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      基于GIS的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型和拓?fù)浞治?/h1>
      2021-04-02 14:42:41鄧迪
      機電信息 2021年9期
      關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>空間數(shù)據(jù)配電

      摘要:配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分,具有點多、線長、面廣等特點。對配電網(wǎng)進(jìn)行分析時,可將實際的電氣元件等效為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,從而將一個實際問題轉(zhuǎn)化成一個數(shù)學(xué)問題?,F(xiàn)首先介紹了配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅母拍睿治隽伺潆娋W(wǎng)拓?fù)涞奶攸c和方法,提出了一種可用于實際的GIS配電網(wǎng)絡(luò)模型,然后在GIS平臺上設(shè)計和實現(xiàn)了電源點分析功能,利用GIS的空間分析與統(tǒng)計方法,在該平臺上實現(xiàn)了設(shè)備及其屬性均能在地理圖上展示和查詢的功能,為將GIS引入配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)并及時準(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;拓?fù)浞治?地理圖

      0? ? 引言

      GIS平臺首先要將實際電網(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GIS系統(tǒng)強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?/p>

      在地理空間中,網(wǎng)絡(luò)是通過無數(shù)“通道”互相連接的一系列地理空間位置。抽象來說,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由很多互相連接的線段組成。許多常見的實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。

      對抽象后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析的行為稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鍪窃诰W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上開展的,其他種類的數(shù)據(jù)集都不能開展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?。分析的方法包括網(wǎng)絡(luò)路徑查詢、最短路徑分析、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點查詢、最佳路徑分析等。

      當(dāng)前GIS系統(tǒng)平臺擁有強大的拓?fù)浞治龉δ?,比如:搜索相鄰的所有?jié)點功能、連接的所有邊功能、連接的所有節(jié)點功能、關(guān)鍵點功能、關(guān)鍵邊功能、路徑分析功能等。只要充分發(fā)揮上述強大功能,就能在GIS平臺上高效開展配電網(wǎng)拓?fù)浞治觥?/p>

      2? ? 配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅奶攸c和方法

      在實際設(shè)計配電網(wǎng)時,通常選擇閉環(huán)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架設(shè)計,如圖1所示,設(shè)計思路是各條線路均可以通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行分合操作,實現(xiàn)線路互相連接或斷開。在故障時可進(jìn)行轉(zhuǎn)供電,提高線路的供電可靠性,縮小線路的停電范圍,減少停電用戶數(shù)和停電小時數(shù)。配電網(wǎng)實際運行時,雖然是閉環(huán)結(jié)構(gòu),但線路采用開環(huán)的運行方式,網(wǎng)架呈輻射狀。在該運行方式下,便于開展繼電保護(hù)定值整定,有利于確定故障位置。

      開展配電網(wǎng)拓?fù)浞治鰰r,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),可視為安放在一個地點。與主網(wǎng)設(shè)備的安放不同,配電網(wǎng)的許多設(shè)備(如分段開關(guān)、變壓器、電纜分接箱、負(fù)荷開關(guān)等)并不是集中在一個地點的,而是分散在不同地方,通過架空導(dǎo)線或電纜來連接,應(yīng)將這些設(shè)備看成不同的點,點和點之間是有長度的線段。配電網(wǎng)連接了廣大終端用戶,線路有很多支線且包含了大量設(shè)備,這些設(shè)備分散在各個地方。因此,配電網(wǎng)構(gòu)成了龐大的數(shù)據(jù)庫,其數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超主網(wǎng)的數(shù)據(jù)規(guī)模。

      面對結(jié)構(gòu)龐大且復(fù)雜的配電網(wǎng),迫切需要高效的算法來快速跟蹤和識別網(wǎng)絡(luò)連通性以及節(jié)約存儲空間和運算時間。當(dāng)前常用的算法結(jié)合了人工智能和數(shù)值計算的優(yōu)點,例如關(guān)聯(lián)表矩陣表示法、面向?qū)ο蠓?、離散處理法、樹搜索法、結(jié)點消去法等。

      配電網(wǎng)GIS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常分為物理、邏輯、運行拓?fù)淙N。配電網(wǎng)拓?fù)浞治鰧嵸|(zhì)就是在GIS平臺中,把開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等關(guān)鍵設(shè)備抽象成節(jié)點,把連接設(shè)備間的線路或電纜抽象成線,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)中對空間屬性及設(shè)備的各種運行參數(shù)開展拓?fù)浞治鲞\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在運用時所需的很多拓?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?,需要采取一定的處理方式,實現(xiàn)GIS系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)可在電力系統(tǒng)運用。也就是在GIS平臺中,通過充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù),將每種設(shè)備抽象為特定原始對象,且通過在GIS接口中繪制的電源接線圖,利用軟件自動把電氣設(shè)備抽象成原始對象和形成相應(yīng)的連接關(guān)系,然后把圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用開源空間數(shù)據(jù)庫PostgreSQL/PostGIS統(tǒng)一存儲,把二者融合并綜合管理,破解了長期以來電網(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,并展開電網(wǎng)拓?fù)浞治觥?/p>

      空間數(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)行抽象分類得到相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在GIS平臺將電氣設(shè)備元件的地理位置抽象為點、線、面數(shù)據(jù),進(jìn)而由點、線、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、基本運行狀態(tài)等)進(jìn)行抽象化表達(dá),然后保存為鏈表、樹或索引等結(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)庫平臺中。如此,由點、線、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。實質(zhì)上,GIS空間數(shù)據(jù)通過GISID與關(guān)系數(shù)據(jù)庫平臺屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起,可以在各系統(tǒng)中互相查詢。最終在GIS平臺上,設(shè)備的所有屬性均能在地理圖中展示查詢,并具備相應(yīng)的分析功能??傊?,在GIS平臺中,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€路中各設(shè)備之間的連通關(guān)系以及設(shè)備與線路的連通關(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,也就是把設(shè)備(開關(guān)、刀閘)的狀態(tài)信息與點、線元素的連接關(guān)系結(jié)合起來,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)計量自動化系統(tǒng)以及SCADA系統(tǒng)等采集的設(shè)備參數(shù)和運行參數(shù)等信息在GIS平臺上開展定位。實際運行中,線路的聯(lián)絡(luò)開關(guān)是斷開的,各線路的分支負(fù)荷呈輻射狀,可以以電源側(cè)為起點按照其拓?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。實際運行中,線路中的設(shè)備只存在一個電源點,可通過GIS的拓?fù)浞治龉δ懿粩嗖樵冊O(shè)備與上級開關(guān)是否聯(lián)通,然后定位到是由哪個變電站側(cè)的開關(guān)供電的,最終獲得整個供電區(qū)間。

      5? ? 結(jié)語

      本文結(jié)合配電網(wǎng)的特點,主要闡述了配電網(wǎng)拓?fù)浞治龅奶攸c和方法,并研究了基于GIS的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型,同時介紹了如何在GIS平臺上開展定位,為將GIS引入到配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)并及時準(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)]

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      [4] 孫成寶,苑微微,黑曉紅,等.配電技術(shù)手冊(10~35 kV部分)[M].北京:中國電力出版社,2005.

      [5] 陳曉毅,徐為綱.配電網(wǎng)管理地理信息系統(tǒng)的開發(fā)[J].中國電力,2001,34(5):49-51.

      收稿日期:2021-01-06

      作者簡介:鄧迪(1992—),女,廣東惠州人,助理工程師,研究方向:電力營銷。

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