李　冬，孫世軍，張　昊，曲曉白，孫曉麗

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，濟南　250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟陽縣供電公司，山東　濟陽　251400）

智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

李冬1，孫世軍1，張昊1，曲曉白2，孫曉麗1

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，濟南250001；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟陽縣供電公司，山東濟陽251400）

氣象災害是破壞電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要原因之一，給電網(wǎng)設施造成了嚴重的危害和損失。電網(wǎng)GIS平臺是國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)的重要支撐平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)設備的地理位置精確定位、屬性狀態(tài)結(jié)構(gòu)化管理和可視化展現(xiàn)。為降低氣象災害對智能電網(wǎng)的不良影響，國網(wǎng)山東省電力公司將精細化氣象數(shù)據(jù)引入到電網(wǎng)GIS平臺之中，采用先進的RUC（快速更新循環(huán)）預報、SWAN（短時臨近預報）等技術，建立智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)，提高智能電網(wǎng)供電可靠性，確保智能電網(wǎng)運行安全。

智能電網(wǎng)；防災減災；信息系統(tǒng)；設計與實現(xiàn)

0　引言

中國電力科學研究院近20年的統(tǒng)計結(jié)果顯示，自然災害是影響電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定的第二大因素，70%以上的自然災害是氣象災害。2000年以來，山東電網(wǎng)220 kV及以上電網(wǎng)和設備故障，50%以上是氣象災害引起。特別是2010年以來，雨雪冰凍（導致線路覆冰引起倒塔斷線）、大風寒潮（導致線路舞動引起風偏放電）、暴雨（侵害電氣絕緣）、強風（引起倒塔斷線及電氣設備故障）、雷暴（引起變壓器等供電設備閃絡或絕緣擊穿）等極端天氣頻繁發(fā)生，給電網(wǎng)設施造成了嚴重的危害和損失。

電網(wǎng)GIS平臺是構(gòu)建在國家電網(wǎng)公司一體化信息平臺之內(nèi)的企業(yè)級空間信息服務平臺，是智能電網(wǎng)的重要支撐平臺，國網(wǎng)山東省電力公司在電網(wǎng)GIS平臺的基礎上引入高時間分辨率和高空間分辨率的氣象數(shù)據(jù)，采用RUC（快速更新循環(huán)）預報和SWAN（短時臨近預報）技術，建立智能電網(wǎng)防災減災系統(tǒng)，將氣象數(shù)據(jù)與電網(wǎng)設備數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析，在災害天氣時，對涉及的電網(wǎng)設備進行預警。

1　智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)建設基礎

1.1電網(wǎng)GIS平臺

電網(wǎng)GIS平臺由國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一組織設計和開發(fā)，是構(gòu)建在國家電網(wǎng)公司一體化信息平臺之內(nèi)的企業(yè)級空間信息服務平臺，采用總部、網(wǎng)省兩級部署三級應用的部署模式，實現(xiàn)電網(wǎng)資源的結(jié)構(gòu)化管理和可視化展現(xiàn)。功能架構(gòu)分為：電網(wǎng)資源圖形管理、空間信息服務、典型應用框架、GIS高級應用和平臺支撐應用5個部分。其中，電網(wǎng)資源圖形管理用于維護電網(wǎng)圖形資源的空間信息、屬性信息及拓撲關系，是平臺的數(shù)據(jù)支撐；空間信息服務基于SOA架構(gòu)以標準的WebService服務形式發(fā)布圖形數(shù)據(jù)和基礎圖形服務，為業(yè)務應用提供服務支撐；典型應用框架通過調(diào)用GIS后臺服務為業(yè)務應用提供綜合數(shù)據(jù)展示和圖形分析應用［1-2］；GIS高級應用通過電網(wǎng)GIS平臺與業(yè)務應用基礎提供線損分析和潮流計算等高級應用，為智能電網(wǎng)的經(jīng)濟、高效運行提供輔助決策；平臺支撐應用為電網(wǎng)資源圖形管理、空間信息服務、典型應用框架及GIS高級應用提供配置、管理等相關支撐的管理應用。電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)包括基礎地理數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設備數(shù)據(jù)，覆蓋了全省的電網(wǎng)設備和營銷設施。

1.2精細化的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)

山東省氣象部門在山東省內(nèi)高山、沿海、丘陵、平原等地帶布設了123個國家基本氣象觀測站、1 600多個區(qū)域氣象觀測站、6部新一代多普勒天氣雷達，以及雷電監(jiān)測網(wǎng)和FY2E氣象衛(wèi)星等多要素綜合氣象監(jiān)測系統(tǒng)，獲得高時間分辨率、高空間分辨率的精細化氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)［3］。

1.3RUC預報

基于3DVAR變分同化系統(tǒng)的山東省RUC中尺度數(shù)值預報模式，可提供未來24 h高時空分辨率地面風向、風速、溫度、濕度、降水量、降水類型、能見度等氣象預報要素場及相關物理量場。最高時間分辨率為1 h，最小空間分辨率4 km，對電力設施周圍環(huán)境進行預報，對預測超出一定閾值的氣象要素進行有效提示，如風力超過5級（8 m/s）、12 h降水超過暴雨級別（30 mm）等［4］。

1.4SWAN

依托最新的中尺度分析技術，提供未來省內(nèi)強對流天氣潛在可能性預測?？梢蕴峁┪磥?～3 h強對流天氣位置、強度、影響范圍等信息，并給出精細化定量降水預報，空間分辨率達鄉(xiāng)鎮(zhèn)級。

2　智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)設計

2.1智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)應用構(gòu)架

軟件系統(tǒng)采用SOA層次結(jié)構(gòu)，包括氣象數(shù)據(jù)接入解析及存儲層、地理信息發(fā)布及應用層、氣象信息展示及應用層，如圖1所示。其中，氣象數(shù)據(jù)接入解析及存儲層包括氣象數(shù)據(jù)接入、解析，負責將外部數(shù)據(jù)接入并解析為內(nèi)部數(shù)據(jù)；地理信息發(fā)布及應用層調(diào)用電網(wǎng)GIS平臺標準服務，顯示地圖切片和電網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)、地圖基本操作、區(qū)域電網(wǎng)設備分析和其他拓撲分析功能；氣象信息展示及應用層包括氣象信息展示、預報及態(tài)勢分析，負責基于電網(wǎng)GIS平臺的綜合監(jiān)測預警與應急處置輔助決策。

圖1　智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)的應用架構(gòu)

2.2智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)技術架構(gòu)

圖2　智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)的技術架構(gòu)

在統(tǒng)一的電網(wǎng)對象模型基礎上，按照展現(xiàn)層、服務交互層、邏輯層和數(shù)據(jù)層4個邏輯層次進行多層結(jié)構(gòu)體系設計，如圖2所示。展現(xiàn)層包括前端業(yè)務頁面、二維地圖，提供統(tǒng)一的展現(xiàn)框架和豐富的界面交互組件用于快速構(gòu)建高性能、易操作、良好用戶體驗的業(yè)務頁面。服務交互層包括運行于瀏覽器中的通信客戶端和運行于服務端的服務接入點，系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式化、傳輸、封包與解包，實現(xiàn)URL處理與派發(fā)等功能；內(nèi)部服務調(diào)用采用struts、BlazeDS機制，保證高效交互；系統(tǒng)間采用WebService服務，保證標準化交互。邏輯層由電網(wǎng)GIS平臺邏輯組件和業(yè)務邏輯組件構(gòu)成，WebService服務提供統(tǒng)一的對外服務接口。數(shù)據(jù)層通過集成Hibernate（開源的對象關系映射框架）完成對象的持久化，同時采用數(shù)據(jù)緩存機制，極大地提高了數(shù)據(jù)訪問性能。

3　智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)主要功能

智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)主要功能包括實時監(jiān)測、重要天氣監(jiān)測、閾值告警、雷達監(jiān)測、雷電監(jiān)測、云圖監(jiān)測、天氣預報、臺風預警、地質(zhì)災害預警、森林火險預警、災害天氣預警、統(tǒng)計查詢等。

其中，實時監(jiān)測內(nèi)容包括各監(jiān)測點大風、溫度、降水、大霧等氣象要素以分析監(jiān)測點范圍內(nèi)運行的電網(wǎng)設備；重要天氣監(jiān)測顯示暴雨、臺風、高溫、大風等重大災害性、關鍵性、轉(zhuǎn)折性天氣的監(jiān)測和預報，分析惡劣天氣對電網(wǎng)設備的影響；閾值告警以滾動字幕等方式自動告警提示高溫、低溫、大風、暴雨、高濕、大霧等信息；雷達監(jiān)測實時監(jiān)測全省降雨范圍、降雨強度與未來降雨發(fā)展趨勢；雷電監(jiān)測實時顯示全省雷電范圍、落雷強度及趨勢，提供雷電預警服務以及雷擊引發(fā)事故快速定位；云圖監(jiān)測實時監(jiān)測臺風、暴雨、強對流等災害性天氣的發(fā)生與發(fā)展，結(jié)合電網(wǎng)GIS平臺疊加顯示紅外波段云圖和綜合云圖；天氣預報包括短時臨近預報、短期天氣預報、中期天氣預報和旬天氣預報；臺風預警實時顯示臺風位置、速度、移動方向、未來路徑預報；地質(zhì)災害預警以4個不同級別計算發(fā)布全省不同區(qū)域的地質(zhì)災害氣象風險預警；森林火險預警實時顯示森林火險預警信息及歷史火區(qū)圖；災害天氣預警對臺風、暴雨、暴雪、寒潮、大風、沙塵暴、高溫、干旱、雷電、冰雹、霜凍、大霧、霾、道路結(jié)冰等14類災害天氣，依據(jù)可能造成的危害程度、緊急程度和發(fā)展態(tài)勢，分別發(fā)布藍色、黃色、橙色和紅色不同級別的預警信號，預警重要變電站、輸電線路、交叉跨越及重要電力設施［5］；統(tǒng)計查詢能夠?qū)Σ煌瑫r間段內(nèi)各類信息進行查詢。

4　智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)應用

2014年5月，智能電網(wǎng)防災減災信息系統(tǒng)功能上線運行，在5月27日煙臺強對流天氣災害、5月29日威海山火應急處置、2015年“4·17”煙臺龍口山火監(jiān)測預警、“6·10”強對流災害天氣、第9號臺風“燦鴻”應急處置期間發(fā)揮了巨大作用，系統(tǒng)實效性初現(xiàn)成效。2015年3月系統(tǒng)實現(xiàn)省市縣三級部署，功能進一步深化，在威海山火衛(wèi)星遙感疑似火點監(jiān)測定位、臺風預警防范、“8·22”淄博潤興化工火災等應急處置過程中發(fā)揮了重要作用，為智能電網(wǎng)防災減災提供科學依據(jù)，有效降低災害對電網(wǎng)設備及人員造成的經(jīng)濟損失。

5　結(jié)語

本系統(tǒng)通過氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的接入、展現(xiàn)和分析預測，結(jié)合電網(wǎng)GIS平臺的基礎地理數(shù)據(jù)和電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)監(jiān)視跟蹤氣象事件對智能電網(wǎng)的影響，預報預警氣象災害對電網(wǎng)設施的危害，降低災害損失，具有重要防災減災作用和社會價值。目前，該系統(tǒng)已在國網(wǎng)山東省電力公司實現(xiàn)和應用，正在逐步推廣到防汛、防山火、線路覆冰、污閃霧閃、負荷及風功率預測和供電服務預警等業(yè)務領域。

［1］姚楠，陳哲，劉玉林.基于GIS的電網(wǎng)氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的研制［J］.電力信息化，2013，11（3）：41－45.

［2］薛麗芳，王亦寧，謝凱，等.基于防災預警電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2013，37（2）：5－9.

［3］國家電網(wǎng)公司，國網(wǎng)福建省電力有限公司，國網(wǎng)福建德化縣供電有限公司.山區(qū)配電網(wǎng)監(jiān)測、預警系統(tǒng)：中國，201410067221.0 ［P］.2014－05－14.

［4］杭州辰青和業(yè)科技有限公司.基于精細網(wǎng)格的電網(wǎng)雷電災害風險評估技術方法：中國，201310040152.X［P］.2013－05－08.

［5］山西省電力公司陽泉供電公司，華大天元（北京）電力科技有限公司，國家電網(wǎng)公司.公網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)在電網(wǎng)防災減災中應用的方法及系統(tǒng)：中國，201210226223.0［P］.2013－11－06.

Design and Implementation of Disaster Prevention and Mitigation Information System of Smart Grid

LI Dong1，SUN Shijun1，ZHANG Hao1，QU Xiaobai2，SUN Xiaoli1
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jiyang Power Supply Company，Jiyang 251400，China）

The meteorological disaster is an important factor，which can cause serious grid infrastructure damage and loss.Grid GIS is an important support platform for the smart grid，which can pinpoint locations of smart grid devices，and realize the structured management and visual display for status.In order to reduce adverse effects of meteorological disasters on the smart grid，the weather data is introduced into the Grid GIS platform by State Grid Shandong electric power company.Using advanced RUC（Rapid Update Cycle）forecast and SWAN（nowcasting）technology，the smart grid disaster prevention information system was established to improve smart grid reliability and ensure the safe operation of smart grid.

smart grid；disaster prevention and mitigation；information system；design and implementation

TM732

B

1007－9904（2016）07－0018－03

2016－03－04

李冬（1971），男，高級工程師，從事信息化管理工作。