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

摘

要：隨著配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用水平的不斷提高，傳統(tǒng)的通過(guò)手工繪制靜態(tài)的線路單線圖已無(wú)法滿(mǎn)足復(fù)雜的配網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)需求?，F(xiàn)在主配網(wǎng)集成模型的基礎(chǔ)上，以滿(mǎn)足配網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理工作業(yè)務(wù)需求為目標(biāo)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套配電網(wǎng)自動(dòng)成圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)電網(wǎng)狀態(tài)，采用樹(shù)形布局等自動(dòng)成圖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)專(zhuān)題圖的自動(dòng)繪制。通過(guò)具體實(shí)踐，驗(yàn)證了本方法的有效性。關(guān)鍵詞：主配網(wǎng)集成模型；專(zhuān)題圖；配電網(wǎng)；自動(dòng)成圖；樹(shù)形布局

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引言隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)步伐的加快以及應(yīng)用場(chǎng)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(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的主要手段的重要性越來(lái)越突出。長(zhǎng)期以來(lái)，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(hù)是配電網(wǎng)建設(shè)中的痛點(diǎn)問(wèn)題之一。配電網(wǎng)圖形的維護(hù)通常采用以下兩種方式：一種是在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行維護(hù)，另一種是在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行維護(hù)，然后通過(guò)接口導(dǎo)入配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。采用第一種方式配電網(wǎng)圖形需要二次維護(hù)，維護(hù)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(shí)現(xiàn)了圖形一次維護(hù)，多處使用，減輕了維護(hù)的工作量，確保各個(gè)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(wú)法輔助調(diào)度員快速掌握環(huán)網(wǎng)線路運(yùn)行情況，給調(diào)度員日常調(diào)度帶來(lái)諸多不便[1-3]。鑒于上述配網(wǎng)圖形維護(hù)中存在的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和廠家致力于配網(wǎng)圖形自動(dòng)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(dòng)生成配網(wǎng)單線圖。由于配網(wǎng)單線圖在布局上過(guò)于復(fù)雜，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，自動(dòng)生成的配網(wǎng)單線圖一直無(wú)法實(shí)用化。此外，隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)在配網(wǎng)調(diào)度運(yùn)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(lái)越迫切。加上智能調(diào)度建設(shè)的不斷推進(jìn)，在事故處理、停電計(jì)劃轉(zhuǎn)供電輔助決策等過(guò)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(dòng)生成供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖等動(dòng)態(tài)圖形也成為目前研究的重點(diǎn)。本文針對(duì)目前配網(wǎng)圖形維護(hù)和應(yīng)用中存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種基于GIS圖模的配電網(wǎng)自動(dòng)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(hù)，然后基于主配網(wǎng)集成模型自動(dòng)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(dòng)態(tài)專(zhuān)題圖。這樣一方面降低了單線圖自動(dòng)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(shí)現(xiàn)專(zhuān)題圖自動(dòng)生成。1

總體思路本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基于GIS圖模的配電網(wǎng)自動(dòng)成圖系統(tǒng)通過(guò)FTP接口從GIS系統(tǒng)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)III區(qū)獲取基于CIM/SVG標(biāo)準(zhǔn)的配電網(wǎng)圖模文件和主網(wǎng)圖模文件，實(shí)現(xiàn)主配網(wǎng)模型的拼接。從配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)III區(qū)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)III區(qū)獲取主配網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過(guò)Webservice接口獲取調(diào)度配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的自動(dòng)成圖請(qǐng)求，根據(jù)業(yè)務(wù)需要自動(dòng)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(zhuān)題圖，并通過(guò)接口返回給調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)?？傮w流程如圖1所示。

1.1

硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)配電網(wǎng)自動(dòng)成圖系統(tǒng)部署在安全I(xiàn)II區(qū)，硬件上主要由兩臺(tái)服務(wù)器組成，分別是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和自動(dòng)成圖服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于存放主配網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史自動(dòng)成圖文件等。自動(dòng)成圖服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)與配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間的自動(dòng)成圖接口服務(wù)、專(zhuān)題圖自動(dòng)生產(chǎn)服務(wù)等。配電網(wǎng)自動(dòng)成圖系統(tǒng)通過(guò)防火墻分別和GIS系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化III區(qū)系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)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(jì)配電網(wǎng)自動(dòng)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(yǔ)言開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)接口和自動(dòng)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(guò)Webservice方式獲取配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)專(zhuān)題圖生成請(qǐng)求，并將生成的SVG格式的專(zhuān)題圖通過(guò)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(guò)Ftp方式從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的III區(qū)獲取CIM/XML格式主網(wǎng)模型和E語(yǔ)言格式主網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（3）與DMS系統(tǒng)接口。通過(guò)Ftp方式從配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的III區(qū)獲取CIM/XML格式配網(wǎng)模型和E語(yǔ)言格式配網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。自動(dòng)成圖包括以下功能：（1）環(huán)網(wǎng)圖自動(dòng)生成：點(diǎn)擊一條饋線，基于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉髌湎嚓P(guān)的手拉手線路及主環(huán)線路上的設(shè)備，自動(dòng)生成基于SVG格式的環(huán)網(wǎng)圖。（2）供電范圍圖自動(dòng)生成：點(diǎn)擊一個(gè)設(shè)備，基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉骷皩?shí)時(shí)運(yùn)行方式搜索其供電的設(shè)備，自動(dòng)生成基于SVG格式的供電范圍圖。（3）轉(zhuǎn)供路徑圖自動(dòng)生成：點(diǎn)擊一個(gè)設(shè)備，基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉骷皩?shí)時(shí)運(yùn)行方式搜索其當(dāng)前可以轉(zhuǎn)供的路徑及設(shè)備，自動(dòng)生成基于SVG格式的轉(zhuǎn)供路徑圖。（4）電源點(diǎn)追溯圖自動(dòng)生成：點(diǎn)擊一個(gè)設(shè)備，基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉骷皩?shí)時(shí)運(yùn)行方式搜索其當(dāng)前供電的電源點(diǎn)及供電路徑上的設(shè)備，自動(dòng)生成基于SVG格式的電源點(diǎn)追溯圖。具體軟件架構(gòu)如圖3所示。2

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉魉惴ōh(huán)網(wǎng)圖、供電范圍圖、轉(zhuǎn)供路徑圖和電源追溯圖等專(zhuān)題圖自動(dòng)生成的第一步需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉鳌Ｆ渲?，環(huán)網(wǎng)圖在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉鲿r(shí)不需要考慮開(kāi)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(zhuān)題圖則需要考慮開(kāi)關(guān)、刀閘實(shí)時(shí)狀態(tài)。下面以供電路徑圖為例介紹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉魉惴?。本文采用廣度優(yōu)先遍歷法，針對(duì)特定的目標(biāo)設(shè)備實(shí)現(xiàn)拓?fù)浞治?。具體算法分析流程如圖4所示。從圖4中可知，對(duì)于目標(biāo)設(shè)備devID及指定的追溯電壓等級(jí)volID，首先判斷追溯電壓等級(jí)是否高于10kV，如果高于10kV，則分兩種情況實(shí)現(xiàn)：對(duì)于10kV電壓等級(jí)設(shè)備的電源點(diǎn)追溯采用基本的廣度優(yōu)先遍歷法得到設(shè)備集；對(duì)于10kV以上電壓等級(jí)，遵循以上兩條原則，向高電壓等級(jí)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(dòng)成圖布局算法在配電網(wǎng)專(zhuān)題圖的自動(dòng)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(diǎn)位于左側(cè)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)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(diǎn)追溯圖等專(zhuān)題圖一般為輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，本文采用樹(shù)形布局算法。該算法適用于輻射狀無(wú)環(huán)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由一個(gè)根節(jié)點(diǎn)延伸出多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，滿(mǎn)足“樹(shù)”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(gè)多叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其根節(jié)點(diǎn)為本饋線的電源點(diǎn)節(jié)點(diǎn)（配網(wǎng)斷路器連接母線側(cè)節(jié)點(diǎn)）。布局算法過(guò)程就是為整個(gè)圖形節(jié)點(diǎn)設(shè)定x、y坐標(biāo)的過(guò)程。本文采用寬度優(yōu)先搜索、遞歸中序遍歷的方法實(shí)現(xiàn)，在通過(guò)x、y坐標(biāo)的設(shè)定后，則完成了樹(shù)形布局算法過(guò)程，再進(jìn)行圖形布線、圖形調(diào)整過(guò)程即可完成單線圖的自動(dòng)生成，如圖5所示。4

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