第２４卷第１期 ２０１ １年１月 广东电力 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＥＩ ＣＴＲＩＣ ｐ０ＷＥＲ Ｖｏ１．２４ ＮＯ．１ Ｊａｎ．２Ｏ１１ 基于ＧＩ Ｓ技术的配电网实时数据可视化监控 系统的开发 孙珂 ，金超 ，刘永生 （ｉ．郑州测绘学校，河南郑州４５｛）０１５；２．华北电力大学电气与电子２ｒ＿程学院，河北保定０７１００３） 摘要：在Ｃ＃的开发环境中，利用ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ提供的ＣＯＭ组件及ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的空间分析能力和可视化技术， 开发出对配电网实时数据进行可视化监控的系统。通过配电网数据库与数据采集与监视控制（ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＳＣＡＤＡ）系统提供的实时数据，从整体上达到对配电网实时监控的要求。 关键词：地理信息系统；配电网；数据采集与监视控制系统；ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ 中图分类号：ＴＭ７１ ５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１ ００７—２９０Ｘ（２０１ １）０１—００４４．０４ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＧＩＳ—ｂａｓｅｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆ０ｒ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ Ｄａｔａ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ＳＵＮ Ｋｅ ，ＪＩＮ Ｃｈａｏ ，ＬＩＵ Ｙｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ （１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｓｃｈｏｏｌ ｆｏｒ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ．Ｈｅｎａｎ ４５００１５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｉ）７１００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ Ｃ ｓｈａｒｐ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣＯＭ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ，ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ，ａｎｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄａｔａｂａｓｅ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ（ＳＣＡＤＡ）ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｒｅ ｍｅｔ ｂｙ ａｎｄ ｌａｒｇｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＩＳ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ＳＣＡＤＡ ｓｙｓｔｅｍ；ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ 配电网是一个地域分布广、线路复杂、设备量 ｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＳＣＡＤＡ）系统 大的网络，其管理工作是供电企业生产管理工作的 重要组成部分。配电网的传输和消耗都是实时完成 的，对其监控、调度和管理的高效性和及时性有很 高的要求。地理信息系统（ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｆｏｒ— 相连，ＳＣＡＤＡ系统将配电网的实时状态量和模拟 量传递给ＧＩＳ，ＧＩＳ再通过分析和计算，以可视化 的方式把数据表示出来，直观、形象地反映配电网 运行状态的变化及其影响范围，从而为调度决策提 供可靠的依据。利用ＧＩＳ可视化技术开发的配电 网实时数据监控系统，可从整体上提高电力系统的 ｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）是一个集计算机技术、通信 技术、控制技术、现代化智能设备技术及管理于一 体的综合信息管理系统，由于配电网的各种电气元 管理水平和服务质量ｌ２ 。 件都具有空间特性，且数据量大，对地理信息的依 赖性强，将ＧＩＳ技术应用于传统的配电网监视、 保护与控制系统，是配电自动化系统发展的重要方 向 。 １ ＡｒｃＧＩＳ技术 １．１ ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ（以下简称ＡＯ）是美国环境系统研 究所公司提供的１套基于ＣＯＭ技术的组件库，具 有开放性和扩展性的特点。其开放性是指在开发环 配电网ＧＩＳ与数据采集与监视控制（ｓｕｐｅｒｖｉ一 收稿日期：２０１０－０８—０６ 境的选择上可以采用ＶＢ、ＶＣ＋＋、ＤＥＬＰＨＩ等多 第１期 孙珂，等：基于ＧＩＳ技术的配电网实时数据可视化监控系统的开发 种支持ＣＯＭ标准的开发工具，扩展性是指ＡＯ组 件没有提供的功能，例如需要定义一种新的数据格 式，可利用ＣＯＭ技术来写自己的ＣＯＭ组件，对 ＡＯ组件库进行扩展补充。 ＡＯ的开发方式主要有３种：利用ＡｒｃＧＩＳ桌 面应用程序内置的ＶＢＡ宏进行客户化；在ＡＯ组 件库的基础上进一步封装自己的ＣＯＭ组件；开发 独立的ＥＸＥ应用程序。 １．２空间数据库引擎技术 空间数据库引擎（ｓｐａｔｉａｌ ｄａｔａｂａｓｅ ｅｎｇｉｎｅ， ＳＤＥ）技术是一种连接应用程序和关系数据库的空 间数据引擎技术。作为１个图形数据和商用数据库 的接口，该引擎技术可以处理各种标准格式的图形 数据，如Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ格式的电子数据、ＡｕｔｏＣＡＤ 格式的数据等。 对电力系统来说，ＡｒｃＳＤＥ有以下特点： ａ）客户一服务器（ｃｌｉｅｎｔ／ｓｅｒｖｅｒ，ｃ／ｓ）结构。 ＡｒｃＳＤＥ可在任何基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络上运 行，能满足Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒａｎｔ上的ＧＩＳ应用。 ｂ）利用商用数据库存取、管理空间数据和属 性数据，真正实现数据的唯一性，满足多用户并发 访问空间数据的要求，可方便、直接地与其他实时 数据库连接。 ｃ）实现对空间数据的高效检索和最低网络负载。 本文所述系统主要为在Ｃ＃＋ＡＯ开发环境下 开发的实时数据可视化监控系统，该系统可充分利 用ＡＯ强大的数据显示和分析功能。 ２ ＧＩＳ与ＳＣＡＤＡ系统的一体化方案 一体化是指ＧＩＳ作为计算机数据处理系统平 台的１个组成部分，与ＳＣＡＤＡ系统有１个统一的 数据库、人机界面和管理系统。本系统的一体化方 案采用ｃ／ｓ模式，服务器端为ＳＤＥ服务器，并可 调用原有的ＳＣＡＤＡ系统的图形，客户机端为配电 ＧＩＳ，采用ＡＯ封装的接口来实现基于ＴＣＰ／ＩＰ通 信网络的传输。一体化结构如图１所示。 采用这种方式，所有的图形数据（包括原有 ＳＣＡＤＡ作图系统中的图形、Ａｒｃ／Ｉｎｆｏ系统中的图 形和ＡｕｔｏＣＡＤ格式的地图）都可通过ＳＤＥ存人数 据库，并读取存储在数据库里的图形。ＳＣＡＤＡ系 统与ＧＩＳ有各自的支持平台，整个系统具有实时 性和数据一致性的特点。一体化包括： 图１ ＧＩＳ与ＳＣＡＤＡ系统一体化结构图 ａ）数据一体化。配电系统的数据可分为静态 数据和动态数据。静态数据主要包括设备的属性数 据、用户数据等，动态数据主要是ＳＣＡＤＡ系统的 采集量、ＰＡＳ计算量等，２类数据对系统的各相关 模块是可见和统一存取的。ＧＩＳ对电力设备的每一 类别建立唯一索引，在ＳＣＡＤＡ系统录入设备信息 的同时生成唯一索引，在关系数据库中存储索引信 息，提供统一的底层函数，负责产生该唯一索引， 从而达到数据交换的统一，这是数据一体化的关 键。 ｂ）界面一体化。通过数据一体化，配电ＧＩＳ 直接读取ＳＣＡＤＡ系统传递的动态数据，以可视化 的形式表示出来，具有网络自动同步功能［３～。 ３实时数据处理 ３．１实时数据获取 在配电网中，主要配电站内的设备都安装了馈 线自动化终端（ｆｅｅｄｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｕｎｉｔ，ＦＴＵ）、远程 终端单元（ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｕｎｉｔ，ＲＴＵ）等实时监 控设备，ＳＣＡＤＡ系统对站内设备进行监控，获取 设备的遥测和遥感信息，电压、电流和功率等的实 时变化数据，隔离开关的开闭和保护装置动作情 况。本系统采用ＴＣＰ／ＩＰ协议，通过光缆传输，实 现点对点通信，可靠性和及时性是实时数据获取的 关键。 ３．２实时数据存储 通过一体化接口，将ＳＣＡＤＡ系统传递的实时 数据保存在数据库中。传递过程中遵循ＴＣＰ／ＩＰ协 议，将实时数据分别存入点、线、面３类相关信 息。ＧＩＳ电子地图上图元的增加和修改，开关的闭 合和动作与否等操作的改变也要在数据库中进行修 改，最重要的是通过ＳＤＥ服务器调用数据库的实 时数据，建立存储数据和图形之间的完整对应关 广东电力 第２４卷 系。表１列举了２００９年５月３日同一时间由本系 检索，图形查询可高亮显示。 ４．３空间分析模块 统测量的数据库中不同位置存储的实时电压数据。 表１电压实时数据 位置 节点１ 节点２ 电压／ｋＶ １０ ２ ９ ８ 位置 线路２ 母线 电压／ｋＶ ９．９ １０．２ 以模拟或在线方式对配电线路进行多种操作和 空间分析，包括：开关及停电范围分析，供电电源 分析，供电范围分析，线路阻抗分析，线路挂牌分 析，限电或停电通知分析。 ４．４可视化模块 线路１ １０ １ 可视化包括： ａ）节点电压可视化。电压的高低是衡量电网 ３．３实时数据管理 配电网的数据有静态数据和动态数据２种，其 中，静态数据包括设备的位置、设备的生成年限和 额定功率等，动态数据为实时变化的数据。数据的 更新主要指动态数据的更新。数据库里有许多表， 这些表之间有１个连接标识符，选取其名称，名称 相同的为１个类别的设备，搜索相同的名称就可以 查找设备的所有数据量［５］。 ４功能模块 ４．１地图库模块 地图库中的地图分为２大类：基础地理信息 层，包括道路层、城市基础设施层等；配电设备 层，包括变电层、线路层、杆塔层、变压器层、开 关层等。数字化地图可以由ＣＡＤ图转化得到，或 在ＡｒｃＧＩＳ中通过数字化转换得到，也可以读取数 据库中形成的数字化图，其格式为在ＭａｐＣｏｎｔｒｏｌ 里加载的ｓｈｐ图或ｍｘｄ图。图２为配电设备图层。 图２配电设备图层 ４．２查询模块 可对配电网ＧＩＳ中的图形信息和属性信息进 行灵活多样的双向查询，包括设备查询、供电范围 查询、线路查询等。可对图一数、数一图进行交叉 是否能安全稳定运行的关键依据，对电压进行监 控，用不同颜色和大小的饼图分别表示正常电压、 预警电压和不合格电压，直观地反映节点的电压越 限情况和裕度。 ｂ）系统电压可视化。系统电压可以反映全电 网的电压情况，等高线和云图被广泛地应用于连续 数据在空问的电压分析，有助于快速定位特定的数 据点和数据块，适用于电网电压的整体分析。其效 果如图３所示。 （ａ）系统电压点 （ｂ）系统电压云图 图３系统电压可视化云图 ｃ）潮流监控可视化。潮流可视化不仅能够反映 电流流向，还能清晰地展现潮流限额裕度，用流动 的点代表电流流向，用饼图表示线路潮流的裕度。 ｄ）其他信息的可视化。节点、线路的有功功 率、无功功率、名称等电力信息均可在图中表示出 来；备用容量的可视化用直方图来表示；灵敏度分 第１期 孙珂，等：基于ＧＩＳ技术的配电网实时数据可视化监控系统的开发 ２００４． ４７ 析的可视化用不同颜色的旗帜来表示。 ４．５编辑模块 在配电网ＧＩＳ上可对电力图进行原地移动、 ［２］邹彦艳，刘均．ＧＩＳ技术在电力实时监控系统中的应用ＩＪ］．科 学技术与工程，２００９，９（１）：１５６—１５９． ＺＯＵ Ｙａｎ－ｙａｎ，ＬＩＵ Ｊｕｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＩＳ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ 删除、添加，对电力对象的属性数据进行修改，并 Ｒｅａ１．ｔｉｍｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＥＪ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ 把修改结果保存到数据库中。 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，９（１）：１５６－１５９． ４．６故障定位模块 Ｅ３］贺星棋，周步祥．配电网ＧＩＳ中实时数据更新方案的设计与 当电力用户出现故障或停电时，系统接收 实现［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２００５，１７（６）：８７～９０． ＨＥ Ｘｉｎｇ－ｑｉ，ＺＨＯＵ Ｂｕ・ｘｉａｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＣＡＤＡ系统传递的信息，在配电网ＧＩＳ图形上显 Ｄａｔａ Ｕｐｄａｔｉｎｇ ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ 示出故障点、所在线路的开关，并可查询故障点的 ｌＪ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ， 相关属性，为及时隔离故障创造条件。 ２００５，１７（６）：８７．９０． ４．７最佳抢修路径模块 ［４］黄志龙，邱家驹．配网ＳＣＡＤＡ和ＧＩＳ功能的集成＿Ｊ］．电力 最短路径是最佳抢修路径分析的基础，本系统 系统及其自动化学报，２０００，１２（４）：３６—４１． 采用Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法。网络中的每一弧段都有１个长 ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ－ｌｏｎｇ，ＱＩＵ Ｊｉａ－ｊｕ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＣＡＤＡ ａｎｄ 度，根据权值不同计算最佳抢修路径，如以时间为权 ＧＩＳ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＣＳＵ ＥＰＳＡ，２０００，１２（４）：３６－４１． 值就是时间最短，以金钱为权值则花费最少ｌ＿６－７］。 Ｃ５３王学超配电自动化中的动态地理信息系统ＥＪ］．电网技术， １９９９，２３（８）：５８—６０． ５结束语 ＷＡＮＧ Ｘｕｅ－ｃｈａｏ．Ｄｙｎａｍｉｃ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ 配电网是一个地域广、数据量大且变化迅速的 ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ＥＪ］．Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９９，２３（８）：５８．６０． 系统，对配电网的实时数据进行监控是电力系统安 ［６］贾小云，王立梅配电网管理ＧＩＳ系统设计方案ＥＪ］．高电压 全运行的关键。本文所介绍的系统为在Ｃ＃的开发 技术，２００５，３１（１）：７３—７４． 环境下，利用ＡＯ组件开发的实时数据可视化监控 ＪＩＡ Ｘｉａｏ－ｙｕｎ，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｍｅｉ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ 系统，将实时变化的配电网运行数据以可视化的方 ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ ＥＪ］． 式清晰、直观地表现出来，为配电网的调度决策提 Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，３１（１）：７３－７４． 供依据，丰富了电网运行的管理手段，提高了工作效 ［７］李国庆，潘振波，王丹，等．基于ｃ／ｓ与Ｂ／Ｓ 昆合架构的配 电地理信息系统＿Ｊ］．电网技术，２００９，３３（６）：１０２—１０６． 率，并且能有效地解决配电网实时数据监控中遇到的 ＬＩ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ，ＰＡＮ Ｚｈｅｎ・ｂｏ，ＷＡＮＧ Ｄａｎ，ｅｔ ａ１．Ａ Ｄｉｓ— 问题，是ＧＩＳ在配电网中的重要应用和发展方向。 ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｙｂｒｉｄ 参考文献： Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃ／ｓ ａｎｄ Ｂ／Ｓ ＥＪ］．Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００９，３３（６）：】０２．１０６． ｒ－１］张永健．电网监控与调度自动化［Ｍ］．北京：中国电力出版 社，２００４． ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｊｉａｎ．Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｓｐａｔｃｈ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ 作者简介：孙珂（１９８５一），男，河南郑州人。助理讲师，工学学 Ｐｏｗｅｒ ＧｒｉｄｒＭ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ， 士，主要从事配电ＧＩＳ研究。Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｙｓｄｒｉｚｚｌｅ＠１６３．ｃｏｍ