配电GPMS系统在配网信息管理中的应用与分析

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　　摘 要: 随着城市配电网规模日益扩大和电力企业信息化建设的不断深入,地理信息系统(配电GPMS)、生产信息管理系统(MIS)、数据采集与监视控制系统(SCADA/EMS)、负荷控制系统、客户服务系统、用电营销系统等各类信息系统逐步投入运行,提高了城市配网运行管理的水平。本文针对集成上述系统的配电GPMS系统在配网信息管理的应用作出相应的分析。
　　关键词：配电网信息管理配电GPMS
　　1 配电网综合管理技术
　　 配电网的综合管理是指要综合管理配电网的过去、现在及未来。先要立足现在,做好配网现有的运行分析与管理；再通过对现有系统的长期运行维护,积累大量历史数据；继而在电网历史和现有状况下,通过评估电网供电能力和分析电力市场,指导电力公司的电网规划。
　　 配电网处理对象众多,其大量信息都具有空间属性数据,传统数据库系统已不能满足要求。而配电GPMS可将配电系统的各种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合起来,实现具有拓扑结构和分析功能的空间数据库系统。故配电GPMS已逐渐成为电力部门最重要的图形管理和基础数据平台。配网管理也需借助配电GPMS,实现基于配电GPMS的配网综合管理。
　　1.1 配网现状管理
　　 基于配电GPMS的配网现状管理有几项功能:
　　 1) 配电GPMS基础功能
　　 电力系统配电GPMS中,通过分析图形拓扑连接性、多边形区域、邻接性,实现空间信息测量、空间信息分类、叠加分析、网络分析、空间统计分析等功能。
　　 2) 配网调度管理功能
　　 基于配电GPMS,通过配电调度运行管理系统形成实时网络拓扑,它既可为配网潮流、状态估计等其它应用功能模块提供新的分析依据,又可通过改变现有系统中断路器、隔离开关的开合状态来寻求更合理的运行方式。配电GPMS和配电调度运行管理系统必须有交互数据。网络拓扑着色在后者上实现。根据开关运行状态进行网络分析,确定网络元件,从而得出供电区域及其变化情况,并在图上以不同符号和颜色进行区分显示。
　　 3) 基本电气分析计算功能
　　 实时数据采集后,图形管理平台还将实现电网潮流分析、负荷管理、操作模拟、检测、停电管理、供电电源分析、短路电流计算等高级功能。
　　 4) 生产管理功能
　　 MIS包括主要运行设备铭牌参数、巡视、试验、缺陷、检修停电申请、两票管理等几个生产流程及其它生产模块。通过配电GPMS与MIS、配电GPMS与SCADA/ EMS的集成,可实现基于配电GPMS的动态数字化电网。
　　 5) 供电能力评估功能
　　 通过评估配电网各个时间点的供电能力,可帮助供电公司决策者对配电网情况的把握由定性上升到定量的水平,通过比较多个可行工程建设方案,可全面精确地解决电网建设和改造中的问题。
　　 评估的主要功能包括:
　　 ①各类电网设备的统计计算；
　　 ②潮流、“N - 1”等电气计算；
　　 ③单项指标评估；
　　 ④综合指标评估；
　　 ⑤建设方案经济性分析；
　　 ⑥其他辅助功能。
　　1.2 配网历史管理
　　 配网历史数据管理一般分为3个部分:
　　 1) 历史数据存储
　　 历史数据一般用Oracle 、MSSQL-Server等商用数据库存储,同时自动备份。配网现状数据经筛选校核后才能存入历史数据库。
　　 2) 历史数据查询
　　 其查询主要针对各类配网设备运行的综合信息。其访问基于局域网内部系统的查询以及IE等Web浏览器的检索,达到基于B/S+C/S的3层系统构架的历史数据查询。
　　 3) 历史数据安全控制
　　 提供一种分级访问的安全保护机制,通过各级身份审核保证数据安全。该机制除依靠一般的访问权限和口令外,还加入访问审批流程,实现安全控制的自动管理。
　　1.3 配网规划管理
　　 配网规划管理通过分析配网现状和历史的大量数据,针对主要规划工作流程实现网络化管理,协调不同单位、不同分区数据、项目资金安排和输配电网规划间的关系,科学合理地编制、修订和执行规划。
　　 配电网规划主要通过以下步骤来实现:
　　近、中、远期的负荷预测；
　　近、中、远期的高压变电站选址与定容；
　　近、中、远期的电网规划、优化及相应的电气分析计算；
　　近、中、远期的建设方案、投资和经济性分析；
　　⑤其他辅助功能。
　　 配电网规划的过程中,最重要的是要对网络规划与管理做到细节化,如:负荷预测不只限于总量负荷预测,还有分块负荷预测即空间负荷预测；规划结果有多个方案,能进行方案和项目的比较与优化,并考虑项目实施过程中实际条件变化对电网建设的影响,更加符合规划要求；包含实施后效果分析、规划建设方案预评估、经济效益评价等功能。
　　2 配电网综合管理系统
　　 基于对配电网历史、现状和规划管理等功能的透彻分析,利用供电公司现有和将来的数据资源,通过合理整合现有配网管理各信息系统,研究开发城区配电网综合管理系统,从而实现各级配电网分析、运行、评估、规划等的统一协调管理。
　　2.1 系统功能结构系统(见图2)主要分为3个层次:
　　2.1.1 基础信息系统层
　　 该层中,配电GPMS、MIS及一些运行管理系统如SCADA/EMS等,为供电公司现有信息系统。本项目深入研究、充分挖掘这些系统的潜力,界定各系统所能提供的有效数据范围,为配网综合数据平台的搭建和高级辅助决策功能的实现做好铺垫工作。
　　2.1.2 配网分析数据管理系统层
　　 该层主要包括配网分析数据管理系统(DA-DMS),它是底层信息系统与高层辅助决策系统之间的纽带。采用数据仓库技术搭建此数据平台,使其既可适应配电网存储海量数据的要求,又可保证配电运行数据的一致性。配网分析数据管理系统的设计基于如下考虑：
　　
　　
　　 图1 城市配电网综合管理系统整体结构
　　
　　 1) 建立底层信息系统的数据联系与共享标准
　　 通过配网分析数据库的设计开发和应用,结合电力公司配电网现有的标准和规范以及配电网公用信息模型(CIM),将形成有关配网数据管理与信息系统数据共享机制方面的技术标准。
　　 2) 对底层实际运行系统提供的数据进行分类、归纳和管理配网分析数据管理系统基础数据主要通过接口从外部各类数据采集系统获得。数据实现分层管理,方便提取和分析,并更加全面地包含各级电网、各类电网设备信息。
　　 3) 为上层辅助决策系统提供及时有效的动态数据支持
　　 在现有各级系统之上构建配网分析数据管理系统,全面而完善地管理各类电网数据,将其转化为可用信息,在辅助电力公司决策者宏观掌控全网的同时,又能以定量数据信息支持决策者决策。
　　2.1.3 高级辅助决策系统层
　　 该层主要包含对现状各级网络供电能力、存在问题的评估,对近期电网建设项目的辅助计划与决策,并基于此对现状、近期、中期和远景的配电网进行优化规划等,形成相互关联的功能模块,未来还可按需逐步扩展其他高层应用系统。
　　 高级辅助决策系统的建立是基于底层信息系统数据特别是包含地理信息数据的配电GPMS数据。城市电网本身就属于空间分布式的大型系统,须在配电GPMS平台基础上,深入挖掘潜力,为决策者提炼出最为直观而有效的信息,再通过评估、规划以及近期建设项目辅助编制等一系列工具的应用,达到宏观上指导电网建设的目的。
　　2.2 系统关键技术
　　 在建立配电网综合管理系统的过程中,主要有两大技术难题:如何统一底层数据接口以实现数据层管理,以及通过何种高级分析系统使供电公司真正掌握电网实际运行情况。

　　2.2.1 基于配电CIM的数据管理自国际电工委员会IEC组织制定电力系统方面的公用信息模型标准以来,描述输电网结构的IEC61970目前已发布,而针对配电的IEC61968尚未完成。因此,系统先扩展配电CIM,再基于CIM对于元件接口的描述建立配网分析数据管理系统的数据库结构,而后提出基于CIM的标准数据结构以进行数据交换载体,最后编写程序实现接口文件与内部数据库之间的数据导入。
　　 1) 配电CIM扩展
　　 因已有的CIM中只描述了一些输电网中的元件,而配电网结构复杂,元件众多,因此系统扩展了配电设施、开闭站、环网柜、配电室、电缆分支箱、箱式变、馈线等类,其中配电设施为起配电作用的众多设施而专门设计；开闭站、环网柜、电缆分支箱等由此父类继承而来；配电室和箱式变由原变电站继承而来；馈线用来描述辐射型供电的配电线路。另外,系统还扩展了变电站、电压等级侧、开关等类的属性,如变电站类增加了容量属性描述；电压等级侧类增加了间隔数属性的描述；开关类增加了介质属性的描述等。
　　 2) 数据库和接口文件格式建立
　　 基于上述对配电CIM的扩展,系统在建立数据库时将其与高级决策应用的需求结合起来,既可实现标准结构存储,提高导入效率,又可满足系统的实际应用。借鉴国外进行的6次互操作实验及国内几大EMS生产厂家之间进行的5 次互操作实验的经验,CIM-XML可扩展性好,且满足大批量数据交换的要求,故系统的接口文件采用此种格式。
　　 3) 数据交换程序
　　 系统的交换程序分为两个部分,即对应接口文件和数据库的XML配置文件以及提供此交换环境的数据交换引擎,其中后者采用标准C/C++,既可实现变量、数组以及判断、循环等基本操作,又可同时实现对CIM-XML文件和各种类型数据库的各种操作；而前者则在此环境下将接口数据和内部数据库的结构对应起来。
　　2.2.2 基于评估和优化的高级分析系统
　　 高级分析系统主要侧重于宏观指导电网,因此现阶段只实现配电网的评估和优化,未来根据需要可进行扩展。以往的配电网评估优化多是从定性的角度上进行,定量评估指标很少,本系统在配电网综合评价体系的基础上,对配网电源、配网设备及结构、配网运行、技术经济指标、设备维护与管理等5个方面分别进行评估打分,最后形成整个电网的综合评价,找出电网薄弱环节,给出解决方案。
　　 系统在结构上分为2个子系统,即工程师子系统和管理机构子系统
　　 基于此,完成评估和近期规划的典型流程为:
　　 1) 管理机构人员通过管理机构子系统下达评估和近期规划标准；
　　 2) 各供电公司工程师利用工程师子系统进行评估和近期规划,生成相应结果,具体包括:导入外部数据源各类基础数据,完成导入数据(生数据)的校验修复,校验修复后的数据,进行现状电网评估,计算各项指标,依据管理机构下达的评价标准进行单项指标评价和综合评价,输出评估所需图表,评估结果上传发布(项目结束后完善)；
　　 3) 数据发布系统将上传到服务器上的各类数据,以图形或图表的形式在网上发布出来,供授权用户浏览和下载。
　　3 结束语
　　 本文立足于紧密结合供电公司现状,利用现有数据,整合资源,通过对城市配电网管理技术方面的范配电网与信息系统的建设和管理,为配电网现代化管理奠定基础,最大程度地在各部门之间共享公用数据信息,从而提高公司的配电网信息化水平和决策水平。在此基础上,在底层数据库和高层决策系统之间,搭建符合标准数据模型的统一数据平台,并形成各种为供电公司决策者进行决策提供辅助支持的高级功能,从而能节约电力公司投资,使其各部门能科学、高效地保障电网的安全稳定运行。
　　
　　
　　参考文献
　　 1 小云，王立梅.配电网管理配电GPMS系统设计方案 高电压技术
　　 2 朱振华,孟昭勇. 配电网管理系统的特点与设计要求电力系统装备
　　 3 刘宗歧 配电管理系统的实用方案设计 现代电力
　　 4 朱见伟 配电网CIM综合模型的构建与应用
　　
　　注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看

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