基于嵌入式地理信息系统与全球定位系统相结合的电力调度及运行系统的设计与应用

基于嵌入式地理信息系统与全球定位系统相结合的电力调度及运行系统的设计与应用邓海涛（广州供电局有限公司，广东广州５１０６２０）摘要：设计了基于嵌入式地理信息系统与全球定位系统（ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｇｌｏｂａｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓ－ｔｅｍ，ＧＩＳ／ＧＰＳ）相结合的电力调度及运行系统。

介绍ＧＩＳ／ＧＰＳ集成模式；基于嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ的电力调度及运行系统的使用软件、组成部分、功能及优点；应用基于嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ电力调度及运行系统的工作思路和注意事项。

该系统可为调度员及相关运行人员提供全方位实时准确的电力线路运行情况和调度决策方案，解决调度员及相关运行人员数据掌握不全面、事故处理不及时等问题。

关键词：电力调度及运行系统；地理信息系统与全球定位系统集成；嵌入式系统；紧急电力故障处理中图分类号：ＴＭ７１５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７－２９０Ｘ（２０１２）０３－００７７－０４Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　＆Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ　ｏｎ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＧＩＳ／ＧＰＳＤＥＮＧ　Ｈａｉｔａｏ（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１０６２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　＆ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ａｎｄ　ｇｌｏｂａｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ　ｏｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ＧＩＳ／ＧＰＳ，ａｐｐｌｉｅｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　＆ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｍｂｉｎａ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＧＩＳ　ｗｉｔｈ　ＧＰＳ；ｉｔ　ａｌｓｏ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｉｄｅａ　ａｎｄ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｕｓｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　＆ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＧＩＳ／ＧＰＳ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａｌｌ－ｒｏｕｎｄ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｌｉｎｅｓ　ａｎｄｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒｓ　ａｎｄ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｔｕｆｆ，ｅｎａｂｌｉｎｇ　ｔｈｅｍ　ｔｏ　ｃｏｐｅ　ｗｉｔｈ　ｉｎａｄｅｑｕａｃｙ　ｏｆ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｄａｔａ　ａｎｄｐｏｓｔｐｏｎｅｄ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　＆ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ＧＩＳ／ＧＰＳ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｎｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ 为方便电力生产与电网管理，地理信息系统（ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）在复杂的电网中得到了广泛应用，传统的人工管理或信息管理技术已经不能满足优化供电的需要。

为减轻调度人员的劳动强度和提高其工作效率，加强电力系统运行的可靠性、经济性和安全性，基于ＧＩＳ平台开发的电力调度系统应运而生［１］。

ＧＩＳ技术与电力调度系统相结合，不仅可对电力调度结果进行动态演示，形象逼真地反映电力调度结果［２］，还可以直接为电力系统计算提供网络拓扑数据，进行线路负债计算、阻抗计算、线损计算等分析，为电网安全高效运行提供有力的决策支持［３］。

但是，ＧＩＳ存在局限性，如：设备实际位置的地理位置信息主要是通过人工制作或者系统导入，不能实时反映设备当前位置；ＧＩＳ运行在数据中心的计算机上，户外工作的运行人员无法实时准确掌握电力设备运行和调度情况，严重影响工作效率和故障处理速度。

将全球定位系统（ｇｌｏｂａｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，　第２５卷第３期广东电力Ｖｏｌ．２５　Ｎｏ．３ ２０１２年３月ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　Ｍａｒ．２０１２　收稿日期：２０１１－０９－１８ 修改稿日期：２０１２－０１－１５ＧＰＳ）技术与个人数码助理（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ａｓｓｉｓ－ｔａｎｔ，ＰＤＡ）嵌入式ＧＩＳ相结合，可以随时、随地获取设备精确位置信息及电力相关信息的查询，解决调度人员掌握数据不全面、事故处理不及时等问题，丰富了电力调度的手段，提高了调度人员的工作效率。

１　嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ的集成讨论基于ＧＩＳ／ＧＰＳ的电力调度及运行系统前，首先需要解决ＧＰＳ／ＧＩＳ坐标系转换问题。

ＧＰＳ使用的坐标是ＷＧＳ８４（地球坐标系统－８４）坐标系，而ＧＩＳ实际显示地图是用大地图坐标系，二者坐标相差几十米至一百多米，随着区域的不同，差别很大［４］。

必须进行坐标转换，才能实现ＧＩＳ／ＧＰＳ集成。

坐标转换的传统方法主要采用七参数近似变换和坐标投影，这种方法过于复杂，计算量大，精度难以保证，很难满足实时动态分析的需要［５］。

ＰＤＡ是近年来发展最迅速的移动式便携计算机，它为移动ＧＩＳ／ＧＰＳ的集成提供了良好的支持。

但ＰＤＡ受限于本身硬件资源，处理器运算速度低，外设存储量小，显示屏幕小，处理ＧＩＳ数据时需要较多的运算时间。

因此，要在ＰＤＡ进行高效的空间数据组织［６－７］。

本文介绍一种将采集到的ＧＰＳ数据转换为ＧＩＳ电子地图的方法，该方法考虑到ＧＩＳ属性数据组织的必要性，建立面向地理实体的移动ＧＩＳ数据模型。

在这种数据模型中，人们所看到的地理场景，不再是几何意义上的点、线、面等几何图形［８］，而是具有实际意义的道路、公园、林地、树木等实体。

其方法框架如图１所示。

图１　ＧＰＳ采集数据在ＧＩＳ地图上的表达从图１可知，ＧＰＳ坐标变换方法由以下４个部分组成：ａ）坐标解析。

ＰＤＡ接收来自ＧＰＳ移动站的ＧＰＳ数据，并遵循ＮＭＥＡ－０１８３协议进行实时解析，解析后获得ＷＧＳ８４坐标系的大地坐标。

ｂ）坐标转换。

将ＷＧＳ８４坐标系上的ＧＰＳ坐标按高斯投影方法投影到平面坐标后，把投影坐标进行平移、缩放、旋转，得到ＧＩＳ地图坐标。

ｃ）地图匹配。

通过地图匹配算法以及差分ＧＰＳ法将数据地图坐标和ＧＩＳ地图进行实体吻合［９］。

ｄ）实时显示。

ＧＩＳ将ＧＰＳ采集的数据加载到所属的实体图层里，然后在ＧＩＳ环境里可以对其进行任何ＧＩＳ操作，如图形浏览、图形和属性的编辑等［１０］。

该方法具有３个优点：不受光照条件、白昼交替及天气变化等外部因素的影响；不用进行任何用于系统辅助的城市基础建设，可行性强；数据处理简单、可靠，具有较高的实时性和准确性。

２　基于嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ的电力调度及运行系统的设计ＧＩＳ／ＧＰＳ集成模式确定之后，可在嵌入式系统和桌面系统上协作开发基于嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ的电力调度及运行系统。

嵌入式系统采用ＥＳｕｐｅｒ－ｍａｐ软件开发工具包（ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｋｉｔ，ＳＤＫ）为嵌入式ＧＩＳ二次开发平台；采用ＥｖＣ４以及ＳＱＬ　Ｓｅｖｒｅｒ　ＣＥ２．０数据库为语言环境开发工具；采用ＥＳｕｐｅｒｍａｐ　ＧＩＳ　ＳＤＫ为桌面ＧＩＳ开发平台；采用．ｎｅｔ开发平台以及Ｍｉｃｒｏｓｏｔｆ　ＳＱＬ　Ｓｅｖｒｅｒ２０００数据库为语言环境开发工具。

嵌入式系统与桌面系统的连接可通过ＡｅｔｉｖｅＳｙｎｅ３．１（ＰＤＡ与台式机同步软件）实现，考虑到以后系统的扩展性，可将ＧＩＳ开发平台升级到Ｗｅｂ　ＧＩＳ。

基于嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ的电力调度及运行系统主要由ＰＤＡ移动终端、后台ＧＩＳ数据库以及跨平台数据库接口３部分构成，其结构如图２所示。

移动终端是ＰＤＡ和嵌入式ＧＩＳ的集成系统，能接收卫星发出的ＧＰＳ信号进行定位和实现ＧＩＳ的操作；ＰＤＡ采集到的数据通过无线网络的形式和后台ＧＩＳ数据库的数据进行同步；跨平台数据库接口主要实现ＧＩＳ技术与配电网数据采集与监视控制（ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＳＣＡＤＡ）系统及生产管理信息系统（ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ＭＩＳ）的连接，采用网络接口８７广东电力第２５卷　图２　基于嵌入式ＧＩＳ／ＧＰＳ的电力调度及运行系统协议来实现。

系统主要功能有：ａ）地图操作与显示，主要完成地图制作、图形显示、图形信息和属性信息的查询和统计、图形数据维护等基本操作。

ｂ）电网能力分析，包括配电网追踪和拓扑分析、配电网供电范围分析、故障区域分析、线损分析以及潮流分析等。

ｃ）辅助决策，包括负荷转移决策、最优化停电隔离点决策等智能型功能。

ｄ）电力紧急故障定位处理。

通过ＧＰＳ／ＧＩＳ故障定位技术及时准确判断电力故障发生位置，并通过系统决策功能产生调度方案。

ｅ）线路巡检与管理，主要解决线路检查的安排、结果数据分析与存储。

受ＰＤＡ本身计算速度和存储容量的限制，必须采用精简的文件格式来描述事物对象的空间和属性数据，而不是全依赖数据库系统来加快数据处理速度。

因此要使用自定义格式的二进制文件方式描述地理数据。

该文件主要由文件头、要素类型参数、几何图形数据、注记、属性数据５部分组成。

每部分都设置开始和结束标志，严格规定每部分各项的数据类型及用来描述每一项的字节数［１１］。

在ＰＤＡ运行ＧＩＳ软件的另一个瓶颈是图形数据的显示，如果每次移动、放大或缩小都要重新从内存读取全部图形数据，极大浪费ＰＤＡ原本就很有限的资源，降低显示速度，延长等待时间。

为此，有人提出采用矢量数据分块的方法仅读取参与显示的数据，其他数据不变化。

该方法从内部解决了ＰＤＡ上显示速度的问题，但这种方法仍然需要读取数据，还是分块数据，显示存在闪烁问题。

因此需要同时采用位图刷屏技术，在第一次绘制图形时读取数据，并绘制到一个屏幕大小的内存位图上，在显示数据没有变化的情况下，直接用位图刷新屏幕。

采用位图刷新技术可以不需要每次都根据数据重绘屏幕，加快了图形显示速度，克服图形闪烁问题［１２］。

３　电力调度及运行系统在紧急故障处理中的应用思路电力调度工作中最重要的一项就是紧急故障分析处理。