面 向 全 省 输 配 电 大 集 中 模 式 的 电 网 GIS 服 务 平 台 陈 建 1, 贺 彦 2, 曾 嵘 2 1, 浙 江 省 电 力 公 司, 杭 州,310007; 2, 清 华 大 学, 北 京,100084 Service-Oriented Provincial-Centralized Transmission and Distribution GIS Platform CHEN Jian 1, HE Yan 2, ZENG Rong 2 1, Zhejiang Power Supply Burea, Hangzhou, 310007, China 2, Tsinghua University, Beijing, 100084, China. 摘 要 : 本 文 介 绍 了 面 向 全 省 大 集 中 的 输 配 电 一 体 化 的 电 网 GIS 服 务 平 台 的 总 体 架 构 应 用 部 署 和 关 键 技 术 实 现 系 统 基 于 Oracle 的 电 网 模 型 和 图 形 存 储, 不 依 赖 于 商 用 GIS 平 台, 自 主 研 发 了 实 时 性 能 的 空 间 信 息 应 用 服 务 器 图 模 一 体 化 的 图 形 管 理 客 户 端 和 典 型 应 用 框 架 等 核 心 子 系 统, 并 进 行 了 深 度 的 数 据 库 存 储 优 化 和 客 户 端 智 能 增 量 缓 存 优 化 关 键 词 : 电 网 GIS 服 务 平 台 ; 输 配 电 一 体 化 ; 全 省 大 集 中 ; 智 能 增 量 缓 存 随 着 电 网 企 业 开 展 大 规 模 电 网 建 设, 电 网 的 整 体 结 构 更 加 复 杂, 设 备 的 种 类 愈 加 繁 多 针 对 电 网 设 备 和 业 务 按 地 理 区 域 广 泛 分 布 网 络 结 构 复 杂 的 特 征, 电 网 GIS( 地 理 信 息 系 统 ) 是 必 备 的 基 础 信 息 平 台 和 应 用 系 统 建 设 坚 强 智 能 电 网 的 战 略 发 展 目 标 对 电 网 GIS 应 用 提 出 了 更 高 的 要 求 电 网 GIS 的 设 计 和 建 设 是 一 项 复 杂 的 系 统 工 程, 具 有 涉 及 专 业 部 门 广 技 术 要 求 高 管 理 数 据 量 大 基 础 资 料 更 新 维 护 难 度 大 多 系 统 集 成 要 求 高 等 特 点 虽 然 国 内 外 已 有 不 少 成 熟 的 商 用 GIS 软 件 平 台, 国 内 也 在 商 用 GIS 平 台 基 础 上 进 行 了 很 多 开 发 和 应 用, 部 分 单 位 也 取 得 了 较 好 的 应 用 成 果 但 是 从 电 网 GIS 在 电 网 企 业 信 息 化 的 总 体 地 位 和 应 用 效 果 来 看, 目 前 的 电 网 GIS 具 有 以 下 局 限 性 :(1) 以 往 的 电 网 GIS 主 要 是 作 为 独 立 的 软 件 包, 虽 然 也 和 生 产 调 度 等 系 统 有 集 成 接 口, 但 是 并 没 有 作 为 电 网 企 业 的 基 础 信 息 平 台 支 撑 生 产 营 销 调 度 通 信 等 各 个 业 务 系 统 (2) 绝 大 部 分 电 网 GIS 系 统, 特 别 是 配 电 GIS 系 统, 都 是 以 地 市 局 或 者 县 局 为 单 位 进 行 开 发 和 建 设, 分 散 投 资 造 成 单 个 项 目 的 技 术 水 平 参 差 不 齐 技 术 标 准 不 统 一 信 息 共 享 困 难 资 源 复 用 率 不 高 (3) 大 部 分 电 网 GIS 系 统 是 在 商 用 GIS 平 台 上 进 行 二 次 开 发, 而 商 用 GIS 在 开 放 性 可 定 制 性 可 扩 展 性 实 时 性 能 和 运 行 效 率 等 方 面 较 难 能 满 足 深 层 次 电 网 应 用 的 需 求 2009 年 底 国 家 电 网 公 司 组 织 编 写 了 电 网 GIS 空 间 信 息 服 务 平 台 的 典 型 设 计, 确 定 了 全 省 集 中 面 向 服 务 的 战 略 路 线 本 文 介 绍 是 浙 江 省 电 力 公 司 在 该 战 略 路 线 的 指 导 下, 进 行 自 主 创 新 的 相 关 研 究 开 发 工 作 1. 系 统 结 构 本 系 统 从 体 系 结 构 上 为 C/S( 客 户 / 服 务 器 模 式 ) 和 C/A/S( 客 户 / 应 用 服 务 器 / 服 务 器 模 式 ) 混 合 结 构, 分 为 电 网 GIS 数 据 库 电 网 资 源 图 形 管 理 空 间 信 息 服 务 典 型 应 用 框 架 高 级 应 用 及 系 统 管 理 工 具 五 部 分, 如 图 1 所 示 CICED2010 Session x Paper No xxx Page1/5
图 1 系 统 的 体 系 结 构 1) 电 网 GIS 数 据 库 包 括 基 于 Oracle 的 PAM-GIS 一 体 化 数 据 库 商 用 GIS 空 间 数 据 库 和 文 件 服 务 器 PAM-GIS 一 体 化 数 据 库 是 浙 电 PMS 和 GIS 的 统 一 支 撑 数 据 库, 完 全 基 于 Oracle, 统 一 管 理 电 网 资 源 资 产 电 气 拓 扑 GIS 图 形 设 计 和 施 工 版 本 属 性 数 据 以 及 量 测 数 据 商 用 GIS 空 间 数 据 库 采 用 Smallworld, 存 储 道 路 湖 泊 地 形 卫 星 影 像 等 环 境 地 理 信 息 为 了 实 现 快 速 的 基 础 地 理 信 息 发 布,Smallworld 中 的 背 景 地 图 经 过 切 片 渲 染 后, 以 图 像 文 件 的 形 式 存 储 于 文 件 服 务 器 中 文 档 和 照 片 等 文 件 资 料 也 保 存 在 文 件 服 务 器 中 2) 电 网 资 源 图 形 管 理 C/S 形 式 客 户 端, 采 用 C++ 自 主 开 发 的 前 台 显 示 和 编 辑 软 件, 同 用 户 进 行 大 量 的 复 杂 的 人 机 界 面 交 互, 实 现 人 工 绘 图 和 操 作 拓 扑 编 辑 自 动 生 成 图 形 等 复 杂 的 编 辑 和 建 模 操 作 包 括 以 下 四 个 基 本 应 用 模 块 输 变 配 电 一 体 化 模 型 编 辑, 以 图 形 化 的 方 式 直 观 的 绘 制 输 配 电 线 路 图 和 变 配 电 站 内 部 一 次 接 线 图, 维 护 全 网 贯 通 的 拓 扑 模 型 专 题 图 自 动 生 成 和 管 理 是 从 基 础 拓 扑 模 型 自 动 生 成 和 管 理 各 种 电 气 专 题 图, 包 括 全 网 一 次 接 线 图 ( 系 统 模 拟 图 潮 流 图 ) 线 路 相 位 图 同 杆 并 架 图 工 作 票 简 图 等, 以 及 污 区 图 特 殊 区 域 图 雷 电 分 布 图 等 专 题 图 的 数 据 导 入 编 辑 和 输 出 等 初 步 设 计 和 设 备 变 更 管 理 是 由 PMS 和 营 销 管 理 的 电 网 工 程 和 业 扩 工 程 驱 动, 在 GIS 中 进 行 线 路 的 初 步 设 计 竣 工 验 收 资 料 录 入 线 路 投 运 等 图 形 和 模 型 相 关 的 变 更 管 理 设 备 台 帐 档 案 管 理 是 以 杆 塔 明 细 表 卡 片 台 帐 等 形 式 实 现 设 备 档 案 的 编 辑 查 询 和 统 计 3) 空 间 信 息 服 务 : 通 过 ESB( 企 业 服 务 总 线 ) 提 供 Java 和 WebService 形 式 的 GIS 服 务, 供 PMS 营 销 调 度 系 统 应 用 系 统 使 用 4) 典 型 应 用 框 架 : 通 过 对 空 间 信 息 服 务 进 行 封 装, 以 WebGIS 控 件 的 方 式 嵌 入 各 业 务 应 用 系 统, 提 供 集 成 化 的 GIS 应 用 5)GIS 高 级 应 用 : 提 供 生 产 营 销 规 划 等 相 关 专 业 的 GIS 高 级 应 用 6) 系 统 管 理 工 具 : 包 括 对 平 台 的 模 型 关 系 管 理 图 元 符 号 维 护 图 形 显 示 样 式 管 理 平 台 权 限 管 理 平 台 日 志 管 理 及 瓦 片 地 图 管 理 2 系 统 特 点 2.1 全 省 大 集 中 的 物 理 部 署 本 系 统 采 取 全 省 大 集 中 的 硬 件 部 署 方 式, 所 有 的 服 务 器 都 集 中 在 省 公 司, 集 中 维 护 和 管 理, 并 且 采 用 集 群 方 式 实 现 高 可 用 性 部 署 方 式, 分 为 Oracle 集 群 地 图 (Smallworld) 集 群 和 空 间 信 息 应 用 服 务 集 群, 具 体 功 能 划 分 如 下 表 所 示 : 物 理 服 务 器 部 署 的 服 务 软 件 服 务 软 件 的 作 用 Oracle 集 群 Oracle RAC 电 网 资 源 资 产 拓 扑 图 形 的 存 储 地 图 Smallworld VMDS 基 础 地 理 信 息 存 储 (Smallworld) Smallworld TICS 矢 量 矢 量 化 地 图 服 务 服 务 器 集 群 地 图 服 务 切 片 地 图 服 务 栅 格 化 地 图 服 务 文 件 服 务 照 片 文 档 存 储 空 间 信 息 应 用 服 务 器 集 群 空 间 信 息 应 用 服 务 提 供 模 型 图 形 电 网 和 空 间 分 析 服 务 表 1 物 理 服 务 器 集 群 部 署 功 能 表 2.2 输 变 配 电 图 模 一 体 化 的 电 网 拓 扑 和 设 备 管 理 本 系 统 是 全 省 一 体 化 电 网 应 用 支 撑 平 台 (PAM) 的 重 要 组 成 部 分, 是 安 全 生 产 管 理 系 统 (PMS) 和 GIS 共 同 的 支 撑 平 台 系 统 作 为 输 变 配 电 电 网 图 形 拓 扑 和 设 备 档 案 维 护 的 唯 一 入 口, 采 用 图 模 一 体 化 的 方 式, 实 现 输 变 配 电 合 一 的 电 网 拓 扑 和 设 备 管 理 通 过 C/S 图 形 管 理 客 户 CICED2010 Session x Paper No xxx Page2/5
端 的 输 变 配 电 一 体 化 建 模 模 块, 以 图 形 化 的 方 式 直 观 的 绘 制 输 配 电 线 路 图 和 变 配 电 站 内 部 一 次 接 线 图, 图 形 操 作 的 结 果 直 接 更 新 电 网 拓 扑 和 设 备 层 次 关 系, 维 护 全 网 贯 通 的 拓 扑 模 型 在 录 入 方 式 上, 使 用 输 配 电 专 业 熟 悉 的 杆 塔 明 细 表 方 式, 在 类 似 Excel 的 界 面 中 集 中 维 护 一 条 线 路 的 杆 塔 绝 缘 子 金 具 等 信 息, 并 提 供 表 头 冻 结 批 量 复 制 下 拉 框 首 字 符 跳 转 等 快 速 录 入 手 段, 满 足 高 效 录 入 要 求, 从 而 解 决 PMS 档 案 维 护 界 面 操 作 复 杂 录 入 速 度 慢 的 缺 点 2.3 自 主 开 发 高 性 能 的 空 间 信 息 服 务 由 于 本 系 统 需 要 满 足 全 省 大 集 中 PMS 营 销 等 业 务 系 统 对 GIS 可 视 化 服 务 的 性 能 要 求, 针 对 商 用 GIS 软 件 大 量 用 户 并 发 访 问 电 网 图 形 性 能 不 高 缺 乏 电 力 专 业 分 析 和 展 现 功 能 的 现 状, 本 系 统 设 计 了 基 于 64 位 Linux 服 务 器 集 群 采 用 多 进 程 架 构 提 供 实 时 性 能 电 网 图 形 服 务 空 间 分 析 服 务 电 网 高 级 分 析 服 务 的 空 间 信 息 应 用 服 务 器 本 系 统 设 计 了 多 个 并 发 协 作 的 服 务 进 程 快 速 访 问 常 驻 于 服 务 器 64 位 共 享 内 存 中 的 全 省 输 配 电 电 网 模 型, 提 供 满 足 上 千 并 发 用 户 秒 级 访 问 的 能 力 本 系 统 的 空 间 信 息 服 务 结 构 图 如 图 2 所 示, 由 基 于 C++ 语 言 开 发 的 电 网 模 型 服 务 引 擎 图 形 服 务 引 擎 电 网 高 级 分 析 服 务 引 擎 空 间 分 析 引 擎 等 核 心 进 程 组 件 构 成 电 网 模 型 服 务 引 擎 从 Oracle 数 据 库 中 读 取 电 网 资 源 数 据, 形 成 内 存 中 的 全 网 模 型 和 图 形 对 象, 并 构 建 内 存 中 的 空 间 索 引 和 拓 扑 关 系 索 引, 以 满 足 大 量 用 户 快 速 访 问 和 电 网 分 析 的 需 要 空 间 分 析 服 务 引 擎 实 现 电 网 资 源 和 Smallworld 中 基 础 地 理 信 息 的 空 间 求 交 分 析 电 网 图 形 服 务 提 供 矢 量 图 形 查 询 服 务 和 栅 格 图 形 渲 染 服 务 电 网 高 级 分 析 服 务 引 擎 采 用 C++ 语 言 移 植 潮 流 计 算 停 电 分 析 等 算 法 到 服 务 进 程 中 为 了 实 现 高 性 能 的 空 间 信 息 服 务, 系 统 采 用 基 于 TCP 的 对 象 化 RPC( 远 程 过 程 调 用 ) 的 内 部 网 络 通 信 协 议, 将 服 务 提 供 给 运 行 于 WebLogic 中 的 Java 对 象, 被 上 层 的 PMS 等 紧 耦 合 的 业 务 系 统 调 用 同 时 这 些 服 务 也 被 打 包 成 WebService 形 式 对 外 发 布 供 松 耦 合 的 业 务 系 统 调 用 图 2 空 间 信 息 服 务 的 架 构 2.4 完 全 基 于 Oracle 多 版 本 高 中 低 压 贯 通 的 电 网 拓 扑 模 型 和 图 形 存 储 针 对 电 网 模 型 编 辑 的 分 布 式 高 中 低 压 共 架 设 计 和 运 行 多 态 并 存 等 需 求, 系 统 设 计 了 基 于 Oracle 关 系 表 支 持 多 版 本 / 多 断 面 高 中 低 压 贯 通 的 电 网 拓 扑 的 集 中 存 储 并 发 编 辑 和 版 本 管 理 技 术 本 系 统 完 全 基 于 Oracle 不 使 用 任 何 商 用 GIS 软 件, 自 主 开 发 了 数 据 库 表 结 构, 并 采 用 C++ 实 现 面 向 对 象 的 持 久 层 模 块 为 了 优 化 GIS 的 并 发 编 辑 和 版 本 化 存 储 效 率, 系 统 对 CIM 电 网 拓 扑 的 物 理 存 储 模 型 进 行 了 深 度 优 化, 拓 扑 模 型 如 图 3 所 示 系 统 将 参 与 电 网 拓 扑 的 导 电 设 备 进 一 步 划 分 为 线 段 (Segment) 和 元 件 (Gadget), 针 对 线 段 和 元 件 采 用 不 同 的 物 理 存 储 模 型, 分 别 进 行 优 化 元 件 用 来 表 达 变 电 所 配 电 站 配 变 开 关 等 具 有 一 个 或 者 多 个 端 口 (Port) 的 设 备 对 象 线 段 用 来 表 示 每 个 杆 之 间 的 架 空 线 段 电 缆 线 段 电 气 连 接 线 母 线 段 等 两 个 端 口 的 线 状 的 设 备 对 象 对 于 输 配 电 地 理 图 来 说,50% 的 设 备 都 是 架 空 线 段 电 缆 线 段 和 配 变 高 压 引 下 线 等 线 状 元 件, 对 于 配 电 站 所 中 还 存 在 大 量 电 气 连 接 线 由 于 线 状 对 象 的 端 口 数 目 是 固 定 不 变 的 2 个, 在 系 统 中 将 线 段 首 末 端 的 端 口 是 作 为 线 段 整 体 的 2 个 属 性 来 存 贮, 从 而 将 线 段 的 数 据 库 存 储 效 率 提 高 4 倍 本 系 统 还 在 CIM 模 型 之 外 扩 充 了 线 路 (Path)- 线 段 (Segment) 两 级 拓 扑 模 型 Path 表 示 一 条 线 路 主 干 或 者 分 支, 也 可 以 表 示 一 整 条 CICED2010 Session x Paper No xxx Page3/5
母 线 Segment( 线 段 ) 是 实 际 的 对 象, 代 表 每 一 段 电 缆 或 者 每 对 电 杆 之 间 的 架 空 线 段, 也 可 以 表 示 组 成 母 线 的 多 个 母 线 段 图 3 在 CIM 基 础 上 扩 展 和 存 储 优 化 的 电 网 拓 扑 模 型 2.5 通 过 分 布 式 协 同 工 作 的 线 路 编 辑 工 具 和 工 程 初 步 设 计 模 块, 以 一 线 班 组 为 源 头 通 过 版 本 化 机 制 建 立 数 据 更 新 的 闭 环 流 程 系 统 的 基 础 数 据 由 分 布 在 各 个 地 市 局 分 局 和 县 局 下 属 的 线 路 工 区 供 电 所 等 生 产 一 线 班 组 来 更 新 和 维 护 系 统 提 供 了 较 好 的 分 布 式 协 同 工 作 能 力, 具 有 对 象 级 的 锁 定 功 能, 允 许 500 个 以 上 的 班 组 同 时 并 发 工 作, 对 各 自 管 理 范 围 内 的 线 路 和 设 备 数 据 进 行 录 入 和 修 改, 实 现 了 在 数 据 源 头 维 护 在 全 局 范 围 共 享 系 统 的 数 据 更 新 采 用 版 本 化 的 闭 环 更 新 机 制, 经 过 设 计 版 本 施 工 版 本 待 投 产 版 本 和 运 行 版 本 等 四 个 阶 段, 如 图 4 所 示 在 设 计 施 工 版 本,GIS 实 现 基 础 资 料 的 预 维 护 在 新 设 备 投 运 流 程 的 驱 动 下, 在 待 投 产 版 本 录 入 竣 工 验 收 资 料 自 动 生 成 投 产 日 前 后 的 调 度 图 ( 即 红 蓝 图 ) 新 设 备 投 运 后, 将 待 投 产 的 线 路 搭 接 到 运 行 电 网 中, 完 成 通 电 投 产 的 图 形 和 拓 扑 变 更, 并 将 设 备 状 态 转 为 投 产 状 态, 供 PMS 运 行 管 理 业 务 使 用 图 4 GIS 版 本 化 支 持 下 的 基 础 数 据 更 新 流 程 2.6 客 户 端 智 能 增 量 缓 存 针 对 全 省 大 集 中 所 带 来 的 网 络 带 宽 瓶 颈 和 服 务 器 压 力, 系 统 在 客 户 端 采 用 了 面 向 切 片 栅 格 地 图 和 矢 量 电 网 图 形 的 智 能 增 量 缓 存 技 术 对 于 栅 格 地 图, 把 最 近 访 问 过 的 栅 格 地 图 切 片 数 据 文 件 在 客 户 端 内 存 和 本 地 硬 盘 中 进 行 二 级 缓 存, 如 果 已 经 在 缓 存 中, 就 不 需 要 再 访 问 服 务 器 对 于 矢 量 电 网 图 形, 在 客 户 端 启 动 时, 预 先 从 Oracle 中 加 载 工 作 范 围 的 电 网 模 型 和 图 形 到 内 存 缓 存 中, 在 平 移 缩 放 过 程 中 就 不 需 要 再 从 Oracle 中 加 载 如 果 需 要 浏 览 该 范 围 以 外 的 电 网, 再 动 态 从 Oracle 中 增 量 加 载 合 并 到 内 存 缓 存 中 智 能 增 量 缓 存 技 术 的 使 用 极 大 的 减 少 在 平 移 和 缩 放 过 程 中 客 户 端 请 求 服 务 器 的 频 度 和 数 据 量, 降 低 网 络 流 量 和 服 务 器 压 力 3 结 语 本 文 研 究 的 全 省 大 集 中 的 输 配 电 GIS 服 务 平 台, 以 国 网 GIS 典 设 为 指 导, 在 浙 电 已 有 地 市 局 GIS 应 用 成 果 的 基 础 上 大 量 进 行 具 有 自 主 知 识 产 权 的 突 破 创 新, 实 现 全 省 集 中 输 配 合 一 面 向 服 务 的 系 统 升 级 改 造, 具 有 如 下 显 著 特 点 : 1) 系 统 实 现 基 于 SQL 关 系 表 支 持 多 版 本 高 中 低 压 贯 通 的 电 网 拓 扑 的 集 中 存 储 并 发 编 辑 和 版 本 管 理 技 术 该 技 术 在 符 合 CIM::Topology 拓 扑 包 的 基 础 上, 着 重 针 对 全 省 规 模 电 网 GIS 数 据 进 行 性 能 优 化, 不 依 赖 于 商 用 GIS 系 统, 以 开 放 的 形 式 存 储 于 Oracle 数 据 库 中 2) 系 统 采 用 自 主 研 发 的 基 于 64 位 Linux 服 务 器 集 群 采 用 多 进 程 架 构 和 共 享 内 存 的 空 间 信 息 服 务 器 集 群, 结 合 客 户 端 智 能 增 量 缓 存 技 术, 满 足 全 省 集 中 模 式 下 上 千 并 发 用 户 秒 级 访 问 能 力 3) 以 一 线 班 组 作 为 基 础 数 据 维 护 源 头, 通 过 分 布 式 协 同 编 辑 和 基 于 版 本 化 机 制 的 线 路 初 步 设 计 和 投 产 流 程, 建 立 数 据 更 新 的 闭 环 流 程, 实 现 输 配 电 图 模 一 体 化 的 设 备 图 形 和 电 网 拓 扑 管 理 4) 图 形 管 理 C/S 客 户 端 空 间 信 息 服 务 器 群 集 B/S 典 型 应 用 框 架 客 户 端 等 关 键 子 系 统 都 采 用 C++ 和 C# 开 发 不 依 赖 于 商 用 GIS 平 台, 具 有 完 整 自 主 知 识 产 权, 为 系 统 的 信 息 安 全 性 能 优 化 面 向 电 网 业 务 的 可 扩 展 性 奠 定 坚 实 基 础 本 文 研 究 的 GIS 服 务 平 台 的 主 体 已 经 开 发 完 毕, 上 层 应 用 系 统 正 在 全 面 测 试 中, 将 于 2010 年 9 月 份 上 线 运 行 CICED2010 Session x Paper No xxx Page4/5
参 考 文 献 [1] 国 家 电 网 公 司. 电 网 GIS 空 间 信 息 服 务 平 台 典 型 设 计. 2009. [2] IEC 61970, Energy Management System Application Program Interface(EMS-API)-Part 301: Common Information Model (CIM) Ed.1, 2003. 作 者 简 介 : 陈 建 (1960), 男, 浙 江 杭 州, 本 科, 教 授 级 高 工, 研 究 方 向 为 电 力 系 统 信 息 化. Email: chenjian@zpepc.com.cn CICED2010 Session x Paper No xxx Page5/5