DYNAMIC GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM IN DISTRIBUTION AUTOMATION
Wang Xuechao
(Yantai Electric Power Dispatching Center Yantai, 264001 China)
ABSTRACT The functions of Geographic Information System(GIS) in distribution automation(DA) and its present situation are described in this paper. The design principle, design process and the problems to which the attention should be paid to in the design of GIS for DA are expounded.At the end,the functions and features of the GIS being developed are presented.
KEY WORDS geographic information system(GIS); distribution automation(DA); distribution management system(DMS)
配电管理系统(DMS，Distribution Management System)是目前国内外正在研究和发展的领域。在配电自动化系统中引入地理信息系统(GIS，Geographic Information System)是当前技术发展的方向，也是DMS的一个重要特征。地理信息系统作为配电管理系统的一个重要组成部分，正在日益受到人们的重视。
配电管理系统(DMS)中的一个重要课题是如何引进和利用自动制图和地理信息系统(AM/GIS)的功能。目前，国内配电管理系统中有些地区虽然也使用了一些地理信息系统(GIS)的功能，但那些功能只是地理信息系统的一部分功能。它们或者是静态的，或者虽然也有某些动态功能，但大多数是不完全、不系统的或者是孤立的。能与DMS的其它部分融为一体的系统性的、全面的、动态的地理信息系统则是国内正在致力于研究和开发的课题。
1 电网中地理信息系统的作用
地理信息系统的主要功能是能综合分析与检索空间数据，利用数据库技术可以把空间数据和属性数据一一对应起来［1］。把自动制图/设备管理(AM/FM)提供的准确的、最新的设备信息和空间信息与SCADA提供的实时运行状态信息有机地结合起来，可以有效地改进电力分配和紧急情况下的调度以及用于日常维护与抢修服务，提高调度员与设备维护人员了解系统情况与处理故障的能力。
地理信息系统在DMS中的应用可分为在线和离线两个方面。在离线方面的应用有：设备管理、用户管理、规划设计、配电运行记录和报告、配电系统的查询等。
在在线方面的应用有：
(1) SCADA：编制或自动生成地理位置接线图；在地理位置接线图上，对任意多边形小区的运行工况和设备数据进行统计和分析；显示SCADA实时数据；在地理接线图上实现网络拓扑着色。
(2) 负荷管理：在地理接线图上，对任意多边形小区的负荷进行统计和分析。
(3) 显示DMS应用软件计算结果：在GIS上动态显示停电区域、带电区域、供电恢复路径；显示潮流计算结果；预报小区负荷等。
(4)投诉电话管理。
动态地理信息系统是指能进行动态分析、动态处理、动态显示和动态管理的系统。如：对线路故障、故障停电等自动作出即时分析和即时处理，即时进行故障定位与隔离、恢复供电，即时显示停电和恢复区域、并根据电网的变化即时显示电网的各种信息等等。
2 GIS的软件平台选择与结构设计
2.1 GIS的软件平台选择
目前，通用的GIS系统在市面上已有成熟的支撑平台，如ARCINFO、MAPINFO、INTERGRAPH等。其功能有很多相似之处，但也各有其优缺点。对平台的选择可根据配电管理系统中GIS的特点，及支撑平台的性能价格比等因素，结合当地实际情况进行选择。有条件的也可开发适合自己的配电管理系统的GIS平台。
2.2 GIS的结构设计
GIS与DMS可有两种结合方式：一是将GIS作为DMS软件平台，这主要是因为DMS中配电网络设备管理、规划设计、投诉电话管理、负荷控制与管理、故障处理和用户管理等均需用到GIS和地图，因此可在GIS平台上开发。这也是GIS厂家推荐的方式；二是DMS仍建立在专用支撑平台上，通过数据库将GIS与DMS集成，这种方式较好地保持了DMS的系统性，并降低软件费用。目前，国外的一些大EMS/DMS厂家，如CEGELECT、ABB等采用了这种方式。采用这种方式时，GIS平台只用作输入输出界面，显示SCADA实时信息、DMS应用软件分析计算结果和存储空间数据。目前国内开发单位经过多年的努力，已开发出了一些稳定、实用、高效的SCADA和DMS支撑平台，并且目前的SCADA和DMS等应用软件也都是基于这些平台开发的。这样，DMS与GIS结合后，需要解决的问题只是GIS与DMS的通信和数据交换问题，减少了软件的重复开发,也缩短了整个系统的开发周期。采用第一种方法的特点是可使GIS、DMS共存于同一平台上，可减少DMS专用平台的开发和投资。其缺点是GIS平台不是专为电力系统而设计，因此其性能、效率等均不如DMS的专用支撑平台。
在DMS系统中，SCADA数据库、DMS数据库、GIS数据库是相互影响和相互关联的。SCADA数据库和DMS数据库向GIS数据库提供电网实时信息和应用软件分析计算结果，以利用GIS画面输出信息。如：将SCADA中的馈线电流、母线电压、变压器温度、用户负荷等和DMS应用软件的分析计算结果——潮流、网损最小运行方式、故障恢复步骤、状态估计结果等提供给GIS数据库，成为GIS数据库中相应元件的属性，并定时刷新，使GIS具有实时性。GIS数据库还向SCADA数据库和DMS数据库提供某些输入信息，例如人工置数、状态设置、设备参数等。当GIS数据库中的设备的空间数据和属性数据发生变化时，则要及时将这一变化提供给DMS库和SCADA库，以保证应用软件分析计算结果的正确性和SCADA信息的正确性。
图1 GIS与SCADA/DMS之间的数据交换
GIS与SCADA/DMS之间数据传送可采用定时发送、人工请求发送、按状态变化发送等方式。
DMS中的GIS系统可以作为客户从其它数据库获得服务，也可作为服务器向其它应用提供数据和服务。因此，GIS系统的设计与开发不应局限于一台独立的GIS工作站，而应从分布式系统的观念出发，使GIS系统能适用于各种应用与需求。设计与开发GIS系统，应使其具有可扩展性和相对独立性。为满足可扩展性要求，应进行模块化、层次化设计与开发。应将软件设计成既能在单独的GIS工作站上实现不同功能，也能扩展到多机方式，但都应遵循客户/服务器模式。相对独立性是指，GIS工作站不仅保存地理信息和设备信息，还要具有一个DMS网络数据库的镜像，甚至还要保存必要的SCADA实时信息。这样，在网络上传送的只是高级应用计算结果和设备状态变化，而配电网络的其它数据则分散在不同时间传送，这极大地降低了某一短时间内的网络负载。这样的GIS工作站实际上具有了设备信息库、地理信息库和网络数据库，利用客户/服务器结构，可以把GIS工作站作为其它各项要求地理信息应用的服务器。这种结构简化了DMS系统中的数据传输，有助于减小网络负载，提高系统效率。
3 地理位置坐标确定
GIS中的背景地图要有精确的定位坐标，以便在自动制图时使各种电力设备如电杆等能正确地定位于图上。背景图采用市规划局专为电力系统绘制的数字图，其格式为标准的DXF格式。
GIS中的一个重要的坐标点是电杆的位置。电杆位置的精确标定决定着各种分析软件分析的精确度，决定着 GIS系统的精确性和利用价值。
由于电杆数量多、位置分散，请规划部门或测绘部门测定花费大、时间周期长。另外，对于配电来说，电杆、线路等电力设施经常变动、增加，需要经常测点。因此可利用GPS自行测点。
GPS(全球定位系统)是由地面测控站、空间导航卫星和地面用户接收设备组成的。它是通过分布在地球上空的27颗人造地球卫星(其中3颗备用)向地球表面发射位置和时间信息，来完成定位和定时的。距地球17600km的27颗卫星分布在相对夹角各为60度的六条轨道上，它们可覆盖全球，这些卫星全天24h工作，每秒向地球发送一次信息［3］。用接收设备在地球的任一位置上可同时接收到4颗以上的卫星信息，只要接收设备接收到4颗卫星信息，即可确定测点坐标。测点时需将接收天线靠近电杆。实测误差小于3m，这个误差可以满足各种分析软件及电力系统的其它要求。
4 DMS中GIS实现的功能及其特点
在GIS系统中，数据分成空间数据和属性数据两种［2］。空间数据管理的是在二维或三维坐标下，以一种拓扑结构描述物理位置的确定、相关位置及逻辑连接。如变电站、用户杆塔等电力设备的位置、线路起始空间位置、地理走向等都是空间数据。属性数据管理的则是将记录点、线、面等地理元素的特征和文档存放在某种商用数据库中(如ORACLE, INGERES, INFORMIX, SYSBASE),属性数据包括导线型号、允许电流、电阻和电抗等数据。除空间定位数据外的无法和地理坐标直接联系的数据，称为属性数据。GIS可建立这两类数据之间的互访关系，为电网中的各种分析、计算、模拟、查询等功能提供了条件。
根据配电管理的需求和GIS所提供的资源，DMS中的GIS所具有的功能如下：
