摘要：将地理信息系统GIS应用于配电系统中，对提高供电企业的生产管理水平有着重要的意义。该文提出了一个基于GIS的10 kV配电生产管理决策支持系统，着重介绍了其整体结构和具体功能。该系统项目已在北京电力公司门头沟供电公司立项，对提高该公司的生产管理水平将起到积极的作用。
关键词：地理信息系统；决策支持系统；配电生产管理；AM/FM/GIS
中图分类号：TM76 文献标志码：A 文章编号:1003-0867(2006)02-0042-03
本文所提出的基于GIS的10 kV配电生产管理决策支持系统是利用国产GIS软件，在可视化开发工具Delphi上进行二次开发设计出来的。该系统的人机界面层是基于GIS的操作平台，这使得系统的操作具有了GIS所带来的空间分析上的便利。在系统的数据方面，以10 kV架空线路无功补偿综合测控仪记录的配变运行数据和配电线路首端的实时数据为基础，采用数学方法预测和估计出未安装综测仪的配变（非量测配变）的运行数据，从而建立起完备的配电运行数据库。在此基础上，开发高级应用软件对运行数据信息进行深入分析，实现配电系统运行的科学管理，达到降低供电成本、减少损耗、提高供电可靠性的目的。该系统项目已在北京电力公司门头沟供电公司立项，对该公司的生产管理水平的提高将起到积极的作用。
1 GIS软件的选型
GIS是介于信息科学、空间科学和地球科学的交叉学科和技术，它将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生所需的有用信息。
北京超图公司的SuperMap Objects 5是基于Microsoft COM组件技术标准开发的全组件式GIS软件，由若干ActiveX控件和数量众多的自动化对象构成，可以方便地嵌入到可视化高级开发语言环境中进行二次开发。除此之外，选用该GIS软件还基于以下几个方面的原因：
兼容多种数据存储格式：支持多种文件格式的数据导入，支持多种数据库数据的导入，支持不同的图形文件存储格式，支持图纸扫描数字化后导入的图形。
其空间数据库技术SDX+5，使得用大型商用数据库存储空间数据成为可能。较传统文件存储方式，更利于电力系统的海量数据管理、图形和属性数据一体化存储。SDX+5更提供长事务处理能力，利于多用户并发访问。
提供强大的图形编辑捕捉功能，适合输配电行业绘图的需要。
软件的价格远低于国外同等GIS软件。超图公司提供大量的开发实例和方便的技术支持，大大缩短了系统的开发周期。
2 系统结构
系统的硬件结构是在原有的调度自动化硬件、局域网网架结构和客户端的基础上，增加了新的配电数据库服务器（DMS Database），如图1中所示。其中，DMS Database是包括配电设备数据库、运行数据库、网络拓扑数据库、GIS空间数据库和设备检修数据库。
系统的客户端大致可以分为6类：系统管理员、领导、生技处、运行班、调度部门和检修班。生技处、运行班、调度部门和检修班的客户端上可以运行自适应拓扑分析、运行分析与诊断、优化与规划、缺陷管理与检修决策这几个模块；系统管理员端主要负责系统用户的管理；领导客户端具有除系统管理员之外的所有权限，能查看其它部门的所有工作。这6类用户采用TCP/IP访问机制与数据库服务器交换数据，以Client/Server方式形成分布式管理。
配电生产管理决策支持系统实际上是一个庞大的信息处理与加工系统。系统可以分为四层：数据处理层、数据库层、高级分析计算与决策支持层、基于GIS平台的人机界面层。数据处理层剔除和纠正来自不同配电数据源中的不良数据，滤除数据误差，获得高精度的运行数据和正确的网络拓扑信息，并将处理后的数据存入数据库层。高级分析计算与决策支持层将所有高级应用软件集成到GIS平台/人机界面层上，为实现配电系统运行的科学管理提供支持。
3 系统功能
3.1 数据处理层
数据处理层包括“自适应拓扑分析”、“非量测配变状态估计”、“量测数据状态估计”3个功能模块，其各自的基本功能分述如下。
自适应拓扑分析：当用户改建线路，模拟改变或实时接收开关的状态时，系统能够自动生成满足潮流计算要求的网络拓扑；可以根据网络拓扑划分停、供电区域，可以查询任一负荷点的供电路径。
对于非量测点负荷，通过负荷预测和状态估计器，可以得到非量测点负荷整点的有功、无功，三相电压、电流数据。
对于量测点负荷，纠正上传的坏数据，并通过状态估计器，提高量测数据精度。
3.2 AM/FM/GIS
系统的前台操作界面是基于GIS的操作平台，此平台提供AM/FM/GIS功能，具体功能如下。
支持不同类型数据的导入导出，包括支持已有数据库和其他存储格式文件的数据导入。由于配电系统的数据量非常庞大，若要操作人员录入这些数据，工作任务是相当繁重的。另一方面，供电企业本身已经拥有各种MIS系统数据库和各种文件类型的数据。为充分利用已有的数据，降低数据的冗余度，减少系统初始录入的工作量，本系统提供了此项功能。
地图视图操作与图层的分层管理。提供基本的视图操作，包括缩放、全屏、鹰眼导航等。根据系统需要，将不同类型设备的数据分图层显示管理。
超强的图形制作编辑功能。提供8种基本的“图元”，如点、直线、折线等；提供给用户绘制“设备符号”的绘图框，可根据需要绘制设备符号；提供捕捉功能，空间定位、距离和面积量测功能，以方便系统绘图。
自动成图功能。添加设备时，只需选择相应的设备符号点击到地理图上，系统就会自动显示添加结果，同时将该设备记录录入到数据库中。系统提供自动生成厂、站内的电气接线图功能，可方便打印输出厂站的电气接线图。
提供图与设备属性之间的双向查询，以实现设备台账管理，设备的查询、统计功能。
自动显示缺陷设备的位置，并可生成检修行车路线图。
3.3 运行分析与诊断
运行分析与诊断系统包括“配变运行分析与诊断系统”、“线损运行分析与诊断系统”两个功能模块，其各自的基本功能分述如下：
配变运行分析与诊断系统包括“配变经济运行域分析”、“配变温度与寿命”和“配变运行数据分析系统”3个功能模块。
“配变经济运行域分析”模块可以输出配变每日、每月综合、季度综合和年度综合的日运行点图，由此可以直观地看出配变是否运行在经济运行域，距经济运行域有多远。“配变温度与寿命”模块可以由用户自定义范围来评估配变在某个运行期的寿命损失情况。“配变运行数据分析系统”对每个配变的运行数据进行分析，主要实现“配变电压三相不平衡度分析” 和“配变电能损耗分析”功能。
线损运行分析与诊断系统主要包括：“线损分析”、“线路运行模拟”和“异常诊断”3个功能模块。
“线损分析”模块能够计算各条线路、线路上各元件和全系统的月、季度、年度的理论电能损耗和实际电能损耗，诊断可能的漏电元件和窃电现象。“线路运行模拟” 模块可以重演任意历史时刻的系统运行状态，模拟在最大负荷、最小负荷和平均负荷情况下，系统各节点三相电压、各元件的三相电流以及三相功率分布，计算三相馈线负载率，以及对疲劳元件估计并报警。“异常诊断”模块可以诊断某个运行期内线路异常情况，包括线损突增、配变低压侧越限、配变中性点断线等。
3.4 优化与规划
该系统有“电容器效益分析”和“线路规划与优化”两功能组构成。
“电容器效益分析”可以分析输出包括带时标的电容器投切曲线、电压无功及电容器运行综合曲线、补偿无功电量、月度年度节电量和综合节电量，计算安装电容器后配变每月节约的网损、安装前后的节电效益对比。
“线路规划与优化”可以计算线路改造时需要更新的导线型号；可以计算线路电容器的补偿方案；可以确定配变分头合理位置。
3.5 缺陷管理与检修决策
缺陷管理与检修决策系统是指从“录入缺陷→生成检修计划→录入检修结果→审核检修结果→编辑缺陷信息→缺陷信息存档”的闭环管理过程，该系统主要实现以下功能。
对发现的缺陷进行录入，输出生成《缺陷单》。缺陷内容包括：运行班组巡视发现的缺陷、调度部门报告的缺陷、检修不合格的缺陷以及运行人员启动运行数据分析模块发现的缺陷；
针对缺陷，可手动也可自动按月进行自动优化排序，制定全月的检修计划；
月底由相应班组人员将缺陷检修情况录入数据库，用户可以验收缺陷检修是否合格，若合格则消除缺陷，并作相应记录，若不合格则再排序安排下一轮检修，并提供检修任务单；
用户可随时查看数据库中带审核的缺陷及其检修情况。
3.6 查询与报表系统的基本功能
用户可通过前台界面按条件查询数据库中有记录的任意时刻的配变历史数据，并可打印报表及显示曲线；可查询任意天的配变三相电压不平衡度、三相电流不平衡度，以及当天最大、最小不平衡度发生时刻。
可根据用户需要定制当月报表，如月生产状况总报表等。
4 系统主要特点
将GIS的空间数据和属性数据统一存入大型的商用数据库MS SQL2000中，比传统的文件存储方式更易于实现电力系统的海量数据管理，更利于多个客户端的同时操作，使设备图形与其数据结合得更加紧密。
系统集成的自适应拓扑分析功能充分利用了GIS本身具有的拓扑分析功能，既保证了拓扑分析的快速性，也为潮流计算等高级应用提供网架基础。
利用状态估计和负荷预测方法，弥补了配电网中量测数据不足、通讯上传数据易出错的缺点，并在此基础上实现配电网各项高级应用，保证了配电系统运行决策的科学性。
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