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摘要：研究和制定配电系统运行管理数据库的数据结构和规范是当前我国配电自动化实施过程中亟待解决的问题。针对我国配电系统结构以及配电生产运行管理的特点，分析了供电企业中各部门之间的工作联系，提出了配电系统运行数据、检修与巡视数据以及设备资产与网络拓扑数据的数据流图。
关键词：配电；数据；分析与利用
前言：近年来，配电在我国发展十分迅速，研究和开发配电SCADA系统、DMS系统和GIS系统的工作在全国许多供电企业、有关研究院所、电力自动化生产企业全面开展。关系数据库具有坚实的理论基础，许多商用关系型数据库如ORACLE、SYCLE-SERVER、DB2、Xbase系列等在配电DMS中得到了广泛的应用，因此，研究配电生产、运行、管理全过程中基本数据的关系模式，建立统一的规范，既可保证企业生产活动的数据需求又可保证数据的一致性，对配电硬软件产品的集成和系统功能的不断扩充具有重要意义。
一、配电现状管理
基于GIS的配网现状管理有几项功能：
（1）GIS基础功能
在电力系统GIS中，要想把空间信息的测量、分类、叠加分析、网络分析以及空间统计与分析等功能实现，我们就需要对图形拓扑连接性、图形拓扑多边形区域以及图形拓扑连接性作出详细的分析，通过此来最终实现。
（2）配网调度管理功能
以GIS为基础，在经过配电调度运行管理系统的帮助之下，就能够形成网络拓扑，这可以为配网潮流以及状态估计等等应用功能提供最新的数据分析，还可以是通过将现有系统中的断路器、隔离开关开合状态进行改变，来寻找最合适的配电调度运行管理方式。一定要再有交互数据的前提下，才能够对GIS以及配电调度进行管理网络。拓扑主要是对开关运行的状态进行网络分析，将其中所涉及到的网络原件进行分析确定，这样就能够得出供电区域具体的变化情况，并且在所获得的GIS图上用不同符号颜色进行区分。
（3）基本电气分析计算功能
在对数据进行实时采集之后，图形管理平台就会对电网潮流进行分析，对负荷、停电进行检测和管理，对供电电源以及短路电流进行分析和计算等等方面的功能。
（4）生产管理功能
生产管理主要包括有电力设备铭牌参数、运行设备的巡视、设备检修停电的申请等等生产流程和模块。通过GIS与MIS的结合，GIS与SCADA/EMS互相能够配合，最终可以建立起GIS动态化数字电网。
二、配电数据信息的组织与建模
ER模型（实体-联系模型）是数据库概念设计的重要工具，能够较好地描述客观世界的信息及信息之间的关系，此外，由ER模型很容易得到目前各种关系型商用数据库需要的关系模式。建立配电数据ER模型需要解决2个特殊问题。一是ER模型需要将客观世界的信息及其联系描述为二维关系，而电力企业大量的运行数据（通常称为动态数据）具有三维关系：数据源（某回线路或某个开关）、数据属性（电流、电压等）以及数据产生的时间；二是需要建立抽象网络拓扑数据与实际电网设备相互连接的对应关系，当电网更新、改造或扩建之后应用程序能够从数据库中自动生成新的网络拓扑数据，以保证数据库系统中设备资产数据与拓扑数据的一致性。
目前，发、输电自动化系统中运行数据库与设备管理和维修数据库是相互独立的数据库系统，运行数据库多采用面向时序的方法建立运行数据的ER模型，即按时段建立运行数据源与数据性质的二维关系，而设备管理与维修数据库则采用面向对象的方法建立电力设备与其属性的二维关系；因此二者很难保持数据的一致性。然而，配电系统的运行、管理和维护是一个供电企业生产活动的全过程，数据的共享和一致性尤为重要，需要建立描述配电运行数据、维护检修数据、设备资产和网络拓扑数据的全局的ER模型。
为此，本文中采用面向对象的方法来建立全局ER模型，将运行数据产生的时间作为数据源的特殊属性，来解决运行数据的时序问题；通过定义抽象对象“线路段”，来解决网络拓扑数据与实际电网设备相互连接的对应关系问题。
2.1配电系统的对象
10kV配电系统的对象由架空配电线路和电缆配电线路组成。其中，架空配电线路由柱上开关设备、架空导线、杆塔及其附属设备（绝缘子、横担等）和柱上配电变压器及附属设备（补偿电容器、TTU等）组成，电缆配电网络由导线、开闭站、配电室、开关小室、箱式变压器和箱式开闭器组成，而开闭站、配电室、开关小室、箱式变压器和箱式开闭器中的电网又由断路器或负荷开关和母线构成。架空配电线路或电缆配电网络这种复杂对象是由上述简单对象按地理位置和供电功率方向相互连接构成的。
注意到，当配电系统中联络开关状态改变（网络重构）时，组成各配电线路的简单对象将发生变化，而且是以“没有被开关元件分割的，连通的局部网络”为一个整体变化的。为了描述配电线路随配电系统运行方式变化的这种特征，将这样的局部网络对象定义为“线路段”。图1中虚线框内的局部网络即为线路段。电缆网络的线路段可以是连接2个开关的一段电缆（电缆型线路段），可以是一段母线及其引下线（母线型线路段），也可以是配电变压器（配变型线路段）。架空线路的线路段是由架空导线、杆塔和柱上配电变压器组成的一段局部的树状网（架空型线路段）结合，GIS与SCADA/EMS互相能够配合，最终可以建立起GIS动态化数字电网。
图1：配电线路段（虚线框内）
2.2配电系统的对象、实体与属性
对象与数据库ER模型中的实体有一定区别。对象是现实世界中具体存在的事物，每个对象都具有一定的状态（属性）和行为（功能）特征；实体具有属性特征但不一定具有行为特征。因此可以把一个配电对象处理成为若干状态实体和行为记录实体。状态实体用以描述对象的属性特征，行为记录实体用以描述对象的行为或功能特征。
配电设备对象的属性数据可以分为2类。一类为描述每一台设备独有属性的数据，例如：设备编号、安装地点、投运日期、设备型号等，称为台帐数据；另一类为描述同一型号设备共有属性的数据，例如：同型号配电变压器有相同的技术参数属性数据（如配电变压器型号、额定容量、额定电压、额定电流、空载损耗、负载损耗等）。因此描述配电设备对象（配电变压器、负荷开关、断路器、线路单元等）状态特征的状态实体分为“对象（台帐）实体”和“技术参数实体”。描述其他复杂对象如架空线路、电缆线路、线路段、开闭站和配电室等状态特征的状态实体只有“对象实体”。
三、配电数据流分析
配电基本数据按系统设备、运行、维护和管理的工作需求，可以分为：电网运行数据、检修维护数据、资产数据和网络拓扑数据4类。分析这4类数据在配电生产、运行、维护和管理各部门工作运转过程中如何产生和流动，以及各部门各种工作对数据的需求，是建立数据模型的基础。
供电企业中生产计划科（股）下设有线路工区、配电工区、电缆工区和调度室，分别负责10kV架空配电系统和10kV电缆配电系统的运行、维护和管理等工作。线路工区负责架空配电线路，配电工区负责配电室、开闭站、箱式变压器、开关小室，电缆工区负责10kV和0.4kV电缆，调度室负责全系统的调度工作。在工区之下分别设有运行班组和检修急修班。虽然各工区负责的对象不同，但是运行和维护的工作任务有共性，因此以下数据流分析不区分工区（对象）而直接面向运行、维护和生产管理的工作任务。
3.1运行数据流
配电基本运行数据是系统中主要配电设备（如配电变压、负荷开关、断路器等）运行状态的测量和记录数据，包括：运行状态数据（电流、电压、功率、电量和频率等模拟量和开关状态），事件记录数据（开关变位、保护动作、故障指示器动作、电流电压越限以及报警信号动作记录等），低压无功补偿数据（补偿电容器动作记录、补偿容量及补偿前后运行数据记录等），电能质量数据（电流与电压最大值及其相应的时间、电压越限时间和电压测量总时间、各次谐波电流与电压有效值、停电次数、停电持续时间、停电原因等）。这些数据由SCADA系统、配变综合测量装置或人工抄表产生，形成图1中数据流①，其历史记录为数据流②。数据流①和②是配电负荷预测、技术经济指标统计与计算、电网运行分析、电网发展规划、运行方式研究和制定调度计划的基本数据，通过这些计算或人工处理产生的数据分别形成数据流③～⑥。运行人员或SCADA系统进行的控制操作为数据流⑦（操作记录）。图1中数据流①，②和⑦为基本运行数据，数据流③～⑥为基本运行数据加工后产生的数据，本文中仅讨论基本运行数据。
图2：运行数据流
图2所示生产计划科的各项网络计算任务都需要从数据库中获得网络拓扑信息，这种网络拓扑以电网中所有“T”接处或“母线”为节点，以节点之间的导线为支路。在架空线路中，定义连接线路中各分支线的“T”接处之间的一段导线为“架空导线”。在电缆网络拓扑中，节点为母线型线路段，支路为电缆型线路段。当电网运行方式改变后，节点与支路是否关联取决于连接它们的开关是否处于“合”状态。
3.2 检修巡视数据流
检修维护数据包括缺陷及处理记录、事故及处理记录、巡视记录、测试和试验记录、检修停电记录等数据运行人员通过监视、巡视或试验发现设备缺陷，由此产生缺陷记录初始数据（管辖单位、线路名称和编号或配电室编号、杆（柜）号、变压器编号、缺陷内容、缺陷类别、设备类型、缺陷程度、发现日期、发现人、处理意见等），由缺陷严重程度以及是否需要停电处理分别形成图2中数据流①～③。生产计划科分别在计划检修缺陷和需要及时处理严重缺陷的数据流①、②上增加缺陷处理审批数据（审批与否和缺陷处理开始时间），形成数据流④。根据带电作业处理缺陷计划和业扩带电作业计划产生带电作业数据（作业单位、日期、站名、路名、开关号、线路编号、电压等级、作业方法、作业内容等），形成数据流⑤。检修或带电作业工作人员到现场处理缺陷之后，在数据流④或⑤上增加缺陷处理数据（处理开始时间、处理班组、处理完成日期、处理情况等），形成完整的缺陷记录数据流⑥。
3.3设备资产和网络拓扑数据流
设备资产数据包括配电设备的技术参数和设备台帐数据，网络拓扑数据为描述设备相互连接关系的数据。配电设备的技术参数数据为：设备型号、生产厂家、额定电压、额定电流、额定寿命等额定参数数据。设备台帐数据为：配电主设备（如配电变压器、柱上开关、杆塔、柱上隔离开关、开关柜、断路器、电缆等）的设备号或调度号、安装地点、安装时间、投入运行时间、设备定级、辅助设备等数据。配电系统的扩建、更新和改造产生设备资产数据和新的网络拓扑数据，形成图3中数据流①；设备的定级试验测试数据形成设备资产数据流②。图3中数据流③为电网规划、电网计算、运行方式研究以及实时监控所需要的基本设备参数及网络拓扑数据。
图3：设备资产和网络拓扑数据流
四、基于配电CIM（公共信息模型）的数据管理
4.1配电CIM扩展
因已有的CIM中只描述了一些输电网中的元件，而配电网结构复杂，元件众多，因此系统扩展了配电设施、开闭站、环网柜、配电室、电缆分支箱、箱式变、馈线等类，其中配电设施为起配电作用的众多设施而专门设计；开闭站、环网柜、电缆分支箱等由此父类继承而来；配电室和箱式变由原变电站继承而来；馈线用来描述辐射型供电的配电线路。另外，系统还扩展了变电站、电压等级侧、开关等类的属性，如变电站类增加了容量属性描述；电压等级侧类增加了间隔数属性的描述；开关类增加了介质属性的描述等。
4.2数据库和接口文件格式建立基于上述对配电CIM的扩展，系统在建立数据库时将其与高级决策应用的需求结合起来，既可实现标准结构存储，提高导入效率，又可满足系统的实际应用。借鉴国外进行的6次互操作实验及国内几大EMS生产厂家之间进行的5次互操作实验的经验，CIM2XML可扩展性好，且满足大批量数据交换的要求，故系统的接口文件采用此种格式。
4.3数据交换程序系统的交换程序分为两个部分，即对应接口文件和数据库的XML配置文件以及提供此交换环境的数据交换引擎，其中后者采用标准C/C++，既可实现变量、数组以及判断、循环等基本操作，又可同时实现对CIM2XML文件和各种类型数据库的各种操作；而前者则在此环境下将接口数据和内部数据库的结构对应起来。
结束语
用面向对象的方法将配电生产、运行和检修各项工作任务作为配电系统对象的行为记录，然后按对象来组织配电数据信息，从而建立了全局ER模型。这种建模思想和方法的合理性表现在它与供电企业的自然分工方法一致，即工区按配电系统结构（按对象）划分，工区下设的班组按工作任务划分（对象的行为记录）。在这种自然分工中，人与人之间、部门与部门之间的联系已经最小化了，因此在所建立的ER模型中实体与实体之间的联系也就最小化了。
参考文献
[1]吴文传,张伯明.基于图形数据库的网络拓扑及其应用.电网技术,2015.2.
[2]何旭智.提升配电网运行可靠性的有效对策.华东科技,2012.10.
[3]凌力.客户/服务器数据库应用开发.上海复旦大学出版社.2016.5.
论文作者:朱育志
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：数据论文; 数据流论文; 拓扑论文; 设备论文; 线路论文; 系统论文; 对象论文; 《电力设备》2018年第2期论文;