智能城市电网多源信息系统融合应用

郝 昱，李 杨，申双奎

(1.国网四川省电力公司成都供电公司，成都 610000；2.国网四川省电力公司检修公司，成都 610000)

智能城市电网多源信息系统融合应用

郝 昱1*，李 杨2，申双奎1

(1.国网四川省电力公司成都供电公司，成都 610000；2.国网四川省电力公司检修公司，成都 610000)

传统城市电网中的建设、运行、检修维护和管理等业务系统基本独立运行，缺乏有效、联动的快速控制能力，严重滞后于现代化城市的快速发展。针对城市电网存在的突出问题与新挑战，以成都电网为依托，将城市电网多源信息系统融合理论和关键技术，应用到成都电网各业务系统中，旨在解决现代城市电网信息化、自动化及互动化不足的问题，应用成果表明：该技术在提高配网信息化管理水平、电缆网安全管控水平及降低电网运维抢修成本方面成效显著。

智能城市电网；互操作；多源信息系统融合；配电自动化

“十二五”期间，国家电网公司制定了《坚强智能电网技术标准体系规划》，明确了坚强智能电网技术标准路线图，强调了建成具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网[1]。作为智能城市电网主要业务支撑的调控一体化系统(EMS)、配电自动化系统(DAS)、生产管理系统(PMS)、电网/配网GIS、生产抢修指挥平台、电缆管网系统(PCS)、通信资源管理系统(GCRMS)、调度运行管理系统(OMS)是开展智能配用电建设的主要载体，如何通过管理和技术创新，采用标准化的交互规范实现系统间的模型统一、信息共享、业务互动集成应用，打破相关业务系统之间的信息壁垒，是实现智能城市电网互动化的关键所在[2]。

智能城市电网多源信息系统融合的核心思想是通过先进的管理模式和“互操作”技术手段，建设信息系统建设、整合相关业务，实现电网资源的高度整合与共享，从而建立起标准化、规范化、精益化、高效率、高效益的智能城市电网多源系统融合体系，解决城市电网生产运行管理机制和电力流运行体系中交织汇聚的业务系统管理与运行所面临的问题。

1 多源信息系统融合背景及意义

2010年以前，成都仅建有主网调度自动化系统，受技术和管理上的制约，存在技术水平不高，规模小、城市建设影响、相关标准和管理不配套等问题，早期尝试的配电自动化系统没有达到预期的效果，甚至没有怎么运行就被闲置或废弃了。配调基本为“半盲调”，主要依据离线网络图、电缆网图和开关站图以及供电范围表等资料，结合纸质新投异动申请单，通过监视主网调度自动化系统中10 kV开关的运行情况进行调度生产工作。配网调度员无法准确掌控电线路上设备的运行状态以及准确的地理位置，需要等待现场操作人员到位后，通过电话方式与其核实设备运行状态，并下调令操作。特别是在故障处理时，需要花费大量时间查找故障，恢复送电，耗费较多的人力和物力，工作效率极其低下。

此外，由于长期没有统一的信息集成标准与统筹的逻辑架构，电力系统内各个技术支持系统分别独立建设，业务集成度不高。相同信息重复维护，可复用的信息无法最大化共享，目前有限的信息集成仍然采用传统的非国际标准的交互体系架构，本可相互结合相辅相承的信息得不到高效融合，造成电网不同角度的信息天然割裂，限制了电力业务进一步发展[2]。

随着用电负荷不断攀升，电网规模不断扩大，电网控制的复杂性与电网运行整体要求也来越高，“半盲调”状态的配网调度已经不能适应新形势的需要，迫切需要建设DAS、GIS、生产抢修指挥平台等多源信息系统，以支撑配电网生产运维、配网调控运行以及故障抢修指挥等一系列业务。通过对前一轮的配电自动化进行反思和观望，及近年来对配电自动化设备的研究，配电一次设备、配电自动化终端和配电自动化主站系统的制造水平已经有了较大的提高，配电网分析与优化理论的研究也取得了长足的进展为配电系统的建设奠定了良好的设备基础与理论基础。城市配电网的建设与改造也取得了一定的成果，网架结构趋于合理，这为进一步发挥配电自动化系统的作用提供了条件。

由于配电自动化的实施涉及供电企业的多个部门和配电生产、运维、调度、通信、抢修等多个专业，各专业技术支持系统均为信息孤岛，重复录入的信息量较大，各系统实现信息交互和业务集成的需求也愈来愈强烈，因此配电网相关业务信息系统融合是配电自动化的最终发展方向。

为此，成都供电公司自2010年起，从信息系统实用化的角度出发，通过配网一次网架和设备改造、主站系统建设、通信系统建设、相关业务建设，构筑起基于互操作的新型城市电网业务系统互动关系，实现了营销、运检、调控等核心业务部门之间的协同，加强对电网运行的管控，突出技术和管理创新，从技术层面上提高电网自动化、智能化水平，提高供电可靠性和对外优质服务的能力。

2 多源信息系统融合关键技术

实现智能城市电网多源信息系统融合的关键在于互操作技术的应用。依据国际电力行业最新标准，采用电力系统互操作技术、服务交互模型构建城市电网多源信息系统融合体系，能够实现调度、生产、营销、信息、通信等业务融合互通，DAS、EMS、GIS、PMS、GCRMS、生产抢修指挥平台等多源信息系统的协调互动[4-5]，使之成为新型配网自动化的有力支撑。

2.1 互操作技术

IEEE P2030—2011提出智能电网互操作参考模型(Smart Grid Interoperability Reference Model，SGIRM)，从系统角度规划了电力系统、通信系统和信息系统之间的互操作[6]。其中对互操作的定义是2个或2个以上电力信息系统或组成部分之间安全有效地交换信息以及对已经交换的信息加以使用的能力，实现电力系统各组成部分之间互操作的智能控制和优化[7]，它全面地反映了智能电网互联互通的要求，也为建立智能配用电多源系统信息融合应用技术体系奠定了坚实的基础，提供了理论根据和方法。为实现互操作模型的搭建，采用国际电工委员会(International Electrothecnical Commission)IEC 61968/IEC 61970标准中所规定的电力系统公共信息模型CIM(common information model)以及组件接口规范CIS(component interface specification)作为互操作模型的基础构架，使互操作模型具有信息交互可靠，效率高，系统维护方便等优点[7-9]。

2.2 多源信息系统互操作的技术路线

本文采用CIM描述电网的公共信息，开发CIS标准接口访问电网的公共信息或与其它组件交换信息，同时根据CIM/CIS互操作技术定义电网模型、图形、数据交互规范，实现标准组件接口，制定命名规则以及编码规则，统一信息系统设备模型，将输电、配电、用电、信息和通信等领域中应用的EMS、DAS、GIS、配网抢修指挥平台、PCS、GCRMS等多源系统融合，完成有效信息的共享和交换，使各独立的系统互联互通，提高输变配用管理效率以及城市电缆管网运检水平，从而构建一个更加智能、高效的城市配网自动化系统。

3 多源信息系统融合技术的应用

3.1 “硬件”提升

实现多源信息系统互操作，以业务为驱动，系统功能优化与输配用电业务流程梳理相结合，首先需要进行“硬件”建设、改造、升级，具体包括4个方面：

1)对EMS系统实施改造，在实时监视的基础上增加电网控制策略。在电网运行方面，实现了远方实时遥控方式代替传统的电话指挥现场操作；在设备运维检修方面，实现了状态检修代替原始现场巡视。

2)按照《成都配电自动化工程建设实施方案》要求，配合配电自动化建设，对主城区域的部分配电一次网架及设备进行改造，包括多联络线路改造、网架结构优化、加装电动操作机构以及配电设备箱体改造。

3)新建DAS系统，结束配网调控“半盲调”时代，并应用馈线自动化功能(FA)，大幅缩短停电时间、减轻调控人员、运维人员的工作量。

4)配电终端建设，根据网架结构合理配置配电自动化终端，对联络开关或重要节点，配置“三遥”功能，对分支设备配置“两遥”功能，为配网运行管理和抢修指挥提供可靠数据支撑。

5)通信系统建设，采用三层结构优化设计方案建设通信网络，包括EPON网络终端接入，千兆以太网汇聚网络，万兆数据交换网络核心网络。

6)新建配电GIS、配网抢修指挥平台，将电网资源空间信息应用于配网调控、抢修等业务。

7)升级PCS、GCRMS，智能管控电缆隧道，全面构建城市电网信息系统支撑基础，提升电网运维、检修等精益化管理水平。

3.2 建立“互操作”信息系统模型

3.2.1 定义通用信息

“硬件”建设、改造、升级完成后，根据互操作技术制定新型通用信息。

1)基于IEC61970/61968标准中采用CIM描述电网的公共信息，开发CIS标准接口访问电网的公共信息或与其它组件交换信息，以实现信息共享和互操作[8]。依据CIM和CIS进行异构应用集成和信息互操作的基本模式如图1所示。

图1 电网应用集成与信息共享基本模式

2)依据符合国际标准的CIM/CIS互操作技术定义电网模型、图形、数据交互规范，实现标准组件接口，制定命名规则以及编码规则，统一信息系统设备模型，高效利用输变配用之间以及电缆管网间的互动信息，达到优化电网运行管理的目的。

3.2.2 构建信息模型

在建立各系统通用信息后，遵循“源端维护，信息共享”的原则，根据业务系统具体需求以及既定编码规则，以总线接口方式将应用相同信息的系统进行信息共享，构建信息融合模型。

1)实现GIS、PMS与DAS的信息融合，共享电网地理空间信息、配电网图模与基础台账信息、拓扑信息、配电网潮流、故障等实时信息，统一设备模型，确保配电设备的唯一性、准确性。

2)实现EMS与DAS、PMS、GIS间的信息融合，共享输电网图模信息、电网负荷潮流、开关信息等遥测、遥信、故障及告警等实时信息，在DAS中将主配网模型拼接为一张网，并将高中低压电网设备纳入新投异动的标准流程下管理，将多套系统数据整合在DAS中，从而满足配电网实时监控的信息共享需求，提升电网安全管理水平以及运行管理效率。

3)实现GCRMS与DAS、EMS、GIS、PMS的信息融合，结合电网潮流、故障等信息实现通信设备运行工况监控，结合电网地理空间信息、基础台账信息，更加准确地定位通信设备故障点。

4)实现PCS与DAS、EMS、GIS、PMS的信息融合，利用电网地理空间信息、基础台账信息、电网潮流、告警等信息实现对电缆网运行工况全方位监控的应用目标，同时支撑上述多源系统应用PCS采集的电缆温度、环境温湿度、防火防水气体以及电缆隧道其他电力运行的相关信息。

5)实现生产抢修指挥平台与DAS、EMS、GIS、PMS、PCS多源信息系统间的信息融合，实现电网资源空间信息、电网图模、基础台账与用户信息的源端唯一，通信网、电缆网和配用电实时信息的融合，支撑配电网计划停电、故障停电、临时停电、低压报修及电压质量分析优化、实时研判、工单归并与派发等应用，实现标准化检修和精益化抢修。

通过上述模型的构建，实现了电网实时监控，新投异动，生产抢修指挥，电网资源空间信息、设备台账信息以及电缆网在线监测五大业务的整合。

3.3 多源系统融合

1)如图2所示，以EMS系统为主网图模源(获取变电站图形和电网模型)，将主网图模导入DAS系统后，自动拼接主配网图模；EMS系统的实时数据(包括主变、断路器参数、实时数据以及事故总信号)转发至DAS系统，作为事故时FA功能的启动条件；通过主配网遥控通道，完成DAS对变电站内10kV开关的遥控操作，为FA功能的成功应用奠定了基础。配网调控人员通过主网调度自动化系统、配电自动化系统实时监控配电设备，实时把握现场的运行状态，为调控运行提供了有力的技术支撑。

以PMS为配网设备模型源(获取模型信息和台账信息)，以GIS为配网图形源(获取图形信息和拓扑关系)，将配电网图模信息导入DAS系统后，配网调控人员、抢修人员可直接查询配电线路地理坐标、供电范围、供电性质、线路参数等信息。

DAS整合主配网图模信息，实现主网、配网、农网、用户专线“一张图管理”。

DAS将FA故障分析结果推送至抢修指挥平台，同时远方隔离故障区域，恢复非故障区域供电。抢修指挥平台综合故障分析结果、计划停电以及低压故障工单，高效派单抢修。

DAS将设备工况推送至GCRMS，并接收GCRMS中的通信通道工况，综合判断为通道故障原因，大幅提升运维检修的效率，提高设备在线率。

OMS综合管理调度业务，把控新投异动会签流程，同时将停电检修计划推送至生产抢修指挥平台，并在计划停电区域列出大客户信息，便于方式人员优化不合理的停电计划，提高调度管控力度以及优质服务水平。

2)如图3所示，PCS接收EMS提供的电网负荷潮流、告警信息，接收PMS中电缆设备台账信息，接收GIS中电缆设备地理信息，向DAS发送电缆隧道状态告警。实现了城市输电管线，地下电缆运行的实时监控，改变了定期运维检查的传统运行模式，在通道管理、调度运行方式安排、缺陷消除、防外力破坏等方面都发挥着十分重要的作用。

综合运用智城市电网多源信息系统融合技术，整合电网模型、图形及基础台账信息，对现代城市电网、通信网及城市地下电缆管网实时运行状态进行数据采集、监测、研判、控制与故障抢修，实现输变配用以及城市电缆管网两大融合，实现智能城市电网配电线路FA功能全覆盖，显著提升了城市电网运行的安全、可靠、高效与经济水平。

3.4 运行管理体系建设

为保障多源系统互操作的应用实效，成都公司从组织机构、制度标准、工作流程、运行维护、人才培养等方面同步开展配电自动化运行管理体系建设工作。

1)明确配电业务专业管理责任主体、运维机构设置、人员配置等问题，形成了一个团结稳定、指挥高效、执行有力的组织体系。

2)制定了17项规章制度、技术标准以及考核管理办法，明确各单位各部门相关职责，建立起配网调度、配电检修、自动化、通信、抢修指挥等专业的协调机制，支撑各项业务高效运转，以标准化制度驱动配电网建设、运维工作的推进。

3)规范新投异动流程，制定配电网设备命名规则，制定成都特色专题图绘制及导入方法，严格新投异动准入流程，严把试验关，规范交接手续。

4)每周向各相关单位、部门通报系统运行指标，调度人员实时处理并记录设备缺陷情况，每周向检修部门通报遗留缺陷，每月组织相关维护部门召开调控缺陷分析会，组织、协调相关运维单位消缺确保系统基础数据质量。

5)成立配电专家组，开展了各类技术培训、考试，建立起一套完整的人才培养和推荐提升的机制，切实提高配电自动化相关运维人员业务水平，为下一步配电自动化实用化应用创造了有利条件。

3.5 多源系统融合实效

成都供电公司基于互操作的DAS系统的成功建立，为城区配电网的生产运行工作提供了强大的技术支撑。DAS投运全面提升了配网调控管理水平，调度员日常调度工作效率对比表现如表1所示。

表1 DAS投运前后电网调度工作效率对比 min

输变配用多源系统的融合，保证了电网资源空间信息、电网图模、基础台账与用户信息的源端唯一，融合了输配用电的实时信息，形成了闭环的新投异动流程。在此基础上投入FA，最快可在50 s以内完成故障区域隔离、非故障区段恢复供电。全自动FA动作正确率达到99.74%，大范围高成功率的FA功能大幅缩短了停电时间，缩小了运行人员故障巡线的范围，减少了因停电造成的电量损失，大大提高供电可靠性。

生产抢修指挥平台与DAS、GIS、PMS、OMS、GCRMS、PCS、CIS及AMI等系统的互操作应用，支撑了配电网计划/非计划停电、低压报修、电压质量分析优化、故障信息实时研判、工单归并与派发等应用，实现了标准化检修和精益化抢修。配网抢修指挥平台投运前后，抢修指挥效率对比如表2所示。

表2 配用电互操作下的配网抢修指挥效能比对

EMS改造后，可以通过远方遥控进行倒闸操作、事故处理、负荷平衡、电压调节等工作，大大减少现场操作工作量，节约人力成本、运维成本一千余万。DAS建成后，通过远方遥控进行故障处理、计划检修、负荷控制等工作，并全面应用FA功能，由此产生的直接经济效益巨大。PCS升级后，电缆网安全管控能动性得到提高，电缆设备可靠性明显提升，用户停电时间有效减少。自运行以来，累计节约运营成本两千余万，避免直接经济损失千万余元。通过DAS与GIS、PMS信息交互，实现了多系统图模数高效管理机制和共享应用目标，系统维护工作量大大减少，大大节约人力成本。

采用多源信息系统融合技术，实现“数据源端维护、信息全局共享”，实现了多系统图模数高效管理机制和共享应用目标。多源信息系统投入运行之后，GIS系统数据正确率由40.7%提高至100%、PMS与GIS系统数据一致率由21.3%提升至100%、GIS系统拓扑联通率由22.1%提升至100%，全面提升了配电网管理水平。

4 结语

城市电网多源信息系统融合的应用，彻底改变了成都电网业务集成度不高，各业务系统独立运作的局面，在管理模式、技术平台和优质服务等方面都有了质的飞跃，主要表现为3个方面：

1)构建起智能城市电网调度控制、运行维护、抢修指挥、营配调互动、城市电缆管网控制等核心业务的互操作融合体系，高效维护电网、通信网及城市电缆管网海量资源空间与图资信息，支撑智能城市电网信息融合目标的实现，显著提升成都电网运维、检修等生产运行精益化管控水平。

2)运用现代信息技术、空间信息可视化技术等，建设覆盖全城的现代光纤通信网络以及地理信息网络，建立起智能城市电网全时空、全过程、全设备互操作的电网信息支撑平台、配用电业务与资源管理支撑平台，切实提高了成都电网的电力信息服务水平、调控管理水平以及供电可靠性。

3)通过技术和管理创新，促进多领域管理和信息化提升、发挥核心专家和领导集体作用，使成都电网自动化管理水平、信息化水平跻身国网公司前列，为国网公司智能电网建设、信息化发展提供了现场支撑，为多源系统信息融合的提供了经验。

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Application of Multi-source Information Fusion System of Intelligence
City Power Grid

HAOYu1*,LIYang2,SHENShuangkui1

(1.State Grid Chengdu Electric Power Supply Company, Chengdu 610000, China; 2.State Grid Sichuan Maintenance Company, Chengdu 610000, China)

The business system of development, operation, maintenance, and management of power grid in traditional cities runs independently, which results in shortage of rapid and effective control and dragging on the development of modern cities. According to the existing problems and challenges of the city power grid, Chengdu is taken as an example in this paper. The key technology and multi-source information fusion system of city power grid are expected to apply in every business system of Chengdu power grid and solve the problems of lacking information, automation, and interaction of power grid in modern cities. The application results reveal that fusion technology of multi source information system has achieved remarkable success in improving the information management level of distribution network, cable network security management and control level, and reducing the cost of power grid operation and maintenance.

intelligence city power grid; interoperability; fusion of multiple information system; distribution automation

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2016.04.012

2016-11-09

郝昱(1984— )，女(汉族)，河南洛阳人，工程师，硕士，研究方向：调度自动化、配电自动化，通信作者邮箱：haoyu_69@163.com。 李杨(1982— )，男(汉族)，辽宁朝阳人，工程师，硕士，研究方向：电网稳定与控制。

TG171

A

2095-5383(2016)04-0045-05