基于GIS的配電運行管理系統圖形編輯

2013-12-04 15:03:51 電力信息化　點擊量：評論 (0)

摘要：本文詳細介紹了基于地理信息系統（GIS）的配電運行管理系統（DOM）中的圖形編輯模塊。針對當前國內配電網管理系統(DMS)中的數據難以統一和維護、開發周期長等難題，提出了行之有效的解決辦法。通過使用國際

摘要：本文詳細介紹了基于地理信息系統（GIS）的配電運行管理系統（DOM）中的圖形編輯模塊。針對當前國內配電網管理系統(DMS)中的數據難以統一和維護、開發周期長等難題，提出了行之有效的解決辦法。通過使用國際上通用的地理信息的數據存儲方式，用圖論的數學方法和面向對象的技術建立起面向配電網設備的數學模型，并且提供了各種方便的專題圖轉換工具，最終使地理圖和監控所用的所有專題圖數據統一，拓撲關系一致，并為配電網的各種高級應用提供了數據基礎。最后，通過一個實際應用的例子，證實了本軟件在設計上的合理性和工程中的實用性。

關鍵詞：GIS　地理信息系統；DOM　配電運行管理系統；DMS　配電管理系統；圖形編輯　

1 引文

近幾年來，電力系統中引入地理信息系統（GIS）進行圖形編輯、設備管理、地理查詢、網絡分析、輔助決策等，已經成為一種趨勢，并且發展的越來越成熟和穩定了。借助于地理信息系統的數據錄入、管理、查詢、分析等各種方便快捷的功能，大大的提高了電力行業的管理水平和服務質量。而配電自動化系統作為一個比較成熟的技術在電力系統中得到了廣泛的應用。從配電網運行和管理的實際情況上看，由于配電GIS和配電自動化之間存在著很多的數據等各方面的聯系，所以擁有一個集配電GIS和配電自動化于一體的系統，將是配電網最有實力同時也是最實用的選擇，這就是配電運行管理系統（DOM）。但是在國內，該技術尚處于起步階段。有些廠家針對用戶的具體情況，提出了一種連接式的方案，就是把用戶原有的配電管理系統和配電自動化系統通過底層數據轉換等一些特殊的辦法連接起來。由于兩種數據的格式存在著很大的區別，所以最終數據還是難以維護和統一起來，導致開發周期長，項目遲遲得不到驗收。而一些GIS廠家研究在自身GIS產品的基礎上開發配電自動化功能的模式，但是由于他們往往對電力系統業務不熟，所以目前也還沒有看到比較實用的系統。本文之所以提出在GIS的基礎上開發DOM，是考慮到目前國際上地理信息系統的數據存儲格式已經有相應的標準了，而配電自動化方面卻沒有，所以選擇以GIS為基礎是向標準化靠攏，會有很好的兼容性和通用性。

本文提出的DOM軟件是脫離GIS平臺的但又是基于GIS開發的，擁有GIS的方便快捷的數據錄入、查詢、管理、分析等功能，在此基礎上，利用圖論的理論建立配電網的數學模型，真正實現了配電管理系統和配電自動化的一體化。DOM系統中，各種管理和分析功能都是建立在數據的基礎上，而數據的生成是通過圖形編輯系統來完成的。因此，建立合理的數據結構，構造出方便的數據連接關系，都是圖形編輯系統要完成的任務。圖形編輯部分就是非常重要的一步，是基礎，文中將詳細介紹DOM系統中圖形編輯部分的內容。

2 圖形編輯中配電網模型的建立

圖形編輯的基礎部分就是配電網建模。而一個完整的配電網模型，離不開設備和地理信息。本文結合GIS的數據存儲方式，面向對象分層次、分結構地給出了配電網的數學模型。

2.1數據組成及存儲

配電網運行管理系統主要是進行配電網的運行管理和設備管理。結合GIS的設備管理需要標識地理位置的空間數據和設備屬性的臺帳數據，而運行管理又需要設備的實時數據和拓撲信息。所以完整的數據應包括：圖形空間數據、設備的屬性數據、設備和實時數據的關聯信息、實時數據、拓撲信息。本軟件中圖形的空間數據可以支持國際上流行的各種地理信息存儲格式。拓撲關系也保存在shape文件中。由于設備的屬性數據的數據量比較大，所以采用關系數據庫的存儲方式。設備和實時數據的關聯信息（實時數據庫中的表號，點號，設備號等）也保存在關系數據庫中。而實時數據和拓撲結果則存儲在本系統的實時數據庫中，如此多而復雜的數據，通過圖形ID銜接起來。

2.2拓撲關系一體化

基于GIS的配電網運行管理系統，面臨的最大困難就是地理拓撲和電氣拓撲的一體化。本文采用以圖形為中心的數據層次上的一體化，也就是地理和電氣在數學模型上的一體化。

在配電網的實際運行中，開關的分合使電網結構復雜多變，所以利用圖論的理論如圖和樹來描述和分析配電網，會取得比較好的效果。圖論是研究和分析配電網絡問題的一種有效的數學方法[7]。

地理信息系統中的所有空間地物可以抽象為點、線、面。因此，GIS研究的主要拓撲概念為：

① 連接性：弧段在結點處的連接關系。

② 多邊形與弧段的拓撲關系表現了多邊形區域定義。

③ 鄰接性：通過定義弧段的左右邊及其方向性來判斷左右多邊形的鄰接性。但是電力系統內部是按電網結構和運行邏輯做拓撲分析的，所以是面向設備的，GIS中所構建的拓撲數據不能滿足配電網運行、管理及分析的需求。

而基于GIS的配電網的拓撲關系可以分為以下2種：

① 物理拓撲：是指配電網組成部件的物理上的連接關系。它表現的是一種設備之間的永久性的連接關系，比如兩根電桿之間有架空線連接，就認為是具有連通性的。

② 運行拓撲:是反映電網的運行狀態。電網中的開關等設備的分合狀態或故障的發生，都會直接影響拓撲結果。它的更新是由實時數據庫提供的實時數據完成的。

這里，電網中的物理拓撲結構是一個具有普遍意義的無向圖，圖中存在回路。而運行拓撲結構是物理拓撲結構的無向圖的生成樹。配電網主要是中低壓電網部分，而且呈輻射狀，所以生成樹中的電流是從樹根流向它的分枝的。為圖形編輯操作方便快捷利用圖形編輯建立配電網的物理拓撲結構時只記錄連接關系即可，表結構為：標識ID、起始節點、終止節點等。而運行拓撲的圖結構則使用了鄰接表的方式表達。在圖上直觀的畫完電網結構（即物理拓撲結構）以后，運行一個拓撲生成的模塊，就可以生成運行拓撲的圖結構，保存在實時數據庫中。這個拓撲生成的模塊中，利用物理拓撲關系，即設備的連接關系，運用深度優先搜索的算法建立起運行拓撲的圖結構中的各個鄰接表。鄰接表的結構包括：點號、起始節點、終止節點、前向鏈域、后向鏈域、其他信息等。

2.3配電網的圖層組成

綜合地理信息系統的特點和配電網的組成結構,在編輯系統中建立如下８個基本圖層和３個輔助圖層。其中基本圖層是針對配電網中的設備的，而輔助圖層則可以編輯各種背景圖，比如道路層、房屋層、水系等。

 雙端設備圖層：包括斷路器、負荷開關等在配電網模型中可以定義為兩端元件的設備。模型定義為面。

 單端設備圖層：包括配電變壓器等在配電網模型中可以定義為單端元件的設備。模型定義為面。

 多端設備圖層：包括變電所、開閉所、環網柜、分線箱等在配電網模型中可以定義為有多個連接點的設備或站所。模型定義為面。

 節點圖層：在具有連接關系的點。模型定義為點。

 母線圖層：包括變電所內的母線和環網柜等中的虛擬母線。模型定義為線。

 桿塔：配電網中的電桿。模型定義為面。

 線路：包括架空線和電纜。模型定義為線。

 標注：用于顯示設備標注和實時數據的文本。模型定義為點。

 輔助點：不帶連接關系的用于編輯背景圖的點狀圖形。模型定義為點。

 輔助線：不帶連接關系的用于編輯背景圖的線狀圖形。如道路等的編輯。模型定義為線。

 輔助面：不點連接關系的用于編輯背景圖的面狀圖形。如：房屋等的編輯。模型定義為面。

同時利用面向對象的方法，針對每個圖層的特性，構造出相應的類。在各個類中完成對象的增加、刪除、修改等操作。

3圖形編輯的功能

3.1 基本的編輯功能和畫圖的方法

本軟件擁有GIS操作的一些基本的圖形操作的功能，比如：放大、縮小、漫游、導航圖、圖庫互查、各種形狀的查詢、圖層管理等,為編輯的操作提供了方便。下面主要介紹編輯功能。

①添加：畫圖的原則是先畫設備，畫設備的時候編輯系統會依據所畫設備的不同類型在設備上添加相應的節點，類似于錨點，然后再用線把這些點連接起來。另外，每個設備都可以有不同的顯示方式，這些信息都保存到該設備的屬性圖形數據中，所以畫設備前要先設置好圖形參數。另外，畫線路時，當鼠標移動到有節點的位置，屏幕上會高亮顯示該節點，以方便用戶建立物理拓撲關系。如圖1。

為了更快速的畫圖和拓撲分析的方便，系統中采用了站所內外的設備可以在同一張圖上編輯的方法。站所內和站所外通過位于站所邊界上的節點連接起來。畫圖的同時就可以建立物理拓撲結構。如圖2所示。

②刪除：刪除的原則是刪除設備的同時，與該設備相連接的節點也一同刪除，而刪除線路則不刪除線路兩端的節點。

③移動目標：是指