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(shí)時運(yùn)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(hù)是配電網(wǎng)建設(shè)中的痛點(diǎn)問題之一。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(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(yùn)行情況,給調(diào)度員日常調(diào)度帶來諸多不便。

鑒于上述配網(wǎng)圖形維護(hù)中存在的問題,長期以來相關(guān)研究機(jī)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(shí)用化。

此外,隨著配電自動化系統(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(diǎn)。

本文針對目前配網(wǎng)圖形維護(hù)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(hù),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(shí)現(xiàn)專題圖自動生成。

1總體思路

本項(xiàng)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)111區(qū)獲取基于C1M/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)自動化系統(tǒng)111區(qū)和調(diào)度自動化系統(tǒng)111區(qū)獲取主配網(wǎng)實(shí)時運(yùn)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)?？傮w流程如圖1所示。

1.1硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動成圖系統(tǒng)部署在安全111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(shí)時運(yùn)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(shí)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111區(qū)系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化111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++/0T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111區(qū)獲取CIM!xML格式主網(wǎng)模型和E語言格式主網(wǎng)實(shí)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(shí)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(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,自動生成基于SVG格式的環(huán)網(wǎng)圖。

(2）供電范圍圖自動生成:點(diǎn)擊一個設(shè)備,基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉骷皩?shí)時運(yùn)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(diǎn)擊一個設(shè)備,基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉骷皩?shí)時運(yùn)行方式搜索其當(dāng)前可以轉(zhuǎn)供的路徑及設(shè)備,自動生成基于SVG格式的轉(zhuǎn)供路徑圖。

(4）電源點(diǎn)追溯圖自動生成:點(diǎn)擊一個設(shè)備,基于主配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉骷皩?shí)時運(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電網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉?。其?環(huán)網(wǎng)圖在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉鲿r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(shí)時狀態(tài)。下面以供電路徑圖為例介紹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉魉惴ā?

本文采用廣度優(yōu)先遍歷法,針對特定的目標(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,對于目標(biāo)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l0kV,如果高于l0kV,則分兩種情況實(shí)現(xiàn):對于l0kV電壓等級設(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:對于l0kV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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)延伸出多個子節(jié)點(diǎn),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(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)）。布局算法過程就是為整個圖形節(jié)點(diǎn)設(shè)定x、y坐標(biāo)的過程。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x、y坐標(biāo)的設(shè)定后,則完成了樹形布局算法過程,再進(jìn)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),并針對中山供電局的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試,取得了良好的效果。該系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了EMS、DMS、GlS以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成和業(yè)務(wù)集成,并根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)專題圖的自動生成,較好地滿足了配網(wǎng)調(diào)度的實(shí)際需求,解決了目前GlS圖形僅有線路沿布圖的缺點(diǎn),進(jìn)一步提升了調(diào)度決策的智能化水平。