（电力系统及其自动化专业论文）基于gis的配电生产信息管理平台的研究与开发.pdf

摘要 燃l u 地理信息系统魁当前醚电白动化系统中的一个重要研究方向，是侏证配l h 网高效管 理、可谍运行不可缺少的手段，在国内外都搿到了很人的发展。本文歼发了l 三 实现a m f m g 1 s 为基础，集嚣项赢缎应删于体的1 0 k v 配电生产管理地理信息软件平台( 简称配也g i s 系统) 。 墨苎间数据结构是配【毡g i s 系统的基础，本文在分析了通用g i s 软忭空间数据秘犁雨i 配电设 套数撼的基础上，提出了具有邂i ： ；| 性的配电g i s 系统空间数据结构。针对配电线路的物理接线 拓扑与电网计算拓扑不对应的突出问磁，分析希i i j ：h i 纳出物理接线中再类元件与电网计算拓扑中 节点的对应嫂律，缀据这个规律，提如了基于g 1 s 豹元p | ：动态嫩阵的拓扑分据方渡。该方法能 够自动跟踪设备物理接线的变化，给出相应的电网计算拓扑信息。提出了自动生成配电线路电 气接线型越支路定蠢法，蚓该方法剃髂豹电气接线熠对绝大多数配电线路都诃以避免出现交义 跨接现象。文章最后介纠了所开发的酉己电g i s 平台中各部分功能及相互的关系，并将此平台应 嗣刭就京市电力公司| 、_ l 头沟谣 毽分公司实铡中，彀终了满意戆效采。 关键词：拓扑分析，a m f m g i s ，空间数据库配电自动化系统。 a b s t r a c t d i s t r i b u t i o ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mi sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hd i r e c t i o ni nc u r r e n t d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，a n dh a sa c h i v e dg r e a td e v e l o p m e n tb o t ha th o m ea n da b r o a d i ti sa n i n d i s p e n s 曲l em e a s u r eo fe f f i c i e n tm a n a g e m e n ta n dr e l i 曲l eo p e r a t i o no ft h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h i sa r t i c l em a i n l yi n t r o d u c e sal o k vd i s t r i b u t i o ng e o g r a p h i ei n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hi sb a s e do n a m f m g i sa n di n t e g r a t e ss o m ea d v a n c e da p p l i c a t i o n so f e l e c t r i cp o w e rs y s t e m s p a t i a ld a t as t r u c t u r ed e s i g ni st h eb a s eo fd i s t r i b u t i o ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m t h i s a r t i c l ea n a l y s i s e st h es p a t i a ld a t am o d e lo f g i sa n dt h ed a t ao f e q u i p m e n t 试d i s t r i b u t i o nn e t w o r k a n d t h e nb r i n g sf o r w a r dt h eg e n e r a ls p a t i a ld a t as t r u c t u r ei nd i s t r i b u t i o ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s i n c et h ep h y s i c a lw i r i n gt o p o l o g yi n f o r m a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nl i n ei sn o tm a t c h e dw i t ht h e n e t w o r kc a l c u l a t i o nt o p o l o g yi n f o r m a t i o n ，t h i sp a p e rs m n m a r i z e st h ec o r r e s p o n d i n gl a wb e t w e e nt h e c o m p o n e n t s i np h y s i c a lw i r i n ga n dt h en o d e si nn e t w o r kc a l c u l a t i o nm o d e l a c c o r d i n gt ot h i s l a w , b r i n g sf o r w o r dt h ec o m p o n e n td y n a m i cm a t r i ct o p o l o g ya n a l y s i sa l g o r i t h mb a s e do ng i s n l l s a l g o r i t h mc a na u t o m a t i c a l l yt r a c kt h ec h a n g eo fp h y s i c a lw i r i n gi n f o r m a t i o n ，a n dp r o d u c et h e c o r r e s p o n d i n g c a l c u l a t i o nt o p o l o g yi n f o r m a t i o n ，t h ea r t i c l ea l s ob r i n g sf o r w o r dam e t h o do f a u t o g e n e r a t i n ge l e c t r i cd i a g r a m s c a l l e db r a n c hd i r e c t i o nf i n d i n gm e t h o d 1 1 1 i sm e t h o dc a l la v o i dt h e n t e r s e c t i o no ft h ee l e c t r i cd i a g r a m si nm o s tc a s e s ，a tl a s t ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef u n c t i o n so f e v e r yp o r t i o ni nt i md i s t r i b u t i o ng e o g a m p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mi si n t r o d u c e d t h ed g i sh a sb e e n p u ti n t ou s e si nm e n t o u g o ue l e c t r i cp o w e rs u p p l yc o r p o r a t i o n ，a n dh a sa c h i e v e ds a t i s f a c t o r yr e s u l t s 。 k e yw o r d s ：t o p o l o g ya n a l y s i s ，a m f m j g i s ，s p a t i a ld a t a b a s e s ，d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m ， 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取褥的研究 残暴。尽我磁知，狳了文孛特裂鞠以栎注翻致潺懿蟪方钤，论文中不包含葵毽入已 经发表或撰写遭的磺究成果，也不包含为获得中函农妲大学或其它教育橇聿奄的学位 或证书而使j ； i | 过的材料。与我一同：t ：作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生熊名 粕k 时闻：瑚多。年多胃妒秘 关于论文使用授权的说明 本天完全了解中国农遂大学蠢关傈整、整瘸学馁论文戆援定，帮：攀校有投爨 留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借| 、薅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 f 保密的学位论文在勰密羼陂遵守此协议 研究生魏裘般 州：新年刖f 1 导涵签名：霹麴；淞彩年多月矿弱 第一章绪论 1 t 弓i 言 随着国民经济的高述发展荆改革开放的深入，我国的电力事业发展迅速，配l u 网也得到了 很大的发展。其体表现在：网架结构越来越复杂，设备豢型乖l 数鼙越来越繁多，供窀运行方式 变化越来越频繁，控刳操作及警敬处理的难嶷越来越大这j l 个方蕊。与此羼时，髓黄电力市场 的引进，电力法和承诺制的公布和贯彻执行更要求电力供应都fj 提供安全、经济、可靠利高 赝鼙盼电力。传统的技术承l 管琏手段已经无法适疵新的澎势，辩电管遴系统正是蔽这样静形势 i - 提出来的j 。 配电生产管理信息系统是指利用现代黼新技术和设备对配电网和客户在正常运行前l 事故 糖况、f 实 7 检测、缳护、控割鞠管理，提褒供电鹱量拳l 经凑牲，改善援务和提高一f 传效率，班 实现再己电管理自动化。就d m s 的功能结构而言，主要凼配电自动化i s c a d a 系统、地理信息 系统、配电 ：作管理、救降与停电管理、龟鼙计饕与搿龟管理系统这尼帮分梅残。 姆g i s 引入到配电生产管理信息系统中，具礴特别垣要的崽义。从系缆的体燕结构上讲， 配电g i s 系统是实现配电管理年配电自动他系统功能的技术支持平台、信息可视傀和配电管理 盎鼹纯熬l ：奏。麸璃能分辑土，g i s 疆其强大约数据分嫒翱空闼分据秘能。为配屯管理提供地 理背景数据、图形数据、设备参数数据等信息，w 以将配电系统的设备管理、规划设计、负荷 管理、故障排除、供电恢复等功能有梳的结合在一个统躲系统中。嚣诧，配电g i s 系统楚全 嚣实现配如管理系统拳l 阮电自动化系统功能的一 十有效技术手段。它已经成为电力行业自动化 系统新技术发展方向”j 。 1 2 g i s 装统成用 1 2 1g i s 发震檄嚣 g i s 技术整穴十年代起涌予托美鲍一f j 分析鞫处理海鼙蟪堙数搽信患熬薪若学辩p l 。它把 地理倪置穗l 相关麟性有机结台起米，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给川户，满足城 市建设、膳民生活对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视优表达，进行各种分 褥、管理鸯1 决策。 自从1 9 6 2 年r o g e r t o m l i n s o n 首先提出g i s 概念，并建设了国际上第一个具钉实川价值的 g i s 以来，g i s 技术得到了蓬勃发藤。8 0 年代，隧着计葬橇援米突猛进的发餍，鸯露主社会煎 迫切需要秘经验与教训的积累，g i s 在地与房产管理、资源调查、环境保护、市政建设与管 理、区域与国家的宏观分析与调控等方面取得了驻著成绩。进入9 0 年代后，g i s 已经逐步成为 医域管理、经济发矮拳 社会避步懿一秘甭霹袋少瓣现 讫手段，也在城市撬划、管理和科学次 繁等南巍发挥黄重要的作羽。魉黄1 9 9 8 年瓣美国剁总统戈自；“数字地球”搬念的援 饺其核 心技术一一g l s 戛为各圜政府所r 泛芙沣【“。 随着g i s 按奉产监纯发鼹，符秘g i s 系统瑶出不舅。据不完全统诤，蘸够提供市场趵蠢篷 化g i s 系统固j 有关软什产晶已达2 0 0 多种，川广l 较多、知名度较高的g 1 s 产晶韵七八种其中人 部分已经进入中国市场。包括e s r i 公司盼a r e i n f o ，b e n t l e y 公司的m i c r os t a t i o n 。m a p l n f o 公 司魑m a p l n f o ，i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a ，澳大剥弧g e n a s y s 公司的g e n a m a p ，麴拿大a p o l l o 集团的t i t a no l s 3 等。中国虽然从8 0 年代初才开始研究资源j 环境信息系统，但近年米g i s 建设缢麻涮为导向，已建立或稿步建立了g i s 及箕专题数据薄。鞫融较为成熟黥g i s 软| ：包括 北京超幽公司的s u p e r m a p ，武汉中地公司的m a p g i s ，武汉吉奥公司的g e o s t a r ，北采华图公 司的o p e n l n f og i s ，北斌朝夕公司的m a p e n g i n e 等9 j 。 g 1 s 软f l ：蒎楚葵使崩对象，霹分为专题g i s 藉嚣域g 1 s 。区域g 1 s 主要以区域综台硪究为 日标，分为不同的规模，如国家级、省级、市级和县级等为不问级别行政隈服务的系统。专题 g i s 麓具裔甜标和专韭特点的逸理信意系统，如森林动态益溺系统、电力g i s 等。率文群透静 配屯g i s 臻统是结台s u p e r m a pg 1 s 软件二次开发设计的专题g i s 软件，用1 二管理1 0 k v 鞲已电系 统的生产运行。下面就s u p e r m a pg i s 系统进行介绍。 1 2 2s u p e r m a pg i s 简介 s u p e r m a pg i s 是北京超图地理信息技术有限公司研制的新一代大型地理信息系统平台，其 产品包括翁件式g i s 开发平台、网络g i s 开发平台、鼗入式g i s 开袭平台，为番 予监的辩蠲开 发单位提供- 次开发平台和数据处理：具，支持再行业庞削开发单位好发g i s 应_ f = f j 软件产：鼎和 应用系统。本文中所采用的正继组件式g i s 开发软什s u p e r m a po b j e e t s5 。 s u p e r m a po b j e c t s5 基_ 丁+ m i c r o s o f t 豹c o m 缀f 技术标准，戳a c t i v e x 控f ：麴方式提供强 大的g i s 功能，遗用于用户快速开发专业g i s 应用系统，或者通过添加图形可视化、空间数据 处理、数据分析等功能，为传统管避信息系统( m i s ) 增加g i s 功能，把m i s 提升弼一个新的 裹度。它出若干a c t i v e x 控件秘数最众多的自动他对象( a u t o m a t i o no b j e c t s ) 构成，可以方便 地嵌入到流行的可视化高级开发语言环境中进行一二次开发。 s u p e r m a p0 b e c t s5 提供强大豹地强制幸# 秘糍，其中的鸯定义专题圈动g l 戈其氆褥一提。 它可以通道敬定豳层的属性设定地图上显示符号的风格，包括显示什么样的符号、符号照示的 大小、旋转角度、显示颜色等。 s u p e r m a po b j e c t s5 还内置了s u p e r m a pg i s 最勰空阈数据痒g l 擎技术s u p e r m a p s d x + 5 ，以支持海量空间数据的管理。这技术对丁开发具有海量设备信息的配电g i s 系统来 说其有菲常重要瓣意义。 早在2 0 世纪9 0 年代，g i s1 ：作者开始研究基丁关系型数据库( r d b m s ) 或对象关系型数 据席系统( 0 一r d b m s ) 的空间数据存储管理方案，这就是所谓的“空间数据库”技术。与传统文 ：方式相比，空溺数据疼鼓拳有明是的技术优势，包括海量数据管理能力、图形零嘱性数据一 体化存储、多用户并发访问( 包括读取利写入) 、完善的访问权限控制利数据安全机制等。空 闯数据瘁技术正在逐步敬代传统文件，残为越采麓多的人中鏊g i s 疵蠲系统蠡孽空闽数捃存储鳃 2 决方鬟。迄今为l hs u p e r m a p 的空嗣数据簿技术已经支持o r a c l e ，o r a c l es p a t i a l ，s q ls e r v e r ， s y b a s e 干| 【吲“数据库d m 3 等多种商川数据库。 酴了疑够支符多种数据瘁努，s u p e r m a p s d x + 5 还曩育以f 地个特点： 1 ) 刮时支持父培和l 栅格数据，s u p e r m a pg i s 数据库结构完善，可以在嗣一个数据渊q j 同 时存储久鼙数据和棚格数据，1 i 需要批它们分不同数据源存放。 2 ) 支持存拣妊羚关袭，s u p e r m a pg i s 数撂痒数据激嗣撼支接存健网络糕丰 荚系，可以把 网络数据集存放到数据库中。 3 ) 提供睦事务处理髓力，s u p e r m a p s d x + 5 中提供酪事务处理麓力，霹强陡爵溺静遴行事 务处理面不会有任何影响。事务处理魁g i s 软十 一个非常重要的功能，包括短事务和长事务两 种。短事务处理机制由数据库旖理系统( d b m s ) 提供，s u p e r m a pg i s 的s d x + 5 同时支持的 疆静渗务处理功簸，s u p e r m a pg i s 静疑事务巽亳翅f 特点： 跃搿务开始斤，其他用户只能看到被锁定隧域在编辑之前的数据，而不能着到锁定后 的编辑情况，也j ；能瑟锁定钓数据进行编辑； k 枣务可以持续几天、几个月甚至更长的 寸间，期间无需任何特殊处理，可以随时继 续； 致事务中蒡军侉麴修改其煮摆当麴安全性，靼经遇到突然鞭电、恁瓿或者其它意， 犍毽， 所编辑的数据也不会丢失或被破坏； 侄何时候，如果精于骈作的修改不满意，可醣阐滚所律的修改，恢筮到锁定时的状态； 编辑结束，只要提交了踬作的修教。其他周户立即就能看到修改后的内容； 只有提交或同滚了修改之而，其他 j 户才可以对原锁定隧域进行修改。 1 ，3 配电g i s 的研究现状 g i s 在哇王力系统中的应捌主要体琥在麓啦、输变毫、配电精电力营锖等各重要环节* 】。文 献 7 1 0 0 介纠了g i s 在电厂没备管理中的虑j i 系统，文献 8 、9 介绍了g i s 在送变电管理中的庶 鹏，文献f l o l 中介粥的北京输电g i s 系统就是s u p e r m a p g l s 软件应用于输电系统的一个艇型实 倒。 由于配网包括有众多地理位置箨肄的设备、硝户，使得配网g i s 较其他电力g i s 系统应用 意义整天。g i s 谯糯电系统中的赢掰主要体现在以下，k 个方匿：f l 动绘图、设备管理、配电翻 规划殿辅助设计、电网远行分析及决策支持、客户投诉电话管理( 故障报修) 、j = | 户管理日， 其中包括离线应朋和在线应用。 在众多耀电g i s 系绞中鑫动绘裂、设备管理( a m f m ) 管理功链为配电g i s 系绞豹基础 功能【1 2 “。除了a m f m g i s 基础功能以外，许多配电g i s 系统还集成了配电网的其他成用。 文献 2 0 - 2 3 中介编了配电g i s 系统在配电网规划 殳计方断的癍用。以g i s 掇供的蛾闰背景为基 础，在地图上进行规划设计。文献 2 4 1 介绍了c j l s 系统礁：电力勘探方磁的瘫心，文献 2 5 1 中介纠 的配电g i s 系统始成了黼电系统的负荷管理、：释管理簿应刖。文献 2 6 1 介柳的配电g 1 s 系统 集溅了琵 魏漫蚕的捡骛管理、鬻户投装麓辚劫决燕管理、纾其撵 乍禁、系绞模投搽作等麓缀瘫 3 埘，文教【2 7 纠，鞭述的耗电g t s 系统是有谆电范周分辑功能，通过删声投 蓐电萏对故障在地到 l 进 r 定何。文献f 2 8 】将配i u 网的网络巫构功能集成剑了阮电g i s 系统当中，收到j - 良鲥的敬 莱。文献 2 9 】介蜊，翔雕鏊丁- 港理信息系统，季弩建电气设备在缓状态信息系统豹方法。文献1 3 0 1 t t 的配l ug i s 系统粲成了检修计划、试验计划等辅助决策功能，文献f 3 1 中的出配叱g i s 系统 除了具有检修计划管理外，还巢成了粥电系统的缺陷管理干网络规划功能。文献【3 2 耐论的配 电g i s 系统具有酸l 也网的潮流诗奠、实黠监控琏能，嗣时还其有业务掇装辅戢分摄功能。文献 f 3 3 3 8 讨论的是在已有的d m s 的各个系统的基础上，邋过建立接口、设置数据交换格式的方 法，以配电g i s 系统；f 核心进行d m s 一体纯静建设。箕中龟箍文献1 3 3 中褪弱瓣g i s 与m i s 系统，文献【3 6 中提剑的g i s 与m m s ( j = j 魄营销系统) ，文献 3 7 t p 提到的g i s 与s c a d a 系 统。文献 3 8 1 提出_ 一种利用a m f m g i s ，将现有的m i s 、l m ( 负荷管理) 、s c a d a 蒋有效 集戏携方法。到舅嚣为 ，题京、上海、深朝、武汉、蠢家_ 建三、疆安、宝鸡、，。州、藜乡等地 方供l h 部j 、j 均在建设相应的配电g i s 。 1 3 1 配电g i s 数据库研究现状 对一个配屯g i s 系统来说，数据是系统的基础。数据的有效管理、数据结构的科学设计离 接影响到系统的安全性币i 实用性。所以，如何设计张己电g i s 系统的数据库也是一个值得研究的 阏题。文献f 4 、3 9 1 分辑了电力g i s 数据豹特点，将电力g 1 s 数据分为空翊数据翱属性数据嚣 部分。空间数据与属性数据的连接方式主要有以f4 种： 1 ) 属稚数据作为空闯数据的一部分，如毽l - 2 所示。这种方法夺非常明显的缺点：火量麓 属性数据加载于蹦形数摄上会导致系统响应时间的延长；属性数据的存取必须经过图形记录才 能进行。网此，避种连接方法熙有在属性数据量不大的个别情搅f 可以采用。 i 空闻数据i 属睦数据( 任意长) l 囤1 - 2 糯性空阑数掭美系l 2 ) 空间数据肇自撂淘疆健数据，翔鹜1 - 3 掰示。这释方式瓣洼数据的多少不受鞭截，褥虽 对煳彤数据没有不照影响。但是，由于仅有从图形对属性数据的单向联系，互相参照就非常不 方便，而且容易出错。 匿耐蛩叫圜 霭1 3 麓懂空精数据燕系2 3 ) 传统的d b m s 翔斑鬻箨痔，空闻与嚣空润数据存予网一个数据痒串。赞静方式袋耀绩 统的d b m s 管理系统数据，t i 用很大的存贮空间，响应速度慢。 4 ) 图形数据与属性数据自成体系，如酗l - 4 所示。豳形数据糟地理信患系统商韭软件提供 豹空闻数掇疼管瑷，璃| 生数据期亵业崩数攒库营蠼售息系统蛰理，避过标识符( i d e n t i f i e r ) 建 立起图形与属性的连接关系，实现两者的统一操作。这样做有阱f 好处：保持数据独立性：不 同的应瑚程序可旅照所需静数据结擒去访淘数搽绺中的数据；警数据痒孛豹数据发生交讫露， 4 不需要e 新编弓或修改已有的应州科序。口前国内已经投运的人部分配电g i s 系统采j 】的都是 这种迎接方式，即使系统的空间数据与属性数据白成体系的方式。其中，数据阵的砹计，特别 是空间数据库的设计，需要根据系统管理的对象、系统要实现的功能的实际情况。 阿丽计鱼塑厩 圉1 4 属性空间数据关系4 1 3 2 配电g i s 拓扑分析方法研究现状 电力网络拓扑分析的任务是处理开关信息的变化，将用户定义的网络物理模型转化为供状 态估计、调度员潮流等高级应用的计算模型。传统的网络拓扑分析方法是利用堆栈技术进行搜 索【4 0 1 ，当开关状态发生变化后，重新在每个厂站内进行搜索，并重新为肯点编号。为提高速度， 文献 4 u 捉山的算法，只搜索网络中断开开关所在的厂站电压等级，缩小了拓扑分析范丽。文 献 4 2 1 提出的方法，保存前一次网络拓扑的结果，局部修改二符点编号。近年来，还涌现出了面 向对象技术的拓扑分析方法h 3 】 4 4 1 ，基丁基本分析单元有色p e t r i 网的拓扑分析算法h 5 1 这些改进 的拓扑算法。 作为配网进行高级应用功能的基础，配电网的拓扑分析方法由于在拓扑结构、运行状态、 节点数目等方面都有着不同丁输电网的特点，其拓扑分析方法也有它具体的要求。首先配电线 路上的配变数目非常多，如果照搬输电网中的拓扑算法，就必须给每个配变负荷处增加一个虚 拟的厂站，这样就会增加拓扑分析的复杂度，降低分析速度。其次，配电网主要为辐射状、树 状、环状接线方式，其中环网具有“闭环设计、开环运行”的特点，这就使配电网潮流计算常 用前推同代方法，从而要求拓扑分析的节点编号满足算法的规则。再次，配电网中的电气岛分 析最主要用于划分供电区域、搜索供电电源、分析停供电范围，所以可以将配电网中的电气岛 分析认为是分析线路上各类设各的供电电源。就配电网的特点，许多学者提出了针对配电网的 拓扑分析方法，例如邻接矩阵法，树搜索法等等【4 “。但是这些方法无法直接运用到配电g i s 系 统中，即使通过一定的公式转换进行应用，产生的拓扑结果也存在着和地图上具体的接线相脱 离的问题，所以在配电o l s 系统中采用的拓扑算法必须是紧密结台g i s 空间数据的。 随着配电g i s 系统研究应用的深入，基于g i s 的配电网拓扑分析方法也成为研究的一个热 点问题。总结现行的配电g i s 系统中所应用的拓扑分析方法，可以分以一f 几类： 1 ) 直接利用g 1 s 软件集成的拓扑算法进行电网的拓扑分析。该方法虽然实现简单，但是 g i s 软什的拓扑分析是用丁- 检查空间实体在地理位置上的空间联系与组成关系的”押j ，它不存 在如电力系统中开关状态的逻辑判断，无法判断电气节点和线路地理上的交叉跨接点，因此无 法真正满足电网拓扑要求。 2 ) 文献 4 9 1r 年一种基_ 丁配电线路的网络拓扑分析和着色方法，该方法将开关类犁进行分类 ( 馈线开关、联络开关) 并按不同的开关类型进行拓扑判断，对线路进行着色处理。这种方法 仅考虑了架空线情况，没有考虑到电缆情况汞i 站内情况：同时电网计算和电网着色所要求的拓 扑信息是不同的，前者的要求更高，所以该算法不具有通用性。 3 ) 文献5 0 仲提山r 基于g i s 构建配电网拓扑关系的方法，该方法通过特定的数据结构， 利川g 1 s 软仆中基本的点、线连接信息，构建i 符台电力麻川的拓扑方法。位该方法没有进行 电气岛分析。 4 ) 文献【5 l 】中提 ；，种穗t - g i s 的电力网络拓扑分析方法，剪且应川剖配电网中。该方 法形成了侈点一支路芙联信息，并有效地利州j - g i s 连通性功能进行电气岛的分析。 在率文的黼电g i s 系统中，采喇的蓊雒两伐潮流嚣法要求l ，点编号由酝电线魏电撩点( 群 出绂嚣荚) 开始连续编号，间i l 寸露要实现供电电源分点斤功能。所以，如何基“j - - d 电g i s 系统没 计满足这些要求的拓扑算法，避本文所述的配电g i s 系统能否真正实施配网高级应用的个关 键阎题。 1 4 本文工作 根据国内外配电g i s 的研究应用现状，本配电g i s 系统的实际应用要求，本文主要进行了 戳一 ，k 方嚣的谤究拳l 开发“l ： 枣： 1 ) 进行g i s 数据模型分析，研究配电设备数据的特点，设计配电g i s 系统的空间数据结 构，建立配电g i s 系统的空间数据库。 2 ) 在建立静空闻数据结构基础上，掇澎一静能蠢效剥耀g i s 空翔援索功能蜘逊网拓羚分 据方法，建立物理接线攮息与电网计算拓扑信息的一一对威关系。要求该方法能自动跟踪设备 物理接线的变化，给出相戍的电网计算拓扑信息。 3 ) 基于电网计葬拓扑信患，摇出自动制作电气接线溺的方法，要求该方法坐或豹唾圭气疆 线圈不会出现交叉踌接现象。 4 ) 完成配电g i s 拓扑分析、电气接线图制作、设备供电电源搜索、人机交阻式绘图、设 备管理功能的开发和平台各环节的集成。 6 耋盈纛l 鹜耋筵l 茎蓬i 鏊，。一。 ，。，。， 鎏茧耋，麓驽鹜i 警塑警鋈鍪瑟蓬鏊瓯 第二牵配电g i s 系统的空间数据瘁设计 数据席是配ll ig i s 系统的基础，系统无论要进行离线管理逆是以线管理、辅勘决策分析， 都需溪在系统鼗搦库的纂稚上避行。潲诧，合理绝组织鬻 澄旃管理信息南1 设备的地理倍患， 并保证这些信息红配电生产管理过程中妁一致性就显得至关重要。本章盘分析了g i s 空间数据 模型和配1 u 墨兰间数据特点的基础上，提出了配电空间数据库的结构。详细地分析了配电系统中 吾粪实体及箕属橼豹关系，建立了空闼实蒋豹e r 模型，弗班拢为基础建立了系绞媳空斓数据 库。 2 1g i s 系统空间数据模型 数据模型是数据库系统的基础，它反映了数据痒中数据的糗体逻辑组织，数据库设计是数 据模型的计算机实现。鬻设计配电g i s 的空间数攒库，首先需碟明确空间数据库采片j 什么样的 数据模型。 2 。1 1g i s 数据模型 g i s 系统中标准的两种数据模型是矢最模型和栅格模裂【5 “5 ”。在矢量模型中，用点( p o i n t ) 、 线( 1 i n e ) 、糯( s h a p e ) 裘这空间对象；而在橱格模型中j l l f j 用空间革元( c e l l ) 或者元( p i x e l ) 来表达。 1 ) 栅格模型：采用面域或空域枚举来魁接描述空问目标对象，它特别适用予刻画像地球 重力场鄂稃的连续静空闽变量。 2 ) 尖援模型：用边界或者表面来表达空间目标对象的面或体要索，通过记录目标的边界， 同时采用标识符( i d e m i f i e r ) 表达它的属性来描述对象实体。 比较两糖摸型，矢懿数据以点、线、嚣方式编码，i 并| 三走( ) ( ，y ) 坐捶串髓存管理，是表现 离散空间特征的域佳方式：栅格数据( 扫描图像或照片) 是通过一系列网络单元表达连续地理 特镊。表2 - 1 楚欠鼍模黧与撵糨模犁斡毙较。 表2 - i 矢耋攒型与栅格模型豹 e 较 矢量模型栅格模型 恍熹数据存储量枣数据结捣麓单 空间位臀精度高多种地图叠台分析方便 空黼关系描述垒嚣，对线狡、霹络靛事势瓣势辑方客基绱述边赛篾杂、蒜糨静事物，嫠予娃理三雏 便连续表谢 空闻和藕骷教攥综台查谗与更断方便能盎攘经理数字餮稼籍患 替通地例可直接乎工数字化 能直接用栅格状设备输出图掰 缺点 数括结构复杂 。藏据存储量人 多种地蚓叠台分析较孱难空间位置精度低 边界复杂、模糊骑事物难阻描述难鞋最达线献、嘲络状的事物 l i 能直接处理劂像信息输 i 地蹦小夔规 普通地醋须技矢量方式数字化 1 ：旦惑4 坠茎蛾：k 誊丝鋈赢 ，。，。鎏* ，鸯女磐g j 蓬丝墼窑衄鎏垄l 鍪丛， 通过比较，币难发现： 1 ) 栅格横掣的最人优点是不向类型的空间数据层i ：需辨经过复杂的儿何汁算就町以进行 叠鞠捺作，撅捂数据表达蒋翥遮于模聚字闽靛连续变化，褥剐透】。秘往特征麓空闯变饱释疫缀 高的区域，如1 j 晕图形上所表现的海岸带分布。 2 ) 灸鼙摸攀表达趣空羯数攥文静眈鼹捂文纷l i 罔豹存健空闽蛩少，它脊霞恁台袭达建型 上的剐形目标，点利一些小的多边形都能被精确地表达。 出丁- 必鼙模型羽 瓣格摸型务自不同的使蚓特点，所以嗣翦大多数的g i s 系统都嗣f l 雩支撑灭 鼙模型和栅格模型，以充分利用这两种数据模型的优点。 但是，在也力系统中处理的大量对象都是点对象( 开关、变压器等) 、线状对象( f 乜缆、 蘩空线等) 和瑟对象( 变电站、鬣变的珙电台区蒋) ，丽父鬃数据模搿在反赢藏类信怠方蟊有穗 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眭，便于进行网绺分析。为节省数 据存健空阕以及壤少援黧耀互之闫豹转恍舞闻，选择暴强矢颦数据攘嫠来接述、管理瞧力设施。 2 1 。2 空间数据的矢攫编码 由于矢截数据模型上述的优越性，所以配电g i s 系统采用矢最数据模型，这样就将配电网 管瑗鹣砖象以室阉主戆点、线、嚣形式表示。f 嚣分期对采蠲矢量方法进牙存壤的空翔数据( 点、 线、面实体对缘) 进行描述。 1 ) 点实体 对于点实体记录菇特定坐标系下的嫩标和属性，可以将其空间数据和属性数据结合起来， 将点的坐标佧：6 j 点实体的两个属性。图2 。1 说明了点实体的矢量数据组织方式，即每一个点存 储的内容。闰中唯一标识码是g i s 软锌系统的捧鳓序号；点类鹃说萌该点的樊型：( x ，y ) 表示 点的空问坐标；根据需耍和便于记录查询，将与点相关联的简单属性直接存储于点记泶中。 2 ) 线实体 线实体越由n 个坐标对( 点) 组成的有序集合。这些搬标对可以描述任何连续而叉复杂的 鞠线，每段线蜜髂存髅的内容翔图2 - 2 掰示。 点实俸 唯一嚣识竭 点类确 i ，y 垒嚣 简单属性 线实体 _ 一辫一称识蒋 卜一线类码 卜- ：隧，最毒i 识竭 i 卜一终最标识竭 l 譬弼点称识焉串 l 一出多逑搿标识嘲 i 卜一泰多造影嚣识硝 l 一部分简单属性 交2 - l 燕实体熬炙譬缡鹞蠹窭 潮2 - 2 线襄搏瓣矢量编码内窖 8 ：l 鳖l ；鑫鍪鏊l j 耋鳖；l 警。，。皇，! 寡，。黜。! 皇! !，誊黼薹垄幽姜蚕篓惑鍪鋈鍪垄耋l 警秦 其中啦标口 码是g i s 系统的排列序号；线类码确定陵线的类型：起始、终点标0 码表示 线相廊的竹点；中削点标识玛串确定了线的形状：t ：、廿多边形确定了线+ o 面的幸十泔 邻接笑系； 同样线实体记录也可包据简单属性，如显示线f j 符号、虚实、糨黜等。 3 ) 蠹l 实 搴 面实体即多边形，多边形数据蹩描述地理空问信息最重霹| q 一类数据。多边形灭鼙编码 不仅要求能表示其空问位篱和名称属性，还必颁能表达k 域的捕扑性质。冈此，多边形久鼙编 码比点实体和线实体复杂，也更为重要。图2 - 3 说明了面实体存储的内容，包括以f j l 部分内 容：啦一标识羁、蘧类码、辨多边形类弱、棚邻多边形类码、线标弘 码帮部分筒擎鼹性。 面实体 2 2 配电空间数据库结构 重2 - 3 蠢蜜体貔矢量壤码蠹容 在数据簿的设诗过缓审，翥会嗣到霹象、实俸等基本概念，f 嚣先羁确一f 遮垫基本概念 及其相强问的关系： 1 ) 蜜体( e n t i t y ) ：是客观存在并相互区分的事物，可以是寰际的对象，也可以魁某些概念： 可以指掌物的本身，电可以指事物与事物间的联系。 2 ) 瓣象：是褒实世赛中其体存在的事物，每个对象由对浆的状态和 亍为缎成，楚唯一可 鞋表示鹩。对象可 三l 认为怒安体，实俸帮不一定筵对象，因为番整实俸不其骞嚣为特羲e 。 3 ) 联系( r e l a t i o n s h i p ) ：是指实体之间种行为，主要是指实体问的联系，联系有一对一 ( 1 ：1 ) 、一对多( 1 ：m ) 和多对多( n ：m ) = 类。 4 ) 鲻性( a t t r i b u t e ) ；是实体或联系所熟有的菜一性质，在一个实体的属性中，能够唯一 表示实游靛震链集豫为赛髂的蠡谖( 主玛或烹键) 。 2 2 1 粼电系统的实际对象分析 设汁系统数据库结构的第一步就是要抽象出配电g i s 系绫所要描述的对象。 零系缝管理魑跫l o k v ，萁管理瓣对象包螽l o k v 酝遒线黯及其上豹备类其髂设备。 按照设镛的类型抽象l 系绞数据库设计的实际对象，其体趣耩燮电辩、开闭站、辩迤室、线路 ( 架空蟪午| l 电缆) 、环网枢、箱式变、杆塔、柏：上变压器、枉l 开关、电力用户、电缆升、其他 9 尘鋈垒錾螽盏，鎏，妥；螯g 篓耋。，。，。，鍪鳓鋈! 。l i 垒警l 垒鋈簸黧薹墼鳖i i 釜 殴备，考虑纠站内接线的情况，抽象j j i 站内设褥、站内接线两个剥象。 其中，架空线、电缆、站山接线在地图l 以直线或者折线的线状形式分布，扫：g i s 中属丁 线对象( 线实体) ；开煳站、配l 乜室、轷塔、牲上变乐器、柱t 蜀关、电缆丹、环嘲搬、箱式变、 电力列户、其链注冬、站肉波备在缝圈主以点状分毒，藩j ：蠡对象；变l 毡棼袋器嚣癸考寒实际 的t 1 地耐积，在地图上以一个封闭的多边形耐分布，属。】：面对苏。根据上述实际对象的分稚特 点，在配叱g i s 系统中采用点、线、面矢量横魁表示。 配网中的备对象，除了具有空间数据外，述具有与空间数据光商接关系的数榴，称之为属 性数据。宅龟摆设备参数、竣鬻豹运行数据( 实时、历史) 、网络孝螽扑数据翻缺麓萤理数据儿部 分。南魏可以将轰对象鲍数攒分为空闻数据零| 耩往数据两部分“。 l 誊者盘g i s 较搏统一管理； 后者由关系型数据库软件管理。本文采用两个数据库相互独立、标识符进行连接f i 寸模式( 如图 1 4 中所示) ，设计配电g i s 数据库结构。 配q 土设备的空间数据由空间位置、相对儆赞帮f 属性三部分内豁组成。其中，空阐谯置就是 由菜巾参考整拣系确定鹃魏凝，耱对攘餐表述秘跫嚣个建理安髂之闻的舞棼茭系，这嚣鼙分由 g i s 软p | = i i 自定。为区辅予前蕊所述的设备属性，称空闻数据中的“属性”为空闻麟性。空闻属 性为与儿何位置无关的，但与设备显示、电网拓扑计算、属性数据席关联等有关的信息。由此， 可以总结山配电生产管理信息的总体数据库结构，如图2 - 4 所示。 蠢要警 设运髓拓营 象囊孥萎萎 裁据。据据 i 匿梁美系数搭蓐款锌f 、7 l 4 _ k 1 _ q # n 二二二二二二二二二二f = 瞳二二- = i 二二一_ ： 匡翔 舭s 软件 广= = f = 二一1 固圜甲 厂柏厂专 厂柏 空翱藕空秘蕊空秘麓 闻对挂阋砖艘闻对拄 住谯住谯住慨 置麓置鬣置激 豳2 4 配电生产镣理信息的总体数姑牒结构 2 2 2 系统鑫孽空闰数据簿结梅 诒：配电g i s 系统中，采用分层管理的思想，将系统管理的实际对象分到不同的图层进行存 储管理。井魁地圈上的每个蝴层在系统韵空间数据库中都有一个袭与之对应，所咀确定配电g i s 系绞熬戮搓划分羲跫确定系绞麴空闻数据瘴缭擒。 撤据系统管理的实际瓣象，提出配电g i s 系统的空闯数据库缩裕，如图2 - 5 掰承。 0 尘亘警錾盛耋黧。茎毖鋈筌! 。，。， 鍪：叠；鹜鋈耋釜l ；蛰藤鋈鍪鬓鋈鏊，鋈。 囤2 - 5 配电g i s 系统舶空间数据库结构 2 3 配电g i s 系统的空溺数据瘴设毒 在提出了空间数据库的结构设计方案，明确了系统嘲层( 数据表) 的划分后，接f 米就是 要完成系统豹空闯数据瘁设计。其蒋遮，就是要接象密簧瓣象瓤e - r 关系( 模型) ，捉攥e - r 关系定义各对象蝴虚数掀表的属性字段。 2 ，3 ，1 对象的e ，r 模烈 系统的璇能是数据露设计的基础，最终将决定配电g i s 系缆中的嚣对象的e - r 模型。所以 要抽蒙出对象的e 。r 模型，首先要对系统的功能进行分析。 系统酌功麓主要奄捂戮下，k 个方嚣：人提交聂式绘翻( a m ) 、浚鍪警璎( 蹦) 、邀嬲拓羚 分析、基予拓扑结果和设备运行数据的电网高级应用。“f 面就这儿项功能及其与空间数据的联 系做详细地分析： 1 ) 太桃交互式绘燃 人机交互式绘图功能要求在添加设备时，系统能在地图上娃示添加设备的符号、大小、旋 转、颜色4 种信意，同时将设藉静属性数据录入到藩往簿中搀定静表中。圭l | 鹭显示熬职次方法 是袋用s u p e r m a pg i s 提供的自定义专题图显示功能，要求对阁层中的对教具有照示符号、显 示颜色、最示旋转和显示大小逸4 个精性。设备属性数据的录入需要指定设备的类型，所醴要 求对象具有设蚕类型标志属性。 2 ) 殴稿管理 波备管理功雏实现的是国上设备到设备属往的震彝奁询、统计功能。器求霹象其有设备标 识符震性+ 躺于掰个摩闼的联台查询。 3 ) 电阐拓扑分析 窀丽撼羚分辑秘g 簧袁透过分褥空凋：设蚕瓣连接关系，生成系绞属螋蓐中描述电捌拓拎 的柑点信息表( n o d e 表) 帚1 支路信息表( b r a n c h 表) 。所以，需要再线对象具有两端改备的 属性，i u 杆具有挂靠杵上设备属性，站内设备具有所属站窄i _ 殳备属- 忖等。 其中，。1 y 点编号与线路编号作为协点的联合土码；仃点类，w 包括：配变1 ，点、丌关协点、 传输仃点3 类：对应设备说明属性川丁存储该1 7 点对应的具体殴备，e r 模型如幽2 - 6 中所示。 支路编号与线路编号作为支路的联合主码；支路还有酋端、术端诤点编号，支路长度、 阻抗属性，e r 模型如图2 7 中所示。 图2 - 6 节点及其属性关系 图2 7 支路及其属性关系 根据系统功能的分析，将系统中各对象的e - r 关系具体绘制如f ： 1 ) 电缆：图中用于定义设备间的拓扑关系的属性有两端关联设备的i d 号、两端设备类型、 两端设备所在站i d 号、所在站类型，其中后面的4 个属性用于记录站内开关所在的变电站、 配电室、开闭站、环网柜、箱式变的信息。用于记录拓扑分析结果的属性有两端节点号、供电 电源这3 个属性。屯缆类型属性用于标注电缆是计阻抗的电缆导线，还是不计阻抗的电缆连接 线。另外还有用于显示电缆符号禾i 颜色的属性，所在线路