城区10kV电力配网三维应用系统的设计与实现

论文题目：城区10 业：地图学与地理信息系统 (签名) (签名) 摘 要 当今社会，电力工业已成为国民经济发展的保障，它在整个人类文明社会中扮演越来越重要的角色。配电网作为电网中一个重要的分支，它直接与供电用户相联系，是电力系统的重要组成部分。配电网地域分布广泛，电气设备的种类和数量众多，是一个巨大的信息载体，在配电网中不但涉及了大量的诸如地理特征、网架结构和配电设备的属性等静态信息，还存在电力系统实时运行状态等动态信息。然而，传统的二维电力 统只是简单的图形加注记的方式，很难真实直观地反映电力线路走向、设备的周围地形和建筑物情况，无法为电力设计规划人员和电力抢修人员提供一个真实的工作环境信息。 然而，随着计算机技术、通信技术和三维 技术的不断发展和行业化应用，使得这些技术对于建立电力配网三维应用系统提供了有力的技术支持。本文通过对合其在其他行业的应用和配电单位用户需求，从三维场景制作、三维模型制作、模型数据组织与管理和电力配网系统开发等方面详细论述了建立电力配网三维应用系统的各项工作的主要内容和实现方法，总结了一套相对完整的技术流程和实现过程。系统中使用的三维模型数据采用3维地形数据则采用 件进行建设，最后整个系统使用的场景工程统实现以005作为开发环境，采用C#语言调用终系统实现了三维浏览漫游、测量功能、设备属性查看、规划设计和设备报表等功能。 电力配网三维应用系统以遥感影像和且以直观的三维模型代替抽象的二维地图符号，同时将设备的属性信息和三维模型进行直接挂钩，真正达到了图形数据（模型数据）和属性信息的无缝结合，为各种空间分析创造了良好的条件，为设备管理、规划设计、设备抢修等工作提供真实的三维信息化服务，大力提高了电力配网信息化水平和服务水平。 关键词 ：电力配网，三维模型，维地理信息系统 研究类型：应用研究 ：0D ： ： （ （ of it in of is an in it it is an of is a in of it a of as of IS is a of it is to to it D a of D of in D 3D of of of of D to D D is ly at 005 as # to D to EM to a D of D a a of of 3D : 目 录 1绪论 .主流三维.数据生产.数据编辑.数据网络发布量数据发布. 10 . 11 . 12 3技术路线和系统设计 . 13 . 13 . 14 . 14 . 14 . 15 . 15 . 17 4数据准备 . 18 . 18 . 18 . 18 . 19 . 19 . 19 . 19 . 19 目录 . 20 . 20 . 20 . 21 5三维场景景观建设 . 22 . 22 . 23 . 24 . 25 . 27 . 27 . 31 . 31 . 32 . 35 . 36 . 36 6电力配网三维应用系统建设 . 37 . 37 . 37 . 39 . 39 . 40 . 41 . 42 . 42 . 43 . 49 . 49 . 53 . 54 . 55 . 56 . 57 目录 其他功能 . 59 . 59 字地球”技术 . 59 行效率高 . 60 . 60 . 60 . 61 . 61 . 61 7结论 . 62 . 62 . 62 致谢 . 64 参考文献 . 65 1绪论 1 1绪论 力工业作为国民经济发展中最重要的基础能源产业，它同时也是是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到了重要作用，与社会经济和社会发展有着十分密切的关系。它不仅是关系国家经济安全的战略大问题，而且与人们的日常生活、社会稳定密切相关。 配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网1。配电网直接与供电用户相联系，是电力系统的重要组成部分。特别是农村配电网地域分布广泛，电气设备的种类和数量众多，是一个巨大的信息载体，在配电网中不但涉及了大量的诸如地理特征、网架结构、配电设备的属性等静态信息，还存在电力系统实时运行状态等动态信息。 然而，随着国家电网改造的深入进行，配电网在设备更新、技术改造等方面有了较大的进步，但在信息化管理方面还比较落后，许多电力部门还存在着规划方法不当、应用水平不高、相关地理信息滞后、部门之间信息资源难以共享等问题。各单位部门建立的电子办公平台也是相互独立的，导致空间数据更新力度不同、无法统一，也为信息资源共享和应用带来了隐患，并且基于电网运行的设备资源、电网架构越来越多样化、复杂化，电力设备和传输线路分布于户外，靠原来的维护体制和管理模式用人工的、分散的管理，已不能适应现在的电网发展状况。在电力营销服务业务、故障抢修等方面，面临营销资源的实时性和营销业务要求高效率等现状的需求。与此同时，目前在电力配网行业广泛运用的主要是基于二维坐标的 统，不能模拟仿真现场情况，其空间表现和分析能力受到很大的局限性，并且目前电子地图 (二维) 更新速度慢和费用较高。 因此，从电力生产和营销本身的业务和管理需求出发，迫切需要建立一套地理、地形、地物数据信息丰富、功能完善的三维 理系统，能够使电网的资源信息、维护信息等达到动态实时获取与共享，并借助于可视化的三维网络 电力电网规划、设计、建设、运行维护、专业应用、事故抢修和项目决策提供相应的电网信息查询及管理服务，从而实现规范化、数字化、科学化集中统一的管理平台，以此加来强配电网管理，提高整个电力企业信息化水平，降低成本、提高电力生产效率和营销工作效率。 西安科技大学硕士学位论文 2 着城市化进程加快，对城市规划、建设和管理的网格化和动态调控的需求日益增加，对地理空间信息的需求也日益扩大。随着互联网、计算机、3S（S/虚拟现实、航空航天等技术的飞速发展，网络化三维地理信息系统作为城市地理信息系统向动态、多维和网络化方向发展的产物，成为用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的平面、高程、结构、色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接而成可以迅速建立三维数字影像，人们可以直观的从影像上判读处山川、河流、楼宇、道路。三维虚拟数字城市建设，为城市管理、建设与运营管理提供可持续发展的信息化服务，大力提高空间信息共享和直观感受，提高城市整体信息化管理和经营管理水平。三维城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。 近年来，随着维数字地球日益受到广泛关注，三维成为维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，基于网络的三维些虚拟现实平台也向三维在电力行业，发达国家已将计、规划、养护和运营等工作中，并取得了很好的效益。我国三维电力配网应用系统的发展起步较晚，但是经过几年的学习、探索和实践，在电力前很多省市都已建立了电力三维配网应用系统，甚至在电力智能配网方面也取得了一定的进展。 坚强智能配电网是智能电网的重要组成部分，坚强是基础，智能是手段；智能电网与传统电网的区别在配电网上表现的更为明显，主要表现在一是配电网直接面向广大用电客户，担负着优质服务、增供扩销等重要责任，是控制、保证用户供电质量的关键环节，是维系电力企业与用户利益最敏感、最直接的环节；二是目前用户停电95%以上是由配电系统原因引起的，直接影响用户供电可靠性；三是电网有一半的损耗发生在配电网，必须节能降耗；四是分布式电源主要影响配电网的运行与控制；五是目前配电网的健康水平与技术装备水平、自动化与智能化程度远低于输变电网；六是目前世界各国高压电网有所不同，但配电网基本一致，因此，智能电网的竞争关键在于配电网；国家城市化进程的不断加快，对配电网的发展提出了更高的要求，进一步加大配电的投入、加强配电管理仍是当前供电企业的工作重点。 2012年两会召开前夕，有消息称，国家发展改革委员会已经审议并原则通过了战略性新兴产业发展“十二五”规划（框架）。随即，2011年政府工作报告再次强调，加快培育发展战略性新兴产业，并又一次具体指出，加强智能电网建设。与此同时，国家1绪论 3 电网公司指出，“十二五”期间，将投资5000亿元，初步建成核心的世界一流的坚强智能电网。 2009年辽宁省建成辽宁省数字电力三维地理信息系统，地形高程资料(通过数字化技术处理，真实再现个个变电站，输电线路的地形和地貌。该系统利用地理信息系统（遥感（网络通信（数据库（虚拟现实（多媒体（先进技术手段，实现对电力设备档案数据（包括属性、文档、图片、视频等）的统一编辑、显示以及综合管理。与此同时，该系统通过加载变电站、输电线路及其设备的三维模型，综合展现输、变电设备的三维可视化状态、线路设备的台账信息。从而为输电线路路径规划、线路设计、变电所设计、施工管理、运行维护等工作提供决策支持。 系统实现的主要功能： （1）系统实现辽宁省全域220电站与三维数字地理信息系统的整合，并能根据用户的需求进行查询、检索、编辑。 （2）系统实现高压架空线路的模拟巡线，能根据用户需求，选择任意一条输电线路设定飞行参数进行模拟巡线，同时支持自定义飞行线路的模拟巡线。 （3）系统实现了电网运行区域定位，用户可以在系统中录入地名、地理坐标、电力设备编号等信息后，系统自动进行空间查询定位。 （4）系统实现三维空间量算，用户可以在系统中量算距离、面积、高度、体积等地理参数，为故障排除、电网检修、建设规划等提供辅助决策。 （5）系统实现了线路设计快速模拟，用户可以使用鼠标在三维场景中选定地点立塔，系统能够自动快速地建立仿真线路，并展示在三维场景中，实现设计线路的快速模拟展示。同时，能够根据用户的需要实现对线路杆塔进行编辑、入库管理、本地保存等功能。 2010年河南省电力公司建成河南电网三维数字化地理信息平台，该平台是在全省三维数字地理模型的基础上，以数据作为基础，以地理位置信息系统为引擎，直观、动态地展示各输变电工程的地理位置以及使用情况和相互关系，内容涵盖全部500对所有设备使用情况进行精确的统计，使管理人员迅速、准确直观了解设备的相关资料，并为规划、设计等有关职能部门提供布点、选线等辅助决策的依据。 以为电力工程的规划设计、施工组织和运行维护以及系统规划等提供用户模型，并逐步建立各电力企业、各省乃至全国电网的综合管理信息系统，为电力工程的建设和现代化管理创造良好基础。 在国外，电力三维智能配网信息系统已经得到了很好的应用。建立和完善电力三维智能配网信息系统是国际电力行业管理发展的趋势，对提高电力电能管理现代化、信息西安科技大学硕士学位论文 4 化和科学化水平具有重要意义。 在欧洲,2005年成立的“智能电网欧洲技术论坛”于2006年至2007年发布了欧洲智能电网技术平台:欧洲未来电网的远景和策略、欧洲未来电网的战略研究议程和欧洲未来电网发展策略3个重要文件,描绘了欧洲智能电网发展的路线图。2009年5月18日,美国商务部长骆家辉与能源部长朱棣文联合宣布了美国智能电网建设的第1批标准,标志着美国智能电网建设正式起步2。 阶段，随着二维电力及电力各个专业技术的成熟，各个系统的组合会成为电力 组合，即它不会单单只是单纯的三维显示的（1）与雷电监测系统的结合 击时间、雷击位置（经纬度）、雷击电流程度、回击次数、定位站数、其它雷击信息，并依据输电线路情况对这些数据进行统计分析。 （2）与灾害（覆冰）预警系统的结合 使用获取信息，结合输电线路情况，进行统计分析，为线路运营和检修提供有效支持。通过接口从覆冰监测系统中获得以下数据： 监测点分布位置信息 电力塔与监测点关系信息 视频图片信息 视频监控信息 绝缘子泄漏电流 导线温度、导线振倾角、地线倾角 微气象、温度、拉力、温度、覆冰信息等 覆冰模型及弧锤计算、弧锤的预警及报警等 （3）与生产管理系统（结合 需按入的生产管理系统信息包括：设备台帐信息、巡视信息、设备缺陷信息和设备检修信息等数据，形成本系统与生产管理系统相整合的应用系统。 （4）与现有的二维系统结合 新开发的三维系统整合现有的配电二维系统，充分发挥二维平台强大的空间分析能力和三维平台的三维展示效果，实现二三维系统的联动操作。 1绪论 5 在国内所做的绝大多数三维电力系统只是一个单纯的三维展示系统，而缺乏像二维那么强大的分析功能和决策应用功能，从而使三维电力系统的应用价值和实用价值大打折扣，并且之前所做的二维系统无形之中产生一种浪费。为此，本论文所研究的主要内容如下： (1) 在用测区的影像数据和件体系中的且在建设三维场景过程中，研究原始数据的制作过程和注意事项。 (2) 利用3立测区地上地下的电力设施模型和测区的建筑物模 型，并研究对于这些海量模型的格式选择和合理组织管理方式。 (3) 研究利用005平台上开发电 力配网三维应用系统，该系统基于系统试验测区真实的基础地理信息数据，结合测区供电公司现有的配网基础数据，建立测区配电三维沙盘应用展示系统，对地上、地下的配电设施进行三维可视化管理，具备所有配网电力设施查询，360度浏览，规划分析，线路结构、走径、联络展示，配电台区分布展示、查询，城区配电未来规划（2015、2020年）展示等功能。 (4) 在系统开发过程中，根据面向对象的编程思想，总结积累基于配网三维应用系统的一些关键技术。 究建立电力配网三维应用系统，主要目的在于为实现配网调度、监控、运方、自动化、抢修等多个专业的集约化管理，构建配电网调控一体化系统支撑平台提供有效基础数据保障，更加直观的展现城区配电网构建情况，为电力设施维护、设备数字化统一管理、指导配网未来规划发展等建立一个虚拟的办公平台。 建立电力配网三维应用系统具有重要意义，大体归纳为： （1）建立电力配网三维应用系统可以模拟仿真现场情况，其空间表现力和分析能力比二维系统有了大大提高，用户可以直观、清楚的看到整个配网的分布和走向，对于需要查看线路基本信息的问题就不需要再到现场去，直接在系统中就能轻松查看，大大降低了人力和物力。 （2）建立电力配网三维应用系统对于城区的线路规划改造可以提供直观的帮助，用户可以清楚地查看旧线路的走向，线路信息以及负荷等情况，更加准确直观地进行线路规划。 （3）建立