基于GIS的配電運(yùn)行管理系統(tǒng)圖形編輯

2013-12-04 15:03:51 電力信息化　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘要：本文詳細(xì)介紹了基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的配電運(yùn)行管理系統(tǒng)（DOM）中的圖形編輯模塊。針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)中的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一和維護(hù)、開發(fā)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(xì)介紹了基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的配電運(yùn)行管理系統(tǒng)（DOM）中的圖形編輯模塊。針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)中的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一和維護(hù)、開發(fā)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，用圖論的數(shù)學(xué)方法和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)建立起面向配電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，并且提供了各種方便的專題圖轉(zhuǎn)換工具，最終使地理圖和監(jiān)控所用的所有專題圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一，拓?fù)潢P(guān)系一致，并為配電網(wǎng)的各種高級(jí)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。最后，通過一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子，證實(shí)了本軟件在設(shè)計(jì)上的合理性和工程中的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：GIS　地理信息系統(tǒng)；DOM　配電運(yùn)行管理系統(tǒng)；DMS　配電管理系統(tǒng)；圖形編輯　

1 引文

近幾年來，電力系統(tǒng)中引入地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行圖形編輯、設(shè)備管理、地理查詢、網(wǎng)絡(luò)分析、輔助決策等，已經(jīng)成為一種趨勢，并且發(fā)展的越來越成熟和穩(wěn)定了。借助于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(yè)的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。而配電自動(dòng)化系統(tǒng)作為一個(gè)比較成熟的技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。從配電網(wǎng)運(yùn)行和管理的實(shí)際情況上看，由于配電GIS和配電自動(dòng)化之間存在著很多的數(shù)據(jù)等各方面的聯(lián)系，所以擁有一個(gè)集配電GIS和配電自動(dòng)化于一體的系統(tǒng)，將是配電網(wǎng)最有實(shí)力同時(shí)也是最實(shí)用的選擇，這就是配電運(yùn)行管理系統(tǒng)（DOM）。但是在國內(nèi)，該技術(shù)尚處于起步階段。有些廠家針對(duì)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(tǒng)和配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過底層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等一些特殊的辦法連接起來。由于兩種數(shù)據(jù)的格式存在著很大的區(qū)別，所以最終數(shù)據(jù)還是難以維護(hù)和統(tǒng)一起來，導(dǎo)致開發(fā)周期長，項(xiàng)目遲遲得不到驗(yàn)收。而一些GIS廠家研究在自身GIS產(chǎn)品的基礎(chǔ)上開發(fā)配電自動(dòng)化功能的模式，但是由于他們往往對(duì)電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)不熟，所以目前也還沒有看到比較實(shí)用的系統(tǒng)。本文之所以提出在GIS的基礎(chǔ)上開發(fā)DOM，是考慮到目前國際上地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式已經(jīng)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)了，而配電自動(dòng)化方面卻沒有，所以選擇以GIS為基礎(chǔ)是向標(biāo)準(zhǔn)化靠攏，會(huì)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(tái)的但又是基于GIS開發(fā)的，擁有GIS的方便快捷的數(shù)據(jù)錄入、查詢、管理、分析等功能，在此基礎(chǔ)上，利用圖論的理論建立配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，真正實(shí)現(xiàn)了配電管理系統(tǒng)和配電自動(dòng)化的一體化。DOM系統(tǒng)中，各種管理和分析功能都是建立在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，而數(shù)據(jù)的生成是通過圖形編輯系統(tǒng)來完成的。因此，建立合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出方便的數(shù)據(jù)連接關(guān)系，都是圖形編輯系統(tǒng)要完成的任務(wù)。圖形編輯部分就是非常重要的一步，是基礎(chǔ)，文中將詳細(xì)介紹DOM系統(tǒng)中圖形編輯部分的內(nèi)容。

2 圖形編輯中配電網(wǎng)模型的建立

圖形編輯的基礎(chǔ)部分就是配電網(wǎng)建模。而一個(gè)完整的配電網(wǎng)模型，離不開設(shè)備和地理信息。本文結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，面向?qū)ο蠓謱哟巍⒎纸Y(jié)構(gòu)地給出了配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型。

2.1數(shù)據(jù)組成及存儲(chǔ)

配電網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)主要是進(jìn)行配電網(wǎng)的運(yùn)行管理和設(shè)備管理。結(jié)合GIS的設(shè)備管理需要標(biāo)識(shí)地理位置的空間數(shù)據(jù)和設(shè)備屬性的臺(tái)帳數(shù)據(jù)，而運(yùn)行管理又需要設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和拓?fù)湫畔ⅰＫ酝暾臄?shù)據(jù)應(yīng)包括：圖形空間數(shù)據(jù)、設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)、設(shè)備和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、拓?fù)湫畔ⅰ１拒浖袌D形的空間數(shù)據(jù)可以支持國際上流行的各種地理信息存儲(chǔ)格式。拓?fù)潢P(guān)系也保存在shape文件中。由于設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量比較大，所以采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)方式。設(shè)備和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)信息（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的表號(hào)，點(diǎn)號(hào)，設(shè)備號(hào)等）也保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和拓?fù)浣Y(jié)果則存儲(chǔ)在本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，如此多而復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通過圖形ID銜接起來。

2.2拓?fù)潢P(guān)系一體化

基于GIS的配電網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)，面臨的最大困難就是地理拓?fù)浜碗姎馔負(fù)涞囊惑w化。本文采用以圖形為中心的數(shù)據(jù)層次上的一體化，也就是地理和電氣在數(shù)學(xué)模型上的一體化。

在配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，開關(guān)的分合使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)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(wǎng)，會(huì)取得比較好的效果。圖論是研究和分析配電網(wǎng)絡(luò)問題的一種有效的數(shù)學(xué)方法[7]。

地理信息系統(tǒng)中的所有空間地物可以抽象為點(diǎn)、線、面。因此，GIS研究的主要拓?fù)涓拍顬椋?/span>

① 連接性：弧段在結(jié)點(diǎn)處的連接關(guān)系。

② 多邊形與弧段的拓?fù)潢P(guān)系表現(xiàn)了多邊形區(qū)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(tǒng)內(nèi)部是按電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行邏輯做拓?fù)浞治龅模允敲嫦蛟O(shè)備的，GIS中所構(gòu)建的拓?fù)鋽?shù)據(jù)不能滿足配電網(wǎng)運(yùn)行、管理及分析的需求。

而基于GIS的配電網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系可以分為以下2種：

① 物理拓?fù)洌菏侵概潆娋W(wǎng)組成部件的物理上的連接關(guān)系。它表現(xiàn)的是一種設(shè)備之間的永久性的連接關(guān)系，比如兩根電桿之間有架空線連接，就認(rèn)為是具有連通性的。

② 運(yùn)行拓?fù)?是反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。電網(wǎng)中的開關(guān)等設(shè)備的分合狀態(tài)或故障的發(fā)生，都會(huì)直接影響拓?fù)浣Y(jié)果。它的更新是由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)完成的。

這里，電網(wǎng)中的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)具有普遍意義的無向圖，圖中存在回路。而運(yùn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無向圖的生成樹。配電網(wǎng)主要是中低壓電網(wǎng)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(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)只記錄連接關(guān)系即可，表結(jié)構(gòu)為：標(biāo)識(shí)ID、起始節(jié)點(diǎn)、終止節(jié)點(diǎn)等。而運(yùn)行拓?fù)涞膱D結(jié)構(gòu)則使用了鄰接表的方式表達(dá)。在圖上直觀的畫完電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（即物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）以后，運(yùn)行一個(gè)拓?fù)渖傻哪K，就可以生成運(yùn)行拓?fù)涞膱D結(jié)構(gòu)，保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。這個(gè)拓?fù)渖傻哪K中，利用物理拓?fù)潢P(guān)系，即設(shè)備的連接關(guān)系，運(yùn)用深度優(yōu)先搜索的算法建立起運(yùn)行拓?fù)涞膱D結(jié)構(gòu)中的各個(gè)鄰接表。鄰接表的結(jié)構(gòu)包括：點(diǎn)號(hào)、起始節(jié)點(diǎn)、終止節(jié)點(diǎn)、前向鏈域、后向鏈域、其他信息等。

2.3配電網(wǎng)的圖層組成

綜合地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)和配電網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu),在編輯系統(tǒng)中建立如下８個(gè)基本圖層和３個(gè)輔助圖層。其中基本圖層是針對(duì)配電網(wǎng)中的設(shè)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(shè)備圖層：包括斷路器、負(fù)荷開關(guān)等在配電網(wǎng)模型中可以定義為兩端元件的設(shè)備。模型定義為面。

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

 多端設(shè)備圖層：包括變電所、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、分線箱等在配電網(wǎng)模型中可以定義為有多個(gè)連接點(diǎn)的設(shè)備或站所。模型定義為面。

 節(jié)點(diǎn)圖層：在具有連接關(guān)系的點(diǎn)。模型定義為點(diǎn)。

 母線圖層：包括變電所內(nèi)的母線和環(huán)網(wǎng)柜等中的虛擬母線。模型定義為線。

 桿塔：配電網(wǎng)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(biāo)注：用于顯示設(shè)備標(biāo)注和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的文本。模型定義為點(diǎn)。

 輔助點(diǎn)：不帶連接關(guān)系的用于編輯背景圖的點(diǎn)狀圖形。模型定義為點(diǎn)。

 輔助線：不帶連接關(guān)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(diǎn)連接關(guān)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(shí)利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ槍?duì)每個(gè)圖層的特性，構(gòu)造出相應(yīng)的類。在各個(gè)類中完成對(duì)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(dǎo)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(shè)備，畫設(shè)備的時(shí)候編輯系統(tǒng)會(huì)依據(jù)所畫設(shè)備的不同類型在設(shè)備上添加相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，類似于錨點(diǎn)，然后再用線把這些點(diǎn)連接起來。另外，每個(gè)設(shè)備都可以有不同的顯示方式，這些信息都保存到該設(shè)備的屬性圖形數(shù)據(jù)中，所以畫設(shè)備前要先設(shè)置好圖形參數(shù)。另外，畫線路時(shí)，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到有節(jié)點(diǎn)的位置，屏幕上會(huì)高亮顯示該節(jié)點(diǎn)，以方便用戶建立物理拓?fù)潢P(guān)系。如圖1。

為了更快速的畫圖和拓?fù)浞治龅姆奖悖到y(tǒng)中采用了站所內(nèi)外的設(shè)備可以在同一張圖上編輯的方法。站所內(nèi)和站所外通過位于站所邊界上的節(jié)點(diǎn)連接起來。畫圖的同時(shí)就可以建立物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖2所示。

②刪除：刪除的原則是刪除設(shè)備的同時(shí)，與該設(shè)備相連接的節(jié)點(diǎn)也一同刪除，而刪除線路則不刪除線路兩端的節(jié)點(diǎn)。

③移動(dòng)目標(biāo)：是指

責(zé)任編輯：和碩涵

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