基于WebGIS的数字变电站系统
摘要
本论文是在“基于WebGIS数字变电站系统”项目的基础上完成的，该项目按照“数字豫电”精神，提出“数字变电站”的概念，将目前变电站管理需要的所有信息和功能，在基于WebGIS的平台上，高度集成到一个系统中，在完成日常工作的同时，能够根据系统实时状况，智能地发出专家提示，自动或协助完成更多管理任务。通俗地讲，就是建立所谓的变电站信息管理系统，本项目是河南省电力公司的重点科研项目。
基于WebGIS的数字变电站系统是一个高度集成的综合信息系统，它以变电运行管理为主线，通过与调度SCADA系统，全局MIS系统的连接，在基于WebGIS的图形化平台上，将变电站地理信息、实时信息和设备数据库等集成到基于WebGIS的变电站分布拓扑图和系统图中，在此基础上实现设备空间数据和属性数据的录入、管理、查询、统计、监测及维护。
WebGIS的功能主要表现在对空间地理数据的管理和查询上，调度SCADA中含有设备运行的实时信息，MIS主要是对设备的台帐、属性数据进行管理，变电运行管理中包含了各种信息之间的联系和管理方式。这样，开发本系统的切入点就是根据电力设备特征的分类，用GIS和MIS分别管理空间和属性数据，用调度SCADA显示设备的实际运行状态，并按照变电运行管理的要求将所有信息结合起来，达到全面管理设备的目的。
根据变电站内部电力设施的分布具有明显地理特征的特点，本论文将WebGIS引入了变电站的管理。WebGIS的特征之一是把地图要素与它们的属性联系起来。WebGIS的另一个特征是指要素与属性之间的连接是动态的。利用WebGIS可以同时处理空间和非空间数据的特点，采用了JAVA Applet方法以及ActiveX方法，将空间数据信息(地图)及社会属性信息(数据库)结合起来，实现图形和数据库的共同处理和查询分析。
空间数据是指描述变电站电力设施地理分布的数据，变电站中空间图形数据的主要来源是变电站的电气一、二次纸质图纸。利用扫描仪首先将这些信息数字化，转
气
丫
卜
.留
郑州大学工学硕士论文摘要
换成计算机可以识别的数字信息，利用纸质地图转换为矢量地图的工具一一一材aPinfo
Professional 6.0，经过经纬度定位仪定位以后，生成矢量地图数据文件，将这些信
息存储在数据库中，并由WebGIS服务器进行处理，最终以矢量图形的方式呈现在用
户面前。
属性数据是指对设备的空间特征以外的目标特征进行描述的数据，包含了对目
标类型的描述和目标的具体说明和描述。本系统中的属性数据含有设备的详细描述信
息，包括全局MIS系统中的生产运行台帐、调度SCADA系统中的实时遥信量和遥测量、
变电站的日常管理中的记录和报表等。对于局MIS系统里的设备台帐数据，通过共享
Mis设备库的方式获得;对于调度SCADA系统里的实时运行数据，通过与S以以系统
供应商约定接口标准，采用标准接口库方式和调用实时招测函数方式或TCP报文方式
获得;对于变电运行管理中的属性数据，系统建成前，是根据变电站往日运行的实际
情况，由运行人员采用键盘输入的方式获得的，系统建成后，一部分由运行人员键盘
输入，一部分数据通过程序可以做到自动更新。
本论文论述了系统采用的以高级结构化查询语言(SQL)为基础的Orade大型
关系数据库。属性数据的组织与管理采用通常的关系型数据库即可，但对空间数据则
不是完全适用，这是因为空间数据的空间分布特征、非结构化特征、空间关系特征、
海量数据特征所造成的。因此，大部分GIS软件采用文件与关系数据库混合管理的模
式进行管理，即:文件系统管理几何图形数据，采用通用关系数据库管理系统管理属
性数据，两者之间的联系通过目标标识或内部连接码进行连接。在这种管理模式下中，
就几何图形而言，由于GIS系统采用高级语言编程，可以直接操纵数据文件，所以图
形用户界面与图形文件处理是一体的，中间没有裂缝。就属性数据而言，通过高级编
程语言C的接口，使得地理信息系统可以在C语言的环境下直接操纵属性数据，并通
过C语言的对话框或列表框显示属性数据，或通过对话框输入SQL语句，并将该语句
通过C语言与数据库的接口，查询属性数据库，并在GIS的用户界面下，显示查询结
果。在开放性数据库连接协议(简称ODBC)推出之后，GIS软件商只要开发GIS与
ODBC的接口软件，就可以将属性数据与任何一个支持ODBC协议的关系数据库管理系
统连接。
论文论述了系统丰富的图形功能，它能够分层显示商丘电网、变电站丰富的地
II
郑州大学工学硕士论文摘要
理信息，采用操作互动性设计原则，力求更加接近变电站真实场景，在一个直观的可
视化环境中实现设备台帐管理、变电运行管理、实时数据显示、操作票自动生成等功
能，在设计时考虑多级用户的使用，满足各层次人员的维护、管理、查询需求。
本论文还论述了作者开发的由知识库、电网结构和状态库、电网图形模块、推
理机以及人机接口五个部分构成的操作票专家系统。其中，操作规则、系统的领域知
识、电网结构等知识的表达都采用框架表示法，以外部数据库的形式进行存储。该系
Works stated in this thesis are completed with a practical project "Digital Substation System Based on WebGIS", which are brought forward the concept of the ''Digital Substation" according to the "Digital Power of Henan" spirit. It accumulated all informations and functions for substation management to a high degree system based on the WebGIS platform. It can send out the expert hint or help to complete more management work while complete the daily tasks based on the Real-Time sirutation. Popularly speak, work is to establish the so-called substation information management system. This thesis is the important scientific project of the Henan Power Company.
The Digital Substation System(for shorts DSS) is a high degree integrated information system based on WebGIS, which take the substation management information as masterstroke by connect to SCADA system and MIS system. It intergrated substation geography information, Real-Time data and equipment database as a whole system, as a result, place data and attribute data can be record, manage, inquire, inspect and maintain through the system.
WebGIS can manage place data. SCADA system has Real-Time information. MIS can manage attribute data, substation management hint the connection of different data. Therefore, DSS joint all information of substation according to the management request of running system in order to completely manage the equipments.
Based on the characteristics of the obvious geographic distributing characteristics of substation, the subject introduce the conception of WebGIS. WebGIS can not only connect map factor and attribute factor but also dynamic the connection. The system connect graph with database to realize data inquiry, management and analysis by adopt the JAVA Applet method and ActiveX method.
Electric paper drawing is the main source of space data which can decribe the
geography distribute of substation in the system. First, paper drawings are scanned and turned to digital information by the software tool- Mapinfo Professional 6.0. Second, the data are orientated by orientation instrument. Thirdly, they are handle from WebGIS server and present as a vectorgraph.
Attribute data can describe style and explain the substation equipment which contain the attribute information. Attribute data of the system involve the substation equipment information, equipment account from Real-Time information of SCADA system and note or report forms of substation daily management. Substation equipment information can be obtained by shareing MIS equipment store room, Real-Time information of SCADA system can be obtained by meeting mode, transfering Real-Time function mode or TCP report text mode after promise the same meeting standard. Attribute data that substation manage need can be obtained by keyboard input or auto programme update.
The system adopt the large database system of Oracle, which based on the advanced structural Single Query Language( SQL). Attribute data is manage by relationship database, which is not exactly suitable for space data because of its characteristic of space distribution non-structural, space relation, mass-capacity. Therefore, GIS systems mostly adopt mix management mode of document and relation database in space data and attribute data, that is, document system manage geometrical graph data, database management system manage attribute data, they are linked by target mark or inner code. Graph interface and file manipulation can be dealed as a whole because the GIS is programmed by high programme language and can directly manipulate the data document under this kind of management mode. GIS can directly control attribute data through high programme language C, then, attribute data can be display or inquire by SQL sentence. After the detrusion of Openning Database Connect Agreement(brief name ODBC), attribute data can be connect with database management system under the meeting software of GIS and ODBC.
The system has the abundant graph function, it can display geography scene of shangqiu power substation by layer through m
基于WebGIS的数字变电站系统是一个高度集成的综合信息系统，它以变电运行管理为主线，通过与调度SCADA系统，全局MIS系统的连接，在基于WebGIS的图形化平台上，将变电站地理信息、实时信息和设备数据库等集成到基于WebGIS的变电站分布拓扑图和系统图中，在此基础上实现设备空间数据和属性数据的录入、管理、查询、统计、监测及维护。
WebGIS的功能主要表现在对空间地理数据的管理和查询上，调度SCADA中含有设备运行的实时信息，MIS主要是对设备的台帐、属性数据进行管理，变电运行管理中包含了各种信息之间的联系和管理方式。这样，开发本系统的切入点就是根据电力设备特征的分类，用GIS和MIS分别管理空间和属性数据，用调度SCADA显示设备的实际运行状态，并按照变电运行管理的要求将所有信息结合起来，达到全面管理设备的目的。
根据变电站内部电力设施的分布具有明显地理特征的特点，本论文将WebGIS引入了变电站的管理。WebGIS的特征之一是把地图要素与它们的属性联系起来。WebGIS的另一个特征是指要素与属性之间的连接是动态的。利用WebGIS可以同时处理空间和非空间数据的特点，采用了JAVA Applet方法以及ActiveX方法，将空间数据信息(地图)及社会属性信息(数据库)结合起来，实现图形和数据库的共同处理和查询分析。
空间数据是指描述变电站电力设施地理分布的数据，变电站中空间图形数据的主要来源是变电站的电气一、二次纸质图纸。利用扫描仪首先将这些信息数字化，转
气
丫
卜
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郑州大学工学硕士论文摘要
换成计算机可以识别的数字信息，利用纸质地图转换为矢量地图的工具一一一材aPinfo
Professional 6.0，经过经纬度定位仪定位以后，生成矢量地图数据文件，将这些信
息存储在数据库中，并由WebGIS服务器进行处理，最终以矢量图形的方式呈现在用
户面前。
属性数据是指对设备的空间特征以外的目标特征进行描述的数据，包含了对目
标类型的描述和目标的具体说明和描述。本系统中的属性数据含有设备的详细描述信
息，包括全局MIS系统中的生产运行台帐、调度SCADA系统中的实时遥信量和遥测量、
变电站的日常管理中的记录和报表等。对于局MIS系统里的设备台帐数据，通过共享
Mis设备库的方式获得;对于调度SCADA系统里的实时运行数据，通过与S以以系统
供应商约定接口标准，采用标准接口库方式和调用实时招测函数方式或TCP报文方式
获得;对于变电运行管理中的属性数据，系统建成前，是根据变电站往日运行的实际
情况，由运行人员采用键盘输入的方式获得的，系统建成后，一部分由运行人员键盘
输入，一部分数据通过程序可以做到自动更新。
本论文论述了系统采用的以高级结构化查询语言(SQL)为基础的Orade大型
关系数据库。属性数据的组织与管理采用通常的关系型数据库即可，但对空间数据则
不是完全适用，这是因为空间数据的空间分布特征、非结构化特征、空间关系特征、
海量数据特征所造成的。因此，大部分GIS软件采用文件与关系数据库混合管理的模
式进行管理，即:文件系统管理几何图形数据，采用通用关系数据库管理系统管理属
性数据，两者之间的联系通过目标标识或内部连接码进行连接。在这种管理模式下中，
就几何图形而言，由于GIS系统采用高级语言编程，可以直接操纵数据文件，所以图
形用户界面与图形文件处理是一体的，中间没有裂缝。就属性数据而言，通过高级编
程语言C的接口，使得地理信息系统可以在C语言的环境下直接操纵属性数据，并通
过C语言的对话框或列表框显示属性数据，或通过对话框输入SQL语句，并将该语句
通过C语言与数据库的接口，查询属性数据库，并在GIS的用户界面下，显示查询结
果。在开放性数据库连接协议(简称ODBC)推出之后，GIS软件商只要开发GIS与
ODBC的接口软件，就可以将属性数据与任何一个支持ODBC协议的关系数据库管理系
统连接。
论文论述了系统丰富的图形功能，它能够分层显示商丘电网、变电站丰富的地
II
郑州大学工学硕士论文摘要
理信息，采用操作互动性设计原则，力求更加接近变电站真实场景，在一个直观的可
视化环境中实现设备台帐管理、变电运行管理、实时数据显示、操作票自动生成等功
能，在设计时考虑多级用户的使用，满足各层次人员的维护、管理、查询需求。
本论文还论述了作者开发的由知识库、电网结构和状态库、电网图形模块、推
理机以及人机接口五个部分构成的操作票专家系统。其中，操作规则、系统的领域知
识、电网结构等知识的表达都采用框架表示法，以外部数据库的形式进行存储。该系
Works stated in this thesis are completed with a practical project "Digital Substation System Based on WebGIS", which are brought forward the concept of the ''Digital Substation" according to the "Digital Power of Henan" spirit. It accumulated all informations and functions for substation management to a high degree system based on the WebGIS platform. It can send out the expert hint or help to complete more management work while complete the daily tasks based on the Real-Time sirutation. Popularly speak, work is to establish the so-called substation information management system. This thesis is the important scientific project of the Henan Power Company.
The Digital Substation System(for shorts DSS) is a high degree integrated information system based on WebGIS, which take the substation management information as masterstroke by connect to SCADA system and MIS system. It intergrated substation geography information, Real-Time data and equipment database as a whole system, as a result, place data and attribute data can be record, manage, inquire, inspect and maintain through the system.
WebGIS can manage place data. SCADA system has Real-Time information. MIS can manage attribute data, substation management hint the connection of different data. Therefore, DSS joint all information of substation according to the management request of running system in order to completely manage the equipments.
Based on the characteristics of the obvious geographic distributing characteristics of substation, the subject introduce the conception of WebGIS. WebGIS can not only connect map factor and attribute factor but also dynamic the connection. The system connect graph with database to realize data inquiry, management and analysis by adopt the JAVA Applet method and ActiveX method.
Electric paper drawing is the main source of space data which can decribe the
geography distribute of substation in the system. First, paper drawings are scanned and turned to digital information by the software tool- Mapinfo Professional 6.0. Second, the data are orientated by orientation instrument. Thirdly, they are handle from WebGIS server and present as a vectorgraph.
Attribute data can describe style and explain the substation equipment which contain the attribute information. Attribute data of the system involve the substation equipment information, equipment account from Real-Time information of SCADA system and note or report forms of substation daily management. Substation equipment information can be obtained by shareing MIS equipment store room, Real-Time information of SCADA system can be obtained by meeting mode, transfering Real-Time function mode or TCP report text mode after promise the same meeting standard. Attribute data that substation manage need can be obtained by keyboard input or auto programme update.
The system adopt the large database system of Oracle, which based on the advanced structural Single Query Language( SQL). Attribute data is manage by relationship database, which is not exactly suitable for space data because of its characteristic of space distribution non-structural, space relation, mass-capacity. Therefore, GIS systems mostly adopt mix management mode of document and relation database in space data and attribute data, that is, document system manage geometrical graph data, database management system manage attribute data, they are linked by target mark or inner code. Graph interface and file manipulation can be dealed as a whole because the GIS is programmed by high programme language and can directly manipulate the data document under this kind of management mode. GIS can directly control attribute data through high programme language C, then, attribute data can be display or inquire by SQL sentence. After the detrusion of Openning Database Connect Agreement(brief name ODBC), attribute data can be connect with database management system under the meeting software of GIS and ODBC.
The system has the abundant graph function, it can display geography scene of shangqiu power substation by layer through m
引文
[1] 黄益庄．变电站综合自动化技术．中国电力出版社．第一版．2000年3月．P34～68
[2] 龚健雅．地理信息系统基础．科学出版社．第一版．2001年2月．P21～89
[3] 彭宇新、傅家祥．基于C／S体系结构的贵州电力地理信息系统的开发．贵州工业大学学报．1999年．第28卷．第1期．P1～4
[4] 黄宵宁、张真良、杨志超．地理信息系统及其在电力系统中的应用．江苏电机工程．2002年．第21卷．第1期．P52～54
[5] 梁红莲．刘登忠．GIS应用现状及发展趋势探讨．物探化探计算技术．2001年2月．第23卷．第1期．P68～72
[6] 周树刚．GIS在电力系统中的应用．科技环保．2000年．第9期．P21～22
[7] 邬伦、张晶、赵伟．地理信息系统．电子工业出版社．第一版．2002年7月．P12～34
[8] 李德仁、龚健雅、边馥苓．地理信息系统导论．测绘出版社．第一版．1993年6月．P45～89
[9] 潘庆．地理信息系统(GIS)在城网改造中的应用．安徽电力职工大学学报．2000年9月．第五卷第3期．P28～32
[10] Burrough. P.. Principles of Geographical Information Systems for Land Resours Assessment. Clarendon Press. 1986
[11] Mapinfo Corporation. Mapinfo Professional User'sGuide
[12] Michale F.. Worboys...GIS:Computing Perspective. Taylor&Francis. 1995
[13] 肖建．ASP．NET编程基础．清华大学出版社．第一版．2002年5月．P19～48
[14] Mapinfo Corporation. MapBasic User'sGuide
[15] 张超、陈丙咸、邬伦．地理信息系统．高等教育出版社．第一版．1995年
5月．P110～128
[16] 孙仲康、沈振康．数字图像处理及其应用．国防工业出版社．第一版．1985年10月．P24～48
[17] Gahegan. M. 1989. An Efficient of Quadtrees in Geographical Information System. INT. J. Geographic Information System. NO. 3
[18] 李源、提兆旭、张沛超、郁惟镛．变电站管理信息系统的设计与优化．电网技术．1999年．第23卷．第2期．P28～30
[19] 陈吉民．“自动检测SCADA系统遥测精度的一种方法”．电力系统自动化．1995年，第19卷．第4期．P62～63
[20] 吴毅、杨祖德、孔志敏、朱文婷，电网调度自动化系统遥信误动误报的一种解决方案．电力系统自动化．1996年．第20卷．第12期．P57～59
[21] 张健能．变电站记录软件的开发．华中电力．2001年．第14卷．第6期．P69～70
[22] 王锡生．变电站操作仿真与运行管理系统．电网技术．1998年．第22卷．第8期．P34～37
[23] Fisher. P.A. (Ed.)(from 1997) International Journal of Geographical Information Science. Taylor and Francies. London
[24] 郭仁忠．GIS空间分析．武汉测绘科技大学出版社．第一版．1998年9月．P122～145
[25] 王本颜．方蕴昌．数据结构技术．清华大学出版社．第一版．1988年4月．P42～75
[26] 陆燕琴．统计数据库与空间数据库信息的相互转换和联接—微机资源与环境信息系统．中国科学技术出版社．第一版．1990年．P68～95
[27] Newell. R. et al.. Integration of Spatial Objects in a GIS. Auto-Carto 10. USA. 1991
[28] 任伟红、张蕾、周洪．基于Internet的地理信息系统(WebGIS)在电力系统中的应用．华北电力技术．2001年．第7期．P27～29
[29] Richard Mansfield．Visual Basic 4.0编程手册．科学出版社．1996年8
月．P67～145
[30] Shaffer. C, et al.. 1990, QUILT:A Geographic Information System Based on Quadtrees. INT. J. Geographical Information Systems. NO. 2.
[31] Robert Laurini & Derek Thompson. Fundamentals of Spatial Information Systems, Academic Press. 1992.
[32] Aronaff. S. Geographic Information Systems -A Management Perspective. WDL Publications, Ottawa. 1989
[33] Brassel. Kurt E. and Robert Weibel. A review and conceputal framework of automated map generalization. International Journal of Geographical Information System. 2(3). 1998. P229-244
[34] 珠海优特电力产品配套有限公司．操作票专家系统用户使用说明书
[35] 王林川、焦燕丽、邓集祥．一种新的灵活实用的操作票专家系统．继电器．2000年．28卷．第四期．P35～37
[36] 郜焕平、马希荣．Visum Basic 6.0程序设计．机械工业出版社．第一版．2003年1月．P125～140
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