一种高级配电网自动化系统的设计与分析

一种高级配电网自动化系统的设计与分析摘要：以某电力局配电系统的现状为背景，经过对配电现场进行认真的实地调查研究，结合当前配电网管理存在的主要问题和组件式GIS的特点，按照开放性、可靠性和可集成性等原则对配电GIS系统进行了系统总体设计与功能实现、系统数据库设计、系统组件层设计与实现等。给出了系统分析和管理技术的实现，通过深度优先搜索算法和故障定位专家系统等方法，来完成基于GIS的配电网故障定位和供电恢复与网络重构。关键词：高级配电网，自动化系统，设计，分析前言配电GIS是一个集计算机技术、通信技术、控制技术、现代化设备与管理于一体的综合信息化系统。它是提高供电可靠性、供电质量及配电网经济运行的重要保证，是高科技手段应用于实际生产的一个重要体现。将组件式GIS技术引入配电网GIS中，可以将配电网中的各种设备信息与地理位置信息很好地结合在一起，改变了过去图纸、设备管理混乱的局面，实现了图纸、设备的自动化管理；同时GIS能够对数据进行直观的、可视化的分析和查询，帮助用户发掘隐藏在文本数据之中的各种潜在的联系，为用户提供一种崭新的决策支持。1.配电网分析配电网结构复杂，线路分布广泛，设备数量众多，改造更新也比较频繁。因此，基于GIS的配电网分析方法的研究就很有必要。网络拓扑分析是把用电气设备描述的物理模型转换为用节点和支路描述的数学模型的过程。基于GIS的配电网分析就是把从AM/FM/GIS中提取的数据(含网络结构信息)看做一种物理模型，网络拓扑分析是把配电网的物理模型转换为可供计算分析的数学模型的过程[1，2]。GIS系统中一般包含两类数据：空间数据和非空间属性数据。基于GIS的配电网分析的原理就是利用数据库技术把配电网中电力设备的空间定位数据与属性数据一一对应联系起来，综合分析与检索空间定位数据，结合生产应用的MIS系统和SCADA系统，根据一定的算法实现生产信息与反映地理的图形信息相结合的信息管理系统。1配电GIS总体设计2.1系统设计目标通过引入先进的组件式GIS技术，结合配电网的各种空间位置信息、对象属性信息，为配电网管理者提供一个配电网的缩微化模型。达到配电网管理实现信息化、直观化、科学化、规范化和自动化的目标。主要体现如下：1、将配电网GIS系统建设成整个配电网信息共享平台，统一录入、修改、删除各种配电数据，避免重复操作，为配电网规划设计、管理、故障维护等提供信息支持；2、实现配电网设备的地图化3、实际电网运行数据的可视化；4、配电信息多元化。2.2系统总体设计思想组件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成各类专题GIS的应用系统。本系统的总体设计思想是:采用组件式GIS技术与可视化开发工具，建设易于与MIS、SCADA等系统集成的配电网GIS系统，其工作平台设计如下:GIS开发工具采用Geostar5.0，开发语言采用Delphi7.0，DBMS采用SQLSERVER2000。从设计思想与技术手段上保障了系统的先进性。系统开发以栾城县电力局为应用对象，总体功能包括数据预处理功能、地图操作及图形输出、数据查询、故障区域分析及显示、配电网故障判断与隔离、报表打印等，系统总体功能设计如下图1所示。图1系统总体功能结构图2.3基于FTU的配电网故障定位实现配网故障自动定位、隔离和供电恢复功能，是提高供电可靠性的主要措施之一。而配电自动化的发展，尤其是配网SCADA系统的建立和不断完善，为配网主站实现实时的故障自动定位、隔离和供电恢复提供可能。沿地理分布的馈线、开关、变压器等配电设备，构成了复杂的配电网络系统，在这样的网络上实现故障的自动定位、隔离和恢复并非易事[35]。本文通过在馈线沿线分段开关和联络开关处安放数据采集和监控装置FTU(FeederTerminalUnit)，各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如电压、电流、功率和开关当前位置、储能情况等，并通过通信网络把采集得到的数据传送到配电自动化控制中心处，此外，各FTU还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作[36]。在故障发生时，各FTU记录下故障前及故障时的重要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大故障功率等，并将上述信息传至配电网自动化控制中心计算机系统中，经计算机系统上的故障检测软件对采集得到的这些数据进行分析后，确定故障区段和最佳供电恢复方案，最终以遥控方式隔离故障区段，恢复健全区段供电，从而实现实时地故障自动定位、隔离和供电恢复。2.4故障定位实现故障定位的程序流程图如图2所示。故障定位专家系统的核心就是它所具有的推理功能，基于GIS的配网故障定位就是根据空间搜索的停电区段序列与知识库中的假设故障的停电区段序列相比较，并根据启发式的原则直到故障与故障假设方式相匹配，那么相应的故障点以及故障区域就确定了。从这点可以看出，知识库是一个开放库，当出现了一种新的故障时，那么通过知识获取子程序就可以获得相关的条件和结果，并存放在知识库中，这为以后类似的故障处理得更迅速提供了保证。本文主要是通过GIS系统和SCADA系统所获得的故障信息，对故障区段进行搜索、反复回溯推理，逐步缩小故障范围，最终形成故障节点序列以及相应的故障区域，并且在GIS系统图形界面上以不同的颜色显示出来。知识获取子系统可以通过人机交互的方式，直接获取专家知识，也可以通过每次故障处理的过程，获取故障信息以及故障定位结果，为以后类似的故障推理所用。图2故障定位流程图2.5配电网结构分析电力企业配电网主要由10KV配电线路和配电变压器等组成。其作用是将电力分配给各类电力用户。配电网中线路的走向以及配电设施和用户的分布具有明显的地理特征，生产管理中的实际操作，如：线路改造、巡线、停电检修和用户业扩等，也都依赖于长度、距离、范围、街道分布和相对位置等地理因素。配电管理的对象包括变电所、供电所、线路(包括电缆)、杆塔、变压器、开关以及连接在变压器上的各类电力用户单位，其在地理分布上各有特点，呈现典型的点、线、面的地理分布。2.6配电网GIS数据模型由图3的分析可知，配电网直接联系着用户，配电网的线路、设备都与其所在的地理环图3配电网结构图图4配电网GIS系统的数据模型境密切相关。这种配电设施的地理分布特性，必须结合GIS系统的数据模型来建立配电网GIS数据模型，从而实现配电设施的管理以及配电网络的分析、计算。图4是配电网GIS系统的数据模型[3,4]。该数据模型包括空间数据和属性数据两部分。空间数据和属性数据通过标识码OID实现空间数据和属性数据的连接。空间数据用于表征变电站、用户单位、配电设备、电力设备的位置和用户的地理位置等，这些空间数据由点、线、面等对象构成，用GIS系统软件来管理。属性数据包括电力设备的运行状况、型号等及用户的负荷类等与地理位置无关的数据，属性数据由关系数据库SQLServer2000管理。3配电网GIS数据采集、数据处理数据采集在GIS系统的开发中尤为重要，它的准确度和合理程度直接影响整个GIS统的开发效益和最终效果。GIS数据主要包括图形数据(空间数据)和属性数据(非空间数据)。空间数据的获取是配电GIS的基础，工作量大，是GIS系统的关键技术，可通过三种途径获取空间数据[3]。1.使用现有的电子地图，2.矢量化纸质地图3.使用GPS实地测量。在配电管理中存在多中不同的数据类型，如：遥测数据、遥信、电度、遥调和各种设备属性数据。在负责与下位机通信与数据接收的服务器端，系统首先建立一个大的临时内存区，用来存放接收到的各种数据，然后根据数据帧的不同类型对各种数据加以区别，对它们进行不同处理，最终存储到对应的数据库表中。4系统开发环境在服务器端采用WindowsXP作为操作系统，采用面向对象、可视化的强大编程工具Delphi作为开发设计环境，数据库采用SQLServer2000，GIS平台采用国产GeoStar5.0组件化软件开发平台。结束语本文针对开发方式、开发环境、用户需求和项目特点等几个方面的实际情况，为配电网自动化系统的开发提出了基于通用GIS组件的、C/S体系结构的、灵活的计算模型。随着计算机应用系统的不断深入，在配电管理系统中应用组件式GIS技术建设配电AM/FM/GIS系统，将能够更进一步规范和提高配电网图形信息和数据资料的管理水平，促进设备管理编码体系的建设，合理界定“管理体系”中不同管理单元对配电网图形信息和数据资料的维护范围，同步更新各管理单元间的相关信息。可以说，配电AM/FM/GIS系统的推广使用，是供电部门提高现代化管理水平，提高劳动生产率和服务质量，建立现代化企业制度的良好契机。因而，建设、开发配电AM/FM/GIS系统，建立完备的配电网络模型，为配网生产管理提供辅助决策工具，实现数据共享，是当今社会建设优质、高效、安全、稳定的现代化电网和提高电网现代化管理的客观需要。参考文献1.汤红卫,王华,郭喜庆.一种基于地理信息系统的配电网规划方法.电网技术.2002-12:79~822.杨成月,李沛川,吴梦泉等.基于组件技术的配电AM/FM/GIS设计与实现.测绘通报.2004年第1期3.AndrejVckovski(1998),SpecialIssue:InteroperalilityinGIS,INT.J.GeographicalInformationScience,1998,Vol.12,No.4:297~2984.房俊龙,张长利,于寿馨.农电企业配电网GIS系统空间数据库设计.东北农业大学学报.2006-8,37(4):508~511