基于矢量圖形的配網高級應用研究

程 亮 王 震

（1.國網南通供電公司，江蘇 南通 226006；2.國網如皋供電公司，江蘇 如皋 226599）

隨著我國經濟的發展，城市規模不斷擴大，配電網規模也隨之迅速擴張，但電網建設存在重視發電，輕輸送配電的現象。整個配電網建設缺乏前期的勘測、考察和規劃，導致電網的分布不合理，線路供電半徑過長，電網接線隨意，導致線路復雜、迂回供電等現象，嚴重影響了供電的質量和效率，降低了供電的可靠性[1-3]。為了保證配電網健康發展，改變配電網建設滯后的局面，提高配電網管控力度，確保配電網安全可靠運行，更好的滿足經濟社會快速發展的電力需求，國家電網公司提出規劃引領的指導思想，全面實施《配電網規劃設計技術導則》，強化技術標準的指導作用，提高配電網發展質量，對配電網規劃設計提出規范性要求[4]。

在配網規劃中需要對海量電網數據進行收集、整理、驗證和分析，從而發現電網中存在的薄弱環節，在依據地方經濟發展、城市規劃等各種因素，從而確定預選項目，以確保整個電網規劃的合理性、有效性和可靠性。配電網規劃前期數據收集、整理、考證目前依靠大量人工來完成，耗費大量的時間和人力成本，很難保證資料的正確性、實時性，從而直接影響到后續階段的電網分析和儲備項目選擇的準確性。如何高效完成基礎數據收集、整理以及規范圖資管理，為儲備項目選擇提供可靠的依據是擺在我們面前的一個巨大難題。

本文通過研究和探討配電網規劃平臺實現從生產管理系統、地理信息系統、SCADA 系統和用電采集系統獲得配電網規劃基礎資料數據，使基礎資料具有實效性、準確性、權威性，從而更加合理進行規劃項目確立和篩選，并對整個規劃過程中的圖資進行有效管理。通過研究與應用可以提升電網規劃管理水平，為實現電網安全生產和供電優質服務提供技術保障，從而取得巨大的經濟效益和社會效益。

1 基于矢量圖形的配網規劃平臺研發

配電網規劃主要工作是對配電網現狀進行分析，并結合負荷預測，解決特定區域配網供電能力不足、配網設備線路老舊、可靠性差等問題，并結合不同的供電區域類別提出配電網的線損率、供電可靠率、電壓質量等技術經濟指標，并在規劃期內達到目標。因此配網規劃過程中無論是改造項目，還是新建項目的確立，均基于當前配電網的現狀。實時準確的配電網基礎數據是優化生成配電網儲備項目需求的重要基礎，能科學有效指導項目安排。

配電網規劃現狀基礎數據資料主要包括設備臺賬資料以及圖紙資料，雖然資料已經實現電子化、信息化多年，但由于這兩種資料特性不同，導致收集整理難度差別很大。設備臺賬資料大多以文本表格形式存在，容易檢索、過濾、抽取，整理和匯總相對簡單；而圖紙資料以圖形形式存在，在圖形檢索、過濾、抽取目前存在難題。圖形資料主要存儲于地理信息管理系統和生產管理系統中，二者之間圖形數據存儲方式有很大差別。地理信息管理系統將圖形和屬性整合，提供多種基于圖形或屬性的查詢統計，并能進行拓撲和空間分析；生產管理系統中使用圖形資料是線路單線圖，它僅是線路設備圖元的組合，沒有拓撲和地理位置，但每個圖元可以關聯到詳細的臺帳資料信息。

配電網規劃平臺從地理信息系統中獲得線路設備的地理位置坐標、電氣拓撲，從生產管理系統中獲得設備臺帳信息，通過線路和設備名稱進行二者關聯，并結合矢量圖形形成包含臺帳、地理位置和電力拓撲信息的完整現狀電網。在基于矢量圖形的現狀電網基礎上，在接入用電采集系統和SCADA系統將用電量和負荷數據引入系統中，從而構成能滿足電網規劃所要求的全部數據。

1.1 平臺體系結構

整個系統依據使用場景的差別，被劃分成桌面端和移動端應用二部分，核心由企業數據總線、數據融合平臺、配網規劃決策支持系統和配網規劃移動作業系統組成[5-7]，如圖1所示。

1）企業服務總線。以服務形式與現有的生產管理系統、用電采集系統、地理信息系統和SCADA系統進行數據通信和整合，自動抽取配電網運行方面的日常數據，從而獲得規劃所需要的現狀數據，同時達到對現有系統影響最小。

2）數據融合平臺。配網規劃中不僅需要基礎設備臺帳資料，還需要地理坐標位置、電氣拓撲、負荷等數據。企業服務總線獲得各系統中存儲的設備臺帳資料、用電量、設備線路地理位置、電氣拓撲關系和負荷等現狀數據，但這些系統之間存在信息孤島，需要將數據進行融合后形成完整現狀電網數據，融合平臺可以實現自動智能化數據關聯和集成，對其中發現的問題再輔助以人工補錄和核對。另外，與配網規劃強相關的城市經濟數據、城市規劃等第三方數據也通過該平臺輸入到系統中。

3）配網規劃決策支持系統。對配網規劃中圖紙資料管理、電網現狀分析、負荷預測分析、儲備項目分析、規劃方案分析等核心管理和分析，實現配網規劃的智能化、可視化。

4）配網規劃移動作業系統。對配網規劃中戶外現場勘查作業提供有效支持，實現勘查設備準確定位導航，規范勘查中資料收集，主要包括圖紙資料瀏覽、電網瀏覽、設備導航和勘查資料管理等。

圖1 平臺體系結構

1.2 規范圖紙管理

城市配電網規劃主要包括：配電網現狀分析、電力預測及分布、配電網電源規劃、電力和電量平衡、確定規劃目標和技術原則、高壓配電網規劃、中低壓配電網規劃、配電網項目建設規模及投資估算、投資效益分析和規劃評估等方面。整個工作步驟環節多、涉及到部門廣，每個環節有大量的文本和圖紙資料輸入輸出，僅通過人工來整理、收集、匯總這些數據容易出現數據不一致、遺漏現場，必須通過一套信息化管理系統來規范配電網規劃中圖紙管理[8]。

嗜鉻細胞瘤是第一種在腎上腺發現的腫瘤。1926年Roux首次成功地切除了嗜鉻細胞瘤,但術前并不知道患者的診斷。嗜鉻細胞瘤的手術風險比較高,直到l950年代初,其手術死亡率仍高達26%。從1960年代開始,在嗜鉻細胞瘤圍術期采用腎上腺素能受體阻滯劑酚妥拉明及更長效的酚芐明等藥,并注意到血容量的及時補充,手術的死亡率才明顯下降。近年來CT、MRI、131I-MIBG等技術的廣泛應用,診斷例數較前增多,亦有單側病變的報道[6]。

配電網現狀分析在現有電網數據資料基礎上，掌握電網網絡構成、設備及運行情況，確定目標電網的技術、經濟指標，發現當前電網中的薄弱環節，是規劃工作能夠有效開展前提。

電網現狀數據收集所涉及的資料眾多，原有工作方法需要配電生產運行部門花費大量的人力來配合去整理各種設備臺帳資料、線路單線圖和電網負荷數據等資料，整個過程周期較長。配電網絡不同于輸電網絡，隨著城市建設發展不斷發生變化，線路更改周期短，導致規劃使用現狀資料實效性不高。國家電網公司經過多年信息化建設，已經擁有一整套信息化管理系統，其中包括生產管理系統、地理信息系統、SCADA 系統和用電采集系統。

生產管理系統中擁有整個配電網設備運行資料，包括設備臺帳資料和線路單線圖資料；地理信息系統擁有設備、線路地理信息位置，以及整個電網的拓撲數據；SCADA 系統擁有整個電網的負荷數據以及負荷分布情況；而用電采集系統準實時采集企業和每家每戶的用電量，以及配變關口電量，時刻掌握這用電負荷變化，但這些系統之間數據并沒有實現完全共享，形成信息孤島，給基礎數據采集帶來困難。

配電網規劃平臺通過企業服務總線和數據融合平臺[9]，在生產管理系統、地理信息系統、SCADA系統和用電采集系統之間搭建一條溝通的橋梁，從而可以高效、準確的獲得配電網規劃中需要使用的各種設備臺帳資料、電網負荷以及現狀中壓地理接線圖、變電站供電范圍圖紙資料等基礎資料，并對其規范管理，如圖2所示。

圖2 配電網規劃平臺基礎數據收集和整理

配電網規劃平臺與現有系統數據交換采用基于電力系統通用信息模型（CIM）數據定義的XML 交換方式[10-12]。CIM 提供了一個關于電力能量管理系統信息的全面邏輯視圖，是一個代表電力企業所有主要對象的抽象模型，包括了這些對象的公有類和屬性，以及它們之間的關系。

1.3 設備篩選與項目初選

配電網建設受到建設用地、資金、政府政策等眾多內外因素的影響，雖然最近幾年國家對配電網投入不斷加大，但配電網隨著城市不斷擴張，規模也隨之增加，需要建設、改造資金缺口仍然很大。在配電網規劃過程中如何科學的、合理的進行項目篩選優化，從而促進配電網項目的有序規劃和建設，緩解需求與投資資金、自然資源有限的矛盾，實現配電網建設滿足電力發展以及用電需求增長的目標，實現有限投資資金利用效用最大化，對提高配電網可靠性、安全性等方面至關重要。

配電網規劃平臺通過提供現狀電網地理接線圖、電網網架圖、變電站供電范圍圖、負荷分布圖等矢量圖形以及配變容量、線路長度、線路導線規格等統計報表數據，對現狀進行負載、出線間隔和N-1 校驗等分析，發現配電網中存在問題，參照規劃導則要求制定配電網規劃目標。規劃平臺根據配電網現狀指標、規劃目標指標，并結合線路地理位置、地區經濟發展數據、城市規劃等因素，進行負荷預測、最佳供電分區區域，最終確定較為合理的規劃項目。

配電網規劃過程中規劃項目確立的合理性和科學性極其重要，平臺系統在設計時充分考慮到使用易用性、準確性、可靠性。平臺對設備篩選和項目初選，遵守如下基本原則：

1）對于電力供應比較緊張，變電站負載率偏高地區，考慮主變擴容或者調整供電分區范圍。

2）對于城市新區，負荷增長較快，考慮新增變電站并預留足夠間隔，滿足未來經濟發展需要。

3）對于電網聯絡無法通過N-1 檢驗地區，供電可靠性較低，通過合理增加線路聯絡，提高供電可靠性。

4）對于老舊設備線路、線徑偏小的線路無法滿足規劃要求則進行更換或者拆除新建。

配網規劃平臺通過設定相關條件，按照規則自動生成若干儲備項目，并通過矢量圖形進行展現，規劃人員在結合地區經濟發展情況、地理條件等因素，進行二次儲備項目的選擇。配網規劃過程中對同一段線路由于從不同分析角度往往會產生多個儲備項目，通過矢量圖形實現儲備項目可視化，可以依據需要將這些儲備項目進行合理打包，提高將來設計和施工效率，降低了成本。

針對老舊設備線路改造方面，規劃平臺按照導則要求，可在系統設定條件，搜索不符合導則要求的設備線路清單，合理制定分年度建設方案。充分考慮設備關聯關系，統籌高壓、低壓；主線、支線的建設與改造，合理制定分年度建設方案，并進行項目初選，全面服務一流配電網建設，如圖3所示。

規劃項目通過規劃平臺的生成和篩選，可全面反映項目投入前后的配網聯絡率、線徑、供電半徑等規劃指標的提升情況，合理生成項目需求，對項目質量做出及時、有效評價。

1.4 現場勘查導航功能應用

為了提高配網規劃項目合理性、準確性，在變電站、線路設備新增、改造時有時需要到達現場進行勘查，從而確定了新增改接線桿、埋設電纜的地理位置以及線路長度。配網規劃人員并非是線路生產運行人員，對設備線路實際地理位置以及周邊環境并不熟悉，配電網規劃平臺需要對準確、快速的到達現場勘查提供解決方案。

圖3 生成線徑偏小儲備項目算法

地理信息系統中擁有基于WGS84 坐標系的設備線路地理位置信息以及電網拓撲數據，配網規劃平臺通過讀取這些數據，重新生成適用于移動應用的電網矢量圖形，結合移動地圖導航技術，解決現場勘查最后1km 的問題。配網規劃人員在現場勘查出發前，可以通過移動端終端下載現場所有相關資料，避免攜帶紙質資料不便和遺漏問題；在現場勘查過程中發現與實際收集資料中存在偏差，可以通過移動終端應用進行補充，并現場拍攝照片和視頻，為現場勘查工作提供有力的支持。

規劃平臺在導航功能應用上集成百度地圖移動路徑導航功能，避免重復開發、同時降低成本。用戶在移動作業系統中查找定位到需要進行現場勘查的線路設備，進行導航操作，如圖4所示。

系統將電力設備的GPS 坐標傳送到百度地圖中，會搜索從當前地理位置到待勘查線路設備之間的道路路線，當規劃人員向勘查線路設備方向出發時，會及時指引行走道路和方向，實現電力設備導航，彌補百度導航只能進行地理位置定位的局限，如圖5所示，其中起點即規劃人員當前地理位置，終點為待勘查線路設備，實線路線為導航路線。

圖4 資料管理和導航

圖5 導航應用

2 展望

基于矢量圖形的配網規劃平臺規范了圖紙管理，構建權威的現狀基礎數據，并結合移動端導航應用為現場勘查提供便利，按照規劃原則實現了儲備項目篩選，但配電網規劃是為了實現多個目標，需要在多階段進行不斷優化的復雜系統工程。

負荷預測數據是配電網規劃項目選擇的重要依據之一，系統需要引入多種負荷預測分析方法和模型，使其獲得更加準確的結果，并不斷完善與儲備項目分析的整合，建立一套依據負荷變化自動生成變電站新建/擴容、線路改接等項目。儲備項目分析在聯絡率、分段數、電纜通道規劃等方面還需要不斷加強，針對配網規劃導則中要求加強深入應用。

在規劃方案選擇方面，系統可依據待選擇的儲備項目產生多套電網規劃方案，并建立一套綜合評價指標體系，對規劃方案進行評估，選擇供電可靠性、電壓質量、供電能力提升、線損率以及經濟效益等重要指標達到最優的方案。

在配網規劃平臺在矢量圖形展示方面，將按從上到下、從粗到細分層顯示上級高壓電網到中壓低壓電網，從聯絡、分段到配變整個電網網架，并支持按供電區域進行聯絡率統計分析，提升聯絡率，提高配網儲備項目質量。另外，還將實現對現狀電網和規劃項目相結合，電網以矢量圖形可視化展現方式，按時間軸不斷演進疊加規劃項目到現狀電網中，從而可以瀏覽整個電網主支線、設備變化，實現對未來電網的仿真，并按照規劃導則對未來電網進行負荷、聯絡率、分段、潮流等分析，以及對運行數據模擬等功能。

3 結論

通過對矢量圖形在配網規劃過程中探討，提出了配網規劃平臺系統，它將生產管理系統、地理信息管理系統、用電采集系統、SCADA 等系統數據基于矢量圖形進行整合展現，獲得了可靠、實時的現狀電網數據。在此基礎上，實現了多數據源圖資整合，極大地方便規劃資料的管理；為現場勘查提供方法和手段，并能更加合理選擇儲備項目，通過系統平臺進行配電網的規劃，大大提高了設計的效率。

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