引言 隨著我國城網(wǎng)改造的逐步開展，城區(qū)配電自動化/管理系統(tǒng)的市場需求日益增大。在配電管理系統(tǒng)（DMS）中引入地理信息系統(tǒng)（GIS）是當前DMS發(fā)展方向，也是配電產(chǎn)業(yè)的必然選擇。 DMS一體化設計的主要目的是為電力用戶提供一個簡單、直觀、統(tǒng)一的操作環(huán)境，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)流（包括設備地理圖形數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)、靜態(tài)檔案數(shù)據(jù)、動態(tài)實時數(shù)據(jù)等）之間的交互和共享，用戶所需的數(shù)據(jù)要實現(xiàn)一次輸入和維護、多處共享和使用。必須強調(diào)，DMS的數(shù)據(jù)存儲方案、拓撲內(nèi)部表達、內(nèi)部數(shù)據(jù)流向、功能內(nèi)部實現(xiàn)等對于用戶來說都是透明的，DMS一體化設計首先要根據(jù)電力管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的特點，從數(shù)據(jù)結構一體化設計著手，才能為一體化功能的實現(xiàn)提供強有力的支持?？傊?，一體化實現(xiàn)的核心和關鍵在于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模、網(wǎng)絡拓撲映射技術及開放標準的功能接口。 本文試圖結合作者在DMS領域多年的工作經(jīng)驗及親身經(jīng)歷，圍繞配電自動化主站系統(tǒng)（包括配電SCADA子系統(tǒng)、配電故障診斷恢復和配電網(wǎng)應用軟件（DAS）子系統(tǒng)、配電自動成圖（AM）/設備管理（FM）/GIS應用子系統(tǒng)）一體化設計所涉及的諸多問題進行深入的探討。為了論述問題的方便，本文以下涉及具體GIS平臺的相關內(nèi)容均以Smallworld為例進行闡述。 一 各子系統(tǒng)的功能定位 配電自動化主站系統(tǒng)通?？蓜澐譃榕潆奡CADS子系統(tǒng)、配電故障診斷恢復和配電網(wǎng)應用軟件（DAS）子系統(tǒng)、配電AM/FM/GIS應用子系統(tǒng)，其中配電SCADA子系統(tǒng)是DAS子系統(tǒng)和配電AM/FM/GIS應用子系統(tǒng)中實時應用的基礎，為DAS和FM提供實時數(shù)據(jù)源，并在系統(tǒng)設計中提供平臺支持。 配電AM/FM/GIS系統(tǒng)的任務主要集中在進行圖形顯示控制、設備管理、靜態(tài)離線分析、工作管理等方面，同時為其他系統(tǒng)提供相應的數(shù)據(jù)、信息。該系統(tǒng)主要面向電業(yè)局或供電所各生產(chǎn)職能部門，為生產(chǎn)運行一線員工和管理人員提供基礎數(shù)據(jù)平臺及信息服務。 SCADA系統(tǒng)完成基本的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制功能。主站SCADA包含數(shù)據(jù)采集、通信服務、數(shù)據(jù)處理、在線事件/事故處理、安全管理、調(diào)度員操作、報表、打印管理、數(shù)據(jù)庫維護、畫面組態(tài)（畫面管理和維護）、人機界面（畫面顯示和操作）、事故追憶、網(wǎng)絡和進程管理等基礎功能，以及Web服務、調(diào)度員培訓仿真（DTS）等附加功能，要求具有很高的安全性、可靠性、實時性以及強大的數(shù)據(jù)處理能力。 DAS子系統(tǒng)可完成配電網(wǎng)應用軟件各種功能的計算機處理并收集多個饋線終端設備（FTU）采集的故障信息、判斷故障性質、精確故障位置并進行隔離。該系統(tǒng)的故障檢測、故障定位、故障隔離與非故障區(qū)恢復供電控制可分為3個層次：①以配電終端為基礎的故障檢測、故障定位、故障隔離與非故障區(qū)恢復供電；②以數(shù)據(jù)終端設備（DTU）/配電子站為單元的故障定位、故障隔離與非故障區(qū)恢復供電；③以主站為管理中心的高層全局控制。 配電自動化主站系統(tǒng)一體化設計首先要從數(shù)據(jù)庫方面進行一體化設計，必須統(tǒng)一對象標識，開關中的編號或名稱在各自的表中最好取相同的字段名稱，定義相同的數(shù)據(jù)類型。在建立各種設備數(shù)據(jù)表或SCADA/DAS參數(shù)表時，應充分考慮各種應用對電力對象數(shù)據(jù)屬性的要求，同時考慮降低數(shù)據(jù)的冗余。在GIS維護程序中，實現(xiàn)AM/FM/GIS中的圖形向SCADA/DAS格式轉換和拓撲的無縫遷移，從而避免圖形的重復錄入及兩個系統(tǒng)維護時可能造成的不一致問題。 值得注意的是，每個配電網(wǎng)都有其特殊性，比如地理環(huán)境、范圍和規(guī)模、管理模式、用戶性質等，這往往要求開發(fā)方根據(jù)具體情況制定適用于該配電網(wǎng)最佳的配電自動化模式。 二 一體化數(shù)據(jù)來源 一體化方案中涉及的數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容： a.設備臺帳數(shù)據(jù)：由GIS輸入并加以維護。 b.實時采集數(shù)據(jù)：由SCADA系統(tǒng)采集并構造實時庫，并可傳送給GIS用于顯示。 c.電網(wǎng)拓撲數(shù)據(jù)：SCADA系統(tǒng)與GIS通常具有不同的拓撲表達方式，SCADA系統(tǒng)中電網(wǎng)拓撲連接關系可由人工輸入，也可由GIS根據(jù)其圖形拓撲關系按SCADA系統(tǒng)的拓撲表達格式進行轉換（即圖形拓撲到線路拓撲的轉換），還可通過“中間格式”進行過渡。此“中間格式”是由一套由開發(fā)方定義的圖形拓撲來表達規(guī)范，具體形式可以是純文本文件、XML文件等。當然，開發(fā)方通常還需要相應地提供對該中間格式進行轉換（導入/導出）的程序。 d.設備電氣參數(shù)：GIS在進行模擬分析操作（模擬態(tài)）時由手工輸入；在實時態(tài)時直接由SCADA實時采集量對應。 在配電主站系統(tǒng)中，AM/FM/GIS與SCADA/DAS之間的信息共享包括數(shù)據(jù)的傳遞與顯示、不同圖形格式的轉換、拓撲關系的映射。為了便于GIS和SCADA系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流的雙向交換（包括GIS從SCADA系統(tǒng)中取實時數(shù)、向SCADA系統(tǒng)發(fā)送遙控命令以及SCADA系統(tǒng)查詢保存在GIS中的設備臺帳信息等），在數(shù)據(jù)結構設計之初就需要建立“設備對象統(tǒng)一標識”。具體說來，設備對象統(tǒng)一標識是GIS和SCADA系統(tǒng)中對相同電力對象的編碼，即通過對該設備對象統(tǒng)一標識可以建立GIS與SCADA系統(tǒng)中的電力設備對象的一一對應關系。 以Smallworld作為GIS平臺為例，需要利用配電主站系統(tǒng)提供的API函數(shù)和Smallworld提供的進程間數(shù)據(jù)通信的機制（如ACP或TICS），編寫一個實時運行的程序，負責AM/FM/GIS與SCADA/DAS應用之間的實時數(shù)據(jù)和控制信息的交互。在GIS畫面上實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)的顯示（例如開關合分狀態(tài)、線路帶電狀態(tài)、遙測量的大小等），以及對配電網(wǎng)故障事項的顯示。這就要求實時SCADA系統(tǒng)與GIS共同定義設備對象統(tǒng)一標識（即統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫表的關鍵字），以保證不同系統(tǒng)之間信息交互的唯一性。 三 一體化圖形組織 3.1 是否在GIS端保存站房內(nèi)部圖（采用GIS圖形格式） Smallworld可以利用超節(jié)點（Hypernode）機制通過編程完成從一個世界（world）到另一個世界的追蹤，即可以很方便地完成諸如站房外到站房內(nèi)部或站房內(nèi)到站房外的拓撲追蹤，這是選擇Smallworld作為配電GIS平臺的原因之一。簡單地說，超節(jié)點是一個擁有兩個分別屬于不同世界的幾何圖形的特殊對象，它通過其內(nèi)部封裝的方法在進行拓撲追蹤時完成拓撲關系低層的遷移，即將一個世界中的幾何圖形對應到存在于另一個世界的幾何圖形上，使拓撲分析程序繼續(xù)追蹤下去。 結論是：如果需要實現(xiàn)站房內(nèi)外的追蹤，GIS端（Smallworld系統(tǒng)中）需要保存站房內(nèi)部圖（如站內(nèi)一次接線圖）。站內(nèi)一次接線圖在配電SCADA系統(tǒng)投運前就需要繪制完成，所以對于站內(nèi)圖可考慮由SCADA圖形格式轉換到Smallworld系統(tǒng)中。 3.2 是否在GIS端保存電系全圖（采用GIS圖形格式） 從技術實現(xiàn)角度來說，在Smallworld中采用GIS圖形格式既要保存地理沿布圖、又要保存電系全圖是完全可以實現(xiàn)的，同時，還可以通過數(shù)據(jù)模型的特別處理實現(xiàn)電力設備在地理沿布圖與電系全圖上都有各自的圖形表達，而設備臺帳卻只有一套數(shù)據(jù)，即一套是民辦科技設備屬性數(shù)據(jù)對應于多個（分屬于不同world）幾何圖形。 這種方案使得配電主站系統(tǒng)中出現(xiàn)了兩種圖形格式的電系全圖，即GIS圖形格式的電系全國與SCADA繪圖格式的電系全圖。顯然，為了使用戶一次圖形輸入，避免圖形的重復錄入及兩系統(tǒng)維護時可能造成的不一致問題，這兩種圖形格式的電系全圖之間以及地理沿布圖與電系全圖之間都存在一個圖形的轉換問題，從而大大增加了系統(tǒng)的復雜度。 另外，由于Smallworld圖形格式的電系全圖與SCADA繪圖格式的電系全圖在表達拓撲連接關系時往往存在差異，前者直接通過圖形的連通性來表達電力線路及設備之間的拓撲關系，后者則往往使用對開發(fā)者不透明的拓撲表來表達這種拓撲關系，所以在實現(xiàn)上也存在一定的難度。 綜上所述，建議不要在GIS端采用GIS圖形格式保存電系全圖。 3.3 電系全圖（站外一次接線圖）是否采用GIS圖形格式 盡管GIS系統(tǒng)從本質上說也是一個圖形系統(tǒng)，可以表達數(shù)據(jù)量大、結構復雜、覆蓋范圍較大的地理地物圖形，包括橫平豎直的電系圖，但建議不要這樣做。這是因為調(diào)度員界面（MMI）顯示的電系圖可以使用具體廠商的繪圖包格式（例如配電SCADA繪圖格式）來表達，相對說來，這些具體廠商提供的圖形格式往往比GIS平臺提供的圖形格式簡單，但對于表達橫平豎直的電系圖卻更為實用。 另外，為了完成電力系統(tǒng)的高級分析，需要維護存儲了電力元器件連接關系、對開發(fā)者不透明的拓撲表，而Smallworld圖形的特點是直接通過圖形的連通性來表達電力線路及設備之間的拓撲關系，電力系統(tǒng)的高級分析算法無法利用這種Smallworld圖形內(nèi)在的連通性。 綜上所述，建議將GIS平臺的選型與配電自動化系統(tǒng)平臺的統(tǒng)一選型分開，不要用GIS圖形系統(tǒng)來表達橫平豎直的電系圖。但由于某些GIS圖形格式（例如shape格式）對外是公開的或可以通過一些圖形轉換工具方便地完成圖形格式的轉換，因此，在進行圖形轉換時仍然可考慮使用某種GIS圖形格式（例如shape格式）作為中間格式。值得注意的是，實現(xiàn)GIS系統(tǒng)中的地理沿布圖向電系全圖（SCADA圖形格式）的轉換可以根據(jù)用戶要求進行增量轉換，同時允許用戶對轉換結果中圖形的位置進行編輯調(diào)整。 3.4 電力設備之間拓撲關系的表達 Smallworld圖形格式中的拓撲直接通過圖形的連通性來表達，即當兩個幾何圖形在其圖形位置上沒有發(fā)生重疊或覆蓋（coincident）關系時，按照Smallworld提供的拓撲分析機制會發(fā)現(xiàn)這兩個幾何圖形所屬的對象是不可能發(fā)生拓撲連接關系的。 在表達電力線路及設備之間的拓撲連接關系時，SCADA繪圖格式的圖形則往往是通過一個拓撲表來實現(xiàn)，這個拓撲表按前、后連接器件來表達電力線路及設備之間的連接關系。實際上，SCADA繪圖格式的圖形位置與圖形所屬的電力對象的拓撲關系是分離的，即使SCADA繪圖格式的圖形在其圖形位置上沒有被連接（即沒有發(fā)生重疊或覆蓋關系），只要拓撲表中表明二者是前后連接器件，則在DAS中仍然認為這兩個電力設備是相連的。 在Smallworld中，當需要了解電力線路及設備之間的連接關系時，可使用Smallworld提供的底層拓撲分析方法完成對Smallworld圖形的拓撲追蹤。實際上，并不存在（或者說根本不需要）按前后連接器件來表達電力線路及設備之間連接關系的拓撲表，這是因為Smallworld中的電力線路及設備之間的拓撲關系就是通過圖形的連通性來表達的。 總之，在Smallworld中沒有所謂的表達電力線路及設備之間連接關系的拓撲表，它是通過圖形位置表達拓撲連接，通過系統(tǒng)提供的拓撲追蹤機制實現(xiàn)拓撲追蹤；在SCADA/DAS中則需要通過使用對開發(fā)者不透明的拓撲表來表達這種設備的拓撲關系，實際上，圖形位置與圖形所屬的電力對象的拓撲關系是分離的，拓撲表是由用戶按實際電力設備的拓撲關系來填寫和維護的。正因如此，就有必要根據(jù)GIS圖中建立的圖形網(wǎng)絡拓撲5生成高級應用分析所需要的網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)，避免了GIS中圖形與SCADA/DAS圖形的不一致和重復勞動。 四 結 語 DMS是一個符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的分布式、模塊化、可擴充的開放式綜合管理系統(tǒng)，它由一體化基礎平臺和運行該平臺的多個相對獨立的應用子系統(tǒng)組成，該基礎平臺不僅能為其他高級應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與圖形方面的支持，還可以為各種功能強大的應用提供開放式的信息服務支持。 對配電網(wǎng)進行圖形、數(shù)據(jù)一體化信息描述，將徹底解決靜態(tài)圖紙和數(shù)據(jù)關系相割裂的局面，同時也解決了DMS中各應用的數(shù)據(jù)一致性問題。然而，配電AM/FM/GIS系統(tǒng)中的電網(wǎng)地理沿布圖與調(diào)度員使用的電系圖之間的圖形轉換方案，還有待于根據(jù)實際情況進一步探討。但總的原則是要確保電網(wǎng)圖形及屬性數(shù)據(jù)一處錄入、一處維護、多處使用，避免數(shù)據(jù)的不一致性。 一體化設計還必須綜合考慮配電網(wǎng)與用戶信息的關系、構筑營配合一的數(shù)據(jù)基礎以及與其他未來非平行同步實施的系統(tǒng)的接口設計，從而確保系統(tǒng)的擴展能力及開放性。值得注意的是，每個配電網(wǎng)都有其特殊性（例如地理環(huán)境、范圍和規(guī)模、管理模式、用戶性質等），這就要求根據(jù)這些具體情況制定適用于該配電網(wǎng)的DMS最佳模式。 轉自：東方自動化