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基于CIM模型配电网GIS拓扑建模与分析武汉大学2010年4月江西南昌基于拓扑的地理图、单线图自动生成配电网设备建模概述主要内容1254配电网络设备关系3数据库设计1.概述IEC61970／IEC61968标准为电力系统中的各种资源定义了公共信息模型(CIM：CommonInformationModel)，在很大程度卜方便了不同系统之间的集成。CIM将对于电力企业信息化水平的提高具有极大的促进作用，理解标准、遵循标准、使用标准、扩展标准也必将成为电力企业信息化发展的共识。1.概述①CIM拓扑包用于定义如何连接配电网各设备.②设备连接关系通过导电设备(ConductingEquipment)-----终端(Termina1)------联结点(C0nnectivityNode)的关联关系来表现。③终端是设备的终点，一个设备可以有多个终端，联结点根据网络运行状态，把相关的终端无阻抗地连接在一起。④一个导电设备有多个终端，和其它设备的终端联结在一起，形成一个联结点，多个联结点类聚合成一个设备容器类。CIM模型利用设备容器模式描述配电网络中各设备的关系。配电网设备建模概述主要内容1254配电网络设备关系3数据库设计基于拓扑的地理图、单线图自动生成2.配电网设备建模a)设备建模主要对拓扑模型中的传导设备(ConductingEquipment)进行详细描述，同时管理设备相关参数、配电网线损和电压合格率等计算所需参数。为方便进行配电网各类装置的物理位置关联．对线路段、节点进行描述。b)线路分段规则有2个：①不同型号导线类型(如架空线、电缆)进行分段；②架空线、电缆出现连接位置有开关、闸刀等开断设备时进行分段。这样就可以虚拟出架空线段、电缆段、架空电缆段等分段类型，类似变电设备中的间隔，2.配电网设备建模①架空线上的设备要么作为杆、塔附属设备，要么依靠杆、塔作为支撑；②同样电缆上面，有设备的地方．肯定要有井孔才能把设备通过电缆接入电网。③因此从功能位置的角度考虑，虚拟出杆、塔、井孔这样的节点位置，可以反映出一组设备在电网中的位置关系。④对不依赖于杆、塔、井孔的设备其节点作为虚拟设备处理。2.配电网设备建模①面向电力设备的数据模型中，根据设备类型和设备的序号可以惟一确定一个设备，从而获取该设备相关的属性信息和空间信息。②配网的拓扑结构可以在画GIS图时同步构建和修改，同时也可以在数据修改完之后，对具体的某一条单线的拓扑关系重新生成。因此需要将专业设备按其作用及其与其他设备之间可能存在的拓扑关系的种类来进行分类③根据配网系统的共有特点，配网中常见设备类型有以下几种：a)线形设备b)开关类型c)调节类型d)载体类型e)容器类型f)其他传输设备类型2.配电网设备建模①线形设备线形设备是网络中能量传输的主要载体，是网络拓扑中的主体，构成了网络的骨架，常见的如架空线、电缆等。与其他设备一般存在连接关系②开关设备具有开合功能，决定线路和网络实际上是连通还是断开的，影响着网络运行的实时状态，如开关类元件。该类型的设备一般附着在线性设备上并与线形设备存在连接关系③调节设备该类设备一般有高压侧和低压侧区分，具有增减压的功能，同时可能是网络中线路与线路的分界点。如各种增减压装置、变压器等2.配电网设备建模④载体设备一般是线性设备的载体，附着在该设上的设备与该设备存在附着关系。各种杆塔属于该类⑤容器设备可以容纳其他设备，作为其他设备的母体，其本身不进行电流的传输。其内部中设备与容器之间存在从属关系，如电缆分支箱、变电站、用户配变房、开关柜等。⑥其他传输设备包括源设备及一般的运行设备。源设备即传输电流的起点设备，没有特殊的工作状态。在不同的系统中有不同的定义，如电力系统中的供电变压器等。这些设备都是通过一些线形设备连接入网的，与其他设备只存在连接关系2.配电网设备建模配电设备之间不是孤立存在的，他们通过线状设备、开关类型、调节类型、载体类型容器类型、其他传输设备组成一个复杂的电力管网系统。该系统具有以下三个最突出的特点：①系统内部的设备都可以抽象为点和线两种空间几何类型，众多的管线通过连接交织在一起形成了错综复杂的电网系统；②电网系统的设备具有明显的空间概念，具有精确的坐标值以及埋深和高程等属性信息；③整个电网系统的设备通过相互连接使整个系统处于运行状态，系统电流的运动都带有方向性，电网任何一个环节运行参数的变化都可以导致整个系统运行状态的改变2.配电网设备建模按照建模需求将配电设备分成以下三类：①拓扑分析设备②附属设备，附属设备的工作状态影响到整个电力网络的运行③其他设备，只是用来装载或支撑其它设备2.配电网设备建模设备名称图源类型拓扑抽象类型中压线路线线柱上变压器点点杆塔线路点点点断路器点点变电站和电房母线线点变电站和电房配变点点变电站和电房开关点点配变房电缆头点点配变房中间接头点点电缆终端头点点低压开关点点低压导线线线低压电缆线线低压电缆中间接头点点杆上开关点点拓扑分析设备包括：2.配电网设备建模设备名称图源类型拓扑抽象类型电容点点柱上变压器点点避雷器点点熔断器点点附属设备包括：2.配电网设备建模设备名称图源类型拓扑抽象类型变电站面面公用配电房面面用户配变房面面公用开关房面面用户开关房面面杆塔点点其它设备包括：配电网设备建模概述主要内容1254配电网络设备关系3数据库设计基于拓扑的地理图、单线图自动生成3.配电网络设备关系－配电网络设备空间连接关系设备的空间连接关系表示电力设备的几何网络图:node表示一个连接结点，node和设备的关系是1：N，link不直接和设备相关联，仅仅是连接相连两个node。在一个node结点上，作为起到连接其他设备的点设备最多只有一个，假如没有点设备做为连接点，在生成电力设备逻辑连接关系时，将在此处虚拟一个点设备做为生成电力设备逻辑关系的连接点。3.配电网络设备关系－配电网络设备逻辑连接关系配电网络设备电力逻辑连接关系的建立，主要将电力设备抽象成点和线两种实体，通过点和线的连接关系来实现。以下是抽象出来的以下几种设备相互之间的连接关系①Device设备连接line1，电流从该设备出，Device包括的设备有中压线路，line1可以为中压电缆、中压架空线，②Device设备连接line1和line2，电流从一端进，一端出。Device包括的设备有开关类，架空线支撑点、调节类设备、母线（母线做为特殊的线设备，也抽象为一个点），line1和line可以为电缆、架空线；3.配电网络设备关系－配电网络设备逻辑连接关系③Device设备连接line1和line2，电流只进不出。Device包括的设备主要是终端设备，line1和line2可以为电缆、架空线，④Device设备主要是为环网开关，同时连接两个不同方向的电流，line1和line2可以为电缆、架空线；3.配电网络设备关系－配电网络设备逻辑连接关系⑤Device设备主要是杆塔线路点、电缆接头，一条线从一端进入，同时从另外一端出来，同时device可以向不同方向连接其它设备，line1和line为架空线、电缆，⑥一个设备附属于另外一个设备，附属设备的运行状态会影响主设备的运行；3.配电网络设备关系－配电网络设备逻辑连接关系在数据库中，用三个表来表达拓扑连接关系：1)Topo_connction关系表格，表示点设备和线设备的关系点设备id线设备id方向2)Topo_node_order关系表格，表示同一条线路上不同点设备的排列顺序点设备id线设备id方向排序3)attach_device关系表格，表示一个主设备上附属的设备主设备id附属设备id3.配电网络设备关系－配电网络设备逻辑连接关系示例点设备id线设备id方向备注Device1Line1进进Device1Line2出Device2Line2进Device2Line3出Device2Line4出Device4Line3进Device4Line5出Device5Line5进设备5为环网开关Device5Line6进Device7Line5进Device7Line5出Device6Line7进Device6Line6出a)Topo_connction点设备id线设备id方向排序Device4Line5进0Device7Line5出5Device5Line5进10主设备id附属设备idDevice4Device8b)Topo_node_orderc)attach_device基于拓扑的单线图自动生成配电网设备建模概述主要内容1254配电网络设备关系3数据库设计4.数据库设计第一部分数据表：功能位置表格1)geometry_node:定义node表格序号主键名称描述类型Ynode_id键值2)geometry_link：定义link表格。Link没有方向性，first_Node和last_Node只是定义方便序号主键名称描述类型Ylink_id键值first_Node开始结点last_Node结束结点3)Relation_node_device表格说明：关联到node的设备表格序号主键名称描述类型Ynode_id键值Device_id设备id4.数据库设计第二部分数据表：设备关联表格attach_device，附属在某一设备上的其它设备，如变压器上的避雷器序号主键名称描述类型YSys_id键值Main_device_id主设备idattach_device_id附属设备id4.数据库设计第三部分数据表：拓扑表格1)Topo_connction基于关联顶点-----线路方式存储网络的拓扑结构序号主键名称描述类型长度YSys_id键值Point_device_id点设备idLine_device_id线设备idDireciton电流方向2)Topo_node_order表格说明：同一条线路同时通过不同的点设备的顺序表格序号主键名称描述类型YSys_id键值Point_device_id点设备idLine_device_id线设备idDireciton电流方向Order排序（设备的在一条线上按电流的排列顺序）4.数据库设计第四部分数据表：设备属性1)Point_device：点设备基本属性2)line_device：线设备基本属性序号主键名称描述类型Ysys_id键值Code设备编码feeder_id线路idDevice_type设备类型Is_user正在使用Is_Switch是否开关House_id所在房内idPosition位置序号主键名称描述类型Ysys_id键值Code设备编码feeder_id线路idDevice_type设备类型Is_Switch是否开关Is_user正在使用Weight权重Length长度House_id所在房内idPosition位置基于拓扑的地理图和单线图自动生成配电网设备建模概述主要内容1254配电网络设备关系3数据库设计5.基于拓扑的地理图和单线图生成生成地理沿线分布图5.基于拓扑的地理图和单线图生成生成单线图a)0级主干上设备的查找。以馈线出线开关为起点，遍历所有连接到的设备（到联络开关、配变或线路末梢为止）形成一棵树；且以层次最深的的线所经过的所有点组成的线，作为0级主干。b)水平向右绘制第0级主干，并记下该主干上所有接有分支的结点，放入BranchNodeList列表中。c)绘制分支。对BranchNodeList中的第1个对象，找出从其接出的每个后续结点，并从ranchNodeList中删除第1个对象。d)以c步中找到的每个后续结点为每个分支的第2点（第1点为c步中删除的结点），开始绘制相应分支。在绘制分支时，如果被绘制的结点接出有分支，则加入BranchNodeList末尾。5.基于拓扑的地理图和单线图生成e)重复执行c步和d步，直到BranchNodeList中无对象。f)自动缩放至全屏幕且居中展示上述步骤中，重点在d步中，即如何为每个将要绘制的结点到合适的位置。本文的处理方法是当需要向某个方向绘制一个图标时，先检测向此方向绘制是否会与已经存在的对象发生重叠交叉。如果会发生重叠交叉，