基于三维GIS的变电站辅助决策平台设计与研究

统的相关业务数据库。为系统平台提供业务数据以便于实现平台内的在线监控及管理。电力业务数据（PMS2.0）通过业务应用模块,利用集成接口实现数据的调用。

2）设备检修状态策略库中存放设备检修状态策略数据,主要支撑一体化管理指挥应用决策分析模块的诊断及辅助决策功能。策略库的管理维护与交互工作通过业务应用模块实现。

3）三维精准数字模型库中存放电力设备的三维精准数字模型数据,是平台的基础及核心数据,借助空间数据库实现数据的存储与管理。模型库的管理维护与交互工作通过三维精准数字模型应用模块实现。

4）应急预案数据库中存放应急预案的相关数据信息。应急预案数据库的管理维护与交互工作通过三维精准数字模型应用模块实现。

2.2.3 业务应用

业务应用模块是平台中支撑业务相关功能的底层模块,主要包括：集成接口、应用服务、数据传输及模块组件。

1）集成接口实现平台与外部系统结构化数据中心的集成,借助接口服务,完成对结构化数据中心相关业务数据与信息的抽取与调用过程。

2）应用服务是平台中业务管理与分析相关服务的总称,为应用层的功能应用模块提供支撑。

3）数据传输完成平台中各模块及平台门户间的数据交互过程,实现与三维精准数字模型应用模块的数据共享与交互过程。

4）模块组件是业务应用模块中关联的组成部分。

2.2.4 三维精准数字模型应用

三维精准数字模型应用模块是变电站辅助决策平台中支撑交互界面、实现三维可视化管理的核心模块,主要包括：应用服务、数据传输及模块组件。

1）应用服务是平台中业务管理与分析相关服务的总称,为应用层的功能应用模块提供支撑。

2）数据传输完成平台中各模块及浏览器间的数据交互过程,实现与三维精准数字模型应用模块的数据共享与交互过程。

3）模块组件是业务应用模块中关联的组成部分。

 3 系统实现与应用

3.1 三维综合展示

3.1.1 数字模型建设

针对电力设备进行数字化精细化建模,以实现对各项业务的三维展示、图数互动和仿真控制。使用先进的三维建模技术对地理信息和电力设备及部件进行快速精确建模,依据设备台账管理的要求对设备模型进行拆分,形成独立的模型。

3.1.2 变电站全景动态仿真

在数字化模型中,实现实景展示及动态仿真功能,仿真效果如图3所示。在三维数字模型场景中,展示设备及周边地形环境,实现三维数字模型场景浏览及相关操作功能,包括三维浏览基础操作、鹰眼图、粒子特效展示、图形/三维场景输出和设备导航等场景交互功能。

图3 变电站全景仿真效果Fig.3 3D panoramic view of substation

3.1.3 三维数字化分析展示

在变电站三维模型场景中,支持对数据分析结果进行查询管理操作。

1）专题图管理。通过变电站及设备的三维数字模型,基于实时电网状态数据,展示设备拓扑关系、电网运行环境专题图等,为现场工作人员的操作提供直观的三维立体的显示支持。

2）数字模型管理。基于GIS平台的空间计算实现对三维模型的物理特性的操作及管理。实现在三维数字模型场景内的各种长度、面积、体积的量测功能,包括：空间距离量测、水平距离量测、垂直距离量测、地表距离量测、投影面积量测和地表面积量测等功能。

3.2 可视化监测与管理

3.2.1 多源业务数据融合

基于数字化模型,对设备的状态数据、监测数据等信息从PMS2.0、OMS、状态监测系统、状态检修系统进行接入。主要内容如下。

1）状态数据信息接入。按照生产过程,在设备的数字化模型上创建设备状态信息,主要分为投运前信息、运行信息、检修试验信息、家族缺陷信息四大类。

2） 监测数据信息接入。在设备的数字化模型上接入监测数据信息,主要包括设备的运行数据以及状态量指标两大类,并创建监测数据信息日志,实现对设备检测信息的快速查询和管理（见图4）。

图4 可视化监测与管理Fig.4 Visual monitoring and management

3）告警数据信息接入。在设备的数字化模型上接入告警数据,实现监测信息告警查询,准确关联告警对象的信息,其中包括：设备基本采购信息、历史维修信息、缺陷信息等,支撑告警原因分析和告警情况解决。

3.2.2 数据可视化管理

在三维数字化模型中,对接入数据进行可视化查询管理操作。

1）状态评价信息可视化展示。依据设备状态特征量和状态评价相关导则标准,结合设备健康状态的各指标项数据进行分析评价,在数字模型上,用多种形式展现设备总体健康状态等级,为制定检修决策、状态检修计划和技改大修项目立项提供依据。

2）设备属性管理。通过点击站内设备实现站内设备台账信息查询。在设备三维数字模型台账属性中管理设备电系铭牌信息,包括：铭牌编号、铭牌名称、设备类型、电压等级、所属电站、所属间隔等信息,实现设备部件型号、规格等台账信息在设备数字模型中的直观显示,为检修管理人员、现场工作人员提供辅助支持,同时利用台账数据提高备品备件的利用率和检修工作的效率。

3.3 辅助决策专题分析

1）基于高精准数字模型的设备缺陷分析。结合数字模型精准定位能力,在线掌握关键设备缺陷及分析结果,为设备维护、大修等策略提供决策参考。结合高精准数字模型,针对重复性缺陷开展专项分析,实现穿透查询数字模型范围主要设备的缺陷信息可视化分析结果,整体把握公司缺陷处理的总体情况。设备缺陷告警如图5所示,对于变电站内的缺陷信息,可以在三维场景中快速地定位,并查看详情。

图5 设备缺陷告警Fig.5 Power equipment defect alarm

2）基于设备运维检修专家决策分析。在完成多源数据融合后,来源于PMS2.0、OMS、状态监测设备的信息集成在三维数字模型中,基于历史数据检修、运行等信息,研究问题发展规律及预警监测模型,为设备状态故障预警提供开展专家决策分析提供参考。缺陷辅助决策分析如图6所示,对于设备历史缺陷,可以直接在三维场景中对缺陷等级、缺陷发生频率进行三维可视化展示分析,并通过检修决策库提供检修决策方案。

图6 缺陷辅助决策分析Fig.6 Analysis of defect decision

 4 结语

本文通过三维建模技术与GIS技术相结合构建了基于三维GIS的变电站辅助决策平台。通过精确的三维数字模型,可以实现设备、部件的测距分析,同时基于精准三维模型,可对关注的重点区域展开可视域分析、安全距离分析、危险区域分析等。在此基础上,通过与现有PMS2.0等电力业务系统数据的接入融合,依托三维实景仿真环境,为设备缺陷可视化监测和诊断提供新手段,进一步提升变电站信息系统的集成化和智能化水平。