GIS下的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型和拓?fù)?/h1>
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gis配電網(wǎng)絡(luò)模型，然后在GIS平臺(tái)上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了電源點(diǎn)分析功能，利用GIS的空間分析與統(tǒng)計(jì)方法，在該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了設(shè)備及其屬性均能在地理圖上展示和查詢(xún)的功能，為將GIS引入配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)并及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出故障設(shè)備及其地理位置奠定了理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；GIS平臺(tái)；拓?fù)浞治觯坏乩韴D
引言
GIS平臺(tái)首先要將實(shí)際電網(wǎng)中的設(shè)備轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治隼L制出配電網(wǎng)絡(luò)圖，最后通過(guò)GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的分析功能在地圖上展示出設(shè)備及其屬性。1配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅母拍钤诘乩砜臻g中，網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)無(wú)數(shù)“通道”互相連接的一系列地理空間位置。抽象來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由很多互相連接的線(xiàn)段組成。許多常見(jiàn)的實(shí)際地理事物都能組成網(wǎng)絡(luò)，比如公路網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)等。把這些實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)抽象后進(jìn)行表達(dá)，那就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型。對(duì)抽象后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析的行為稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>分析。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鍪窃诰W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上開(kāi)展的，其他種類(lèi)的數(shù)據(jù)集都不能開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?。分析的方法包括網(wǎng)絡(luò)路徑查詢(xún)、最短路徑分析、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)查詢(xún)、最佳路徑分析等。當(dāng)前GIS系統(tǒng)平臺(tái)擁有強(qiáng)大的拓?fù)浞治龉δ?，比如：搜索相鄰的所有?jié)點(diǎn)功能、連接的所有邊功能、連接的所有節(jié)點(diǎn)功能、關(guān)鍵點(diǎn)功能、關(guān)鍵邊功能、路徑分析功能等。只要充分發(fā)揮上述強(qiáng)大功能，就能在GIS平臺(tái)上高效開(kāi)展配電網(wǎng)拓?fù)浞治觥?/p> 2配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅奶攸c(diǎn)和方法 在實(shí)際設(shè)計(jì)配電網(wǎng)時(shí)，通常選擇閉環(huán)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架設(shè)計(jì)，如圖1所示，設(shè)計(jì)思路是各條線(xiàn)路均可以通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合操作，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路互相連接或斷開(kāi)。在故障時(shí)可進(jìn)行轉(zhuǎn)供電，提高線(xiàn)路的供電可靠性，縮小線(xiàn)路的停電范圍，減少停電用戶(hù)數(shù)和停電小時(shí)數(shù)。配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，雖然是閉環(huán)結(jié)構(gòu)，但線(xiàn)路采用開(kāi)環(huán)的運(yùn)行方式，網(wǎng)架呈輻射狀。在該運(yùn)行方式下，便于開(kāi)展繼電保護(hù)定值整定，有利于確定故障位置。開(kāi)展配電網(wǎng)拓?fù)浞治鰰r(shí)，主網(wǎng)的設(shè)備（如斷路器、刀閘、變壓器等）一般都是放在變電站內(nèi)，可視為安放在一個(gè)地點(diǎn)。與主網(wǎng)設(shè)備的安放不同，配電網(wǎng)的許多設(shè)備（如分段開(kāi)關(guān)、變壓器、電纜分接箱、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等）并不是集中在一個(gè)地點(diǎn)的，而是分散在不同地方，通過(guò)架空導(dǎo)線(xiàn)或電纜來(lái)連接，應(yīng)將這些設(shè)備看成不同的點(diǎn)，點(diǎn)和點(diǎn)之間是有長(zhǎng)度的線(xiàn)段。配電網(wǎng)連接了廣大終端用戶(hù)，線(xiàn)路有很多支線(xiàn)且包含了大量設(shè)備，這些設(shè)備分散在各個(gè)地方。因此，配電網(wǎng)構(gòu)成了龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超主網(wǎng)的數(shù)據(jù)規(guī)模。面對(duì)結(jié)構(gòu)龐大且復(fù)雜的配電網(wǎng)，迫切需要高效的算法來(lái)快速跟蹤和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)連通性以及節(jié)約存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間。當(dāng)前常用的算法結(jié)合了人工智能和數(shù)值計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，例如關(guān)聯(lián)表矩陣表示法、面向?qū)ο蠓ā㈦x散處理法、樹(shù)搜索法、結(jié)點(diǎn)消去法等。配電網(wǎng)GIS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常分為物理、邏輯、運(yùn)行拓?fù)淙N。配電網(wǎng)拓?fù)浞治鰧?shí)質(zhì)就是在GIS平臺(tái)中，把開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等關(guān)鍵設(shè)備抽象成節(jié)點(diǎn)，把連接設(shè)備間的線(xiàn)路或電纜抽象成線(xiàn)，這就繪制出了配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，可以在配電網(wǎng)管理系統(tǒng)中對(duì)空間屬性及設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)開(kāi)展拓?fù)浞治鲞\(yùn)用。 3基于GIS的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型和網(wǎng)絡(luò)地圖 目前，GIS已廣泛應(yīng)用于DMS（配電管理系統(tǒng)）。DMS在運(yùn)用時(shí)所需的很多拓?fù)鋽?shù)據(jù)（靜態(tài)數(shù)據(jù)）取自GIS系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)。區(qū)別于常用的地球地理信息系統(tǒng)的拓?fù)涿枋?，電網(wǎng)的拓?fù)涿枋鍪遣煌模枰扇∫欢ǖ奶幚矸绞?，?shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)可在電力系統(tǒng)運(yùn)用。也就是在GIS平臺(tái)中，通過(guò)充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將每種設(shè)備抽象為特定原始對(duì)象，且通過(guò)在GIS接口中繪制的電源接線(xiàn)圖，利用軟件自動(dòng)把電氣設(shè)備抽象成原始對(duì)象和形成相應(yīng)的連接關(guān)系，然后把圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用開(kāi)源空間數(shù)據(jù)庫(kù)PostgreSQL/PostGIS統(tǒng)一存儲(chǔ)，把二者融合并綜合管理，破解了長(zhǎng)期以來(lái)電網(wǎng)圖形與屬性數(shù)據(jù)割裂的難題，最終可以在GIS中建立配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型，并展開(kāi)電網(wǎng)拓?fù)浞治觥？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩種模型就組成了GIS數(shù)據(jù)模型。如圖2所示，兩種模型間以GISID為媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)互通互聯(lián)。首先，將配電網(wǎng)模型進(jìn)行抽象分類(lèi)得到相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在GIS平臺(tái)將電氣設(shè)備元件的地理位置抽象為點(diǎn)、線(xiàn)、面數(shù)據(jù)，進(jìn)而由點(diǎn)、線(xiàn)、面元素構(gòu)成空間數(shù)據(jù)。其次，把電氣設(shè)備元件的屬性信息（如設(shè)備基本信息、基本運(yùn)行狀態(tài)等）進(jìn)行抽象化表達(dá)，然后保存為鏈表、樹(shù)或索引等結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而構(gòu)成了屬性數(shù)據(jù)并存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中。如此，由點(diǎn)、線(xiàn)、面元素組成的空間數(shù)據(jù)得到了矢量化的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其網(wǎng)絡(luò)元素模型如圖3所示。根據(jù)配電網(wǎng)中的構(gòu)成元素定義建立配電拓?fù)鋱D。實(shí)質(zhì)上，GIS空間數(shù)據(jù)通過(guò)GISID與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起，可以在各系統(tǒng)中互相查詢(xún)。最終在GIS平臺(tái)上，設(shè)備的所有屬性均能在地理圖中展示查詢(xún)，并具備相應(yīng)的分析功能?？傊贕IS平臺(tái)中，引入建好的網(wǎng)絡(luò)模型，將模型中的拓?fù)潢P(guān)系和相關(guān)數(shù)據(jù)與地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)，最后通過(guò)相關(guān)軟件，繪制配電網(wǎng)中的電力元件。圖4為南網(wǎng)GIS平臺(tái)中瀝林地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)圖。 4配電GIS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?/p> 當(dāng)前，配電GIS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲋饕欠治龈骶€(xiàn)路中各設(shè)備之間的連通關(guān)系以及設(shè)備與線(xiàn)路的連通關(guān)系。把設(shè)備元件的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，也就是把設(shè)備（開(kāi)關(guān)、刀閘）的狀態(tài)信息與點(diǎn)、線(xiàn)元素的連接關(guān)系結(jié)合起來(lái)，最終形成配網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系。配電GIS分析是利用從智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)（SG-OSS）、南網(wǎng)新安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、南網(wǎng)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)以及SCADA系統(tǒng)等采集的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)等信息在GIS平臺(tái)上開(kāi)展定位。實(shí)際運(yùn)行中，線(xiàn)路的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，各線(xiàn)路的分支負(fù)荷呈輻射狀，可以以電源側(cè)為起點(diǎn)按照其拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)順序依次進(jìn)行搜索進(jìn)而得到地理位置。實(shí)際運(yùn)行中，線(xiàn)路中的設(shè)備只存在一個(gè)電源點(diǎn)，可通過(guò)GIS的拓?fù)浞治龉δ懿粩嗖樵?xún)?cè)O(shè)備與上級(jí)開(kāi)關(guān)是否聯(lián)通，然后定位到是由哪個(gè)變電站側(cè)的開(kāi)關(guān)供電的，最終獲得整個(gè)供電區(qū)間。 5結(jié)語(yǔ) 本文結(jié)合配電網(wǎng)的特點(diǎn)，主要闡述了配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅奶攸c(diǎn)和方法，并研究了基于GIS的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型，同時(shí)介紹了如何在GIS平臺(tái)上開(kāi)展定位，為將GIS引入到配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)并及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出故障設(shè)備及其地理位置奠定了理論基礎(chǔ)。 [參考文獻(xiàn)] [1]謝瑞，肖海紅.基于GIS的配電網(wǎng)拓?fù)渌惴ǖ难芯颗c實(shí)現(xiàn)[J].河南科學(xué)，2009，27（12）：1550-1554. 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