基于GIS的配電網(wǎng)停電管理系統(tǒng)

1、基于GIS的配電網(wǎng)停電管理系統(tǒng)來源：輸配電設(shè)備網(wǎng) 時間：2007-09-05 閱讀：92次標(biāo)簽：摘要：停電管理作為配電服務(wù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，科學(xué)高效地管理停電可以提高供電可靠性和配電服務(wù)質(zhì)量。該文介紹了利用GIS技術(shù)研究配電網(wǎng)停電管理系統(tǒng)的功能以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),分析了配電網(wǎng)停電分類，按照不同的停電分類研究處理停電的流程，著重闡述了故障停電處理的思路。關(guān)鍵詞：停電管理系統(tǒng)；GIS；故障停電 中圖分類號：TM76文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號:1003-0867(2006)02-0039-03 影響供電可靠性的最直接原因在于配電網(wǎng)的停電。研究設(shè)計(jì)停電管理系統(tǒng)統(tǒng)一高效地管理配電網(wǎng)的停電，

2、減少停電次數(shù)、縮小停電范圍、縮短停電時間。配電網(wǎng)包括有眾多的地理位置各異的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、用戶等，數(shù)據(jù)形式復(fù)雜多樣, 既包括變電站、用戶及桿塔等電力設(shè)備的位置（稱為空間定位數(shù)據(jù)），也包括電力設(shè)備運(yùn)行情況與潮流分布等數(shù)據(jù),無法和地理坐標(biāo)直接聯(lián)系（稱為非空間定位數(shù)據(jù)）1。利用GIS強(qiáng)大空間數(shù)據(jù)管理與分析功能能夠有效地對配電網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。結(jié)合許多配電網(wǎng)正在建設(shè)的電力GIS系統(tǒng)，本文將探討利用GIS來研究停電管理系統(tǒng)。停電管理系統(tǒng)(outage management system 簡稱OMS)在國外（尤其是美國）已經(jīng)研究得相對成熟，并且已經(jīng)有應(yīng)用產(chǎn)品。美國的太平洋電氣公司以及底特律愛迪生公司都建

3、有基于地理信息系統(tǒng)的停電管理系統(tǒng),在國外把停電管理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)、SCADA、集中抄表系統(tǒng)連接可以獲取實(shí)時的數(shù)據(jù)。 國內(nèi)利用GIS對配電網(wǎng)停電管理系統(tǒng)的研究還不多見，有鑒于此，結(jié)合國內(nèi)配電網(wǎng)自動化水平的實(shí)際情況，參照國外的成功經(jīng)驗(yàn),對配電網(wǎng)停電管理系統(tǒng)功能以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。1 停電分類配電網(wǎng)系統(tǒng)中配電設(shè)備由于故障、缺陷或檢修、維修、試驗(yàn)，與配電系統(tǒng)斷開而不帶電的狀態(tài)稱之為停運(yùn)狀態(tài)。停運(yùn)狀態(tài)又可以分為：預(yù)安排停運(yùn)和故障停運(yùn)，相應(yīng)地配電網(wǎng)停電從停電性質(zhì)上可以分為預(yù)安排停電和故障停電兩大類（見圖1）。預(yù)安排停電是指事先有計(jì)劃安排使設(shè)備退出運(yùn)行的停電（如預(yù)先安排的計(jì)劃檢修、施工、試驗(yàn)等

4、），或在6 h前按規(guī)定程序經(jīng)過調(diào)度批準(zhǔn)的臨時性檢修、施工、試驗(yàn)等的停電。包括計(jì)劃停電、臨時停電、限電,其中產(chǎn)生計(jì)劃停電的原因包括對配電網(wǎng)線路和設(shè)備計(jì)劃檢修，以及由于工程施工進(jìn)行計(jì)劃停電或者由于配電網(wǎng)用戶申請停電安排。計(jì)劃檢修：在配電設(shè)備正常運(yùn)行一定時間以后或者由于技術(shù)改進(jìn)需要等因素影響設(shè)備出力時，在沒有嚴(yán)重缺陷的情況下進(jìn)行檢修（導(dǎo)致計(jì)劃停電）；臨時檢修：設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行或設(shè)備發(fā)生故障后必須對設(shè)備進(jìn)行臨時性檢修（導(dǎo)致臨時停電）。在設(shè)備檢修期間，還需要把某些不需要停電的設(shè)備上的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他線路上，因此需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)有功傳輸容量校驗(yàn)，即利用負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，判斷各節(jié)點(diǎn)、設(shè)備的供

5、電能力和用電能力是否可以達(dá)到平衡，從而為檢修時間合理安排提供依據(jù)。 臨時停電由于時效性比較強(qiáng),決策的時間相對較短。要求嚴(yán)格控制臨時停電。原則上除設(shè)備故障搶修外，一般不安排配電線路臨時停電。由于線路負(fù)荷容量有限，為了保證線路負(fù)荷平衡以及線路安全，需要進(jìn)行限電；另外由于線路或者設(shè)備出現(xiàn)故障要進(jìn)行搶修時，在考慮了供電可靠性的前提下，經(jīng)過權(quán)衡，部分負(fù)荷無法轉(zhuǎn)移被迫進(jìn)行限電搶修。將限電分為：拉閘限電：由于電力系統(tǒng)設(shè)備故障或設(shè)備容量不足而引起對用戶的停電拉閘。 非拉閘限電：由于配電系統(tǒng)本身設(shè)備容量不足，或配電系統(tǒng)異常，不能完成預(yù)定的計(jì)劃供電而對用戶的限電。故障停電是由于發(fā)生了與配電設(shè)備直接有關(guān)的

6、危急狀態(tài)（如設(shè)備發(fā)生故障），而要求元件立即退出運(yùn)行的停電，或由于人為的誤操作和其他原因未能在6 h前向調(diào)度提出申請的停電。配電網(wǎng)故障主要包括線路故障、桿塔故障、變壓器故障、斷路器故障、隔離開關(guān)故障、小電流接地故障、電容器組故障、繼電保護(hù)故障,上述故障可能導(dǎo)致單相接地、兩相短路、三相短路、缺相,造成電器設(shè)備損壞，停電事故1。包括內(nèi)部故障停電：凡屬本企業(yè)管轄范圍以內(nèi)的電網(wǎng)或設(shè)施等故障引起的故障停電。外部故障停電：凡屬本企業(yè)管轄范圍以外的電網(wǎng)或設(shè)施等故障引起的故障停電。2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 停電管理系統(tǒng)的主要功能（見圖2）如下： ·支持計(jì)劃及非計(jì)劃停電； 

7、3;對停電的模擬預(yù)演以及倒閘操作模擬； ·對停電進(jìn)行分析（包括停電范圍、受影響的設(shè)備）； ·對于故障停電制定輔助停電方案； ·支持故障定位、故障隔離以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、供電服務(wù)恢復(fù)； ·故障分析(通過獲取SCADA信息對開關(guān)狀態(tài)變位信息)； ·線路供電可靠率的計(jì)算； ·按照停電管理工作流程，實(shí)現(xiàn)對工作票和操作票的統(tǒng)一管理； ·制作相關(guān)報(bào)告，包括：所有開關(guān)操作過程作存檔（日期、狀態(tài)、操作者、受影響區(qū)域、操作清單），制作所有被停電設(shè)備的相關(guān)停電數(shù)據(jù)； &#

8、183;對歷史故障記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測配電網(wǎng)的故障。 停電顯示：利用GIS 可視化界面直觀顯示計(jì)劃和故障停電，與SCADA連接獲取實(shí)時的線路運(yùn)行數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)上實(shí)時顯示故障停電。故障實(shí)時顯示功能的實(shí)現(xiàn)，給電力部門提供了一個直觀的故障實(shí)時監(jiān)視與顯示的功能，方便了電力部門對電力線路運(yùn)行的監(jiān)視以及對停電的管理。停電模擬：對于制定的檢修方案或者在制定檢修方案的過程中，通過在系統(tǒng)上進(jìn)行模擬，分析停電影響范圍以及影響的用戶數(shù)，線路供電可靠率的變化，既可以輔助檢修計(jì)劃的制定也可以對檢修方案進(jìn)行校核，保證線路的供電可靠率。配網(wǎng)調(diào)度在下倒閘操作票之前在系統(tǒng)上進(jìn)行倒閘操作的模擬，主要是模擬開關(guān)設(shè)備的斷開與

9、閉合，掛牌與摘牌。停電分析：當(dāng)系統(tǒng)顯示停電以后或者接到停電警報(bào)后，系統(tǒng)即刻進(jìn)行停電分析，確定停電性質(zhì)（計(jì)劃停電還是故障停電），停電影響的范圍，受本次停電影響的設(shè)備，并且自動找出可隔離的設(shè)備點(diǎn)，予以列出。輔助停電方案：在故障停電處理期間，系統(tǒng)能夠生成輔助的停電方案，通過對配電網(wǎng)線路供電可靠率的計(jì)算，在保證線路供電可靠性的前提下，進(jìn)行最優(yōu)化隔離點(diǎn)分析決策以及線路負(fù)荷轉(zhuǎn)移分析決策，最后通過GIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析功能，制定出最佳的搶修路徑。工作票、操作票的管理：主要依據(jù)停電管理的規(guī)范操作流程，對工作票和操作票進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，包括第一種、第二種工作票、停電申請票以及倒閘操作票，能夠?qū)崿F(xiàn)對工作票和操作票的

10、查詢3。統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測故障：對保存在數(shù)據(jù)庫中的配電網(wǎng)停電歷史記錄，尤其是線路以及設(shè)備的故障記錄采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)分析出配網(wǎng)停電的規(guī)律,對配電網(wǎng)線路以及設(shè)備未來可能產(chǎn)生的故障進(jìn)行預(yù)測并給出糾正對策。3 停電處理流程 按照對配電網(wǎng)停電的分類，分為預(yù)安排停電與故障停電兩大類進(jìn)行停電處理。預(yù)安排停電：在制定停電計(jì)劃進(jìn)行預(yù)安排停電時計(jì)算線路供電可靠率進(jìn)行供電可靠性分析，考慮停電影響范圍最小。在執(zhí)行預(yù)安排停電時進(jìn)行最佳停電隔離點(diǎn)決策和負(fù)荷轉(zhuǎn)移決策，通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移改變供電路徑保證對重點(diǎn)用電戶的供電，并對制定計(jì)劃、執(zhí)行計(jì)劃和恢復(fù)供電的流程進(jìn)行管理。對于預(yù)安排停電重點(diǎn)研究的是工作流程以及對停電

11、事項(xiàng)的記錄通知,把握好供電可靠率,并且在實(shí)施停電計(jì)劃之前要進(jìn)行斷路器和隔離開關(guān)操作的模擬校核。按照對預(yù)安排停電的分類，利用停電管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能，對預(yù)安排停電進(jìn)行顯示，停電范圍分析，停電模擬，最后對預(yù)安排停電涉及的工作票、操作票進(jìn)行統(tǒng)一的管理。通過與客戶服務(wù)中心連接，利用停電電話語音系統(tǒng)通知用戶停電安排。故障停電：在自動收到SCADA故障停電信息或在圖上選取故障停電位置后，系統(tǒng)進(jìn)行最佳停電隔離點(diǎn)決策和負(fù)荷轉(zhuǎn)移決策，并將發(fā)生故障到恢復(fù)供電的整個流程信息記載在故障停電表中，作為供電可靠性分析的依據(jù)。 處理故障停電的基本流程：故障定位、故障隔離、搶修恢復(fù)供電、故障記錄。故障定位：配電

12、網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障引起停電，在地理圖上渲染顯示停電區(qū)域。故障定位有兩種方法，取決于所采用保護(hù)和遙測實(shí)際的解決方案。故障分析定位：根據(jù)采集到的網(wǎng)絡(luò)信息以及故障投訴數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，判斷故障饋線部分。故障分段搜索：通過試合閘操作進(jìn)一步縮小故障饋線部分的范圍。確定故障位置的信息可源自如下設(shè)備：RTU、數(shù)字式距離保護(hù)、遙測接地故障儀、遙測故障電流傳感器、故障投訴等。故障定位目標(biāo)是將故障或者可疑線路與無故障發(fā)生的線路分離開（故障隔離），保證其他線路的持續(xù)供電，通常的做法是逐步減少連接在故障或者可能發(fā)生故障的線路上的運(yùn)行正常的設(shè)備數(shù)量。故障隔離，將整個配網(wǎng)故障子系統(tǒng)分為3個部分：故障上游區(qū)、故障區(qū)、故障下游區(qū)。故障

13、定位確定故障區(qū)后采取有效措施以隔離故障線路；在故障隔離后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)執(zhí)行一系列的開關(guān)操作，目的是盡快向故障上游區(qū)和故障下游區(qū)用戶迅速恢復(fù)供電服務(wù)，盡可能地把停電影響降到最小。一旦故障的位置被確定，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)將完成如下工作：·隔離故障設(shè)備或故障區(qū)域網(wǎng)絡(luò)； ·恢復(fù)開關(guān)跳閘或隔離而停電的非故障區(qū)域供電； ·網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常狀態(tài)。 搶修恢復(fù)供電：根據(jù)故障隔離分析的結(jié)果，在需要恢復(fù)供電的區(qū)域中設(shè)備與開關(guān)之間，由邊界開關(guān)構(gòu)成了一條最短供電路徑。還須定義在供電路徑中包含至少一個斷路器，這樣規(guī)定是很有用的，因?yàn)橹挥袛嗦菲鞑拍茉谟胸?fù)荷時進(jìn)行操作，而隔離開關(guān)只

14、能在無負(fù)荷時進(jìn)行操作。所有屬于被選定供電線路上的，以及那些在模擬分析中保持開路狀態(tài)的開關(guān)，都作為在恢復(fù)供電的方案。這些開關(guān)是這樣的方式被存儲的，首先按照隔離開關(guān)的拓?fù)溥壿嬳樞?，接著按照斷路器的拓?fù)溥壿嬳樞?4。故障記錄：記錄故障搶修恢復(fù)供電的整個流程，包括產(chǎn)生故障的原因，故障影響的區(qū)域、用戶、停電時間以及處理故障的輔助方案等。將故障記錄保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以利于進(jìn)行供電可靠性分析，以及對配電網(wǎng)故障進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析預(yù)測配網(wǎng)故障，同時生成故障停電報(bào)告供打印使用。4 停電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)性：系統(tǒng)采用開放性設(shè)計(jì)，使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，能與配電網(wǎng)目前已有的系統(tǒng)如MIS、DMS、GIS、SCAD

15、A等進(jìn)行互連，共享數(shù)據(jù)?？蓴U(kuò)展性: 隨著配電自動化水平的進(jìn)一步提高，充分考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，方便系統(tǒng)以后的升級。安全性： 使用用戶權(quán)限分級管理策略以及數(shù)據(jù)備份方案、災(zāi)難恢復(fù)方案，保證系統(tǒng)的安全性。以O(shè)RACLE作為后臺數(shù)據(jù)庫軟件，以ArcGIS軟件作為前臺開發(fā)平臺，通過與其他配電系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備（如SCADA系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫接口互連，獲取配電線路運(yùn)行的數(shù)據(jù)，在構(gòu)建的基于GIS的停電管理系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)停電顯示、停電分析、停電模擬。通過對最優(yōu)化隔離點(diǎn)分析與負(fù)荷轉(zhuǎn)移分析，研究制定故障停電期間的輔助停電方案。利用ArcGIS軟件提供的可視化界面實(shí)現(xiàn)停電顯示、模擬，通過構(gòu)建的GIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓