摘要：配电网规模庞大、结构复杂、既有大量电缆线路，也存在大量架空线路，配电网运行管理既需要地理信息图形，也需要馈线单线图、联络图、系统图等多层次逻辑图的支持，如都采用手工绘制工作量非常大。根据从GIS、EMS等系统获取的电网模型经过拓扑校验后拼接成全局电网模型，利用自动布局布线算法自动完整的配电网全景图和多层次多侧面逻辑视图，经过格式转换应用到DMS和OMS系统中，为配电网调度和抢修指挥人员进行配电网监控、分析和故障定位、用户电源追踪等提供了很好的可视化支持，提高了配电网运行管理效率，也较大地减少了配电网图模维护工作量。
关键词：DMS;EMS; GIS电网运行全景视图；智能配电网；自动成图；CIM/XML；SVG
配电自动化及管理系统DMS需要有准确的配电网模型和多种逻辑视图，如馈线单线图、联络图、全局系统图等，以更好地为配电网运行管理提供支持。配电网规模非常大、设备众多，由人工维护配电网全景逻辑图日益困难，通常是人为切割成几片绘制，且多为单一电压等级，不能为配电网监控和决策分析提供充分的支持，在GIS中维护配电网单线图的工作量也非常大。有鉴于此，2017年开始，定西电力公司与北京四方公司联合开展了配电网自动成图技术的研究与应用开发，结合DMS系统建设进行了积极尝试和充分运用，取得了较好的效果，其技术要点包括以下几个方面：
1.配电网运行全景视图
所谓全景图是指电网调度管辖范围内所有电压等级和不同侧面的系统逻辑视图，而非地理图，因为前者才是调度运行决策最需要和最常用的。配电网运行全景视图自动生成技术基于IEC61970CIM模型规范，使用现有的GIS导出的CIM/XML单线图模型作为基础数据进行全模型拼接，采用增量化模型拼接技术，采用自动布局布线技术，自动生成单线图、环网图、片网图、系统图等多种图形。全景图包含：A:包含全局对象，B:包含全局拓扑关系，C:包含内部细节的微观展示，D:处理复杂多分支T型接线关系，D:自动根据模型生成，E:分层布局，兼顾宏观与微观视野，F:自动根据模型变化实现增量化修改，G:自动派生出多类子图
2.多侧面电网逻辑视图分层
配网模型抽象根据视图需要分为从宏观到微观的四大层次，包括厂站层视图、联络层视图、开关层视图、用户层视图。厂站层表达厂站之间的相对位置，联络层用于展示变电站与馈线以及馈线与馈线之间的相互联络关系，开关层用于进一步展示馈线内部的开关分段关系，用户层在开关层的基础上更进一步用于展示具体用户及其拓扑关系。
配网模型的压缩原则是面向为调度人员服务的实际应用的。对于调度人员来说，馈供线路和电网末端节点不是重点，而对于转供点和联络开关则非常关键。压缩算法的原理就以此作为突破口。
厂站层：厂站层以描述变电站间的相对位置关系为主要内容，不绘制之间的拓扑联络。
联络层：馈线为整体对象，用虚拟馈线线段表示其与厂站以及与相邻联络馈线之间的联络关系，保留不同馈线之间的联络开关；
开关层：循环压缩无开关对象的过渡型节点及其关联分支，其压缩结果为有开关的节点与分叉点（压缩后关联分支大于2）；
用户层：循环压缩无开关对象的过渡型节点，合并分支，保留重要杆塔信息与全部用户节点，压缩后获得消除过渡节点后的全局模型。
3.配电网全景视图压缩法
厂站层因为只描述变电站间的相对位置关系为主要内容，因此不绘制之间的拓扑联络，只需要将变电站的坐标进行相对加工。
联络层的压缩方法为： 通过馈线段的拓扑着色，建立馈线和变电站间的映射关系，循环处理非变电站的电压等级，搜索相互连通的线路组，触发为回路，并建立起线路间的对应关系，构成变电站与线路间的联络关系图。
4.复杂多分支T型节点的处理算法
多分支T型结点因为无直接描述，使得配电网模型中存在两个问题：一是T型节点与厂站等无法统一描述，不利于在统一的模型上进行应用，二是附着于T型节点上柱上开关等设备的容器变为整条馈线，不利于将搜索等操作限定在较小的范围之内，徒增时间开销。
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将T节点实现容器类架构的方法如下：
根据关系库中设备与容器的关系，循环设备类对象建立厂站类容器与设备对象之间的容器关系：厂站->设备；
根据厂站->设备的容器关系中的电压类型触发电压等级类型，形成：厂站->电压等级->设备的容器类关系，并根据设备->端口->节点之间的关系形成节点指向容器之间的关系：节点->电压等级。
进一步，对于节点->电压等级的节点为空的对象包括两种情况：真实容器存在或仅为T型节点。
进一步，形成节点->电压等级关系的方法：
⑴循环节点->电压等级为空的节点对应的支路端口，触发新的电压等级与厂站，并建立指向关系，同时对节点赋值为电压等级的进行标号；
⑵循环开关与闸刀类对象，处理节点赋值不平衡者，使之相等，循环结束后，节点对象的赋值数就是其指向的容器电压等级。
统一处理T型节点建立了输电网全局层次化模型描述，有利于实现局部搜索与追踪，大大提高了配电网模型的检索效率。
5.厂站图自动生成
厂站图自动生成是自动读取变电站的CIM模型，识别出变电站的主接线类型，然后根据厂站模型将不同的电压等级按照一定规律进行排列，并自动绘制出相关的设备的技术。系统能自动识别单母分段/旁路、双母线/旁路、双母线三分段/旁路、双母线四分段/旁路、双母六分段/旁路、3/2倍接线、外桥接线、内桥接线、单元接线等各种常规接线。
（1）主接线识别
厂站主接线类型识别采用自动识别加人工辅助识别的模式，对于规范的主接线模式实现自动识别，其它类型需要借助人工识别的方式，以减少自动识别的复杂性与准确度的问题。
主接线类型布局展现在调度运行分析，以及事故展现方面具有很大的优势。使得布局布线出来的接线图既提供了宏观的全局信息，也具备了对厂站等容器内部微观信息的展现，为实现全景式调度奠定了基础。
自动识别主接线类型模块采用模式匹配的原则：实际有效的单一电压等级对应的有效母线个数；母线之间的空间排布关系；形成结构化的母线、刀闸、开关的描述，进行模式匹配；匹配成功，则装载匹配结果至布局布线的潮流图文件中；匹配不成功，则标志控制其转换为非内部展现的模式。
人工辅助识别，借助于模板，程序自动进行信息过滤，只选取属于目标容器内部的对象组织成选择性菜单供人工选择，全鼠标化操作：选择待识别的目标对象；选择待识别的类型；按照目标模板选择模型中的对象，仅限于目标容器内；保存识别结果。
（2）布局布线
主接线布局采用内部的空间布局模式与外部的少交叉算法及规范的排布模式；以单母线多分段为例可选择纵向或横向布局；并进行交叉计算；最后采用人工修正布局模式，完成布局并实现内部主接线与缩略图相互切换显示和主接线展示状态下容器名称排布与修正方式。
6.单一馈线线图成图
系统先自动计算配电站所容器内的间隔展开后站所区域大小，结合最长分支和最小站所间距计算骨架分支布局，然后逐级正交化展开馈供支路，根据站所重叠度调整站所间距或布局方向，根据馈供支路重叠因子自下而上逐级传递能量到骨架分支布局，再循环递归计算直到所有站所不重叠，达到能量平衡的最终成图效果。
7.增量化修改图形。
模型增量计算原则是采用类层次型描述，至顶而下，先容器后成员，设备先增后删。然后才是图形增量，增量修正图形采用增量布局的方法来实现图形风格的继承，风格描述采用矩阵形态，用相似度匹配实现排布对象空间新位置的生成以及偏移量计算。图形增量的比较范围与图形增量的内容有关。图形更新涉及局部定位与布局，对于新出现的厂站其位置和它与周围已知站点位置有关，取其逻辑上的少交叉、近距离原则条件下的位置，并完成自动布线。
结论: 自动成图技术不仅能给配电网调度提供多层次的配电网逻辑视图，为配电网监控和分析提供宏观与微观决策视野，提升运行管理和决策效率，也有助于配电网基础模型的维护，提高数据质量，保证图模一致性，提升配电网逻辑图生成和维护的工作效率，并免了除重复劳动。本技术的推广应用，将会为配电自动化和智能配电网的建设起到更大的促进作用。
论文作者:于梁燕,陈亚琼,刘国亮,张晓娟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：节点论文; 配电网论文; 模型论文; 关系论文; 接线论文; 视图论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第31期论文;