一種基于主配網(wǎng)集成模型的配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

摘

要：隨著配網(wǎng)自動化系統(tǒng)應(yīng)用水平的不斷提高，傳統(tǒng)的通過手工繪制靜態(tài)的線路單線圖已無法滿足復(fù)雜的配網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)需求。現(xiàn)在主配網(wǎng)集成模型的基礎(chǔ)上，以滿足配網(wǎng)調(diào)度運行管理工作業(yè)務(wù)需求為目標，設(shè)計并開發(fā)了一套配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于實時電網(wǎng)狀態(tài)，采用樹形布局等自動成圖技術(shù)，實現(xiàn)配網(wǎng)專題圖的自動繪制。通過具體實踐，驗證了本方法的有效性。關(guān)鍵詞：主配網(wǎng)集成模型；專題圖；配電網(wǎng)；自動成圖；樹形布局

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引言隨著配電自動化系統(tǒng)建設(shè)步伐的加快以及應(yīng)用場景的不斷增加，配網(wǎng)線路圖形作為調(diào)度員掌握配電網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)和實時運行狀態(tài)的主要手段的重要性越來越突出。長期以來，由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、改造頻繁，配網(wǎng)圖形的維護是配電網(wǎng)建設(shè)中的痛點問題之一。配電網(wǎng)圖形的維護通常采用以下兩種方式：一種是在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中進行維護，另一種是在GIS系統(tǒng)中進行維護，然后通過接口導(dǎo)入配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。采用第一種方式配電網(wǎng)圖形需要二次維護，維護工作量大，但可以根據(jù)調(diào)度員需要繪制單線圖、環(huán)網(wǎng)圖等。采用第二種方式實現(xiàn)了圖形一次維護，多處使用，減輕了維護的工作量，確保各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)配電網(wǎng)圖形的一致性。但目前GIS系統(tǒng)僅繪制基于地理信息的線路沿布圖。隨著手拉手環(huán)網(wǎng)線路的增加，線路沿布圖不夠直觀，無法輔助調(diào)度員快速掌握環(huán)網(wǎng)線路運行情況，給調(diào)度員日常調(diào)度帶來諸多不便[1-3]。鑒于上述配網(wǎng)圖形維護中存在的問題，長期以來相關(guān)研究機構(gòu)和廠家致力于配網(wǎng)圖形自動成圖技術(shù)的研究。目前的研究思路主要是根據(jù)配網(wǎng)模型自動生成配網(wǎng)單線圖。由于配網(wǎng)單線圖在布局上過于復(fù)雜，從現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，自動生成的配網(wǎng)單線圖一直無法實用化。此外，隨著配電自動化系統(tǒng)在配網(wǎng)調(diào)度運行和管理工作中的快速推廣與應(yīng)用，調(diào)配用系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用整合的需求越來越迫切。加上智能調(diào)度建設(shè)的不斷推進，在事故處理、停電計劃轉(zhuǎn)供電輔助決策等過程中，調(diào)度員不僅需要常規(guī)的單線圖、環(huán)網(wǎng)圖等靜態(tài)圖形的支撐，如何基于主配網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)自動生成供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖等動態(tài)圖形也成為目前研究的重點。本文針對目前配網(wǎng)圖形維護和應(yīng)用中存在的問題，開發(fā)了一種基于GIS圖模的配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建設(shè)思路是：配網(wǎng)單線圖由GIS系統(tǒng)維護，然后基于主配網(wǎng)集成模型自動生成環(huán)網(wǎng)圖、供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖和電源追溯圖等動態(tài)專題圖。這樣一方面降低了單線圖自動成圖的難度，另一方面基于主配網(wǎng)集成模型，結(jié)合智能調(diào)度業(yè)務(wù)實現(xiàn)專題圖自動生成。1

總體思路本項目開發(fā)的基于GIS圖模的配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)通過FTP接口從GIS系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)III區(qū)獲取基于CIM/SVG標準的配電網(wǎng)圖模文件和主網(wǎng)圖模文件，實現(xiàn)主配網(wǎng)模型的拼接。從配網(wǎng)自動化系統(tǒng)III區(qū)和調(diào)度自動化系統(tǒng)III區(qū)獲取主配網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)。通過Webservice接口獲取調(diào)度配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的自動成圖請求，根據(jù)業(yè)務(wù)需要自動生成基于SVG格式的環(huán)網(wǎng)圖、供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖和電源追溯圖等專題圖，并通過接口返回給調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)。總體流程如圖1所示。

1.1

硬件架構(gòu)設(shè)計配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)部署在安全III區(qū)，硬件上主要由兩臺服務(wù)器組成，分別是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和自動成圖服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存放主配網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)和歷史自動成圖文件等。自動成圖服務(wù)器主要實現(xiàn)與配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的自動成圖接口服務(wù)、專題圖自動生產(chǎn)服務(wù)等。配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)通過防火墻分別和GIS系統(tǒng)、調(diào)度自動化III區(qū)系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化III區(qū)系統(tǒng)以及配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)等相連，具體硬件架構(gòu)如圖2所示。

1.2

軟件架構(gòu)設(shè)計配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)在軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上采用C/S架構(gòu)，基于C++/QT語言開發(fā)數(shù)據(jù)接口和自動成圖功能。數(shù)據(jù)接口包括以下接口功能：（1）與配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)接口。通過Webservice方式獲取配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)專題圖生成請求，并將生成的SVG格式的專題圖通過Webservice方式回傳給配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。（2）與EMS系統(tǒng)接口。通過Ftp方式從調(diào)度自動化系統(tǒng)的III區(qū)獲取CIM/XML格式主網(wǎng)模型和E語言格式主網(wǎng)實時數(shù)據(jù)。（3）與DMS系統(tǒng)接口。通過Ftp方式從配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的III區(qū)獲取CIM/XML格式配網(wǎng)模型和E語言格式配網(wǎng)實時數(shù)據(jù)。自動成圖包括以下功能：（1）環(huán)網(wǎng)圖自動生成：點擊一條饋線，基于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索其相關(guān)的手拉手線路及主環(huán)線路上的設(shè)備，自動生成基于SVG格式的環(huán)網(wǎng)圖。（2）供電范圍圖自動生成：點擊一個設(shè)備，基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索及實時運行方式搜索其供電的設(shè)備，自動生成基于SVG格式的供電范圍圖。（3）轉(zhuǎn)供路徑圖自動生成：點擊一個設(shè)備，基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索及實時運行方式搜索其當(dāng)前可以轉(zhuǎn)供的路徑及設(shè)備，自動生成基于SVG格式的轉(zhuǎn)供路徑圖。（4）電源點追溯圖自動生成：點擊一個設(shè)備，基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索及實時運行方式搜索其當(dāng)前供電的電源點及供電路徑上的設(shè)備，自動生成基于SVG格式的電源點追溯圖。具體軟件架構(gòu)如圖3所示。2

網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索算法環(huán)網(wǎng)圖、供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖和電源追溯圖等專題圖自動生成的第一步需要進行網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索。其中，環(huán)網(wǎng)圖在網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索時不需要考慮開關(guān)、刀閘狀態(tài)，供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖和電源追溯圖等專題圖則需要考慮開關(guān)、刀閘實時狀態(tài)。下面以供電路徑圖為例介紹網(wǎng)絡(luò)拓撲搜索算法。本文采用廣度優(yōu)先遍歷法，針對特定的目標設(shè)備實現(xiàn)拓撲分析。具體算法分析流程如圖4所示。從圖4中可知，對于目標設(shè)備devID及指定的追溯電壓等級volID，首先判斷追溯電壓等級是否高于10kV，如果高于10kV，則分兩種情況實現(xiàn)：對于10kV電壓等級設(shè)備的電源點追溯采用基本的廣度優(yōu)先遍歷法得到設(shè)備集；對于10kV以上電壓等級，遵循以上兩條原則，向高電壓等級及潮流流入的方向遍歷得到相應(yīng)設(shè)備集，應(yīng)用廣度優(yōu)先分層遍歷法。3

自動成圖布局算法在配電網(wǎng)專題圖的自動生成中，為了符合調(diào)度員習(xí)慣，需盡量保持連線橫平豎直的走線。比如在環(huán)網(wǎng)圖的布局中一般遵守電源點位于左側(cè)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)在右側(cè)等常用習(xí)慣。供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖、電源點追溯圖等專題圖一般為輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，本文采用樹形布局算法。該算法適用于輻射狀無環(huán)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由一個根節(jié)點延伸出多個子節(jié)點，滿足“樹”形分層特性，圖形具有很好的可讀性。該算法將配網(wǎng)單線圖模型抽象為一個多叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其根節(jié)點為本饋線的電源點節(jié)點（配網(wǎng)斷路器連接母線側(cè)節(jié)點）。布局算法過程就是為整個圖形節(jié)點設(shè)定x、y坐標的過程。本文采用寬度優(yōu)先搜索、遞歸中序遍歷的方法實現(xiàn)，在通過x、y坐標的設(shè)定后，則完成了樹形布局算法過程，再進行圖形布線、圖形調(diào)整過程即可完成單線圖的自動生成，如圖5所示。4

結(jié)語本文提出了一種基于主配網(wǎng)集成模型的配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)，