引言 隨著我國(guó)城網(wǎng)改造的逐步開(kāi)展，城區(qū)配電自動(dòng)化/管理系統(tǒng)的市場(chǎng)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(dāng)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(shè)計(jì)的主要目的是為電力用戶提供一個(gè)簡(jiǎn)單、直觀、統(tǒng)一的操作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)流（包括設(shè)備地理圖形數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、靜態(tài)檔案數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等）之間的交互和共享，用戶所需的數(shù)據(jù)要實(shí)現(xiàn)一次輸入和維護(hù)、多處共享和使用。必須強(qiáng)調(diào)，DMS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案、拓?fù)鋬?nèi)部表達(dá)、內(nèi)部數(shù)據(jù)流向、功能內(nèi)部實(shí)現(xiàn)等對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)都是透明的，DMS一體化設(shè)計(jì)首先要根據(jù)電力管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)著手，才能為一體化功能的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的支持?？傊?，一體化實(shí)現(xiàn)的核心和關(guān)鍵在于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆成浼夹g(shù)及開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的功能接口。 本文試圖結(jié)合作者在DMS領(lǐng)域多年的工作經(jīng)驗(yàn)及親身經(jīng)歷，圍繞配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)（包括配電SCADA子系統(tǒng)、配電故障診斷恢復(fù)和配電網(wǎng)應(yīng)用軟件（DAS）子系統(tǒng)、配電自動(dòng)成圖（AM）/設(shè)備管理（FM）/GIS應(yīng)用子系統(tǒng)）一體化設(shè)計(jì)所涉及的諸多問(wèn)題進(jìn)行深入的探討。為了論述問(wèn)題的方便，本文以下涉及具體GIS平臺(tái)的相關(guān)內(nèi)容均以Smallworld為例進(jìn)行闡述。 一 各子系統(tǒng)的功能定位 配電自動(dòng)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(fù)和配電網(wǎng)應(yīng)用軟件（DAS）子系統(tǒng)、配電AM/FM/GIS應(yīng)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(yīng)用子系統(tǒng)中實(shí)時(shí)應(yīng)用的基礎(chǔ)，為DAS和FM提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供平臺(tái)支持。 配電AM/FM/GIS系統(tǒng)的任務(wù)主要集中在進(jìn)行圖形顯示控制、設(shè)備管理、靜態(tài)離線分析、工作管理等方面，同時(shí)為其他系統(tǒng)提供相應(yīng)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(yùn)行一線員工和管理人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)及信息服務(wù)。 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(wù)、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(bào)表、打印管理、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、畫面組態(tài)（畫面管理和維護(hù)）、人機(jī)界面（畫面顯示和操作）、事故追憶、網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)程管理等基礎(chǔ)功能，以及Web服務(wù)、調(diào)度員培訓(xùn)仿真（DTS）等附加功能，要求具有很高的安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。 DAS子系統(tǒng)可完成配電網(wǎng)應(yīng)用軟件各種功能的計(jì)算機(jī)處理并收集多個(gè)饋線終端設(shè)備（FTU）采集的故障信息、判斷故障性質(zhì)、精確故障位置并進(jìn)行隔離。該系統(tǒng)的故障檢測(cè)、故障定位、故障隔離與非故障區(qū)恢復(fù)供電控制可分為3個(gè)層次：①以配電終端為基礎(chǔ)的故障檢測(cè)、故障定位、故障隔離與非故障區(qū)恢復(fù)供電；②以數(shù)據(jù)終端設(shè)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(fù)供電；③以主站為管理中心的高層全局控制。 配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)首先要從數(shù)據(jù)庫(kù)方面進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，必須統(tǒng)一對(duì)象標(biāo)識(shí)，開(kāi)關(guān)中的編號(hào)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(shè)備數(shù)據(jù)表或SCADA/DAS參數(shù)表時(shí)，應(yīng)充分考慮各種應(yīng)用對(duì)電力對(duì)象數(shù)據(jù)屬性的要求，同時(shí)考慮降低數(shù)據(jù)的冗余。在GIS維護(hù)程序中，實(shí)現(xiàn)AM/FM/GIS中的圖形向SCADA/DAS格式轉(zhuǎn)換和拓?fù)涞臒o(wú)縫遷移，從而避免圖形的重復(fù)錄入及兩個(gè)系統(tǒng)維護(hù)時(shí)可能造成的不一致問(wèn)題。 值得注意的是，每個(gè)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(zhì)等，這往往要求開(kāi)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(dòng)化模式。 二 一體化數(shù)據(jù)來(lái)源 一體化方案中涉及的數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容： a.設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)：由GIS輸入并加以維護(hù)。 b.實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)：由SCADA系統(tǒng)采集并構(gòu)造實(shí)時(shí)庫(kù)，并可傳送給GIS用于顯示。 c.電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)：SCADA系統(tǒng)與GIS通常具有不同的拓?fù)浔磉_(dá)方式，SCADA系統(tǒng)中電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系可由人工輸入，也可由GIS根據(jù)其圖形拓?fù)潢P(guān)系按SCADA系統(tǒng)的拓?fù)浔磉_(dá)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換（即圖形拓?fù)涞骄€路拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換），還可通過(guò)“中間格式”進(jìn)行過(guò)渡。此“中間格式”是由一套由開(kāi)發(fā)方定義的圖形拓?fù)鋪?lái)表達(dá)規(guī)范，具體形式可以是純文本文件、XML文件等。當(dāng)然，開(kāi)發(fā)方通常還需要相應(yīng)地提供對(duì)該中間格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換（導(dǎo)入/導(dǎo)出）的程序。 d.設(shè)備電氣參數(shù)：GIS在進(jìn)行模擬分析操作（模擬態(tài)）時(shí)由手工輸入；在實(shí)時(shí)態(tài)時(shí)直接由SCADA實(shí)時(shí)采集量對(duì)應(yīng)。 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(zhuǎn)換、拓?fù)潢P(guān)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(shí)時(shí)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(shè)備臺(tái)帳信息等），在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初就需要建立“設(shè)備對(duì)象統(tǒng)一標(biāo)識(shí)”。具體說(shuō)來(lái)，設(shè)備對(duì)象統(tǒng)一標(biāo)識(shí)是GIS和SCADA系統(tǒng)中對(duì)相同電力對(duì)象的編碼，即通過(guò)對(duì)該設(shè)備對(duì)象統(tǒng)一標(biāo)識(shí)可以建立GIS與SCADA系統(tǒng)中的電力設(shè)備對(duì)象的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 以Smallworld作為GIS平臺(tái)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(jìn)程間數(shù)據(jù)通信的機(jī)制（如ACP或TICS），編寫一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的程序，負(fù)責(zé)AM/FM/GIS與SCADA/DAS應(yīng)用之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制信息的交互。在GIS畫面上實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示（例如開(kāi)關(guān)合分狀態(tài)、線路帶電狀態(tài)、遙測(cè)量的大小等），以及對(duì)配電網(wǎng)故障事項(xiàng)的顯示。這就要求實(shí)時(shí)SCADA系統(tǒng)與GIS共同定義設(shè)備對(duì)象統(tǒng)一標(biāo)識(shí)（即統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)表的關(guān)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?jī)?nèi)部圖（采用GIS圖形格式） Smallworld可以利用超節(jié)點(diǎn)（Hypernode）機(jī)制通過(guò)編程完成從一個(gè)世界（world）到另一個(gè)世界的追蹤，即可以很方便地完成諸如站房外到站房?jī)?nèi)部或站房?jī)?nèi)到站房外的拓?fù)渥粉櫍@是選擇Smallworld作為配電GIS平臺(tái)的原因之一。簡(jiǎn)單地說(shuō)，超節(jié)點(diǎn)是一個(gè)擁有兩個(gè)分別屬于不同世界的幾何圖形的特殊對(duì)象，它通過(guò)其內(nèi)部封裝的方法在進(jìn)行拓?fù)渥粉檿r(shí)完成拓?fù)潢P(guān)系低層的遷移，即將一個(gè)世界中的幾何圖形對(duì)應(yīng)到存在于另一個(gè)世界的幾何圖形上，使拓?fù)浞治龀绦蚶^續(xù)追蹤下去。 結(jié)論是：如果需要實(shí)現(xiàn)站房?jī)?nèi)外的追蹤，GIS端（Smallworld系統(tǒng)中）需要保存站房?jī)?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(yùn)前就需要繪制完成，所以對(duì)于站內(nèi)圖可考慮由SCADA圖形格式轉(zhuǎn)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(shù)實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)，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(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)模型的特別處理實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備在地理沿布圖與電系全圖上都有各自的圖形表達(dá)，而設(shè)備臺(tái)帳卻只有一套數(shù)據(jù)，即一套是民辦科技設(shè)備屬性數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于多個(gè)（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(guó)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(fù)錄入及兩系統(tǒng)維護(hù)時(shí)可能造成的不一致問(wèn)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(gè)圖形的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，從而大大增加了系統(tǒng)的復(fù)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(dá)拓?fù)溥B接關(guān)系時(shí)往往存在差異，前者直接通過(guò)圖形的連通性來(lái)表達(dá)電力線路及設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系，后者則往往使用對(duì)開(kāi)發(fā)者不透明的拓?fù)浔韥?lái)表達(dá)這種拓?fù)潢P(guān)系，所以在實(shí)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(zhì)上說(shuō)也是一個(gè)圖形系統(tǒng)，可以表達(dá)數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)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?yàn)檎{(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(lái)表達(dá)，相對(duì)說(shuō)來(lái)，這些具體廠商提供的圖形格式往往比GIS平臺(tái)提供的圖形格式簡(jiǎn)單，但對(duì)于表達(dá)橫平豎直的電系圖卻更為實(shí)用。 另外，為了完成電力系統(tǒng)的高級(jí)分析，需要維護(hù)存儲(chǔ)了電力元器件連接關(guān)系、對(duì)開(kāi)發(fā)者不透明的拓?fù)浔?，而Smallworld圖形的特點(diǎn)是直接通過(guò)圖形的連通性來(lái)表達(dá)電力線路及設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系，電力系統(tǒng)的高級(jí)分析算法無(wú)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(tái)的選型與配電自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的統(tǒng)一選型分開(kāi)，不要用GIS圖形系統(tǒng)來(lái)表達(dá)橫平豎直的電系圖。但由于某些GIS圖形格式（例如shape格式）對(duì)外是公開(kāi)的或可以通過(guò)一些圖形轉(zhuǎn)換工具方便地完成圖形格式的轉(zhuǎn)換，因此，在進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)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(zhuǎn)換可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行增量轉(zhuǎn)換，同時(shí)允許用戶對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果中圖形的位置進(jìn)行編輯調(diào)整。 3.4 電力設(shè)備之間拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá) Smallworld圖形格式中的拓?fù)渲苯油ㄟ^(guò)圖形的連通性來(lái)表達(dá)，即當(dāng)兩個(gè)幾何圖形在其圖形位置上沒(méi)有發(fā)生重疊或覆蓋（coincident）關(guān)系時(shí)，按照Smallworld提供的拓?fù)浞治鰴C(jī)制會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)幾何圖形所屬的對(duì)象是不可能發(fā)生拓?fù)溥B接關(guān)系的。 在表達(dá)電力線路及設(shè)備之間的拓?fù)溥B接關(guān)系時(shí)，SCADA繪圖格式的圖形則往往是通過(guò)一個(gè)拓?fù)浔韥?lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)拓?fù)浔戆辞啊⒑筮B接器件來(lái)表達(dá)電力線路及設(shè)備之間的連接關(guān)系。實(shí)際上，SCADA繪圖格式的圖形位置與圖形所屬的電力對(duì)象的拓?fù)潢P(guān)系是分離的，即使SCADA繪圖格式的圖形在其圖形位置上沒(méi)有被連接（即沒(méi)有發(fā)生重疊或覆蓋關(guān)系），只要拓?fù)浔碇斜砻鞫呤乔昂筮B接器件，則在DAS中仍然認(rèn)為這兩個(gè)電力設(shè)備是相連的。 在Smallworld中，當(dāng)需要了解電力線路及設(shè)備之間的連接關(guān)系時(shí)，可使用Smallworld提供的底層拓?fù)浞治龇椒ㄍ瓿蓪?duì)Smallworld圖形的拓?fù)渥粉?。?shí)際上，并不存在（或者說(shuō)根本不需要）按前后連接器件來(lái)表達(dá)電力線路及設(shè)備之間連接關(guān)系的拓?fù)浔?，這是因?yàn)镾mallworld中的電力線路及設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系就是通過(guò)圖形的連通性來(lái)表達(dá)的。 總之，在Smallworld中沒(méi)有所謂的表達(dá)電力線路及設(shè)備之間連接關(guān)系的拓?fù)浔?，它是通過(guò)圖形位置表達(dá)拓?fù)溥B接，通過(guò)系統(tǒng)提供的拓?fù)渥粉櫃C(jī)制實(shí)現(xiàn)拓?fù)渥粉櫍辉赟CADA/DAS中則需要通過(guò)使用對(duì)開(kāi)發(fā)者不透明的拓?fù)浔韥?lái)表達(dá)這種設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)際上，圖形位置與圖形所屬的電力對(duì)象的拓?fù)潢P(guān)系是分離的，拓?fù)浔硎怯捎脩舭磳?shí)際電力設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系來(lái)填寫和維護(hù)的。正因如此，就有必要根據(jù)GIS圖中建立的圖形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?生成高級(jí)應(yīng)用分析所需要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，避免了GIS中圖形與SCADA/DAS圖形的不一致和重復(fù)勞動(dòng)。 四 結(jié) 語(yǔ) DMS是一個(gè)符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的分布式、模塊化、可擴(kuò)充的開(kāi)放式綜合管理系統(tǒng)，它由一體化基礎(chǔ)平臺(tái)和運(yùn)行該平臺(tái)的多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成，該基礎(chǔ)平臺(tái)不僅能為其他高級(jí)應(yīng)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(qiáng)大的應(yīng)用提供開(kāi)放式的信息服務(wù)支持。 對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)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(guān)系相割裂的局面，同時(shí)也解決了DMS中各應(yīng)用的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)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(zhuǎn)換方案，還有待于根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(hù)、多處使用，避免數(shù)據(jù)的不一致性。 一體化設(shè)計(jì)還必須綜合考慮配電網(wǎng)與用戶信息的關(guān)系、構(gòu)筑營(yíng)配合一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)以及與其他未來(lái)非平行同步實(shí)施的系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)，從而確保系統(tǒng)的擴(kuò)展能力及開(kāi)放性。值得注意的是，每個(gè)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(zhì)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(zhuǎn)自：東方自動(dòng)化