配电图资地理信息系统的应用与优势

1.地理信息系统的概念与功能

地理信息系统（GIS）是在计算机软件、硬件支持下，以采集、存储、管理、检索、分析和描述各种地理空间信息，以多种形式输出数据与图形产品的计算机系统。地图是地理信息系统的重要数据源，这里的地图是指数字地图，它将地图上的各种地物分布分别用点、线、面来描述。点用坐标来表达，线用矢量数据来表达，面是由一组有序线段包围所构成的区域，这样各种地物的空间分布信息就可以用数字准确地表示出来。GIS的基本结构如图8-11所示。

GIS的主要功能有：

（1）数据的输入与编辑整理　GIS需要将各种原始的地理信息转换成计算机可以接受的形式，即数字地图。可以用数字化仪或扫描仪把地图、图像（如航空照片）和规划图输入计算机，并可以对其内容进行编辑整理。

图8-11　GIS的基本结构

（2）数据的存储与管理　GIS数据有空间数据和属性数据两种。空间数据是指在二维或三维坐标下，以一重拓扑结构来描述物理位置及逻辑连接；属性数据则是在商用数据库中存放记录各点、线、面等地理元素的特性和文档。GIS同时建立空间数据和属性数据的互访关系，为进一步的信息处理与空间分析奠定基础。

（3）数据的检索与查询　GIS可以实现图形对属性的查询以及属性对图形信息的检索与查询等。

（4）数据的分析与处理　GIS的分析功能有以下四类：空间信息处理（包括矢量转移、坐标转换、临近分析和面积计算等）、空间信息分析（包括叠加和相邻地区分析等）、数值地形分析（包括体积计算、流域分析等）和网络分析（包括最佳路径选择、最佳邻域的搜索等）。

（5）数据的输出　GIS处理和分析的结果可以通过显示器、绘图仪或彩色打印机等输出。输出可以为各种矢量图形、文字报表和分析图表等。

GIS除了具有上述一般的图形制作、编辑与管理功能外，其突出特点是具有较强的空间数据分析和关联分析功能，而这一点正是DMS所需求的。

2.配电图资地理信息系统的概念与功能

配电图资地理信息系统是自动绘图（Automation Mapping，AM）、设备管理（FM）和地理信息系统（GIS）的总称，它是利用地理信息技术和配电网规划技术、生产运行管理技术等，实现配电管理的计算机系统，为了简便，可简记为AM/FM/GIS。

和输电系统不同，配电系统管辖的范围从变电站、馈电线路一直到千家万户的电能表。由于配电系统的设备分布广、数量大，所以设备管理工作十分繁重，且均与地理位置有关。同时配电系统的正常运行、计划检修、故障排除、恢复供电以及用户报表、电量计费、馈线增容、规划设计等，都要用到配电设备信息和相关的地理位置信息。因此，完整的配电系统模型离不开设备和地理位置信息。配电图资地理信息系统已成为配电系统开展各种自动化功能的基础平台。

配电系统的数据模型由四层组成，即设备层、地理层、物理层和拓扑层。其中设备层是最基础的，由设备管理系统支持，提供DMS所需的全部设备信息。地理层由GIS支持，提供上述设备的地理位置信息。

标明有各种电力设备和线路的街道地理位置图，是配电网管理维修电力设备以及寻找和排除设备故障的有利工具。原来这些图资系统完全是由人工建立的，现在这些工作都可以由计算机完成，即AM/FM自动绘图和设备管理系统。自动绘图（AM）就是通过扫描仪等将地图图形输入计算机，包括制作、编辑、修改与管理图形；设备管理（FM）包括各种设备及其属性的管理，就是将各种电力设备和线路符号反映在计算机的地理背景图上，并通过检索可以得到各设备的坐标位置以及全部有关技术档案。AM/FM不仅可以根据设备信息自动生成配电网络接线或从地理图上按设备、线路或区域直接调出有关的信息，而且还具有缩放、分层消隐、漫游、导航以及旋转等功能。

早期的AM/FM是独立的系统，随着GIS的快速发展以及GIS的优良特性，目前的大多数AM/FM均建立在GIS基础上，即利用GIS来开发功能更强的AM/FM系统，因此也称为AM/FM/GIS。当代的AM/FM/GIS，已远不仅是在标有电力设备和线路符号的地理图上进行设备技术档案的登录和检索，而是在设备管理的基础上，增加了不少面向电网运行的新功能。这些功能有：

（1）拓扑网络着色　GIS具有跟踪检查电路连接情况的能力，并可用不同的颜色表示是否带电、接地等。

（2）自动动态连接　用户可以在电路接线图上任意投切一个或多个电路，图形数据库和拓扑网络着色将随之自动更新。

（3）小区分割管理　在地理图上用多边形任意圈定一个小区，GIS将对该区有关对象（如用户、电线杆、变压器以及城建规划等）进行统计列表。这对小区负荷预报应用软件极为有用。

（4）AutoCAD双向接口　为用户系统提供双向接口，允许来自AutoCAD和GIS的图形按DXF格式输入到用户系统。同时，SCADA的实时信息也可映射到GIS上来。(www.xing528.com)

（5）跳闸事件报告　当电网发生跳闸事件时，GIS将向用户提供一份清单，列出受其影响的用户、变压器和线路等，并根据这些信息生成相应的报告和图样。

（6）能接入第三方软件　这是表征GIS开放性的一个重要功能，也是GIS和用户的开放系统能够实现无缝集成的必要条件。

3.AM/FM/GIS在配电网中的实际应用

AM/FM/GIS以前主要是离线应用，是用户信息系统（CIS）的一个重要组成部分。近年来，随着开放系统的兴起，新一代的SCADA/DMS开始广泛采用商用数据库。这些商用数据库（如Oracle，Sybase）能支持表征地理信息的空间数据和多媒体信息，这样就为SCADA/DMS与AM/FM/GIS的系统集成提供了方便，使AM/FM/GIS得以在线应用，成为电力系统数据模型的一个重要组成部分。

（1）AM/FM/GIS在离线方面的应用

1）在设备管理系统中的应用。在以地理图为背景所绘制的单线图上，能分层显示变电站、线路、变压器、断路器、隔离开关直至电杆路灯和电力用户的地理位置。只要激活一下所检索的厂站或设备图标，就可以显示有关厂站或设备的相关信息。

设备信息包括生产厂家、出厂铭牌、技术数据、投运日期、检修次数等基本信息，还包括设备的运行工况信息和数据。根据这些厂家数据和运行工况，设备管理系统对设备进行经常性维护和定期检修，使设备处于良好状态，延长其使用寿命。

2）在用电管理系统中的应用。业务报表、查表收费、负荷管理等是供电部门最为繁重的几项用电管理任务。使用系统，可以方便基层人员核对现场设备运行状况，及时更新配电、用电的各项信息数据。

业务报表时，可在地理图上查询有关信息数据，有效地减少现场勘测的工作量，加快新用户报表的速度。

查表收费包括电能表管理和电费计费。使用AM/FM/GIS，按街道的门牌号为序来建立的用户档案，查询起来非常直观方便。计费系统还可根据自动抄表或人工抄表的数据，自动核算电费，打印收款通知或直接进入银行账号；还可随时调出任一用户的安装容量及历年用电数据，进行各类分类统计和分析。

用电管理系统的另一个功能是制定各种负荷控制方案，根据变压器、线路的实际负荷，以及用户的地理位置和负荷可控情况，实现对负荷的调峰、错峰和填谷。

3）在规划设计上的应用。配电系统在合理分割变电站负荷、馈电线路负荷调整以及增设配电变电站、开关站、联络线和馈电线路，直至配电网改造、发展规划等规划设计任务都比较繁琐，一般都由供电部门自行完成。采用地理图上所提供的设备管理和用电管理信息和数据，与小区预报的数据相结合，共同构成配电网规划和设计计算的基础。

配电网的设计计算任务较多，且与AM/FM/GIS信息和数据密切相关，因此，一般用于配电网的规划设计系统，都具有与AM/FM/GIS和AutoCAD的接口，以便借助于Auto-CAD丰富的软件工具，高效率地完成各种设计计算任务。

（2）AM/FM/GIS在在线方面的应用

1）反映配电网的运行状况。读取SCADA系统遥信量，通过网络拓扑着色，能直观地反映配电网运行实时状况。对于模拟量，通过动态图层进行数据的动态更新，确保数据的实时性。对于事故，可推出报警画面（含地理信息），用不同的颜色来显示故障停电的线路及停电区域，做事故记录。

2）在线操作。可在地理图上直接对开关进行遥控，对设备进行各种挂牌、解牌操作。

（3）AM/FM/GIS在客户呼叫服务系统中的应用

客户呼叫服务系统（Trouble Call System，TCS）也是DMS的一个重要组成部分，其目的是为了快速、准确地利用用户打来的大量故障投诉电话，来判断发生故障的地点和故障影响范围，并根据抢修队目前所处的位置，及时地派出抢修人员，使停电时间最短。

这时，需要了解设备目前的运行状态和故障发生的地点以及抢修人员所处的位置（应是具体的地理位置，如街道名称、门牌号等），因此，AM/FM/GIS提供的最新的地图信息、设备运行状态极为重要。

上述任务需要用DMS的“故障定位与隔离”和“恢复供电”两个功能来实现。调度员输入用户停电投诉电话的地点，故障定位与故障隔离程序根据投诉地点的多少和位置分析出故障停电范围，并排出可能的故障点顺序。然后，参照地理图背景的单线图，用移动电话指挥现场人员准确找到故障点，并予隔离。故障定位与故障隔离完成后，启动“恢复供电”程序，按程序所指出的最优顺序尽快安全地恢复供电。