配电网络GIS系统

配电网络GIS系统（精选9篇）

配电网络GIS系统 篇1

1 前言

配电网故障定位和隔离是配电自动化的关键技术之一, 配电网的故障恢复和设备抢修都是建立在故障准确定位的基础之上。绝大部分均是基于配电自动化获得继电保护动作、开关变位信号、故障信息进行故障定位, 而对于解决不完备信息的故障定位问题相对薄弱。

利用GIS技术的空间分析、网络分析功能实现电力专业分析、高级辅助功能, 这在国内还处于起步阶段。GIS的网络分析功能可以实现网络上溯、下溯追踪分析、公共祖先追踪分析、网络连通性分析等等, 这些都将为故障定位奠定了很好的基础, 对于配电网络保护的加强和提升配电网络的可靠性具有重要意义。

2 配电网络模型

配电网主要包括配电变电站, 配电线路, 开关刀闸及配电变压器设备。断路器环网柜, T接箱和开闭所在线路通断上其实际作用相当于开关, 所以均可由开关代替。

其中, S是变电站, L是线路, 连接所有的电源, 开关和变压器, K表示影响网络通断的开关, 刀闸或熔断器, T为变压器, 并带有各自的用户。

由于保护的需要, 一般采用辐射状供电的开环运行方式, 即配电网具有正常时闭环结构, 开环运行。一个确定的配电网可以将它看作由许多以电源点为根的树组成的森林, 可以将它划为若干个以电源点为根的树状配电子网络, 因此在进行故障定位时仅需考虑故障所涉及到的树状配电子系统, 进而就可以提高定位的推理速度和效率。

3 故障快速定位技术

故障定位有三种方法:利用重合器和分段器进行故障定位;利用馈线终端单元和数据采集与监控系统配合来实现故障定位;利用供电部门的客户服务系统通过用户打故障投诉电话来确定故障点。GIS配电网络故障快速定位技术具有以下特点:

1) 跟开关功能类似的所有设备都称为一个开关接点。

2) 变电站为电源接点, 本系统不考虑变电站内部线路结构。

3) 所有的配变及所代的用户为变压器接点。

4) 接点和因同条线路不同型号形成的分接点 (这两种接点称为结点) 。

图2为基于GIS的配电网络模型的几何网络拓扑图。

注意要点:

1) 几何网络必须建在一个要素数据集里, 建立几何网络之前要先有要素数据集。Geo database中, 建立在要素数据集中的所有要素类具有相同的坐标系统。

2) 参与几何网络的要素类必须是简单要素类, 一个要素类只能参与到一个拓扑关系中去, 这个拓扑关系可以是拓扑, 或是网络, 这样对要素类的限制可以有效地保证数据库数据的一致性。

3) 在Arc Catalog中创建几何网络, 实质上便是指定几何网络参数的过程。比如指定需要创建几何网络的要素集, 选择参与几何网络的要素类, 指定网络名称指定是否创建复杂边线, 设置捕捉容限, 设置权重, 设置连通规则等。

4 GIS配电网络保护系统设计

4.1 系统设计

根据配电企业的业务特点, 将系统划分为以下几大主要功能模块:图形显示, 图形编辑、设备管理、网络分析、辅助决策、用户管理、运行管理、变电运行管理、污秽分析、雷击分析、故障抢修。

根据系统的具体需求, 结合目前主流的技术方向, 系统构架为以空间数据库为核心的C/S加B/S混合构架。

1) 客户端:

在信息整合的基础上, 进行数据的分析和表现:系统设计的客户端由两部分构成, 一个是基于浏览器界面, 另一是基于地图界面客户端软件。

2) 数据库服务器:

使用大型数据库Oracle 10g, 对图形数据和属性数据进行统一管理, 系统管理员对各级人员分配不同的权限, 由数据库服务器统一管理所有的地图数据, 包括基础底图数据, 以及各种专业数据等;相关业务图层根据权限的设定只能由相关人员才能进行编辑和修改等操作, 从而保持数据逻辑上的一致性。

3) WEB服务器:

对内部不同部门人员实现web信息发布。采用IIS作为WEB服务器;业务人员可以通过浏览器向WEB Server发出查询、统计等各种请求, 由应用服务器响应并将结果传给浏览器。

4) B/S结构:

用于信息发布。考虑到除电力系统的直接管理部门之外, 还有其它单位有获取电网信息的需求。鉴于B/S结构在信息发布方面独特的优越性, 如对前端的用户数目没有限制, 不需要其他任何特殊软件, 另外对网络也没有特殊要求。采用B/S方式, 用户数可以任意扩充, 不需要再追加投资, 大大节省成本。

5) C/S结构:

对于频繁的图形操作和数据操作, 通过WEB服务器和应用服务器与数据库服务器之间进行信息传递, 响应速度将会有一定影响。另外, 浏览器端操作的交互性差也将约束一些复杂功能的实现, 因此将C/S结构用于配电系统的直接管理部门。

4.2 提升电力设备可靠性策略

1) 要提高输变电网络质量。在进行设备选型, 工程建设投资时, 对输变电网络终身寿命经济指标进行综合评估, 选择最佳投资方案。

2) 要落实完善防“三误”措施。

3) 确保自动重合闸功能可靠.缩短强送时间。

4) 采用标准化巡视作业卡, 确保巡视到位和质量。

5) 统筹做好输变电网络大修, 技改, 反措, 年检等年度停电需求的平衡, 协调, 减少重复停电。

6) 做好年度, 月度检修计划管理。杜绝非计划临时性检修。

7) 合理安排, 节约计划停电时间全过程管理和控制。

5 结束语

通过以上对配电网络模型和几何拓扑结构的分析及以GIS配电网络故障快速定位技术为基础, 推演了配电网络模型的几何网络的要素数据集, 设计了基于故障快速定位技术的GIS配电网络保护系统, 并依据所得到的实验测试结果, 经过数据拟合进一步提出了基于GIS配电网络保护系统的全面提升电力设备可靠性的工作策略。

参考文献

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[3]金立军, 刘卫东等.GIS金属颗粒局部放电的试验研究[J].高压电器, 2002, 38 (3) , 10-13

配电网络GIS系统 篇2

摘要：主要介绍一种基于GSM网络的GPRS网络通信技术实现的变压器负荷监测系统，通过GPRS网络实现变压器参数的远程监测。该系统具有建网方便、无需布线和几乎不受区域限制，一次性投资少，日常运行费用低等特点。

关键词：GPRS Modem 单片机系统 远程监测 AT命令集

随着无线通信技术的不断提高，利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控SCADA，是电力系统现代化的一个重要发展方向。由于GSM网络的通信技术已经成熟，覆盖面又广，利用GSM无线通信方式来实现变压器参数的实时采集，无疑是对现有资源的最大利用。最重要的是GSM网络是由移动运营商投控系统，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。无论何时何地，只要有一部电脑和可以上网的电话线就能实现对各地变压器进行监控；如果配备GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）无线Modem，使能实现，便能实现移动监控。本系统用基于GPRS网络通信技术和网络微处理器技术相结合的方法，解决变压器参数远程传输问题，实现及时报警、实时数据采集和实时负荷监测的功能。其意义在于：通过监视变压器的运行状况，优化配网运行方式；发生故障或异常运行时，迅速报警，及时恢复正常供电，减少停电时间，保证变压器的安全运行；记录电压越限时间，计算电压合格率，从而合理控制电平水平，改善供电质量。

1 系统结构

本系统由现场变压器三相电力参数采集、GPRS通信网络和监测中心上位机软件三大部分构成。变压器三相电力参数采集安装在变压器现场，通过电压互感器（PT）和电流互感器（CT）对变压器二次端的.电气参数进行采集监测；同时，分析、记录采集数据供电位机查询，并在变压器三相电力参数出现异常事件时主动上传告警信息。GPRS通信网络是监测中心与现场变压器之间的数据传输的桥梁，通过GPRS网络使现场变压器的相关参数能够主时传送到监测中心计算机；监测中心软件一方面通过GPRS网络与现场监测器进行双向通信，另一方面为用户提供一个可视化界面，让用户足不出户即可了解远方变压器相对实时的运行状况。与现场GPRS无线Modem相对应，监测中心计算机必须借助GPRS无线Modem拨号进行GPRS网络，方可与现场监测器进行远程通信。系统结构如图1所示。

变压器三相电力参数采集包括两大部分。一是电力参数采集模块，对变压器三相电气参数进行实时采集；同时存储历史数据，以便监测中心要了解变压器的电压、电流、功率等电参数质量时，可以通过预先设定的查询历史数据命令获取，然后通过监测中心软件分析形成曲线报表等。二是智能监测与GPRS通信管理模块。该模块监测与分析采集模块送出的实时参数，如果发现电压电流超限或断电来电，则启动GPRS通信模块的监测中心发送报警信息；当上位机软件发起通信请求时，还要负责握手和建立通信链路。

监测中心软件为用户提供一个可视化的监测界面。该监测界面采用多级电子地图的形式，让用户直观、方便、快捷地了解变压器的运行状态。通过此界面，用户可以及时发现变压器出现的故障。譬如，某变压器A相电压过大，则在电子地图中该变压器处出现闪烁亮点，提示用户该变压器出现警情，并伴有声音报警。用户可以点击变压器图标处查看告警详细内容；同时，用户通过查询历

配电网络GIS系统 篇3

关键词：地理信息系统；配电网生产管理；信息技术；GIS

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0053-02

GIS的全称是Geographic Information System，也叫做地理信息系统，是对地理空间的数据进行管理的一门学科，可以进行数据的提取、研究、筛选、处理、统一管理等。近几年，GIS的应用发展趋势迅速猛烈。以实际应用和技术方面来讲，它是可以处理地理空间的一种手段、一种工具；以科学的方面来讲，它是基于地理学、测量、地理勘察、计算机等多种学科理论之上的一门教学，是有其独有的教学体系的学科；以作用方面来讲，它是一种可以进行提取、存储、导入、输出数据等功能的应用；以系统方面来看，它是具有完整体系的，包括功能运行等结构的系统。电力网是一种特殊的网络，其拥有独立的空间基础，而GIS的应用，可以有效地提高电力网运行的稳定性，保证供电的安全性及可靠性，并可以大大提高处理故障问题的效率。本文从以多个角度进行分析，深入研究分析GIS在电网中应用的衔接情况，以便使GIS技术有效地融入电网的应用中。

1 GIS系统的技术问题

1.1 B/A/S技术

在JZEE技术结构的服务体系中，需以其应用系统以及服务环境为基础进行网络技术平台的搭建。概念上没有过多的变化，所以技术架构的形式上没有太多的差异，而在技术的部署中，应用运行的差异过大。前期需要深入地对当前广泛应用的几种架构模式进行分析取长补短，进行系统平台的技术方面的构建。

系统中的表示层以及应用技术层的概念是应用MVC的结构完成的，而系统模型中的缺点是应用EJB的形式进行替换。EJB的应用是依据持久层的形式，将其处理的参考对象与系统中数据库的参考对象替换。通过这种方法，将各个系统优点的平台聚集，另外还可以进行版块的分类等多种功能，例如数据资料和业务信息的分类、业务信息和系统功能分离，实现了各个版块的的松散藕合，将系统内的服务领域和关系领域的版块联系一起，在不影响系统内业务版块应用的前提下可以进行数据的修改，可以及时地更改业务逻辑。

1.2 C/A/S技术

在应用以J2EE为标准框架的B/A/S技术来完成系统中图形及系统功能时，是具备相应的技术实施风险的，但是新建立的系统可以完全发挥系统优势特点的作用，所以，我们利用C/A/S技术作为系统图像处理的方法。

C/A/S在实际的应用中具备多种优势和特点：可以有效避免各种应用先进技术后引起的技术实施风险；在应用以J2EE为标准框架的B/A/S技术的三层结构进行系统图像处理中运行稳定后，才自动将与B/A/S并行的瘦客户端逐步退出；在系统初步运行时，大量的数据会影响系统运行的速度以及系统运行稳定性，C/A/S技术可以解决这种问题的发生；客户端三层结构分为表示层、应用层以及数据层，C/A/S技术将这三层结构运用逻辑分层的形式划分。

客户端的三层结构图像功能的架构：数据层的架构包含两方面，有Oracle数据库以及Smallworld VMDS的空间数据库；应用层架构的作用是对系统的引擎以及系统网络拓扑引擎提供绘制需要的图形，通过这种方式绘制图形完成系统的引擎，同时，数据层提供相关的地图数据的传送。应用层依据系统拓扑引擎，为全部配电网系统提供有效的拓扑分析数据的支持。应用层在整体的服务功能中可以完成网络权限的管理、网络界面的管理以及功能模块插件的管理等；客户层的作用是在基于数据层和应用层的运行下，向整个客户端提供专业全面的应用。

2 GIS的总体系统架构

应用GIS的配电网管理是一个一体化、系统化的系统，其系统架构主要包括配电网的数据资源管理模式、配电网的运行管理模式、配电网调度运行的管理模式、电力生产的管理模式、安全调控的管理模式等。依据我国的电力规范要求和本地电力企业实际情况，配电网系统的应用在以J2EE为标准框架的基础之上，采用B/A/S的多层次系统结合C/A/S一体化系统为主的系统运行平台，此系统的运行平台的架构分为系统表示层、系统应用层、系统数据层，其中应用层包括中间件、电网应用的逻辑概念、数据应用持久模板。这种相结合的配电网体系，是基于国家的规范条例以及公司的要求下完成的，不但符合规范要求，而且符合本地安全生产信息系统在配电网系统中应用的需求和技术发展需要，与此同时，这种系统将电网的服务资源、数据资源充分利用，避免造成过多的网络负荷，提高了整个网路、系统运行的稳定性和可靠性，在客户端维护方面简化了应用程序，易于操作。

3 GIS系统的硬件架构

电力企业在对电网的数据管理中是采用集中式的管理模式。在电网的运行中会形成各种运行信息，根据侧重不同，可以分为运行信息、空间数据信息、实时信息三大类型。配电网的集中管理模式就是将以上信息进行摄取、传送至市级的配电网数据中心，将多种信息进行分类、处理、储存等管理。配电系统的硬件架构是以数据中心为根本，围绕数据中心建立电力应用管理的平台，硬件设施是数据中心的服务器、应用中心的服务器、WEB服务器。

对服务器功能的要求是，其必须具有可以提供大量的访问工作的能力，但是服务器的处理能力是现阶段的瓶颈。若客户端的访问量出现过大的情况，超过了服务器的负载压力数，那么就会导致服务器无法响应或相应延迟出现宕机的情况。因此，我们分析单台服务器无法承载过多客户端连接，一般情况下，普通的服务器在运行时处理能力每秒最多只能完成几十万个请求，不能完成每秒更多的服务器请求。但如果将多个普通的服务器组成集群，并且使用软件负载均衡技术把各项请求平摊给集群内的服务器，即可以实现系统每秒完成更多的服务请求。

4 结语

根据以上论述，通过GIS系统的概念简述、技术应用解析以及管理系统硬件的介绍，把GIS技术融入进配电网的系统管理中，有机地联系GIS与配电网系统，使配电网的实时运行状态在GIS中以图像的形式展示出来，以便详细地了解配电网中运行的各项情况与数据情况。若出现电力故障，将通过GIS及时展现，便于我们针对其相应的环节制定解决办法，保证供电的稳定性及安全性。GIS整体的应用和运行有效地提高了电力系统的故障解决能力，保证了电力的可靠性。

参考文献

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[6] 李涛，田敏，陈昌伟.地理信息系统在西安配网调度

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GIS在配电系统中的应用讨论 篇4

1 基于GIS的配电系统应用必然性分析

GIS系统与目前存在的整个配电系统相结合, 是科技与经济两个方面发展的必然。从技术支持角度看, GIS系统自身已经历经多年的发展, 其状态相对趋于成熟, 且目前已经广泛应用于诸多管理系统, 例如电信、水利、电力、通信、石油天然气、军事以及交通等, 并于其中发挥着举足轻重的作用。随着科技的发展, 计算机运算速度以及存储能力的不断提升, 直接提升了大规模的数据库系统的运算效率, GIS系统也是在这一科技大潮中收益的目标之一。此外, 计算机的普及, 也使得GIS同配电系统的结合有了更大的应用潜力, 这种二者相结合的系统的更大范围应用, 在很大程度上得益于计算机系统以及网络的普及。

而从配电系统自身发展的角度看, 呈现出更多的复杂特征。首先是我国配电系统相对而言较为复杂, 由于我国地域广阔, 各个地区配电网络形成的时间不一, 采用的管理技术以及相关机制更有千秋, 加之配电网络通常横跨很大的地域, 更导致管理的困难。不同时期发展起来的配电网络, 随着发展必将在一定程度上出现融合现象, 而各项技术指标, 以及配电网络所处的综合环境, 都为多网融合带来了障碍。此外, 我国10kv以下配电网络覆盖面大、设备数量巨大且庞杂, 技术接口各异, 直接导致线损水平以及故障率都偏高, 维护困难并形成多种形式浪费。这些都从客观上要求GIS与配电系统相结合, 共同对目前存在的配电网络实现有效管理。

2 配电GIS系统在实践工作中的应用讨论

就目前我国的配电网络管理工作状况而言, GIS在其中已经开始发挥作用。从目前科技发展的步伐以及GIS的应用状态看, 未来的GIS在配电系统中将主要应用于如下几个方面:

2.1 针对配电网络的优化工作

我国配电网络发展相对缺乏均衡性, 通常都是由早期若干个配电网络相互融合形成, 这使得整个网络呈现出相对的特性分散, 在各个融合节点处呈现出一定的不适应性, 为整个网络综合效率的提升带来了一定的阻碍。

针对这种状况, 可以首先利用GIS系统中的MapX功能来对配电网络进行深入的了解。具体工作包括对节点拓扑和线路分段拓扑的判断, 以及不同部分网络连通性等空间关系。具体需要获取的数据包括通过选定变电所以及相应路线, 获取线路标识以及路线中的各分段标识, 从而确定各段线路起始以及终止信息, 以及线路相邻节点状态, 并根据潮流方向, 得到整个配电网络的拓扑结构矩阵。在此基础上, 运用网络的潮流计算程序对配电网络中各条线路展开计算, 找出负荷分布不均衡的线或线路簇, 对于局部网络运行功率因数偏低或者损耗过高的现象应当特别予以重视。

根据在现存配电网络中发现的种种问题, 有针对性地对其实施优化工作。需要做的工作包括在配电线路之间增加联络线、在整个配电网络中增加供电回路借以平衡网络负荷, 重新考量配电网络物理介质的适用性等。在对配电网络优化的过程中, 应当注意整个网络的系统性, 对同一个地区进行供电, 在实际工作中存在多种途径, 然而每种供电方式都会对应着不同的线损以及工作效率, 基于这种情况, 一方面应当重点着力于解决现存配电网络中的问题, 另一方面则应当从系统整体着眼, 进行全局性质的优化, 力求得到最优的配电系统。

2.2 辅助线损计算工作

就我国目前存在的配电系统而言, 计算线损是一个极难完成的任务。由于我国配电网络多由多个区域性网络融合而成, 因此对于配电网络末梢的具体状况常常难以把握, 系统中的配电元件参数以及相应的运行数据常常出现缺失状况, 给线损的计算乃至估算带来不利因素。同时另一个影响线损计算的主要方面来源于低压电网。在我国, 35kV以下的低压电网广泛分布在配电网络的末梢环节, 节点多、分支多、元件规格不一等问题在此类配电系统中层出不穷。低压电网相对于配电系统主干网而言情况更加复杂, 负荷分布不均, 资料缺失状况也更为严重, 因此对于低压配电系统的线损, 目前只能采取电压损失率法或者台区损失率发进行大体的估算。

针对于这种情况, 引入GIS系统可以从一定程度上帮助实现配电网络的线损计算。对于较为完善的GIS系统而言, 通常可以实现配电系统完整地理信息的精确反映, 并且能够保持其系统内开关类设备与运行方式变化保持一致, 更完备的GIS配电系统还能够准确反映变电站以及开关站的各类出线运行数据。在此基础上GIS系统能够通过庞大的数据库支持实现对整个配电网络线损的最精确计算, 其计算精度取决于GIS系统自身的完备性。同时, 这样的GIS系统通常还能够给出若干对于网络优化的建议, 帮助制定决策。

鉴于配电网络横跨较广的地理区域, 因此对其行为展开计算机模拟并对其动态进行仿真和控制已经成为必然。对于GIS配电系统而言, 虽然在建立初期可能会面临数据采集量大, 建模工作繁重等问题, 但是一旦建成, 将极大有利于对整个配电系统的管理。因此GIS与配电系统的结合, 必将会成为未来应用的主流方向。

参考文献

[1]刘德刚, 周刚.宜昌供电局配电网GIS系统解决方案[J].计算机工程与设计, 2002, 23 (6) .

[2]汤国安.地理信息系统[M].北京:科学出版社, 2000.

配电网络GIS系统 篇5

电力GIS系统以地理空间数据为基础,采用空间数据模型分析方法,适时地提供多种空间和动态的有用信息。GIS数据分为空间数据和属性数据,在数据的存取处理上和通常的方式有很大不同。能否针对具体应用建立适当的空间数据模型,对电力GIS系统的性能有着决定性的影响。

1.1 传统电力GIS系统

在传统电力GIS系统中,电网设备、设施图形符号被标注在电子地图上,设备属性信息被存于数据库中,图形与属性信息间建立了一一对应的映射关系(其模型如图1所示),可以做到点图查资料和查资料调图,以及在地理图形上的一些区域分析功能(如某一范围内的设备统计等)。而接线图、系统图等描述电网逻辑拓扑信息的图形,只是另外加工的一种用于显示、输出的辅助信息,地理图上的各种查询、分析功能无法在这些逻辑图上操作,造成搜索花费的时间长、执行效率低,同时也不符合配网思想。因此,传统电力GIS系统作为贯穿于整个供电生产环节的生产信息协同处理环境时,存在很大的局限性,必须有一种专门技术来改善传统电力GIS系统对拓扑空间和电物理空间的描述能力。

1.2 电力AM/FM/GIS系统

从传统电力GIS系统到电力AM/FM/GIS系统,其技术内涵已经发生了深刻的变化,其中FM实现了传统电力GIS系统的全部功能,而AM实现自动映射,它是整个自动绘图与设备管理技术的支撑核心。自动映射的主要内容包含设备空间到地理空间映射、地理空间到拓扑空间映射、拓扑空间到电物理空间映射,其模型如图2所示。

2 配电GIS系统数据模型

在电力GIS系统中最重要的部分就是数据,而且空间数据占有较大比重,而且在电力系统中处理的大量对象都是点对象(杆塔、变压器等)、线状对象(电缆、架空导线等)和面对象(变电站、特殊区等),而矢量数据模型在反应网络信息方面(如管线、交通等)具有独特的优势,并在表示电力线路这样的线状地物方面具有直观性,便于进行网络拓扑分析。所以,为节省数据存储空间以及减少模型相互之间的转化时间,应该主要采用矢量结构来建立电力GIS系统。

2.1 配电GIS系统的数据建模

配电网直接联系着用户,配电网的线路、设备都与所在的地理环境密切相关。这种配电设施的地理分布特性,使得必须结合GIS系统的数据模型来建立配电网GIS系统的数据模型,从而实现配电设施的管理以及配电网络的分析、计算。

图3是配电网GIS系统的数据类型及其分类,图中的各类空间数据,应该在相对高斯平面坐标系下(这取决于实际系统应用的范围,一般以所在城市的高斯平面为基准)进行空间叠加,各类属性数据利用GIS系统的拓扑连接关系与空间数据相联系。

2.2 数据建模的实现

配电网GIS系统的数据一般为两种,图4是GIS系统的数据模型,包括空间数据和属性数据两部分。空间数据和属性数据通过标识符实现关联。

2.2.1 空间数据

空间数据可以表征变电站、用户单位、配电设备(变压器、电缆等)、电力设备(各种继电保护设备)的位置,和供电服务队伍、用户的地理位置等。这些配电网空间数据由点、线、面等对象构成,由GIS系统软件来管理。

下面分别对采用矢量方法进行存储的空间数据(点、线、面等对象)进行描述。

(1)点实体。对于点实体记录其特定坐标系下的坐标和属性,可以将其空间数据和属性数据结合起来,将点的坐标直接作为点实体的两个属性记录。图5说明点实体的矢量数据结构的组织方式,即每一个点存储的内容。

在图5中,唯一标识码是系统排列序号;点类型说明该店的类型;x,y坐标表示点的空间坐标;根据需要和便于记录、查询,将与点相联的简单属性直接存储于点文件中。

(2)线实体。线实体是n个坐标对(点)的有序集合,这些坐标对可以描述任何连续而又复杂的曲线,每段线实体存储的内容如图6所示。

在图6中,唯一标识码是系统的排列序号;用线类码确定该线的类型;用起始结点、终止结点的点号表示相应结点;中间点对序列确定了线的形状;左、右多边形确定了线与面的拓扑邻接关系;可包括部分简单属性(如线实体的图形参数等)。

(3)面实体。面实体即多边形,多边形数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。多边形矢量编码不仅要求能表示其空间位置和名称属性,还必须能表达区域的拓扑性质。因此,多边形矢量编码比点实体和线实体复杂,也更为重要。图7说明面实体存储的内容。

如前所述,同点实体、线实体的矢量编码一样,在形成多边形的拓扑结构时,其编码存储内容应主要包括以下内容:唯一标识码、多边形标识码、外多边形指针、相邻多边形指针、部分简单属性的记录等。

(4)拓扑关系的建立。配电网是一个复杂多变的系统,要真实有效地记录电网结构,除记录图形的物理空间结构外,还必须存贮相互之间的逻辑位置结构,即拓扑关系。在进行潮流(环流)分析计算、负荷预测、预演停电影响范围和短路容量计算等与连通性有关的高级应用时,必须利用相关线路和设备之间的拓扑关系。

为处理配电网GIS系统的拓扑分析,将依附于杆塔上的开关刀闸作为数据结构中的节点定义,在输入开关刀闸时,存储该点的空间坐标。开关刀闸之间使用架空线或电缆连接,定义线实体(架空导线或电缆)时,用该线的首尾坐标(即电杆的坐标)记录。这样,电线就是电杆之间拓扑关系的指针,这一方法就把线路和杆塔用数据结构的方法定义和存储起来。通过记录拓扑关系,就能存储杆塔、线路的相连关系、变配电站内进出线的对应关系。在这一基础上,我们就能实现对线路的拓扑分析。

2.2.2 属性数据

如电力设备运行情况(设备的投运日期、材料、运行状态等);供电服务队伍的人员情况、工作情况;用户的负荷类型、电话号码等。它们和地理坐标无直接的关系,是非空间定位数据。这些配网属性数据由链表、树、索引等结构组成,由关系数据库软件管理。

由上述分析,为了达到数据的一体化,便于供电公司对配电网以及电力设备的统一管理,我们将电力设备的部分空间数据和属性数据分化为设备台帐、设备图形、设备多媒体数据、设备附属数据4个数据模块进行有机管理。下面分别对这4个数据模块进行描述。

(1)设备台帐。用于存储电力设备的基础地理位置信息(如x,y坐标、经纬度等)以及设备基本属性信息(如设备名称、设备编号等)。

(2)设备图形。用于存储电力设备的图形信息(如图形大小、颜色等)。

(3)设备多媒体数据。用于存储与电力设备挂接的相关图纸、文档等任意格式的多媒体文件。

(4)设备附属数据用于存储与电力设备相关的各种附属数据表信息(如线路巡线计划表、设备缺陷表等)。

综上所述,可以得到配电GIS系统的数据模型如图8所示。

3 结束语

配电GIS系统空间数据模型基于AM/FM/GIS技术,并以实际的管理模式为根据来抽取对象,因此现实应用能很好地与GIS系统相吻合。通过将其应用于一个市级电网管理系统的开发,证明它能弥补传统电力GIS系统的不足,满足目前电力GIS系统的要求。由于采用了面向对象技术组织管理和处理数据,提高了系统的运行效率和易维护性,该模型不仅适用于电力系统,对于供水网、燃气网、园林系统等开发,也具有一定指导意义与应用价值。

参考文献

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[3]胡小倩.电力地理信息系统的数据库结构原理和应用研究[D].重庆:重庆大学硕士学位论文,2001.

配电网络GIS系统 篇6

随着城市经济的发展和用电负荷的增加,地区负荷密度越来越大,电网布线密集复杂,配电设备增多,负荷的变化性增大,不断变化的城市道路和建筑,以及市民对供电可靠性、安全性要求的进一步提高,这些因素都对城市的电网规划设计人员提出了更高的要求,而要高效准确地把握电网的发展,靠以往的人工方式已经不能满足现代电力系统的要求。计算机规划辅助决策系统成为现代城市电网规划必不可少的工具。

利用地理信息系统(Geographic Information System,GIS)进行电网规划有以下优越性:(1)能够通过数据库访问方便地获得变电站、负荷点的坐标;(2)GIS具有空间分析能力,在变电站布点还有网架布线的时候可以自动避开建筑物。这些特点都将大大减少规划人员的工作量,并且提高电网规划的精确性。目前有很多基于GIS的配网规划软件能够将GIS应用于配网规划,但是还不够完善,主要在于缺乏与其他信息系统的交互,并且查询维护较为复杂。文章将全面分析基于GIS的配电网规划软件的设计思路、功能配置、实现方法及相关关键技术。

1 系统构架

根据城市配网发展的现状,配网规划系统的设计应当满足以下要求:

1)基于统一的系统平台、数据库系统、GIS数据格式共享和开发环境;

2)程序满足C/S架构的各项要求,数据访问层、应用层和展示层之间功能界定清楚,功能分配准确完善,各层中的各项功能均具有良好的可扩展性和可移植性;

3)代码对各项功能接口的定义准确完整;

4)支持以基于服务的方式为决策系统添加新功能和扩展原有功能;

5)基础数据(含GIS基础数据和电网数据,包括地理底图、电网地理信息和电网技术参数和运行数据)可供各个功能模块共享,各个模块之间能够做到数据共享,同时保证数据的一致性和完备性。

为了满足上述要求,配网规划系统采用如图1所示的3层构架体系。其中底层数据层由地理数据、电网专题数据和系统数据组成,存储于Oracle 10g中,供中间层调用;中间层主要完成地理底图和电气原件的展示,为规划人员可视化配网规划提供支持;表示层针对不同角色应用和不同场景规划设计,提供区域电网规划编制、小区电网规划编制和规划成果并以图形展示。

系统采用Visual Studio 2010和ArcGIS Engine 9.3开发C/S系统主要模块,系统的数据统一存储在地图数据服务器端的数据库(Oracle 10g)中。其中,对于空间数据,系统通过中间件ArcSDE空间数据引擎进行空间数据存储和访问;对于非空间数据,直接通过Oracle的远程访问机制实现非空间数据存储和访问。

2 系统功能

配网规划系统是以辅助完成配网规划编制为目标,其流程如图2所示。

2.1 城市配电网现状分析

城市配电网现状分析以潮流计算和短路计算为基础,功能如下。

1)正常运行方式下的电网分析。以电网潮流计算为基础,在给定负荷水平下进行分析计算,主要包括电网电压水平分析,变压器、线路负载率分析及网损分析。

2)N-1运行方式下的技术分析。以电网潮流计算和N-1为基础,在给定负荷水平下进行分析计算,主要包括N-1运行方式下的转供方案网络调整,N-1运行方式下变压器、线路负载率分析,N-1运行方式下电网电压水平分析。支持全网N-1批处理计算。

3)短路电流计算。以短路计算为基础,在给定负荷水平下对开关短路容量进行分析校核。支持全网短路电流批处理计算。

潮流计算结果以图形方式显示在地理接线图上,不同负载率的线路和主变可用不同颜色表示,负载率显示配色可自定义。重点突出显示超载、重载线路和站点。N-1方式下不通过线路和站点、短路电流超标地点。

潮流计算结果以报表输出正常方式下各个母线电压、各个变电站和电路的潮流,N-1方式下不通过的母线、变电站和线路及其对应的N-1方式,短路情况下的短路电流超标地点及对应短路母线。

2.2 城市配电网负荷预测

负荷预测是配电网规划的前提和基础,其准确性直接关系到规划方案的质量,负荷预测流程如图3所示。

配网规划系统根据城市的实地情况将全市分为A、B、C、D、E5个大区块,再分别对这5个区块细分,形成小区块。该预测包括空间负荷预测和总量负荷预测,并对各种负荷预测方法得到的结果进行综合比较和平衡,将总量负荷预测的结果和空间负荷预测的结果综合处理后进行统一。最后以曲线、图形和列表等方式对多种方法负荷预测结果进行比较,并将各种负荷预测结果进行保存。

2.3 变电站布点规划

变电站布点是在城市各规划地块空间负荷预测的基础上,根据导则给出的变电站容量配置限制条件和可能的接线模式,确定出目标年及中间年待建变电站的地理位置及其容量,以满足未来负荷发展的需要,同时满足投资及运行费用最低。在该系统中布点模块有以下功能。

1)自动布点功能。能够根据空间负荷预测结果和已有变电站及其供区分布,自动计算出需要的变电容量,并优化计算需要扩容或新增的变电站个数及其主变容量配置,给出各个变电站的最佳站址并在地理接线图上显示。

2)人工调整。规划人员可人工调整布点结果,对自动布线结果进行修改,并且可在锁定部分站点位置和容量配置后进行自动布点。

3)规划序列年份的同步。和负荷预测相应,能够从现状后推布局情况,也能从远景布局回推中间年布局。

4)布点过程中的电网评估。变电站布点过程中,可根据变电站负荷分配网络拓扑进行电网评估,动态给出每次布点操作的评估值。评估指标可根据需要自行定义。

2.4 配电网网络结构规划

该模块主要用于确定规划期目标网架结构和变电站接线结构,相对于传统软件主要依靠手工规划模式,本模块不仅能够做到自动布线,规划人员还可人工干预规划过程,给定部分站点和区域的接线模式,指定站点可用接线模式或不可用接线模式。中间某年网架规划结果发生变化后,能自动更新前后年份网架规划结果并与该年结果同步。

规划过程中可根据规划的网络拓扑进行电网评估,动态给出每次结构调整的评估值。评估指标可根据需要自行定义。

2.5 配电网线路路径规划

该模块主要用于确定目标年及中间年待建线路的走向和线路架设形式,满足投资及运行费用最低的条件,其功能如下。

1)两点自动寻径。指定两点(变电站或位置),考虑道路走向、电缆敷设约束、通道裕度自动寻找最优线路路径。

2)高压网自动布线。根据220 kV变电站和110 kV变电站位置和规划的网络结构,自动进行110 kV线路连接。

3)自动变电站中压出线自动布线。根据变电站供区分布和已有网架,自动计算变电站所需新增中压出线数,并自动将中压干线布置至目标负荷小区。

4)人工布线功能。规划人员可人工干预线路优化过程,给定部分线路走廊,指定线路可布置区域/不可布置区域。规划人员可人工调整布线结果,增加和编辑线路。

5)布线过程中的电网评估。布线过程中可根据当前规划的电网进行电网评估,动态给出每次路径调整的评估值,评估指标可根据需要自行定义。

2.6 配电网评估

电网评估功能为规划系统的基础功能之一,在前述的现状分析、变电站布点、结构优化、路径优化中对规划的网络进行评估,为规划人员规划决策提供参考依据。

与传统的电网评估相比,该系统除了包含一般性的评估指标(如供电质量、电网运行安全性、电网的供电能力等)外,还利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)建立评价体系模型对10 kV电网进行综合评估。

2.7 用户友好的规划用户图形界面

系统各项功能均使用统一的图形界面,以地理背景和网络地理接线图为核心,所有操作、数据显示均在地理接线图上完成。

2.8 数据导入导出功能

1)数据导入功能:可从配网生产管理系统、配网GIS系统、SCADA系统导入所需相关数据,支持Excel格式导入数据。

2)规划结果导出功能:规划结果以图形、Excel格式报表或其他格式输出。

3 关键技术的实现

3.1 面向服务的架构

面向服务架构(Service-oriented Architecture,SOA)是一种复杂松散型应用环境下的集成框架设计方法,强调平台功能的服务化封装和复用,强调服务的可组装性。遵循SOA标准的各组成部分接口明确且稳定,功能独立,可以很容易地被支持相同规约的其他服务部件所取代,便于整个系统的集成和维护。

SOA将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来,接口独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言,这使得系统中的服务能够以一种统一和通用的方式进行交互。

在电网规划数字平台内,各组件间以及整个平台对外的服务架构设计上采用面向服务架构,实现整个平台内部组件间的标准通信,规划决策支持系统通过空间信息服务为电网规划数字平台提供功能服务,以实现电网数据和功能服务的交互。

3.2 基于ArcGIS Engine的外部数据渲染技术

ArcGIS Engine是一组跨平台的嵌入式ArcObject对象,它是ArcGIS软件产品的底层组件,用来构建定制的GIS和桌面制图应用程序,或是向原有的应用程序增加新的功能。ArcGIS Engine应用程序可以是简单的地图浏览器,也可以是定制的GIS编辑和分析程序。ArcGIS Engine开发包提供了大量ArcObjects组件,还包括用于创建高质量制图用户界面的可视化控件。这些可视化控件有多种形式,如ActiveX控件、JavaBeans和.NET的窗体控件。这些控件能与其他控件和组件一起使用,用来创建定制的用户界面、显示和报表。

Arc GIS Engine提供了丰富的渲染方式,包括简单渲染、独立值渲染、分级渲染等多种渲染方式,渲染的依据都是空间数据的属性数据,但有时属性不是来自于空间数据的本身属性,而是来自于外部数据,这时ArcGIS Engine通过外部表关联技术,使用IMemory R e l a t i o n s h i p C l a s s F a c t o r y、Irelationship Class和Idisplay Relationship Class等接口实现外部数据与空间数据的关联,在关联的基础上实现渲染。

4 工程实践

系统以湖北省黄冈市城市配电网作为测试对象,取得了很好的测试效果。应用该系统,规划人员可以直接在图上查询当前设备的运行状况、线路走廊所经地理环境等实时信息,全面掌握电网的运行状态、运行环境以及规划电网中的电源、电网和负荷的布局、站址与通道的地理位置等。系统以配电网潮流计算、负荷预测、网络优化等功能为核心,有机整合地理信息系统和数据库系统,具备稳定、灵活、可靠、易用等特征,为配电网规划理论研究、规划编制、生产运行提供支持,最大限度地将有关信息集成,为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。图4为该配网规划辅助系统测试的部分结果截图。

5 结语

随着电网规模的发展,常规的MIS系统已经无法很好地解决全面掌握电网的运行状态、运行环境以及规划电网中的电源、电网和负荷的布局、站址与通道的地理位置等问题,而GIS可以最大限度地将有关信息集成,为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。本系统集成了配网规划的各个模块,开发了友好的人机界面,大大提高了电网规划人员的工作效率,为电网运行直观而精确地分析和了解电网运行状态提供了参考。

参考文献

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配电网络GIS系统 篇7

随着GIS技术的迅速发展和完善, 它在配电网设备管理中的应用也越来越广泛。对于配电GIS系统来说, 数据建模相当于GIS系统的基石, 它决定了系统向上构建的高度和质量。ESRI 公司的ArcGIS产品提供了一种全新的面向对象的地理数据模型GeoDatabase, 基于GeoDatabase数据模型为配电GIS系统建模, 比传统建模方法直观、简单且易于修改, 对配电网的描述更贴切。

配电网具有天然的空间网络拓扑特征和电气连接特性, 利用GeoDatabase数据模型及其几何网络可以很好地描述配电网, 通过建立配电几何网络模型来维持配电网设备之间的拓扑关系[1]。对于配电网中的复杂设备需要设计成复杂接点, 但ArcGIS并没有提供直接创建复杂接点的方法。本文基于几何网络和ArcGIS提供的Case工具, 以配电复杂设备电缆分接箱为例, 设计并实现了配电几何网络中的复杂接点。

1Geodatabase数据模型中的几何网络

Geodatabase是存放在数据库里的一种面向对象的图形数据模型, 是矢量、栅格和TIN数据模型的聚合。针对配电网的特点, 可采用矢量数据模型来描述、管理电力设施[2]。在矢量数据模型中, 现实世界的实体位置及范围可用点、线或面来描述。Geodatabase按照层次型的数据对象来组织地理数据, 用要素数据集和要素类来实现矢量数据表达[3], 这里要素是具有空间特征的对象。因此, Geodatabase中所表达的不再是通常的点、线、多边形, 而是那些感兴趣的对象。如一个点要素可表示一个变压器, 一条线可表示一条管道, 一个多边形可表示一片供电区域等。

几何网络是Geodatabase 描述线性网络系统的方式之一, 如道路交通网络、电力网络等, 支持丰富的网络跟踪和分析功能。几何网络定义了一组边要素类和接点要素类, 它们作为网络要素类组成了一维线性网络。几何网络就是由这些网络要素通过相应的关连规则连接起来。几何网络模型图如图1所示。

一个网络要素类可以包含接点和边两种网络要素类型。其中, 接点要素类型有两种, 分别是简单接点要素和复杂接点要素;边要素类型也有两种, 分别是简单边要素和复杂边要素。简单点要素和简单边要素二者与物理设备间有一一对应的关系, 适合于表达网络中简单的对象, 比如简单点要素可用来描述开关等点对象, 简单边要素可用来描述开关线等不可再分割的线对象;复杂边要素允许接点位于沿着边的方向上的任何位置, 即一条复杂边要素可分割成多个部分。如通常在配电主干线上都会连接多条分支线路, 若要保持主干线物理上的独立并且要能对从主干线到各分支线的电流建模, 就需要用复杂边来描述主干线路;一个复杂接点要素可包含任意数目的简单边和简单接点要素, 这些边和接点构成了复杂接点的内部拓扑结构。配电网中的复杂设备由于内部拓扑的复杂性和多样性, 需要根据实际设备建立复杂接点模型[4]。

2配电网几何网络

在配电网数据模型中, 用几何网络来描述配电网的拓扑可以很好地利用GIS的网络分析功能, 提高搜索效率, 便于拓扑分析。在Geodatabase模型中, 几何网络是一组共同拥有一个拓扑关系的多个要素类, 通过设定源和汇来建立流, 流是从源点沿着网络边要素流向汇点的, 只有网络点要素类才能成为源或者汇[5]。

2.1配电网几何网络结构

建立配电几何网络, 那些不具有电气连接的设备, 不需要参与几何网络。比如杆塔, 可设计成点要素, 与变压器之间存在着复合关系。而对于那些具有电气特性、参与拓扑分析的设备, 则需要加入到配电几何网络中。

电气设备按照结构特点可分为线设备和点设备, 这与几何网络中的两种网络要素类型相对应。其中架空线、电缆作为复杂边要素, 开关、变压器由于内部结构相对简单, 可抽象成简单点要素来处理。对于电缆分接箱、开关站等内部包含微型网络的复杂设备, 它门有自己的内部拓扑结构和连通规则, 则需要用复杂接点来描述。

2.2复杂接点设备

电缆分接箱安装在街道路旁, 实现电力电缆间的连接, 某些场合还要能断开运行中的电缆线路, 以便于电缆线路和下游电气设备的检修。以一个一进二出、带负荷开关的电缆分接箱为例, 电流从供电电源点沿着线缆流经进线端, 然后通过出线端分配到各个用电终端[6]。对于电缆分接箱, 它是通过操作内部的三个开关, 来控制电缆线路的状态。在配电网络中流经网络的电流, 是由变电站 (源) 、变压器 (宿) 、开关的结构配置决定电流的流向及流通与否。

3复杂接点的设计和实现

根据复杂接点的特征及电缆分接箱的内部结构, 把电缆分接箱看成一个多边形表面, 用简单线要素和简单接点要素来模拟内部结构。在此基础上利用UML扩展ArcInfo对象模型来建立复杂节点模型图, 利用Case工具生成C++代码框架并自定义要素行为, 最终生成基于COM类的复杂接点DLL文件。

3.1建立复杂接点UML模型

对于创建自定义要素和类扩展模型, ArcGIS提供了一个CASE (计算机辅助软件工程) 工具构架, 允许用户定制UML对象模型来图形化地扩展标准ArcInfo对象类。

3.1.1 复杂接点模型

在ArcGIS 提供的模版ArcInfo UML Model (Visio 2003) .vst中, Logical View包作为根目录包含了三个基本的软件包:ESRI Classes、ESRI Interfaces、Workspace。ESRI Classes包含用来创建对象模型的标准ArcInfo类, 比如要素类、对象类、关系类等;ESRI Interfaces中包含由标准ArcInfo类所执行的接口定义[7];Workspace即工作空间, 用来创建和扩展对象模型。

Workspace包中建立ElectricDateset包, 所有配电网设备及几何网络都在该包里建立, 因此它的构造型为FeatureDataset (要素数据集) , 接着建立复杂节点静态结构图, 在图中建立复杂节点模型。由于构成电缆分接箱 (CableBranchBox) 内部结构的开关线 (SwitchLine) 和简单点 (SimplePoint) 都是具有空间特征的对象并且具有几何网络特征, 所以二者都从Feature类派生并继承于NetworkFeature (网络要素类) ;而电缆分接箱自身看作多边形, 直接从Feature类派生, 它与开关线之间具有一对多的复合关系, 复合关系确保原始类的生命周期控制着目标类的生命周期。因此, 当移动或删除电缆分接箱对象时, 开关线和简单点也相应的移动或删除。电缆作为复杂边要素用来连接电缆分接箱内部的开关线, 与开关线、简单点一起同几何网络 (DiustributionGeometricNetwork) 进行关联。复杂接点对象模型如图2所示。

3.1.2 类扩展模型

类扩展作为COM类, 实现了一个要素类里所有自定义要素的行为。类扩展可实现关联对象间的复合关系、建立自定义有效规则等[8]。CASE工具是通过命名惯例来发现类扩展, 一个有效的类扩展名在字符串“ClassExtension”前面加上类名。

本文中两个类扩展, 名称分别为CableBranchBoxClassExtension、SimplePointClassExtension。前者实现当在电缆分接箱对象内创建一个开关线对象时, 自动创建二者的关联关系;后者用来创建简单点对象, 当创建一个电缆分接箱时自动在其中心位置创建一个简单点对象。如图3所示简单点扩展模型图, 简单点类扩展实现了IRelatedObjectClassEvents接口。

到此复杂接点模型建立完毕, 导出UML模型保存为XMI格式的文件。利用语法检测器 (SemanticsChecker) , 对此文件进行检查。如有错误, 则通过生成的错误提示, 对原模型进行修改, 直到模型无误。

3.2利用CASE工具和Visual C++开发平台实现复杂节点

CASE工具由两个主要活动模块构成:代码产生 (code generation) 和模式产生 (schema generation) 。前者可生成行为类模版的源代码, 从而实现自定义要素行为;后者使得对象类的数据库模式生成自动化。

Visual C++开发环境中 , 通过代码产生向导导入XMI文件, 生成基于ATL的C++工程, 命名为ComplexFeature。在两个类扩展的本地接口IRelatedObjectClassEvents所提供的RelatedObjectCreated方法中, 自定义要素类行为, 分别实现各自的功能。实现RelatedObjectCreated方法后, 编译此工程, 创建基于COM类的ComplexFeature.dll文件并注册到系统当中。

在ArcCatalog中新建一个文件类型的Geodatabase数据库, 调用模式产生向导工具按钮, 根据向导提示导入XMI文件, 模式产生过程中会自动寻找注册在系统中的行为COM类, 最终生成一个以电缆分接箱为主的配电GIS数据库。在ArcMap中加载配电GIS数据库可对创建的复杂节点进行检验。

4应用举例

上述电缆分接箱的设计方法已在东莞大朗配电GIS系统的空间数据库建设过程中得到实际应用。在图形数据录入时, 涉及到了许多通过电缆分接箱连接电缆线路分配到用电终端的情况, 电缆分接箱创建方法是: (1) 系统中加载配电GIS数据库 (内含配电几何网络) ; (2) 创建一个多边形电缆分接箱, 此时在中心点自动创建一个简单点; (3) 绘制从简单点到多边形电缆分接箱边上任一位置的开关线, 这时开关线会自动和电缆分接箱建立复合关系; (4) 根据实际情况, 创建开关线的条数。至此, 电缆分接箱复杂接点创建完毕。

绘制电缆时, 通过捕捉功能抓取到电缆分接箱和开关线的连接点, 从而建立简单点、开关线和电缆的几何网络拓扑关系, 为配电网拓扑分析做铺垫。创建的配电网络示意图如图4所示。在进行配电网分析时, 可通过开关线的Enabled字段来控制电流开闭, 从而进行停电检修、故障区域分析等;通过简单点, 可追踪电源点、确定供电路径等。

5结束语

配电网中复杂设备的内部本身就是一个网络, 拓扑结构复杂, Geodatabase数据模型并没有提供直接的解决方案, 因此创建相当困难。本文从Geodatabase几何网络出发, 分析了配电网复杂设备, 利用UML、CASE工具及COM开发的相关知识, 设计并实现了一个配电网中的复杂接点。该方法灵活性强, 可根据不同的应用模型来设计不同内部结构的复杂接点。此设计方法也可用在管网、交通网等行业中复杂设备的创建过程中, 因此具有广泛的应用前景和推广价值。

参考文献

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[7]Booth B, Crosier S, Clark J, et al.Building a Geodatabase[M].ESRIPress, 2000.

GIS在配电自动化系统中的应用 篇8

1 配电网自动化系统简介

配电网自动化系统是结合现代计算机、信息处理及通信等技术, 实现配电工作得到监测、保护、管理和控制的自动化系统。作为提高配电系统可靠性和改善用户服务的重要手段, 配电网自动化系统越来越受到研究者的重视。我国于上世纪90年代中期开始了配电网自动化系统的试点工作, 在山东、江苏两省表现突出, 近几年在全国范围的推展工作已具规模。GIS在配电中可应用与信息查询、配电网数据采集和监控、配电管理系统和需方管理等, 其具体表现在:优化配网运行方式;快速隔离故障区段;提高配电网设备的自身可靠性运行能力;合理控制用电负荷, 从而提高了设备的利用率;接受SCADA故障变位信息、潮流信息显示和SCADA历史曲线显示;保证抄表记费的及时和准确, 提高服务效率[1]。

2 GIS智能配电网的特点

随着GIS在智能电网中的应用可以将智能配电网的特点归纳为以下几方面。自愈能力强:系统的自我检错和恢复能力。互动性强:客户与用户电力市场能够有丰富的交互能力, 能源用户能够看到电费价格、可自主选择适宜供电方式和电价。安全性高:智能电网采用了防御系统, 可以防御攻击, 保障用户使用安全性。供电质量高:不会有电压跌落、电压尖刺、扰动和中断等电能质量问题, 适应数据中心、计算机、电子和自动化生产线的需求。资产利用率高:新的基础设施少, 运行费用低, 维护成本少, 促进资源与设备的利用率。协同能力强:远距离协调管理和分布资源、设备及信息系统, 充分实现信息化配电和用电管理, 实现了可视化管理[2]。

3 GIS在配电自动化系统中的应用

3.1输电网显示

以GIS地理图形为背景, 并叠加输电网在各个地区的分布, 综合显示全部地市实时负荷数据, 包括已建电网、在建电网、规划电网、变电站、电厂等, 电压等级分为500KV、220KV和110KV。另外, 还可在地图上显示通讯网信息, 包括微波线路、微波站和其他通讯线路。系统能将各电压等级的输变电线路图、线路上的各种设备图、单线图、变电站图、专题图以及基础地形图进行分层综合显示[3], 非常直观, 管理效率可大大提高。

3.2 电网查询

3.2.1 线路信息获取功能

GIS可以提供全市图或分地区图显示, 点取一条输电线路, 就可以获取到条线路和名称、编号、电压等级等技术参数, 此外能够利用GIS查找短缺线路、污秽区、鸟害区、雷害区等信息[3]。可见, GIS为智能配电网络提供了全方位的信息查询功能。

3.2.2 变电站信息获取功能

利用全市图或分地区图的显示, 获取变电站位置, 显示该变电站接线图, 并获取到变电站概况介绍、变电站照片、变电站、SCADA信息、站内设备台帐等信息, 利用GIS可加强变电站信息化管理[3]。

3.2.3 微波线路和站位置显示和获取功能

在全市行政区划上叠加显示微波线路图和微波站位置图, 也可叠加在详细的地理背景图上, 并可对线路和站进行信息查询。

3.3 配电室内、户外变电设备管理功能

提供供电生产实际应用中开闭站、配电室、变台、箱变、变电亭、环网柜、用户变电所、电缆分支箱等设施图形符号, 支持在地理图上根据配电室的实际位置编辑各种外形的配电室。支持编辑和保存配电室、开闭站、变台、箱变、变电亭、环网柜、用户变电所、电缆分支箱等一次接线图及二次接线图, 提供标准的配电设备图形符号库, 包括配电变压器、负荷开关、断路器、刀闸、母线、电压互感器、电流互感器、电容器等[3]。支持编辑和保存开闭站、配电室、变台、箱变、变电亭、环网柜、用户变电所、电缆分支箱平面图。

3.4线路变更

配网GIS管理系统的图上线路变更非常直观, 当用户改变电网结构时, 只需在图形上将改造后的设备的连接关系做好, 让系统重构电网结构。

3.5 抢修最短路径分析

GIS系统能够为检查和抢修车辆提供最优路径及供电最短路径, 而抢修车的位置可定位在地理信息图, 有抢修任务时, 能够及时获知离故障地点、通知最近的抢修车赶赴现场抢修[4]。

3.6 模拟状态分析

GIS系统除具备在线运行外还可以实现模拟状态。模拟状态的实现有助于电网工作人员完成操作预演、安全性评定、检修方案评估、调度员培训等方面的任务。

3.7 输电网台帐管理

对输电线路、交叉跨越点、相序图 (平面、立体) 杆塔基本参数, 金具、附件等管理, 对输电网设备进行多种方式的空间查询与统计[5]。根据图形信息和属性信息的映射关系, 实现双向的空间查询。

4 结语

GIS系统的应用使智能电网逐渐趋于自动化、因此为加强智能电网的数字化、集成化, 必须将GIS融入智能电网未来中。

参考文献

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[4]方富淇.配电网自动化[M].北京:中国电力出版社, 2000.

配电网络GIS系统 篇9

县级供电公司负责县市级电网的管理和运行, 随着近些年的发展, 电网规模不断扩大, 供电量不断上升, 特别是配网一块增长十分迅速, 如何更好的更为高效的管理地区配网, 提升配网管理水平, 推进电力企业客户服务水平的提高, 已成为县级供电企业的一个重要课题。在探索新的配电网管理模式上, 县级供电公司引入GIS地理信息技术, 建设配电网地理信息综合管理系统。应用计算机软件技术大力提高配电网安全运行、科学调度水平, 提升配电网生产、经营、管理效率, 更好地为广大电力客户服务, 对企业管理水平的发展起着良好的推进作用。

1 县级配电网GIS系统建设背景

传统的配网管理, 采用单线图图纸的模式进行管理, 相关工作仅停留在以人的经验为主的管理模式, 没有一个完整的配电网网架图形来支撑日常配调和生产的工作。各类设备数据以及业务数据未在县级电网全公司范围内进行共享, 仅仅凭经验和纸质数据来进行管理和决策, 不利于提升配网精益化管理水平。从信息化建设方面来看, 没有一个企业级的配网管理平台来支撑配电网数据管理和业务开展, 配电网数据大多没有完成数字化, 很多还停留在专业人员自己掌握或者纸质存储的状态, 数据未形成公司层面的共享。另一方面配网管理的各类业务的开展以及流程单据的流转, 仍停留在纸面上, 业务开展形成的各类数据无法共享, 同时未使用信息系统来保证业务流程的固化, 无法满足当前信息化建设提到的以业务流程来推进业务开展规范、精益化的要求。

经过调研与充分论证, 以建设县级配网GIS信息管理系统的方式, 通过信息化促管理, 是整个国家电网公司内部的一个重要共识和实践。建立企业级的配网GIS系统支撑配网管理, 管理配网数据, 固化管理流程, 一方面是对国网信息化建设要求的具体实践表现, 另一方面也是满足县级供电企业自身发展需要的重要决策。项目建设主要目标为建立县级配电网GIS基础信息管理平台, 并在此基础上开展基本的配电网生产和调度应用, 为企业配电网的运行和管理提供一个基于空间地理信息和专业电网模型的企业级信息平台, 统一业务规范、固化业务流程, 提升配电网管理的水平。

2 地理信息系统GIS技术及配电网管理应用

地理信息系统GIS (Geograph IC Informatlon System) 是为获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的数字化的计算机数据库管理系统。GIS利用现代化计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、显示和输出地理图形及其属性数据, 是集地理学、几何学、计算机科学及各类应用对象为一体的综合性高科技。电力系统从发电厂、输供电线路 (架空线、电缆) 、变电站、配电所直到千家万户电度表, 大量各种各样、不同规范的电气设施分布在广阔的地域和空间。面对纵横交织的电网分布、日益复杂的电力设施、时刻变化的电网信息、不断变迁的城市道路与建筑, 尤其是电网中许多地提供完整的信息, 也就是如何将各种图形、地图、数据属性信息统一管理并达到共享。所有这些问题解决都依赖于GIS。电力系统中有很多需要监测的数, 将采集到的实时信息引入GIS系统, 可以提我们向用户提供的信息量, 丰富GIS的内容, 这于GIS应用系统来说同样具有重要的意义。当今国内外的主要GIS开发平台:国外的ARC/INFO、Map Info、Geo Media等;国内的吉奥之星 (Geostar) 系列、Map GIS、城市之星 (City Star) 等。

在电力系统中, 配电网是指将高压输电线上的电能通过配电变压器转化为10k V及以下 (包括380/220V) 电压等级的电力网络, 配电网是存在于广阔的空间区域内的, 对配电网的生产管理具有管理对象多样化、复杂化和空间性的特点, 配电资源的空间数据是电力配电管理的核心对象, 主要包括两部分:1电力设备的空间地理位置和接线拓扑结构数据;2单个设备的专业属性数据 (技术参数、金具附件、运行数据等) , 这两种台账信息对配电网设备管理的核心信息。

GIS技术在电力行业中的引入, 能将空间图形数据和属性数据融合起来, 实现图形和属性的双重管理功能, 可以为电力企业提供一个基于地理信息的维护和管理平台, 即“配电GIS系统”, 为配电网络运行管理提供一种基于地理位置空间信息的计算机管理的现代化技术手段, 利用这种手段可随时了解配电网分布及其相关属性和监控的实时运行状态, 在地理背景图层上对配电网台账进行统一数据库管理, 建立设备属性数据与地理图形数据的一一对应关系, 这样使繁琐的设备台账管理方便而简洁, 可以实现配网可视化、自动化及地理图形化。以提高配电网规划建设、运行维护、设备管理的水平和工作效率, 并支持相关的管理过程, 如业扩报装、停电管理、图票形成、配电业务管理、负荷管理与调度、电能质量管理、线损管理、供电可靠性统计等系统以配电网络的数字化管理和配电各系统的集成管理为核心, 为相关部门提供配网基础数据共享与综合高级应用功能, 极大提高配电网络运行可靠性与客户服务水平。

目前, 配电网GIS系统一般主要分为电网建模子系统、配电生产管理子系统、Web GIS子系统、GPS工程车监控子系统以及和其他系统接口平台五大部分, 一般是集地图浏览、图形管理、台账管理、线路管理、缺陷管理、断电分析、电网规划、线路巡检于一体的管理与辅助决策系统。

3 县级配电网GIS系统建设设计思路

3.1 邛崃配电网GIS系统建设设计思路

(1) 应用计算机图形处理技术、数据库技术、地理信息GIS技术、网络通信技术等, 将配电线路空间信息、设备台账信息、图象信息、运行维护信息等数字化集成显示, 形成数字化电力地理信息、数字化电网结构信息、数字化电力设备图形与台账等数字化配电系统, 搭建配电网GIS信息管理平台。

(2) 在配电网GIS信息管理平台上建立具有电力系统拓扑关系的配电网系统, 实现集配电管理、配电调度和控制、配电综合分析管理等应用于一体的满足现代化配电管理要求的配电综合信息管理系统。方便进行配电设计、设备管理、业务查询分析、生产辅助决策和客户服务等方面的综合业务处理。

(3) 极大促进地区配电网规划建设、调度运行维护、优质服务水平, 提高管理质量、工作效率和配电网运行效率, 降低运营成本, 提升供电可靠性, 全面提升县级供电公司配电管理现代化水平。

3.2 县供电公司配电网GIS系统建设技术方案

(1) GIS中间件+业务模型建模=县公司配电网GIS综合信息系统。

(2) 系统的逻辑模型及功能模块

系统在逻辑模型上采用开放式的三层体系结构, 由空间数据库管理平台 (数据层) 、GIS应用定制开发平台 (业务逻辑层) 、配电GIS管理地理信息应用 (应用层) 三部分组成。数据层由空间地理信息数据库组成, 其主要任务是为配电网资源管理GIS应用提供必要的空间数据支撑。业务逻辑层构建应用展现层的基础, 采用GIS通用定制平台进行配电网资源管理业务应用的开发, 设计空间图形数据、属性数据、业务功能以及Web GIS通用组件, 搭建满足业务需求的GIS应用系统。应用展现层根据业务需求进行功能的组合与展现的层面, 主要由配电网信息综合管理、配电线路单线图发布、生产流程管理、配调运行管理、停电管理、Web GIS图形发布、系统管理等功能模块组成。随着需求的不断变化, 完成业务应用和系统功能的扩展。

系统在体系结构上采用C/S和B/S的混合结构。中心数据库选用面向对象的通用数据库Oracle, 进行数据管理。

在C/S结构下, 客户端采用Map Info作为地理信息系统平台, 主要进行电网图形与数据维护。基于Map Info平台进行开发, 输配电线路的空间数据和属性数据全部保存在Oracle数据库中, 通过Oracle Spatial将复杂的地图对象存入大型数据库中, 建立空间数据索引, 在数据库服务器上实现对属性数据和空间图形数据的统一管理。

在B/S结构下, 基于Internet和Intranet的地图应用服务器Map Xtreme作为信息发布平台, 主要进行配电网的图形发布、查询和统计分析。选用Map Info公司的Web平台Map X-treme软件进行开发, 实现配电网图形的自动发布以及图形和数据信息的自动报送, 实现应用范围内的输配电设备图形和相关属性信息的全面共享, 为各级工作人员进行决策提供先进的管理手段。

系统架构及功能模块图2县供电公司配电网GIS综合信息系统模块图所示。

(3) 系统研发软硬件平台。

4 县供电公司配电网GIS系统实现功能

(1) 地理背景配电网信息综合管理。在地理背景图层上对配电网线路台账、设备台账、电缆台账、用户台账等进行统一数据库管理, 并关联配电网运维资料 (巡视台账、缺陷台账、评级台账、抢修台账、检修台账、测量台账等) , 可进行线路走向定位、长度测量、设备杆塔搜索、区域查询统计以及模拟实际进行方案设计等。对有需求的项目录入图象资料 (如地下管线、设备铭牌、缺陷信息等) , 实现资产图形化管理。搭建配电网信息集成平台, 建立设备属性数据与地理图形数据的一一对应关系。

(2) 配电线路单线图发布。由地理图层上提取配电设备拓扑关系整理生成生成单线图、配网接线图和运行方式图, 在单线图上可动态条件查询配电设备台账信息、运维信息。

(3) 生产流程管理。包括巡视管理、缺陷管理、检修作业/试验管理、业扩管理、新投异动管理等, 固化生产行为的标准化管理流程, 提供巡视、检修周期、缺陷消除等工作提示和告警, 提供检修、消缺方案辅助建议, 支持自动设备评级管理、年度生产计划的发布, 实现业扩、工程建设竣工后设备台账、客户资料的及时更新, 实现生产管理数据的统一口径, 提升生产管理效率和技术水平。

(4) 配调运行管理。支持调度图形管理、配电网调度辅助决策管理 (调度命令票辅助生成) 、配电网运行分析 (各类查询统计及运行报表) 、调度挂摘牌管理、配电网运行方式管理 (特殊运行方式下调度方式的辅助管理) 。预留与调度自动化系统的信息接口, 在功能上预留可获取配网开关遥测、遥信数据, 并在图形窗口中显示出来。

(5) 停电管理。实现停电申请书上报、批复、执行、归档, 停电通知书下达, 故障抢修辅助决策功能 (最优停电、转供方案制定) , 支持停电情况统计分析。预留与95598客户系统、GPS车辆管理系统接口, 预留报修电话自动显示, 报修地点自动定位, 保修处理流程自动展开功能, 为95598使用本系统提供快捷工作流程指导。利用GPS定位技术, 指示抢修车辆的位置, 合理安排抢修任务, 缩短恢复送电时间的功能。

系统在设计中结合C/S (Client/Server, 客户/服务器) 与B/S (Browser/Server, 浏览器/服务器) 这两种体系结构的优势, 在涉及大量数据处理分析和对人机交互能力要求更高的设备台账管理、地图操作管理、生产管理、系统管理的功能模块采用C/S模式实现;而对不涉及具体编辑处理数据, 主要以查询浏览操作为主的配电网图形查询和报表的功能模块采用B/S模式实现, C/S与B/S两种模式配合工作, 发挥更好的系统运行性能。因此, 邛崃配电网GIS综合信息系统在功能设计上主要由C/S系统和B/S系统两大部分组成, 其中C/S系统主要包含设备台账管理、地图操作管理、生产管理、系统管理四个功能模块;B/S系统主要包含配电网查询、配电网台账及统计分析、地图定位及详细信息查询三个功能模块。如图3系统功能结构图所示。

5 总结与展望

作为供电企业开展信息化生产管理的技术手段, 县级供电公司配电网GIS信息系统的研究和应用可以取得显著的实用效果, 为企业的安全生产和业务应用提供了信息系统保障。通过应用地理信息技术和管理信息系统 (Management Information System, MIS) 技术结合的综合信息管理系统, 为供电公司电网调度、生产运行、客户服务等部门提供准确详尽的电网设备台账数据支撑, 有效提升了工作效率和科学管理水平。该系统使信息化建设更符合电网管理的科学发展方向, 对配电网的空间坐标信息、设备台账信息、生产运行信息等资源综合进行数据库管理, 提供便捷的信息统计、查询、分析、计算的工具, 是高效实用的信息管理应用平台。

配电网GIS信息系统提供了基于GPS卫星定位技术开发的配电线路图形自动生成功能, 系统通过GPS定位卫星定位坐标的自动处理, 在邛崃电子地图上自动生成配电线路的地理分布图, 其中包括变电站、电缆线路、架空线路和电杆、电缆分支箱和环网柜以及其他相关的电力设备, 在电子地图上自动生成电力电网图, 均是电力生产管理的新的技术手段。

在系统建设开发过程中获得的经验主要有:

(1) 建设一套配电网信息管理的GIS系统是一项系统工程, 在系统搭建期, 要充分结合对业务需求的调查研究形成尽可能满足实际应用要求的功能规划, 要充分汲取电力行业内成功建设GIS系统的成果经验, 结合新技术应用和发展方向, 建设具备先进系统功能和实用性的GIS信息系统, 同时系统启动投运后还需要不断的基础数据累积和功能完善健全, 使系统功能能够适应不断变化和提高的用户需求侧要求。

(2) GIS中的一个重要数据为配电线路杆塔设备的位置GPS坐标。由于配电电杆数量多、位置分散, 一条线路的杆塔数量可达数百基, 如果利用人工力量逐个进行杆塔坐标的GPS测量一般需要较长时间和周期, 另外, 因电网基建造成的杆塔迁改转移等较为频繁, 某些杆塔可能需要反复的GPS坐标测量, 因此在实际GPS测量工作中, 对于一条配电线路可以只测线路中杆塔转角、耐张杆及终端杆的GPS坐标数据, 而对于直路杆塔采用按杆塔档距计算坐标点的方式在地图上自动标注, 这样既保证了配电线路位置走向, 又大大提高了杆塔坐标采集的效率。

(3) 数据库结构:GIS主要包括空间数据和属性数据这两大类型的数据。空间数据标识实体对象的空间位置, 对应对象的位置坐标数据, 属性数据标识实体对象的属性信息, 与对象的空间数据互相关联和对应。实现两类数据之间的数据关联是GIS系统的数据库工作基础, 利用数据库关键字ID码标识和关联空间数据表和属性数据表是数据关联的主要实现方法。

(4) 组件式开发:组件式的软件开发模式具有结构化、模块化、开放性的特点和优势, 是主流的面对对象的程序开发方法。建设GIS系统采用组件式开发模式不仅提升了软件开发效率, 更使系统具有良好的集成性和扩展性, 利用GIS平台软件Map Info提供的GIS基础功能控件接口, 通过可视化的软件开发工具VB集成GIS控件和非GIS控件, 实现了GIS功能的组件化实现方法, 形成最终的GIS应用软件。

总的来说, 建设配网GIS系统后, 减少停电时间、增加售电量、降低线路损耗、提高运行可靠性、减少维护费用, 对提升配网现代化管理水平、配电网安全管理水平、提升企业外部形象、提高经济效益起到了积极作用。

摘要：概括介绍了县级配电网运行管理存在的问题和GIS系统建设背景, 探讨GIS地理信息技术及配电网GIS信息系统技术, 概括介绍邛崃配电网GIS系统建设功能目标和方案设计。