基于地理信息系统的配电网络拓扑分析及其应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

基于地理信息系统的配电网络拓扑分析及其应用

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：肖湘宁陈赓

[导读] 摘要：经济的发展，促进社会对电力的需求也逐渐增加，这有效地推动了电力企业的发展。配电网是各大电力企业和市场中用户群体建立起联系的必要纽带，在当前我国城市化速度不断加快的背景下，配电网面临着整体结构复杂化，线路分布持续变广，原有设备换新速率加快的问题，这些问题无一不给电力企业带来了更大的管理难度，但如果能够将整个配电系统中的各部分信息以及地理位置图形信息进行系统化的反映和管理，则能够有效地提高管理效

        国网辽宁省电力有限公司沈阳市沈北新区供电分公司辽宁沈阳
        摘要：经济的发展，促进社会对电力的需求也逐渐增加，这有效地推动了电力企业的发展。配电网是各大电力企业和市场中用户群体建立起联系的必要纽带，在当前我国城市化速度不断加快的背景下，配电网面临着整体结构复杂化，线路分布持续变广，原有设备换新速率加快的问题，这些问题无一不给电力企业带来了更大的管理难度，但如果能够将整个配电系统中的各部分信息以及地理位置图形信息进行系统化的反映和管理，则能够有效地提高管理效率，促进配电网管理水平朝着现代化发展。其次，以配电网GIS系统为基础平台来进行配电网的拓扑工作，能够较好地提高拓扑工作的效果，进而对整体应用系统的工作能力进行优化。本文就基于地理信息系统的配电网络拓扑分析及其应用展开探讨。
        关键词：地理信息系统；配电网；拓扑
        引言
        本文介绍了基于地理信息系统的网络拓扑模型，此模型以地理信息系统为基础，同时提出了许多新的DMS拓扑方法。
        1GIS网络拓扑概念
        GIS中包括地理网络和几何网络。地理网络由实际的物理设备及其连接关系构成。地理网络由层组成，层由设备（Feature）组成。设备具有地理属性和非地理属性（基本的设备信息如名称、标识号等）。每个设备在相应的层中具有唯一的标识号（objectID，Oid），因此根据设备所在的层和设备号Oid即可唯一确定一个物理设备。与地理网络相对应的几何网络是由地理网络中的元素抽象而来的，它代表了地理网络的逻辑结构。几何网络由点（Junction，包含简单点与复杂点）和边（Edge，包含简单边与复杂边）组成，分别对应着地理网络中的Junction设备类与Edge设备类。整个网络在逻辑上成为一个由各设备类（FeatureClass）构成的设备数据集（FeatureDataSet）。复杂边在物理上不可分但在逻辑上是可分的，例如某馈线上有多个电杆和分段开关，电杆之间是杆间线路，则可将该馈线设计为复杂边。简单边在物理和逻辑上都是不可再分的，例如某线路只允许在两端与其它设备相连，如果在中间与其它设备相连则将该线路断开成为两条线路，因此应将该线路设计为简单边。简单点是指电杆、分段开关等独点设备。复杂点是指由多个点描述的多点设备，如包含多个阀门及接头的油井系统等。按照上述分类原则将不影响网络拓扑关系的点设计为复杂边上的点，将影响网络拓扑关系的点设计为复杂边的端点即可建立适合配电网络结构的拓扑分析模型。
        2基于图论的配电网络拓扑模型
        2.1空间实体及其拓扑关系
        地理信息系统将现实世界中的事物抽象为空间实体，他是地理信息系统中最小的单元。空间实体分为点、线、面3种类型，以矢量数据或栅格数据存储。矢量数据除了占用较小的存储空间外，还隐含了空间实体间的拓扑关系，因此地理信息系统平台大都采用矢量数据。在使用矢量数据的地理信息系统中，点、线、面空间实体的特征分别用一个坐标、一组坐标、一组首尾相同的坐标来标示。在配电地理信息系统中开关、T接点、配电变压器等是具有点特征的空间实体，电线、电缆等是具有线特征的空间实体。空间实体间的位置关系包括邻接、连通、包含等，在进行配电网络的拓扑建模的过程中最关心的是邻接关系，用边的两个端点的编号来表示边，若（i，j）是一条边，则节点i和j是邻接的。
        2.2GIS图和配网图的关系
        配网图包括母线和支路，母线对应的是GIS简单点，支路对应的是简单边。如果网络规模不大可以设计为简单边。如果配电网络很复杂，如果采用简单边设计，会造成数量巨大的简单边，GIS进行数据处理就会比较麻烦。在进行GIS图设计时要坚持便于GIS分析的原则，拓扑设计设计为复杂边，在进行较高级的配电网络分析计算时，网络拓扑会通过接口进行转换，从而获得母线计算模型，可以在背景图上进行显示。在进行实际应用网络模型是固定的，反复使用网络拓扑转换关系就可以使拓扑效率大大提高。建立模型时重点考虑对网络拓扑具有决定性影响的节点即可。
        3GIS拓扑分析的应用局限
        （1）在GIS的系统中，拓扑分析是在空间连通性的基础上进行相应展开的，其主要分析的对象为系统把实体进行抽象化处理之后的点、线和面的空间相互关系。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

而对电网进行分析的相关应用程序则是通过数据将电网的整体模型进行表示和描述，目的在于对电网系统的逻辑和整体结构进行相应的展示，方便进行相应的观测和管理。（2）GIS中的拓扑描述并不会对节点的各自类型，杆塔和线路的端点节点进行细致地区分，在进行拓扑分析工作的过程中也不会加以相应地区分，且杆塔节点等数据在网络分析的过程中是不会被运用到的。（3）GIS中的母线是用线实体来表示，而在进行网络分析的过程中所需用到的拓扑数据却是以节点号的形式存在的。因此，通过GIS系统所构建出来的拓扑数据无法被直接运用到网络分析的相关应用程序中去，这时需要采用一定的手段对GIS描述出的拓扑数据进行相应地处理和转化。转化得出的数据除了要能够得出原有的空间分布的相关信息之外，还要能够提供能够被网络分析所运用的相关元件参数、节点号和支路参数等数据，进而对这些数据所代表的元件设备进行对应合理的拓扑处理工作。
        4系统功能
        4.1网络拓扑图分析方法
        图的遍历方法一般包括盲目搜索法（深度优先搜索和广度优先搜索）和启发式搜索法。深度优先搜索法（DFS）就是从图中某一起点开始查看它在深度上可以关联到的点或线。广度优先搜索法（BFS）就是从图中某一起点开始以一种辐射状的前进形式查看它在广度上可以关联到的点或线。DFS和BFS算法的区别仅在于对顶点的访问顺序不同。启发式搜索法（BF）就是沿着具有启发性和特定信息的节点进行搜索。在配电拓扑分析过程中，往往根据不同的需要采取一种或几种方式混合的搜索策略。配电网络一般都是无向图，求其连通分量仅需调用一次搜索过程（DFS/BFS/BF）即可。另外，还可通过判断“路径所有段的权重之和最优”或“路径中每一段的权重都最优”来确定“最短路径”。
        4.2功能介绍
        4.2.1线路的巡视
        进行线路巡视时，按一成不变的方向来查看巡查到的设备，进行拓扑分析时采用的是启发式搜索，线路巡视人员会给定一条的搜索条件，根据此条件来建立启发函数，计算时采用深度优先算法，以此来精确的进行巡视。
        4.2.2查询变电站供电半径
        该功能是针对变电站出线开关的拓扑任务，需要在某个方向上进行全局搜索，所以在程序设计时采取DFS和BFS相结合的方式。
        4.2.3对电源点的追踪
        追踪电源点时带着特定的任务和目标进行搜索，采用的是启发式的搜索方法。寻找供电源头时依据的是配电设备的属性信息和特征，以权重的大小来建立启发函数，可以最快的找到供电源头。
        4.2.4模拟调度（也称局部网络重构）
        该功能不仅能够模拟配电开关的开合并分析与此动作相关的设备，同时还可以进行可靠性管理（“停电分析”部分参见文献[12]）。DMS采用DFS、BFS以及BF相结合的搜索策略，在地理图背景上模拟计划停电或故障停电时的开关动作，使用户可以醒目地看到停电区域并统计出停电用户。
        结语
        在配电自动化和配电管理系统中，配电网络拓扑是配电网分析和优化的基础。配电网是一种和地理信息密切相关的网络，线路以及配电设备和用户的分布都有明显的地理特征，在配电网络运行中许多操作都依赖于长度、距离、范围、相对位置等地理因素，地理信息系统在配电网中的应用提高了配电网的管理水平，因此基于地理信息系统（GIS）的配电网络拓扑建模成为人们最关注的问题之一。
        参考文献：
        [1]苏义荣.配电网络拓扑分析方法的研究[J].浙江电力，2018，5：9~13.
        [2]李晓鹏，刘斌，等.矩阵方法在电力系统网络拓扑的应用[J].内蒙古电力技术，2018，4：4~5.
        [3]朱文东，刘广一，等.电力网络局部拓扑的快速算法[J].电网技术，2019，20（3）：30~33.