GIS下的配电网网络模型和拓扑

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摘要：配电网是电网的重要组成部分，具有点多、线长、面广等特点。对配电网进行分析时，可将实际的电气元件等效为相应的数学模型，从而将一个实际问题转化成一个数学问题。现首先介绍了配电网拓扑分析的概念，分析了配电网拓扑的特点和方法，提出了一种可用于实际的gis配电网络模型，然后在GIS平台上设计和实现了电源点分析功能，利用GIS的空间分析与统计方法，在该平台上实现了设备及其属性均能在地理图上展示和查询的功能，为将GIS引入配网故障定位系统并及时准确地判断出故障设备及其地理位置奠定了理论基础。

关键词：配电网；GIS平台；拓扑分析；地理图

引言

GIS平台首先要将实际电网中的设备转化成相应的数学模型，然后根据网络拓扑分析绘制出配电网络图，最后通过GIS系统强大的分析功能在地图上展示出设备及其属性。1配电网拓扑分析的概念在地理空间中，网络是通过无数“通道”互相连接的一系列地理空间位置。抽象来说，网络系统由很多互相连接的线段组成。许多常见的实际地理事物都能组成网络，比如公路网、通信网络、电力网络等。把这些实际的网络抽象后进行表达，那就是网络数据模型。对抽象后的网络数据模型进行分析的行为称为网络拓扑分析。网络拓扑分析是在网络数据集的基础上开展的，其他种类的数据集都不能开展网络拓扑分析。分析的方法包括网络路径查询、最短路径分析、网络节点查询、最佳路径分析等。当前GIS系统平台拥有强大的拓扑分析功能，比如：搜索相邻的所有节点功能、连接的所有边功能、连接的所有节点功能、关键点功能、关键边功能、路径分析功能等。只要充分发挥上述强大功能，就能在GIS平台上高效开展配电网拓扑分析。

2配电网拓扑分析的特点和方法

在实际设计配电网时，通常选择闭环结构的网架设计，如图1所示，设计思路是各条线路均可以通过联络开关进行分合操作，实现线路互相连接或断开。在故障时可进行转供电，提高线路的供电可靠性，缩小线路的停电范围，减少停电用户数和停电小时数。配电网实际运行时，虽然是闭环结构，但线路采用开环的运行方式，网架呈辐射状。在该运行方式下，便于开展继电保护定值整定，有利于确定故障位置。开展配电网拓扑分析时，主网的设备（如断路器、刀闸、变压器等）一般都是放在变电站内，可视为安放在一个地点。与主网设备的安放不同，配电网的许多设备（如分段开关、变压器、电缆分接箱、负荷开关等）并不是集中在一个地点的，而是分散在不同地方，通过架空导线或电缆来连接，应将这些设备看成不同的点，点和点之间是有长度的线段。配电网连接了广大终端用户，线路有很多支线且包含了大量设备，这些设备分散在各个地方。因此，配电网构成了庞大的数据库，其数据量远超主网的数据规模。面对结构庞大且复杂的配电网，迫切需要高效的算法来快速跟踪和识别网络连通性以及节约存储空间和运算时间。当前常用的算法结合了人工智能和数值计算的优点，例如关联表矩阵表示法、面向对象法、离散处理法、树搜索法、结点消去法等。配电网GIS拓扑结构常分为物理、逻辑、运行拓扑三种。配电网拓扑分析实质就是在GIS平台中，把开关、环网柜等关键设备抽象成节点，把连接设备间的线路或电缆抽象成线，这就绘制出了配电网的拓扑结构。在此基础上，可以在配电网管理系统中对空间属性及设备的各种运行参数开展拓扑分析运用。

3基于GIS的配电网网络模型和网络地图

目前，GIS已广泛应用于DMS（配电管理系统）。DMS在运用时所需的很多拓扑数据（静态数据）取自GIS系统中的空间数据。区别于常用的地球地理信息系统的拓扑描述，电网的拓扑描述是不同的，需要采取一定的处理方式，实现GIS系统中的空间数据可在电力系统运用。也就是在GIS平台中，通过充分利用面向对象技术，将每种设备抽象为特定原始对象，且通过在GIS接口中绘制的电源接线图，利用软件自动把电气设备抽象成原始对象和形成相应的连接关系，然后把图形数据和属性数据采用开源空间数据库PostgreSQL/PostGIS统一存储，把二者融合并综合管理，破解了长期以来电网图形与属性数据割裂的难题，最终可以在GIS中建立配网的网络模型，并展开电网拓扑分析。空间数据和属性数据两种模型就组成了GIS数据模型。如图2所示，两种模型间以GISID为媒介进行数据互通互联。首先，将配电网模型进行抽象分类得到相应的拓扑结构，在GIS平台将电气设备元件的地理位置抽象为点、线、面数据，进而由点、线、面元素构成空间数据。其次，把电气设备元件的属性信息（如设备基本信息、基本运行状态等）进行抽象化表达，然后保存为链表、树或索引等结构的数据，进而构成了属性数据并存放在关系数据库平台中。如此，由点、线、面元素组成的空间数据得到了矢量化的电网拓扑结构。其网络元素模型如图3所示。根据配电网中的构成元素定义建立配电拓扑图。实质上，GIS空间数据通过GISID与关系数据库平台属性数据关联在一起，可以在各系统中互相查询。最终在GIS平台上，设备的所有属性均能在地理图中展示查询，并具备相应的分析功能。总之，在GIS平台中，引入建好的网络模型，将模型中的拓扑关系和相关数据与地图进行关联，最后通过相关软件，绘制配电网中的电力元件。图4为南网GIS平台中沥林地区的配电网络图。

4配电GIS网络拓扑分析

当前，配电GIS网络拓扑分析主要是分析各线路中各设备之间的连通关系以及设备与线路的连通关系。把设备元件的空间数据和属性数据关联起来，也就是把设备（开关、刀闸）的状态信息与点、线元素的连接关系结合起来，最终形成配网的拓扑关系。配电GIS分析是利用从智能电网调度系统（SG-OSS）、南网新安全生产管理系统、南网计量自动化系统以及SCADA系统等采集的设备参数和运行参数等信息在GIS平台上开展定位。实际运行中，线路的联络开关是断开的，各线路的分支负荷呈辐射状，可以以电源侧为起点按照其拓扑网络结构顺序依次进行搜索进而得到地理位置。实际运行中，线路中的设备只存在一个电源点，可通过GIS的拓扑分析功能不断查询设备与上级开关是否联通，然后定位到是由哪个变电站侧的开关供电的，最终获得整个供电区间。

5结语

本文结合配电网的特点，主要阐述了配电网拓扑分析的特点和方法，并研究了基于GIS的配电网网络模型，同时介绍了如何在GIS平台上开展定位，为将GIS引入到配网故障定位系统并及时准确地判断出故障设备及其地理位置奠定了理论基础。

[参考文献]

[1]谢瑞，肖海红.基于GIS的配电网拓扑算法的研究与实现[J].河南科学，2009，27（12）：1550-1554.

[2]姚玉斌，晋文转，靳力.配电网快速网络拓扑分析算法[J].继电器，2005，33（19）：31-35.

[3]宋久旭.基于地理信息系统的配电网络拓扑建模[J].现代电子技术，2005，28（9）：62-64.

[4]孙成宝，苑微微，黑晓红，等.配电技术手册（10～35kV部分）[M].北京：中国电力出版社，2005.

[5]陈晓毅，徐为纲.配电网管理地理信息系统的开发[J].中国电力，2001，34（5）：49-51.

作者：邓迪 单位：广东电网有限责任公司惠州供电局