基于GIS配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口研究及應(yīng)用

陳俞斌

摘 要：配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)需要大量數(shù)據(jù)的支持，例如GIS的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與屬性數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)的存儲格式、部門、系統(tǒng)都不相同。因此在進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃時，需要在系統(tǒng)觀念的指導(dǎo)下進(jìn)行，并且將一體化作為設(shè)計思想，能夠靈活地將數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)源提取出來。本文對配網(wǎng)規(guī)劃與輔助設(shè)計系統(tǒng)建設(shè)的實踐情況進(jìn)行研究，從數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)整合入手，對配電網(wǎng)模型進(jìn)行探討，并提出數(shù)據(jù)接口研究及應(yīng)用的有關(guān)方案。

關(guān)鍵詞：GIS；配網(wǎng)規(guī)劃；系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)據(jù)通常分散在GIS、MIS、SCADA等系統(tǒng)中。收集規(guī)劃數(shù)據(jù)通常由人工進(jìn)行，在配網(wǎng)規(guī)劃中具有十分重要的作用。配網(wǎng)規(guī)劃內(nèi)容包括：市政規(guī)劃等文本資料；電網(wǎng)現(xiàn)狀圖等資料；電網(wǎng)參數(shù)等；變電站功率等運(yùn)行資料。這些數(shù)據(jù)形式不同，所處系統(tǒng)不同，比如GIS系統(tǒng)中為電網(wǎng)地理接線圖，CAD系統(tǒng)中為土地利用信息等。由此可見，配網(wǎng)規(guī)劃工作具有綜合性。

1.配電網(wǎng)絡(luò)模型

配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)的基礎(chǔ)是配電網(wǎng)絡(luò)模型，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)的計算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，包括配電網(wǎng)絡(luò)原件與連接關(guān)系。進(jìn)行潮流分析、可靠性分析等都需要配電網(wǎng)建模。電網(wǎng)模型按照層次進(jìn)行劃分，分為電網(wǎng)層次與電網(wǎng)原件兩種結(jié)構(gòu)。具體包括：電網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)能夠反映出電網(wǎng)元件之間具有的層次關(guān)系，這些層次分為上下級與包容關(guān)系。例如變電站之中存在一些饋線，線路、開關(guān)、環(huán)網(wǎng)站又集合成饋線，一些配變又集合成線路；電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又是電網(wǎng)元件間連接關(guān)系的反映，包括線路始點、末點以及始點與末點的設(shè)備類型等。在進(jìn)行配電網(wǎng)建模時需要將這兩種電網(wǎng)模型體現(xiàn)出來。為滿足配電網(wǎng)模型的需求，電網(wǎng)建模設(shè)計包括電網(wǎng)元件模型、電網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計等5部分。

2.提取外部數(shù)據(jù)的流程與整體解決框架

2.1 提取外部數(shù)據(jù)的流程

現(xiàn)階段已經(jīng)投入運(yùn)行并且與配網(wǎng)有關(guān)的重要管理系統(tǒng)有SCADA、MIS、CIS、GIS、CAD等系統(tǒng)或者輔助系統(tǒng)。針對SCADA、、CIS、GIS等的外部數(shù)據(jù)提取分為兩個部分進(jìn)行：現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的提取、導(dǎo)入。現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的提取是指從這些系統(tǒng)中提取出目標(biāo)字段，按照這些數(shù)據(jù)的內(nèi)部關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，能夠形成新的規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，并且將其保存在服務(wù)器上。現(xiàn)狀數(shù)據(jù)導(dǎo)入是指對規(guī)劃數(shù)據(jù)庫中的圖形與屬性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時簡化電網(wǎng)，重建拓?fù)潢P(guān)系與所屬關(guān)系。

2.2 數(shù)據(jù)接口的整體框架

對數(shù)據(jù)流程進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)接口的設(shè)計分為兩部分：規(guī)劃數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)計。規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、DWG方案庫都能對電網(wǎng)進(jìn)行描述，利用數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，雖然結(jié)構(gòu)上沒有差別，但是在范圍與模型是否詳細(xì)上存在一定的差異。規(guī)劃數(shù)據(jù)庫按照配網(wǎng)規(guī)劃中的主要原件能夠分為：變電站表、開閉所表、線路表等5個表。不同類型的元件表能夠?qū)υ摲N元件的電氣屬性進(jìn)行記錄，并且反映出與其他元件之間的聯(lián)系，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的描述。

對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行提取的過程是對SCADA、CIS、GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程，利用映射、變換的形式將其變成規(guī)劃數(shù)據(jù)庫。映射與變換的過程與這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)具有密切的關(guān)系，過程具有一定的不確定性。不同制造商的系統(tǒng)甚至用一個制造商不同時期制造的系統(tǒng)存在一定的差異，會造成這個過程的變化。為了減少這些變化引起的一系列不良反應(yīng)造成的影響，能夠利用GIS中間件FME來提取數(shù)據(jù)庫。該種中間件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)的讀寫、存儲、轉(zhuǎn)換，還能將數(shù)據(jù)進(jìn)行GIS與CAD格式的轉(zhuǎn)換。

3.數(shù)據(jù)接口研究與應(yīng)用

3.1 SCADA數(shù)據(jù)接口

配網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的主要功能是從配電自動化與SCADA系統(tǒng)中獲取配網(wǎng)規(guī)劃中需要用到的各種數(shù)據(jù)，便于分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的狀態(tài)找出其中存在的薄弱環(huán)節(jié)。對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化與短期規(guī)劃都要依靠SCADA系統(tǒng)才能實現(xiàn)。

進(jìn)行配電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計時，需要對SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行充分考慮，將該系統(tǒng)中遙測、遙信與配電設(shè)備原件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，能夠獲取配電網(wǎng)自動化相關(guān)信息。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通常包括設(shè)備層、子站層、主戰(zhàn)層3層結(jié)構(gòu)。其中的設(shè)備層具有繁雜的裝置、眾多的協(xié)議。子站層相當(dāng)于適配器，能夠?qū)υO(shè)備層的細(xì)節(jié)進(jìn)行屏蔽，提供104等通信協(xié)議，并且將有益信息進(jìn)行過濾，將不同測點信息轉(zhuǎn)發(fā)給不同主站層，由主站層的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，存入數(shù)據(jù)庫。

為了減弱SCADA系統(tǒng)對配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生的影響，保證規(guī)劃能夠獨立進(jìn)行不受SCADA系統(tǒng)的影響，利用商用數(shù)據(jù)庫接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行SCADA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獲得與提取。利用這些商用數(shù)據(jù)庫接口具有如下益處：利用標(biāo)準(zhǔn)接口的特性能夠?qū)崿F(xiàn)對實時數(shù)據(jù)庫特殊性的屏蔽，從而保持調(diào)用商用數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫的方式一致；能夠被大多數(shù)數(shù)據(jù)庫顯示與處理控制支持與接收，易于開發(fā)系統(tǒng)；方便維護(hù)與管理、共享這兩種數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。

3.2 GIS數(shù)據(jù)接口

由GIS進(jìn)行描述的電網(wǎng)模型面向設(shè)備模型，其屬性數(shù)據(jù)與連接關(guān)系都記錄在該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。接入配電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)時，利用OGC進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)的載入，利用模型進(jìn)行GIS中面向設(shè)備模型的研究，以此完成對數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查，并進(jìn)行改正。面向設(shè)備在校驗完成后，需要進(jìn)行一系列處理，如將原有的單端原件轉(zhuǎn)變?yōu)殡p端、將站內(nèi)與站外連接起來、對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡化等，形成面向饋線模型與區(qū)段模型。在對這些模型進(jìn)行提取的過程中，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對饋線、環(huán)網(wǎng)圖進(jìn)行自動提取、主接線圖自動生動等功能。用戶能夠?qū)χ鹘泳€圖進(jìn)行修改，但是需要保證連接關(guān)系、計算模型不能發(fā)生改變。在同一窗口中，能夠?qū)⒌乩斫泳€圖、環(huán)網(wǎng)圖同時顯示出來并且進(jìn)行聯(lián)動。

在設(shè)計單個項目時，用戶能夠依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計范圍的選擇，例如區(qū)塊地理、供電、饋線等。在建立完成網(wǎng)絡(luò)模型后，可以將其與項目文件、配置等進(jìn)行同時保存，能夠隨時進(jìn)行更新與提取，但是不必再重新生成。完成配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型的提取后，用戶能夠進(jìn)行候選線路、站址的增加。系統(tǒng)能夠為電網(wǎng)編輯工作提供作業(yè)工具，幫助其完成網(wǎng)絡(luò)模型的建立，保證圖庫的一體化。對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行提取的整個過程，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步簡化，提高工作效率，還能解耦復(fù)雜的配電網(wǎng)，實現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的分解。

結(jié)語

作為配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)接口與電網(wǎng)建模工作需要被給予足夠的重視。進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)時，首先要對需求進(jìn)行調(diào)查與分析，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)接口方案的確定，以便成功完成系統(tǒng)的規(guī)劃。在建設(shè)系統(tǒng)的過程中，需要分析外部數(shù)據(jù)源，并對配電網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行評估，對理論進(jìn)行計算，并且對系統(tǒng)規(guī)劃中所需要用到的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化，才能保證數(shù)據(jù)接口設(shè)計方案的科學(xué)性與實用性。

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