一种基于主配网集成模型的配电网自动成图系统的设计与应用.docx

摘要：随着配网自动化系统应用水平的不断提高，传统的通过手工绘制静态的线路单线图已无法满足复杂的配网调度业务需求。现在主配网集成模型的基础上，以满足配网调度运行管理工作业务需求为目标，设计并开发了一套配电网自动成图系统。该系统基于实时电网状态，采用树形布局等自动成图技术，实现配网专题图的自动绘制。通过具体实践，验证了本方法的有效性。关键词：主配网集成模型；专题图；配电网；自动成图；树形布局O引言随着配电自动化系统建设步伐的加快以及应用场景的不断增加，配网线路图形作为调度员掌握配电网总体结构和实时运行状态的主要手段的重要性越来越突出。长期以来，由于配电网结构复杂、改造频繁，配网图形的维护是配电网建设中的痛点问题之一。配电网图形的维护通常采用以下两种方式：一种是在配网自动化系统中进行维护，另一种是在GlS系统中进行维护，然后通过接口导入配网自动化系统。采用第一种方式配电网图形需要二次维护，维护工作量大，但可以根据调度员需要绘制单线图、环网图等。采用第二种方式实现了图形一次维护，多处使用，减轻了维护的工作量，确保各个业务系统配电网图形的一致性。但目前GIS系统仅绘制基于地理信息的线路沿布图。随着手拉手环网线路的增加，线路沿布图不够直观，无法辅助调度员快速掌握环网线路运行情况，给调度员日常调度带来诸多不便鉴于上述配网图形维护中存在的问题，长期以来相关研究机构和厂家致力于配网图形自动成图技术的研究。目前的研究思路主要是根据配网模型自动生成配网单线图。由于配网单线图在布局上过于复杂，从现场应用情况来看，自动生成的配网单线图一直无法实用化。此外，随着配电自动化系统在配网调度运行和管理工作中的快速推广与应用，调配用系统数据共享与应用整合的需求越来越迫切。加上智能调度建设的不断推进，在事故处理、停电计划转供电辅助决策等过程中，调度员不仅需要常规的单线图、环网图等静态图形的支撑，如何基于主配网图模数据自动生成供电范围图、转供路径图等动态图形也成为目前研究的重点。本文针对目前配网图形维护和应用中存在的问题，开发了一种基于GlS图模的配电网自动成图系统。该系统的建设思路是：配网单线图由GIS系统维护，然后基于主配网集成模型自动生成环网图、供电范围图、转供路径图和电源追溯图等动态专题图。这样一方面降低了单线图自动成图的难度，另一方面基于主配网集成模型，结合智能调度业务实现专题图自动生成。1 总体思路本项目开发的基于GlS图模的配电网自动成图系统通过FTP接口从GlS系统和调度自动化系统11I区获取基于CIM/SVG标准的配电网图模文件和主网图模文件，实现主配网模型的拼接。从配网自动化系统III区和调度自动化系统III区获取主配网实时运行数据。通过Webservice接口获取调度配网生产管理系统的自动成图请求，根据业务需要自动生成基于SVG格式的环网图、供电范围图、转供路径图和电源追溯图等专题图，并通过接口返回给调度生产管理系统。总体流程如图1所示。图1总体流程图1.1 硬件架构设计配电网自动成图系统部署在安全III区，硬件上主要由两台服务器组成，分别是数据库服务器和自动成图服务器。数据库服务器用于存放主配网模型数据、实时运行数据和历史自动成图文件等。自动成图服务器主要实现与配网生产管理系统之间的自动成图接口服务、专题图自动生产服务等。配电网自动成图系统通过防火墙分别和GIS系统、调度自动化III区系统、配网自动化III区系统以及配网生产管理系统等相连，具体硬件架构如图2所示。图2配电网自三成图系统硬件案构图1.2 软件架构设计配电网自动成图系统在软件系统体系结构上采用C/S架构，基于C+/QT语言开发数据接口和自动成图功能。数据接口包括以下接口功能：(1)与配网生产管理系统接口。通过Webservice方式获取配网生产管理系统专题图生成请求，并将生成的SVG格式的专题图通过Webservice方式回传给配网生产管理系统。(2)与EMS系统接口。通过FtP方式从调度自动化系统的III区获取CIM/XM1.格式主网模型和E语言格式主网实时数据。(3)与DMS系统接口。通过FtP方式从配网自动化系统的III区获取CIM/XM1.格式配网模型和E语言格式配网实时数据。自动成图包括以下功能：(1)环网图自动生成：点击一条馈线，基于配电网网络拓扑搜索其相关的手拉手线路及主环线路上的设备，自动生成基于SVG格式的环网图。(2)供电范围图自动生成：点击一个设备，基于主配网网络拓扑搜索及实时运行方式搜索其供电的设备，自动生成基于SVG格式的供电范围图。(3)转供路径图自动生成：点击一个设备，基于主配网网络拓扑搜索及实时运行方式搜索其当前可以转供的路径及设备，自动生成基于SvG格式的转供路径图。(4)电源点追溯图自动生成：点击一个设备，基于主配网网络拓扑搜索及实时运行方式搜索其当前供电的电源点及供电路径上的设备,自动生成基于SVG格式的电源点追溯图。具体软件架构如图3所示。配电网自动成图系统自动成图数据接11CS(C+QT)配网模型、配网实时数据、生网模型、上网实时数据图3配电网自动成图系统软件架构图2 网络拓扑搜索算法环网图、供电范围图、转供路径图和电源追溯图等专题图自动生成的第一步需要进行网络拓扑搜索。其中，环网图在网络拓扑搜索时不需要考虑开关、刀闸状态，供电范围图、转供路径图和电源追溯图等专题图则需要考虑开关、刀闸实时状态。下面以供电路径图为例介绍网络拓扑搜索算法。本文采用广度优先遍历法，针对特定的目标设备实现拓扑分析。具体算法分析流程如图4所示。图4网络拓扑搜索算法从图4中可知，对于目标设备devID及指定的追溯电压等级VollD,首先判断追溯电压等级是否高于10kV,如果高于10kV,则分两种情况实现：对于IOkV电压等级设备的电源点追溯采用基本的广度优先遍历法得到设备集；对于IOkV以上电压等级，遵循以上两条原则，向高电压等级及潮流流入的方向遍历得到相应设备集，应用广度优先分层遍历法。3 自动成图布局算法在配电网专题图的自动生成中，为了符合调度员习惯，需尽量保持连线横平竖直的走线。比如在环网图的布局中一般遵守电源点位于左侧、联络开关在右侧等常用习惯。供电范围图、转供路径图、电源点追溯图等专题图一般为辐射状网架结构，本文采用树形布局算法。该算法适用于辐射状无环的网架结构，由一个根节点延伸出多个子节点，满足“树”形分层特性，图形具有很好的可读性。该算法将配网单线图模型抽象为一个多叉树数据结构，其根节点为本馈线的电源点节点（配网断路器连接母线侧节点）。布局算法过程就是为整个图形节点设定X、y坐标的过程。本文采用宽度优先搜索、递归中序遍历的方法实现，在通过x、y坐标的设定后，则完成了树形布局算法过程，再进行图形布线、图形调整过程即可完成单线图的自动生成，如图5所示。4 结语本文提出了一种基于主配网集成模型的配电网自动成图系统，并针对中山供电局的配电网数据进行测试，取得了良好的效果。该系统较好地实现了EMS、DMS.GIS以及生产管理系统的数据集成和业务集成，并根据实际业务需求实现了配电网专题图的自动生成，较好地满足了配网调度的实际需求，解决了目前GIS图形仅有线路沿布图的缺点，进一步提升了调度决策的智能化水平。