張 兵，唐 斌，張 勇，張 輝，李 玲

（1.成都理工大學 地科學學院，四川 成都 610059；2.鄧州市電業(yè)局，河南 鄧州 474100；3.河南師范大學 物理與電子工程學院，河南 新鄉(xiāng) 453007）

基于GIS的農電網絡智能化系統

張 兵1，唐 斌1，張 勇2，張 輝2，李 玲3

針對目前農電網絡存在的缺陷，結合GIS在處理空間數據、屬性數據方面的優(yōu)勢，設計了一種突破傳統模式，可實現區(qū)域范圍內信息共享，極大增強現有基礎信息利用率的基于GIS的新型農電網智能化系統。著重對供配電、監(jiān)控管理、通信、智能收費、系統數據庫等模塊的功能及實現思想進行了闡述，并對部分核心模塊的建設提出了建議。

農電網絡；GIS；信息共享；智能化

1 GIS技術在農電網絡的應用現狀

我國電力在GIS方面的應用開始于20世紀90年代中期，隨后慢慢與國際領先水平接軌。經過農網改造后，農電網絡設施在各方面都有很大進步，但在信息化處理、利用方面還有很大不足，而且由于基層農網存在技術缺陷，存在一系列的現實問題。隨著生活水平提高，面對用戶用電量增加，區(qū)域數據量的膨脹以及不定因素的增多，目前農電部門常用的AutoCAD等工具已不能在現有資料基礎上做出合理分析，制定有效的管理策略，嚴重影響了管理效率。現有的農電網絡維護、運營、管理等主要還是依靠人工，基層人員可利用資源比較單一，受客觀條件影響，無法在第一時間做出反應，不能直觀、全面地發(fā)現問題，導致數據更新困難，從而大大延長了機動時間。GIS強大的數據、空間分析能力，結合計算機圖形、圖像處理技術，

能使管理人員更直觀地掌握電網實時運行情況，為農電資源優(yōu)化配置提供了一套完善的信息化解決方案。目前GIS在農網方面的應用主要集中在配網方面，還有很大進步空間[1]。

2 系統的總體結構

系統的總體目標是滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)級供電服務單位的業(yè)務需求，以實現供電所、上級單位、用戶之間的信息共享，每個模塊的屬性信息及其實時信息可被系統局域網內其他用戶獲取，極好地解決了電網管理中電網數據與地理信息不統一的問題[2]。

在建設過程中采用一種B/S和C/S混合結構，用戶可在Web上瀏覽發(fā)布的空間數據，也可在客戶端發(fā)布請求。利用平臺對特別案例加載相應專題圖層，以改造目標為基礎與新建要素對比，進行最優(yōu)方案配置，并將枯燥的數字信息轉化為三維地理信息，為業(yè)務管理者提供更直觀的檢測信息。通過在局域網建立若干銷售管理工作站，實現電量的自動化計費。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

3 系統主要模塊的功能

3.1 供配電模塊

在電力資源管理中，GIS配電網絡管理應用最為廣泛，通過將各種信息數據進行集成構成面向用戶的功能。目前的配電管理系統中GIS與SCADA兩個子系統最為重要，GIS作為存儲平臺的唯一數據源與配電SCADA之間做數據轉換，避免各個機制間出現信息孤島。在配電系統中，C/S構架承擔輕負荷工作，采用Windows界面來實現信息查詢；B/S構架主要承擔大量信息輸出，以滿足用戶對電力走向、設備屬性的了解需求。配電網采用三維GIS技術，真實直觀地展現地表的物理信息，包括設備、線路、建筑物等[3]。系統主要功能如下：

1）設置人機界面，提供給農電人員權限管理，完成對圖形的基本操作，并及時做好多空間數據、屬性數據的更新，建立統一坐標和度量的數據，對不同來源的信息進行整合，滿足不同程度不同需求的共享和轉換。

2）通過鷹眼導航、專題地圖做好故障分析，找出最佳搶修路徑，建立配電模型，科學選擇輸電線路完善規(guī)劃設計。

3）在局域網上與上級部門對接，完成各種圖標報表。

4）在三維空間對停電區(qū)域模擬，分析影響程度，以保證重要用戶的用電。

5）輸入定點塔桿、變壓器、街道、線路、用戶量等信息，通過數碼實時監(jiān)控，對臺區(qū)實施可視化管理，不僅可以滿足營銷管理的需求，還可以透過現場考察工作質量。

3.2 監(jiān)控管理模塊

現場監(jiān)控的關鍵在于建立合理的GIS與SCADA集成系統，保證兩個系統既能分別獨立運行，又能自動實現數據轉換與共享。由于GIS與SCADA系統在網絡拓撲和圖形的輸出格式方面有所不同，需要SCADA前置機與遠置機在通過遙測系統獲取電力信息的同時，又不影響GIS系統工作，相當于把GIS各項功能加以區(qū)分，增加了系統的處理能力，但要把握好二者的結合程度，故選擇基于ActiveX控件的集成。

在系統中GIS主要用來對系統、模型、界面等進行維護，同時在SCADA集成中作為ActiveX實現功能的對象，ActiveX控件創(chuàng)建可自動獲取GIS功能的對象，SCADA通過人機接口與GIS相連，完成電網拓撲信息、實時數據的互獲取工作，如圖2所示。

3.3 通信模塊

通信單元往往是各大信息部門難以解決的問題，基層農網的數據通信要么無法獲取信號、要么數據采集不及時，滿足不了線路復雜、環(huán)境惡略、信息量日益變大的需求，故采用無線和光纖的混合通信模式。在電網的主干通信中采用光纖或寬帶傳輸，重要區(qū)間采用專用光纜傳輸，支網則采用無線通信技術，也可與新興的WiFi、3G等技術結合，因地制宜更好地利用資源。在建設過程中既要考慮基層電網之間的饋線終端結構，又要保證傳輸的可靠性與安全性，更要考慮地域空間的影響及未來通信發(fā)展。此系統已取得了很好的效果，可在其他供電企業(yè)中推廣使用[4]。

圖2 SCADA系統結構圖

系統主要承擔通信網絡圖層管理、圖層顯示、通信設備查詢和管理等工作，存儲歷史信息的同時關注系統的整體動態(tài)。通過簡單操作可完成基本的圖形插入、修改等工作，可通過網絡分析做出最優(yōu)通信設備路徑求解，也可與裝有無線設備的搶修車輛通信，把現場信息傳回服務中心做分析制定出決策。系統如圖3所示。

圖3 通信系統結構圖

3.4 智能收費模塊

目前市場上通用的計量電表大部分是電子式的，雖然性能比過去更穩(wěn)定，但依然是采用人工抄表收費的模式，不僅工作重復性高，而且工作量大，管理部門也因先用電后收費而造成壓力，經常因電費問題產生糾紛。智能收費系統是一種基于智能電表的收費系統，有效緩解了以往勞動強度高但收獲甚微的狀況，提高了管理效率和社會效益。

系統的實現，可在現有電表基礎上增加存儲器等模塊，將電量、用戶使用記錄等信息存儲于存儲卡中；采用預付費形式向付費卡中充磁，通過磁卡給用戶支付相應電量，系統通過載波等傳輸方式將用戶信息傳回服務中心存檔。電表與GIS平臺的連接采取ProfiBus通信方式，在智能化控制下完成數據的周期、非周期讀寫。ProfiBus為國內唯一經國家批準的總線，標準為GB/T20450-2006，可使傳輸速率達12 Mb/ s[5]。隨著3G時代的到來，在計算機與通信技術的支持下，最新的WiFi技術也可應用于系統中，WiFi通信技術具有數據傳輸率高、組網靈活、可移動性好等優(yōu)點[6]。收費系統中的WiFi傳輸采用單元模式建立，其中WiFi信號有效范圍內的用戶為一單元，每單元建立相對綜合的數據響應、傳輸通信。這樣既可保證通信安全，也對設備的未來擴展有積極意義。對于整個農網來說，以用戶為單位的設計，也體現了因用電量產生的問題需在客觀上做決策的科學性。在地域、電網分布的背景下剖析用戶熱點，合理做出臺區(qū)分割，有效解決臺區(qū)用電末端常年的電壓苦惱。ProfiBus系統框如圖4所示。

圖4 ProfiBus系統框架圖

3.5 系統數據庫

系統中各個模塊之間具有相對獨立性，由于需求不同所以在不同的技術和設備支持下，數據的結構、格式等可能都不統一，因此需要一個綜合的自動化數據庫實現各個模塊的無縫結合，將不同類型的數據、不同比例的圖形、不同格式的圖像、音頻、視頻等信息自動歸類，實現信息的整合，即需要建立一種面向電力Web/GIS應用的數據庫[7]。

①有關設備與電網的靜態(tài)數據。這類數據必須從應用的角度來定義，包括設備的規(guī)格、價格、型號，電網最基本的一次設備連接屬性，各類數據間的轉換參數等。②電網的實時數據，包括這類數據的類型，如電壓、電量、負荷等，以及采集這類信息的采集點分布，包括各點之間通信設備的技術參數都是復雜的，就需要將前置機的上傳數據轉換為工程量和正確時標值的物理單位。③系統圖形化數據。它是將連續(xù)變化的數據圖形化，使結果更簡單更直接更方便讀取，也包括各種三維空間地理圖形和專題圖形等。④與效益有關的經濟數據。它是一種因電網分布而帶來的經濟輻射數據。

4 結 語

地理信息技術在電力行業(yè)的應用還處于初步階段，但它的應用卻是推動電力行業(yè)利用新技術的重要決策。在整個網絡管理中利用其強有力的數據、圖形處理平臺，從客觀上提高了工作的時效性與準確性，降低了事故發(fā)生率，提高了服務質量。系統以解決當前農網由于人力、技術、資金等資源不足而無法更好滿足用戶需求為目標，采用先進技術解決了當前配網結構復雜，缺乏改造發(fā)展可塑性；監(jiān)控不到位，無法滿足設備擴展；通信不及時，無法填補時效信息空缺；難以獲取與用戶一對一之間的客觀信息等難題，滿足了基層工作人員在工作中的種種需要。系統具備可擴展性、兼容性強等特點，在滿足自身需要的同時，可向其他授權單位開放，實現信息區(qū)域內共享的同時綜合各級信息反饋，為科學、合理決策作技術支撐，為電力事業(yè)實現數字化邁出第一步。

[1] 黃益莊,李樹軍．配電網智能監(jiān)控管理遠程抄表一體化系統[J]．電力系統保護與控制,2010,38(21)∶83-86

[2] 李國慶,潘振波,王丹,等．基于C/S與B/S混合架構的配電地理信息系統[J]．電網技術,2009,33(6)∶102-106

[3] 樸在林,張曉明,趙雪瑩．三維配電網地理信息系統的研究與實現[J]．農業(yè)工程學報,2010,26(4)∶227-230

[4] 陳海宏,張靜,萬書亭．基于GIS的電力通信線路管理系統開發(fā)與應用[J]．電力系統及其自動化學報,2013,25(2)∶26-30

[5] 曹時偉,朱青,劉宏立．智能電表的數據抄讀新方法[J]．計算機應用,2013,33(5)∶1 248-1 250

[6] 王科,童嶸,甘建平．WiFi通信在智能電表中的應用研究[J]．電測與儀表,2013(9)∶64-68

[7] 彭云建,鄧飛其．電力綜合信息管理系統面向對象數據庫的建模[J]．電力系統及其自動化學報,2007,19(1)∶49-54

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1672-4623（2016）01-0034-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.010近些年在計算機、Web網絡、GIS等一系列新興技術的支撐下，電力行業(yè)呈良性發(fā)展態(tài)勢，在規(guī)模、質量、服務對象等方面都取得了可人成績。我國幅員遼闊，電力生產經營分布體現出獨特的地域性和經濟性，為實現產業(yè)轉型、結構調整，資源優(yōu)化配置，大力推動電力事業(yè)的發(fā)展勢在必行。

張兵，碩士，主要從事遙感、地理信息系統等方面的研究。

2014-03-20。