地理信息系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)拓撲及應(yīng)用論文
【摘要】本文分析了網(wǎng)絡(luò)拓撲分析以及建立在地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上的配電網(wǎng)絡(luò)分析模型，利用網(wǎng)絡(luò)分析模型可以開發(fā)配電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓撲分析功能。
【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng)；配電網(wǎng)絡(luò)；拓撲分析
1引言
在配電管理系統(tǒng)（DMS）中最重要的組成部分是進行網(wǎng)絡(luò)拓撲分析，對配電網(wǎng)絡(luò)進行分析采用的方法有兩種：①利用人工智能；②進行數(shù)值計算，常用的分析方法有矩陣法、樹搜索法、面向?qū)ο蠓�、離散處理法等。這些方法都可以進行母線分析和島分析，但只是對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的簡單描述，構(gòu)建排斥模型時僅僅是站在了電力系統(tǒng)的角度，采用如上方法工作量很大，計算不夠靈活。本文介紹了基于地理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，此模型以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，同時提出了許多新的DMS拓撲方法。
2GIS網(wǎng)絡(luò)拓撲的定義
GIS網(wǎng)絡(luò)包括地理網(wǎng)絡(luò)和幾何網(wǎng)絡(luò)，其中地理網(wǎng)絡(luò)包括物理設(shè)備和相關(guān)的連接點，它包括層，層包括設(shè)備。設(shè)備具有地理屬性，同時也具有非地理屬性。每個層中的設(shè)備都具有唯一的一個標識號，又稱為ID號，知道了設(shè)備的層和ID號，便可以確定此設(shè)備。幾何網(wǎng)絡(luò)是從地理網(wǎng)絡(luò)中分離出來的，是地理網(wǎng)絡(luò)中某些元素的抽象表現(xiàn)，是地理網(wǎng)絡(luò)的邏輯體現(xiàn)。幾何網(wǎng)絡(luò)包括點和邊，點和邊都包括簡單和復(fù)雜兩種，對應(yīng)的是地理網(wǎng)絡(luò)中的點設(shè)備類和邊設(shè)備類。整個GIS網(wǎng)絡(luò)成為了一個設(shè)備數(shù)據(jù)集。復(fù)雜邊具有物理不可分、邏輯可分的屬性，如果某饋線包括多個電桿和開關(guān)，對該饋線進行設(shè)計時可以設(shè)計為復(fù)雜邊。簡單邊與復(fù)雜邊不同，無論是在物理上還是在邏輯上都不可分，如果某線路的兩端與其他設(shè)備連接，如果在線路的中間與設(shè)備連接，這條線路就被斷開了，這條線路在設(shè)計時就可以設(shè)計為簡單邊。簡單點是指電桿、分段開關(guān)等這些獨立的設(shè)備，復(fù)雜點指的是設(shè)備是由多個點組成的，例如油井系統(tǒng)，該系統(tǒng)由很多個閥門和接頭組成。進行如上的分類后，網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系中的點可以設(shè)計為復(fù)雜邊上的點，但是網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系中的點要想設(shè)計成復(fù)雜邊上的點，將會受到上述分類的制約，建立與配電電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的拓撲分析模型就非常有必要。
3GIS圖和配網(wǎng)圖的關(guān)系
配網(wǎng)圖包括母線和支路，母線對應(yīng)的'是GIS簡單點，支路對應(yīng)的是簡單邊。如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大可以設(shè)計為簡單邊。如果配電網(wǎng)絡(luò)很復(fù)雜，如果采用簡單邊設(shè)計，會造成數(shù)量巨大的簡單邊，GIS進行數(shù)據(jù)處理就會比較麻煩。在進行GIS圖設(shè)計時要堅持便于GIS分析的原則，拓撲設(shè)計設(shè)計為復(fù)雜邊，在進行較高級的配電網(wǎng)絡(luò)分析計算時，網(wǎng)絡(luò)拓撲會通過接口進行轉(zhuǎn)換，從而獲得母線計算模型，可以在背景圖上進行顯示。在進行實際應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模型是固定的，反復(fù)使用網(wǎng)絡(luò)拓撲轉(zhuǎn)換關(guān)系就可以使拓撲效率大大提高。建立模型時重點考慮對網(wǎng)絡(luò)拓撲具有決定性影響的節(jié)點即可。
4基于GIS建立配網(wǎng)模型
建立配電網(wǎng)絡(luò)模型時，采用的是IEC61970/61968標準，相關(guān)技術(shù)是面向?qū)ο蟮模潆娋W(wǎng)的設(shè)備之間建立了數(shù)據(jù)聯(lián)系，采用子類模式來表現(xiàn)設(shè)備間的關(guān)系。在建模果還要考慮配電網(wǎng)絡(luò)的一些專有特性，例如饋線不應(yīng)與分支線的后面相邊，聯(lián)系開關(guān)只能與饋線相連，移動電桿同時要將與之相連的線路進行移動。
5系統(tǒng)功能介紹
5.1網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的分析方法
網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的遍歷方法包括盲目搜索法（又稱優(yōu)先搜索法）和啟發(fā)式搜索法，盲目搜索法分為深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索，深度優(yōu)先搜索指的是查看圖中的某一點在深度上的關(guān)聯(lián)點或線，廣度優(yōu)先搜索指的是查看圖中某一點以輻射前進的方式的關(guān)聯(lián)點，兩者的主要區(qū)別在于對頂點的訪問順序存在著不同。啟發(fā)式搜索又稱為BF，指的是沿著某節(jié)點進行搜索，此節(jié)點具有啟發(fā)性。在對配電網(wǎng)絡(luò)進行拓撲分析時，要根據(jù)搜索需要的不同來選擇搜索方法，有時會將幾種搜索方法進行混合。配電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖是無向的，求取連通分量時一次性調(diào)用搜索過程就可以了。
5.2功能介紹
5.2.1線路的巡視進行線路巡視時，按一成不變的方向來查看巡查到的設(shè)備，進行拓撲分析時采用的是啟發(fā)式搜索，線路巡視人員會給定一條的搜索條件，根據(jù)此條件來建立啟發(fā)函數(shù)，計算時采用深度優(yōu)先算法，以此來精確的進行巡視。5.2.2查詢供電站的供電半徑查詢供電站的供電半徑時，帶著變電站出線開關(guān)的拓撲任務(wù)來進行全面搜索，進行設(shè)計時會將深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索結(jié)合起來。5.2.3對電源點的追蹤追蹤電源點時帶著特定的任務(wù)和目標進行搜索，采用的是啟發(fā)式的搜索方法。尋找供電源頭時依據(jù)的是配電設(shè)備的屬性信息和特征，以權(quán)重的大小來建立啟發(fā)函數(shù)，可以最快的找到供電源頭。5.2.4模擬調(diào)度模擬調(diào)度又稱為局部網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，可以對配電開關(guān)的開合情況和規(guī)律進行模擬，通過模擬來找到與開關(guān)開合相關(guān)的設(shè)備，同時也可以進行可靠的停電分析。配電管理系統(tǒng)采用廣度優(yōu)先搜索或者是深度優(yōu)先搜索，抑或是兩者與啟式搜索方法相結(jié)合的搜索方式，可以在地理圖上對停電狀況進行模擬，判斷是有計劃性的停電還是由于故障引起的停電，用戶借此可以確定停電的范圍，并對發(fā)生停電的用戶數(shù)量進行統(tǒng)計。
6應(yīng)用實例
某省電力公司下屬供電局的生產(chǎn)經(jīng)營自動化系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用了基于GIS的配電網(wǎng)絡(luò)拓撲分析方法，得到了用戶的高度評價。自動化系統(tǒng)應(yīng)用基于GIS的配電網(wǎng)絡(luò)拓撲分析方法后，運行更加實用便捷，可以使配電工作更加的智能化，調(diào)度任務(wù)更加自動化。該系統(tǒng)在開發(fā)“單線圖顯示”功能時采用的是廣度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索相結(jié)合的策略，其設(shè)計流程如下：啟動單線圖功能后，用戶對要處理的饋線進行選擇，此時系統(tǒng)顯示與饋線相關(guān)的設(shè)備，如果選擇了饋線，網(wǎng)絡(luò)層就設(shè)置為不可見，初始化與饋線相關(guān)聯(lián)的設(shè)備集合A，用戶指定的第一條饋線加入集合A；如果用戶未選擇饋線，用戶要對要處理的饋線進行指定，單線圖顯示任務(wù)結(jié)束。饋線加入集合A后，根據(jù)饋線的接口屬性和訪問饋線的第一個節(jié)點和最后一個節(jié)點，將兩個節(jié)點加入集合A，訪問饋線上的每一個節(jié)點，被訪問的所有節(jié)點都加入集合A，對集合B進行初始化，集合B指的是要訪問的下一個設(shè)備集合，在配電線路上具有分支的節(jié)點都加入集合B，對集合B中的第一個設(shè)備進行訪問后，再對集合C進行初始化，此時看一下此設(shè)備是否是邊，如果是邊，要根據(jù)接口屬性訪問線路中的每一個節(jié)點，這些節(jié)點都加入集合A，帶有分支的節(jié)點加入集合C，訪問線路中的首末節(jié)點；如果此設(shè)備不是邊，要根據(jù)接口屬性來訪問與它相鄰的其他邊，之后從集合A中過濾掉相鄰設(shè)備，此時將未被訪問的相鄰設(shè)備加入集合C，判斷集合B中的設(shè)備是否訪問完畢以及集合C是否為空，如果集合B訪問完畢、集合C已空，如果指定的饋線已處理完畢，地圖上會顯示集合中的全部設(shè)備，單線圖任務(wù)完成。
7小結(jié)
本文在闡述基于地理信息系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)拓撲分析方法時，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)拓撲分析方法的基礎(chǔ)上，提出了建模要基于連接規(guī)劃的觀點，這種建模方法具有清晰的結(jié)構(gòu)，擴展更方便，在GIS平臺上繼續(xù)開發(fā)地理信息系統(tǒng)變得具有可能性。開發(fā)地理信息系統(tǒng)的難點是數(shù)據(jù)的共享，本文提出的拓撲分析方法在數(shù)據(jù)庫的底層就可以建立相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這樣的話配電網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)都可以共享，為地理信息系統(tǒng)的一體化開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
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