时间做出反应，不能直观、全面地发现问题，导致数据更新困难，从而大大延长了机动时间。GIS强大的数据、空间分析能力，结合计算机图形、图像处理技术，

能使管理人员更直观地掌握电网实时运行情况，为农电资源优化配置提供了一套完善的信息化解决方案。目前GIS在农网方面的应用主要集中在配网方面，还有很大进步空间[1]。

2 系统的总体结构

系统的总体目标是满足乡镇级供电服务单位的业务需求，以实现供电所、上级单位、用户之间的信息共享，每个模块的属性信息及其实时信息可被系统局域网内其他用户获取，极好地解决了电网管理中电网数据与地理信息不统一的问题[2]。

在建设过程中采用一种B/S和C/S混合结构，用户可在Web上浏览发布的空间数据，也可在客户端发布请求。利用平台对特别案例加载相应专题图层，以改造目标为基础与新建要素对比，进行最优方案配置，并将枯燥的数字信息转化为三维地理信息，为业务管理者提供更直观的检测信息。通过在局域网建立若干销售管理工作站，实现电量的自动化计费。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

3 系统主要模块的功能

3.1 供配电模块

在电力资源管理中，GIS配电网络管理应用最为广泛，通过将各种信息数据进行集成构成面向用户的功能。目前的配电管理系统中GIS与SCADA两个子系统最为重要，GIS作为存储平台的唯一数据源与配电SCADA之间做数据转换，避免各个机制间出现信息孤岛。在配电系统中，C/S构架承担轻负荷工作，采用Windows界面来实现信息查询；B/S构架主要承担大量信息输出，以满足用户对电力走向、设备属性的了解需求。配电网采用三维GIS技术，真实直观地展现地表的物理信息，包括设备、线路、建筑物等[3]。系统主要功能如下：

1）设置人机界面，提供给农电人员权限管理，完成对图形的基本操作，并及时做好多空间数据、属性数据的更新，建立统一坐标和度量的数据，对不同来源的信息进行整合，满足不同程度不同需求的共享和转换。

2）通过鹰眼导航、专题地图做好故障分析，找出最佳抢修路径，建立配电模型，科学选择输电线路完善规划设计。

3）在局域网上与上级部门对接，完成各种图标报表。

4）在三维空间对停电区域模拟，分析影响程度，以保证重要用户的用电。

5）输入定点塔杆、变压器、街道、线路、用户量等信息，通过数码实时监控，对台区实施可视化管理，不仅可以满足营销管理的需求，还可以透过现场考察工作质量。

3.2 监控管理模块

现场监控的关键在于建立合理的GIS与SCADA集成系统，保证两个系统既能分别独立运行，又能自动实现数据转换与共享。由于GIS与SCADA系统在网络拓扑和图形的输出格式方面有所不同，需要SCADA前置机与远置机在通过遥测系统获取电力信息的同时，又不影响GIS系统工作，相当于把GIS各项功能加以区分，增加了系统的处理能力，但要把握好二者的结合程度，故选择基于ActiveX控件的集成。

在系统中GIS主要用来对系统、模型、界面等进行维护，同时在SCADA集成中作为ActiveX实现功能的对象，ActiveX控件创建可自动获取GIS功能的对象，SCADA通过人机接口与GIS相连，完成电网拓扑信息、实时数据的互获取工作，如图2所示。

3.3 通信模块

通信单元往往是各大信息部门难以解决的问题，基层农网的数据通信要么无法获取信号、要么数据采集不及时，满足不了线路复杂、环境恶略、信息量日益变大的需求，故采用无线和光纤的混合通信模式。在电网的主干通信中采用光纤或宽带传输，重要区间采用专用光缆传输，支网则采用无线通信技术，也可与新兴的WiFi、3G等技术结合，因地制宜更好地利用资源。在建设过程中既要考虑基层电网之间的馈线终端结构，又要保证传输的可靠性与安全性，更要考虑地域空间的影响及未来通信发展。此系统已取得了很好的效果，可在其他供电企业中推广使用[4]。

图2 SCADA系统结构图

系统主要承担通信网络图层管理、图层显示、通信设备查询和管理等工作，存储历史信息的同时关注系统的整体动态。通过简单操作可完成基本的图形插入、修改等工作，可通过网络分析做出最优通信设备路径求解，也可与装有无线设备的抢修车辆通信，把现场信息传回服务中心做分析制定出决策。系统如图3所示。

图3 通信系统结构图

3.4 智能收费模块

目前市场上通用的计量电表大部分是电子式的，虽然性能比过去更稳定，但依然是采用人工抄表收费的模式，不仅工作重复性高，而且工作量大，管理部门也因先用电后收费而造成压力，经常因电费问题产生纠纷。智能收费系统是一种基于智能电表的收费系统，有效缓解了以往劳动强度高但收获甚微的状况，提高了管理效率和社会效益。

系统的实现，可在现有电表基础上增加存储器等模块，将电量、用户使用记录等信息存储于存储卡中；采用预付费形式向付费卡中充磁，通过磁卡给用户支付相应电量，系统通过载波等传输方式将用户信息传回服务中心存档。电表与GIS平台的连接采取ProfiBus通信方式，在智能化控制下完成数据的周期、非周期读写。ProfiBus为国内唯一经国家批准的总线，标准为GB/T20450-2006，可使传输速率达12 Mb/ s[5]。随着3G时代的到来，在计算机与通信技术的支持下，最新的WiFi技术也可应用于系统中，WiFi通信技术具有数据传输率高、组网灵活、可移动性好等优点[6]。收费系统中的WiFi传输采用单元模式建立，其中WiFi信号有效范围内的用户为一单元，每单元建立相对综合的数据响应、传输通信。这样既可保证通信安全，也对设备的未来扩展有积极意义。对于整个农网来说，以用户为单位的设计，也体现了因用电量产生的问题需在客观上做决策的科学性。在地域、电网分布的背景下剖析用户热点，合理做出台区分割，有效解决台区用电末端常年的电压苦恼。ProfiBus系统框如图4所示。

图4 ProfiBus系统框架图

3.5 系统数据库

系统中各个模块之间具有相对独立性，由于需求不同所以在不同的技术和设备支持下，数据的结构、格式等可能都不统一，因此需要一个综合的自动化数据库实现各个模块的无缝结合，将不同类型的数据、不同比例的图形、不同格式的图像、音频、视频等信息自动归类，实现信息的整合，即需要建立一种面向电力Web/GIS应用的数据库[7]。

①有关设备与电网的静态数据。这类数据必须从应用的角度来定义，包括设备的规格、价格、型号，电网最基本的一次设备连接属性，各类数据间的转换参数等。②电网的实时数据，包括这类数据的类型，如电压、电量、负荷等，以及采集这类信息的采集点分布，包括各点之间通信设备的技术参数都是复杂的，就需要将前置机的上传数据转换为工程量和正确时标值的物理单位。③系统图形化数据。它是将连续变化的数据图形化，使结果更简单更直接更方便读取，也包括各种三维空间地理图形和专题图形等。④与效益有关的经济数据。它是一种因电网分布而带来的经济辐射数据。

4 结 语

地理信息技术在电力行业的应用还处于初步阶段，但它的应用却是推动电力行业利用新技术的重要决策。在整个网络管理中利用其强有力的数据、图形处理平台，从客观上提高了工作的时效性与准确性，降低了事故发生率，提高了服务质量。系统以解决当前农网由于人力、技术、资金等资源不足而无法更好满足用户需求为目标，采用先进技术解决了当前配网结构复杂，缺乏改造发展可塑性；监控不到位，无法满足设备扩展；通信不及时，无法填补时效信息空缺；难以获取与用户一对一之间的客观信息等难题，满足了基层工作人员在工作中的种种需要。系统具备可扩展性、兼容性强等特点，在满足自身需要的同时，可向其他授权单位开放，实现信息区域内共享的同时综合各级信息反馈，为科学、合理决策作技术支撑，为电力事业实现数字化迈出第一步。

[1] 黄益庄,李树军．配电网智能监控管理远程抄表一体化系统[J]．电力系统保护与控制,2010,38(21)∶83-86

[2] 李国庆,潘振波,王丹,等．基于C/S与B/S混合架构的配电地理信息系统[J]．电网技术,2009,33(6)∶102-106

[3] 朴在林,张晓明,赵雪莹．三维配电网地理信息系统的研究与实现[J]．农业工程学报,2010,26(4)∶227-230

[4] 陈海宏,张静,万书亭．基于GIS的电力通信线路管理系统开发与应用[J]．电力系统及其自动化学报,2013,25(2)∶26-30

[5] 曹时伟,朱青,刘宏立．智能电表的数据抄读新方法[J]．计算机应用,2013,33(5)∶1 248-1 250

[6] 王科,童嵘,甘建平．WiFi通信在智能电表中的应用研究[J]．电测与仪表,2013(9)∶64-68

[7] 彭云建,邓飞其．电力综合信息管理系统面向对象数据库的建模[J]．电力系统及其自动化学报,2007,19(1)∶49-54

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1672-4623（2016）01-0034-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.010近些年在计算机、Web网络、GIS等一系列新兴技术的支撑下，电力行业呈良性发展态势，在规模、质量、服务对象等方面都取得了可人成绩。我国幅员辽阔，电力生产经营分布体现出独特的地域性和经济性，为实现产业转型、结构调整，资源优化配置，大力推动电力事业的发展势在必行。

张兵，硕士，主要从事遥感、地理信息系统等方面的研究。

2014-03-20。