（应用数学专业论文）配电网空间数据处理系统模型的设计与核心算法构造.pdf

河南大学研究生硕士学位论文第1 页 摘要 电力是国家能源的供应命脉，是由发电、输变电和配电三部分组成。其中配 电网系统直接与最终用户相连接，电力企业和客户对配电网的供电可靠性要求越 来越高，因此配电的运行质量好坏直接影响到用户的用电状况。随着空间数据处 理技术、3 s 技术( 地理信息系统g i s 、全球定位系统g p s 、遥感r s ) 的有机结合和 不断发展，本文是在这些技术的运用下，来保障配电网的运行效率。 在配电网的管理中，网络的结构、配电设备及用户与其所处的空间分布密切 相关，而配电的设备管理、运行管理、生产调度、规划设计等不但要了解配电网 的拓扑关系和设备情况，还要掌握它们所处的空间位置，因此必须将设备及其空 间地理坐标特征位置联系起来统一管理。传统的关系数据库管理方法难以表达其 空间的复杂关系，更无法提供与地理要素相结合的直观、可视的信息。空间数据 处理具有很强的空间数据管理、空间分析和数据可视化的功能，能很好的解决以 上配电网管理中所遇到的问题；能够综合分析与检索空间定位数据，并利用数据 库技术把空间数据( 变电站、杆塔等设备) 与属性数据( 设备运行情况、潮流分布等) 一一对应起来，用可视化的形象直观地进行查询、统计、输出，使用户直接在地 理空间背景上完成各项管理工作，提高配电网管理工作的最大化程度和运行效率。 本文主要包含以下内容： 首先，本文提出了配电网空间数据处理系统模型，包括空间数据库模型、停 供电可视化子模型、故障定位子模型和抢修任务分配子模型。在这些模型的构建 过程中论文详细讨论了停供电可视化子模型、故障定位子模型和抢修任务分配子 模型，其中，停供电可视化子模型是以图论为基础，结合配电网拓扑结构，研究 基于空间数据处理的配电网拓扑方法，根据配电网电气特性将电气设备分为四类 ( 电源、开关、用户、馈线) ，针对空间数据处理拓扑分析模型元素，将电气设备 化为节点模型，并与拓扑分析元素相对应，建立基于空间数据处理的配电网拓扑 模型，进而设计出基于空间数据处理配电网停供电可视化子模型；故障定位子模 型是以故障定位为理论，结合贝叶斯( b a y e s ) 概率公式的似然比形式，研究设计出 基于空问数据处理的b a y e s 概率公式似然比形式的故障定位子模型；抢修任务分 配子模型是采用故障专家系统、最佳抢修路径和抢修任务内部资源调整系统相结 第1 i 页河南大学研究生硕士学位论文 合来进行本模型的设计，对于故障专家系统就是调用其的历史故障库，自动输入 故障信息查找是否有无类似故障信息。最佳抢修路径是根据故障发生地点及抢修 队伍所处位置，及时派出抢修人员快速到达故障现场。抢修任务内部资源调整是 依据关键路径进行人员、任务、时间等的合理分配与调整，达到对抢修时间的控 制，也就是向关键路径要时间，向非关键路径要资源，以达到抢修任务分配的最 优化。 其次，基于设计的模型构造出其核心算法，主要包括系统停供电可视化算法 构造、系统故障定位算法构造、最优化抢修任务分配算法构造。 最后，针对设计的模型运用到南阳市配电网空间数据处理系统中，展示出形 象的模拟运行状况图，并对系统软件运行平台及空间数据组织进行了详细的介绍。 关键词：配电网；空间数据处理；系统模型 河南大学研究生硕士学位论文第1 i i 页 a b s t r a c t e l e c t r i cp o w e ri so fe s s e n t i a li m p o r t a n c et on a t i o n a le n e r g y s u p p l y i ti sc o n s i s t e d o f p o w e rg e n e r a t i o n , p o w e rt r a n s m i s s i o nt r a n s f o r r n a f i o na n dd i s t r i b u t i o n , a m o n gw h i c h ， p o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sd i r e c t l yl i n k e dw i t ht h eu l t i m a t ec u s t o m e r s b o t hp o w e r e n t e r p r i s e sa n dc u s t o m e r sa r ee x p e c t i n gah i g h e rl e v e lo np o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t yo f t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kf o rt h eo p e r a t i o nq u a l i t yo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kw o u l d p r o d u c ei m m e d i a t ei m p a c tt ot h ec u s t o m e r s p o w e ru s i n gc o n d i t i o n t h eo r g a n i c i n t e g r a t i o na n dc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fs p a t i a ld a t ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n d3s t e c h n o l o g i e s ( n a m e l yg i s ，g p sa n dr s ) h a v ep r o v i d e da na s s u r a n c et ot h eo p e r a t i o n e f f i c i e n c yo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k f r o mt h i sp e r s p e c t i v e ，h o wt om a k et h eb e s tu s e o ft h e s et e c h n o l o g i e sb e c o m e st h em a j o ri s s u et h i se s s a yi sg o i n gt oa d d r e s sw i t h w i t hr e s p e c tt od i s t r i b u t i o nn e t w o r km a n a g e m e n t ，t h ei s s u ec l o s e l yr e l a t e st ot h e n e t w o r ks t r u c t u r e ，a n ds p a t i a ll a y o u to fd i s t r i b u t i o ne q u i p m e n ta n dc u s t o m e r s t od oa b e t t e rj o bo nn e t w o r ke q u i p m e n tm a n a g e m e n t ，o p e r a t i o nm a n a g e m e n t ，p r o d u c t i o n d i s p a t c ha n dp l a n n i n ga n dd e s i g n ，i ti sn o to n l yn e c e s s a r yt ok n o wa b o u tt h en e t w o r k s t o p o l o g yr e l a t i o n s h i pa n de q u i p m e n ts t a t u sb u ta l s ot oh a v eac l e a rp i c t u r eo ft h e i r s p a t i a lp o s i t i o n t h e r e f o r e ，i ti sam u s tt op u tt h ee q u i p m e n ta n di t s s p a t i a l g e o g r a p h i c a lc o o r d i n a t ef e a t u r ep o s i t i o nu n d e ro n eo v e r a l lm a n a g e m e n tp r o g r a m h o w e v e r , t r a d i t i o n a lm a n a g e m e n to v e rr e l a t i o n a ld a t a b a s ei sh a r dt oe x p r e s si t s c o m p l e xs p a t i a lr e l a t i o n , n e v e r t h e l e s st os a yt op r o v i d ed i r e c ta n dv i s u a li n f o r m a t i o n c o m b i n e dw i t he s s e n t i a lg e o g r a p h i c a le l e m e n t s s p a t i a ld a t ap r o c e s s i n gi ss t r o n gw i t h t h ef u n c t i o no fs p a t i a ld a t am a n a g e m e n t ，s p a t i a la n a l y s i sa n dd a t av i d e o i n g , t h u s e f f e c t i v e l ya d d r e s s e st h ep r o b l e m sr e l a t e dt od i s t r i b u t i o nn e t w o r k i tp r o v i d e sf o ra c o m p o s i t ea n a l y s i sa n dr e t r i e v a lo fs p a t i a lp o s i t i o n i n gd a t a , m a k e su s eo fd a t a b a s e t e c h n i q u et oc o r r e s p o n ds p a t i a ld a t a ( t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，p o l et o w e r , e t e ) t o a t t r i b u t ed a t a ( e g e q u i p m e n to p e r a t i o n , t i d a ld i s t r i b u t i o n ) ，a n do fv i s u a li m a g et o s e a r c h ，c o u n ta n do u t p u t ，w h i c he n a b l e su s e r st oa c c o m p l i s ha l lw o r kd i r e c t l yo n g e o g r a p h i c a lb a c k d r o pr e s u l t i n gi nm a x i m u mo p t i m i z a t i o no fp o w e rd i s t r i b u t i o n 第页河南大学研究生硕士学位论文 m a n a g e m e n te f f i c i e n c y t h i se s s a yi si n c l u d e dw i t ht h ef o l l o w i n gc o n t e n t s ： f i r s t l y , t h i se s s a yh a sp r o p o s e ds p a t i a ld a t ap r o c e s s i n gs y s t e mm o d e lo ft h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，w h i c hi n c l u d e ss p a t i a ld a t a b a s em o d e l ，o n o f fp o w e rv i s u a l s u b m o d e l ，f a i l u r ep o s i t i o n i n g s u b m o d e la n d e m e r g e n c y - r e p a i r t a s ka l l o c a t i o n s u b m o d e l d e t a i l e dd i s c u s s i o n sa r eg i v e nt ot h ec o n s t r u c t i n gp r o c e s sr e g a r d i n go n o f f p o w e rv i s u a l i z a t i o ns u b m o d e l ，f a i l u r ep o s i t i o n i n gs u b m o d e la n de m e r g e n c y - r e p a i r s u b m o d e l a m o n gw h i c h ，o n o f fp o w e rv i s u a l i z a t i o ns u b m o d e li sb a s e do ng r a p h t h e o r yw i t hc o n s i d e r a t i o no ft o p o l o g ys t r u c t u r eo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k i ts t u d i e s d i s t r i b u t i o nn e t w o r kt o p o l o g ym e t h o dw i t ht h ep h i l o s o p h yb a s e do ns p a t i a ld a t a p r o c e s s i n ga n dc l a s s i f i e s ，a c c o r d i n gt oe l e c t r i cf e a t u r e so f t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h e e l e c t r i ce q u i p m e n ti n t of o u rk i n d sn a m e l yp o w e rs o u r c e ，s w i t c h ，u s e r sa n df e e d e rl i n e i na c c o r d a n c ew i t hs p a t i a ld a t ap r o c e s s i n gt o p o l o g ya n a l y s i sm o d e le l e m e n t s ，t h e e l e c t r i ce q u i p m e n ti sc o n v e r t e dt on o d a lp o i n tm o d e lc o r r e s p o n d i n gt ot o p o l o g y a n a l y s i se l e m e n t s t h u st h et o p o l o g ym o d e li ss e tu pb a s e do ns p a t i a ld a t ap r o c e s s i n g a n df u r t h e ra v a i l st h ed e s i g nr e g a r d i n go n o f fp o w e rv i s u a l i z a t i o ns u b m o d e la l s ob a s e d o ns p a t i a ld a t ap r o c e s s i n g t h ef a i l u r ep o s i t i o n i n gs u b m o d e li s b a s e do nf a i l u r e p o s i t i o n i n gt h e o r yw i t hc o n s i d e r a t i o no fb a y e sp r o b a b i l i t yf o r m u l ai nl i k e l i h o o dr a t i o f o r m ，w h i c ha v a i l st h ed e s i g no ff a i l u r ep o s i t i o n i n gs u b m o d e li nl i k e l i h o o dr a t i of o r m o fb a y e sp r o b a b i l i t yf o r m u l ao nt h eb a s i so fs p a t i a ld a t ap r o c e s s i n g e m e r g e n c yr e p a i r t a s ka l l o c a t i o ns u b m o d e li n t e g r a t e sf a i l u r ee x p e r ts y s t e m ，b e s te m e r g e n c yr e p a i rp a t h a n de m e r g e n c yr e p a i rt a s ki n t e r n a lr e s o u r c ea d j u s t i n gs y s t e mt oc o n d u c tt h ed e s i g no f t h i sm o d e l t h ef a i l u r ee x p e r ts y s t e mi st oe n t e ri n t oh i s t o r i c a lf a i l u r ed a t a b a s ea n d a u t o m a t i c a l l yi n p u tf a i l u r ei n f o r m a t i o nt oc h e e ko u tw h e t h e rt h e r ei sa n ym a t c h i n g f a i l u r ei n f o r m a t i o n t h eb e s te m e r g e n c yr e p a i rp a t hi st od i s p a t c hr e p a i rp e r s o n n e li n t h es h o r t e s tt i m ea c c o r d i n gt ol o c a t i o no ft h ef a i l e de q u i p m e n ta n dr e p a i rp e r s o n n e l t h ei n t e r n a lr e s o u r c ea d j u s t i n gs y s t e mi st om o s tw i s e l ya l l o c a t ea n da d j u s tr e p a i r p e r s o n n e l ，t a s ka n dt i m ei nl i n ew i t hk e yp a t h st or e a l i z ec o n t r o lo v e rr e p a i rt i m e i n o t h e rw o r d s ，i ti st om a k et h eb e s ta l l o c a t i o no fr e p a i rt a s kt h r o u g ht h eb e s tu s eo ft i m e a n dr e s o u r c e s e c o n d l y , c o r ea l g o r i t h mi sc o n s t r u c t e do nt h eb a s i so f t h ep r o p o s e dm o d e l ，w h i c h 河南大学研究生硕士学位论文第v 页 m a i n l yi n c l u d e so i l o f fp o w e ra l g o r i t h m ，s y s t e mf a i l u r ep o s i t i o n i n ga l g o r i t h ma n d o p t i m i z e de m e r g e n c yr e p a i rt a s ka l l o c a t i o na l g o r i t h m f i n a l l y , a l o n gw i t hd e t a i l e di n t r o d u c t i o n st os y s t e ms o f t w a r eo p e r a t i o np l a t f o r i l l a n ds p a t i a ld a t ao r g a n i z a t i o n ，t h ep r o p o s e dm o d e li s a p p l i e dt o t h es p a t i a ld a t a p r o c e s s i n gs y s t e mo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko fn a n y a n gc i t y , w h i c hd e m o n s t r a t e sa v i v i dp i c t u r eo fs i m u l a t e do p e r a t i o nc o n d i t i o n k e y w o r d sd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；s p a t i a ld a t ap r o c e s s i n g ；s y s t e mm o d e l 关于学位论文独立完成和内容创新的声明 本人向河南大学提出硕士学住中请。本人郑重声明：所呈交的学住论文是 本人在导师的指导下独立完成的对所研究的课题有新的见解。据我所知，除 文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰 写过的研究成果也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作鳆凰事藏表研窥所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意? 学侄年袱。、溥住馘储翻_ ，錾绌盟 ；。j ，覆b 嬷年移，悬 日 基壬学位论丈著作杈使用授权趋 本人经河葡大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者。本人完全 了解并同意河南失擘有关保留j 。4 # _ i l l 擘垃论文韵要求暑l i 河南大洋有权向国家 图书馆、科研信绷、数据收集机构和本校图书馆等提供学住论文( 纸质文 本和电徽本) 以供公，焱检索、查阅菇本沙授权河南犬学出于宣扬、展览学校 学术发展和进行学术交流等爵的，繇磊鼹拳取影印：缩印、扫描和拷贝等复制手 段保存、汇编学位论文( 纸质文本和电子文本) ( 涉及保密内容的学位论文在解奢后适用本授权书) 学位获得者( 学住论文作者) 签名： 牡翌仝 2 0o 乡4 - 6 月 目 学位论文指导教师签名： 2 0 河南大学研究生硕士学位论文第l 页 第1 章绪论 配电网是电力系统和用电设备连接的桥梁，其结构复杂，设备数量巨大，分 布广阔，因此配电系统的运行、维护管理受许多空间环境因素的影响。过去传统 的管理模式已经不能很好地对系统进行运行与维护。随着空间信息的引入，并与 m i s 、s c a d a 等子系统相结合，能够方便、快速地满足配电网的运行维护管理及客 户服务需求。配电网空间数据处理系统是全面实现配电网管理系统和配电自动化 系统功能的一种有效技术方法。从系统的体系结构上讲，配电网空间数据处理系 统是实现配电管理和配电自动化系统功能的技术支持平台、信息可视化和配电管 理直观化的工具。 i , 2 1 1 1 论文的目的和意义 随着国民经济的不断向前发展，我国城市和农村的用电量也急剧增加，传统 的配电网结构已不能满足各行各业对供电的要求，从而使电能供需双方的矛盾日 益突出。因此，迫切需要更新配电管理模式来提高配电管理和运行的自动化水平， 以适应当前的社会需求。【l 】 配电网是电力系统实现优化供电，将电能合理分配并供给电力用户的重要环 节，是直接面向客户的电力基础设施，它是由变电站、线路和变压器等设备组成 的一个网络结构，其作用是将电力输送给各类电力用户，管理对象包括变电站、 电缆、线路、杆塔、变压器、开关等供电设备以及用户，因而对其运行的安全性、 可靠性、经济高效的要求很高，同时又由于配电网具有接线复杂、数据量大、变 动频繁等特点，这就需要结合计算机技术、电子技术、通信技术、网络技术、自 动控制技术设计出先进的配电网自动化管理系统，改造现有的配电网，以适应当 前电力需求的迫切需求。配电网是当前和未来电网建设的热点，无论是大型、中 小型城市或农村都把配电网的规划、建设和改造列入工作重点。随着配电网建设 改造的实施，配电网越来越复杂，同时电力企业的体制改革也要求电力企业必须 加强管理，提高效益，必须及时对用户需求提高售电量。因此，依靠过去传统的 人工管理或者传统的信息管理技术，已经不能适应电力企业管理需求，由此利用 第2 页河南大学研究生硕士学位论文 空间数据处理技术实现配电网的配电设备进行综合管理的系统，可以将a m f m 所 提供的准确的、最新的设备信息和空间信息与配电网实时运行状态信息有机地结 合起来，有效地改进电力分配和紧急情况下的调度以及用于日常维护与抢修服务 等，提高调度员与设备维护人员了解系统情况与处理故障的能力。空间信息的引 入，利用其特有的空间管理和分析功能使得网络拓扑和配电网信息更直观、更便 于运行管理，可以直接支持二次系统建设，为最终实现城网建设改造的目标提供 重要保证。【峪j 1 2 配电网管理系统的现状 配电管理系统( d m s ) 是指利用现代高新技术和设备对配电网和客户在正常运 行和事故情况下实行监测、保护、控制和管理，提高供电质量和经济性，改善服 务和提高工作效率，以实现配电管理自动化。从信息的角度讲，配电管理系统也 是一个信息收集和综合处理的集成系统。配电自动化是2 0 世纪8 0 年代末首先由 美国而后到其他工业发达国家逐步发展起来的，其内容大致可以分为以下四方面： ( 1 ) 馈线自动化：即配电线路自动化； ( 2 ) 客户自动化：这与需方管理含义是相同的； ( 3 ) 变电站自动化：是输电和配电的结合部，这里仅指其与配电有关的部分； ( 4 ) 配电管理自动化：其中包括网络分析。 配电网管理系统自动化对电力系统的安全、可靠、经济、快捷运行具有极其 重大的作用和实用价值，因此研制出一整套适合现代管理要求的配电管理系统将 是供电管理部门目前工作的重点。但由于国内配电网自动化起步较晚，虽然目前 对其讨论研究的不少，但没有形成统一的观点，因而这方面的研究尚处于探索阶 段，距离完全实现配电自动化的成熟管理系统还存在一定的差距。虽然目前国内 有些系统已部分实现了配电管理自动化，但由于其中还存在许多技术问题，仍需 不断加以补充和完善。 总的来说，目前国内外对这方面的研究都极为重视，从理论和实践以及计算 机技术、通信技术、电子技术、网络技术、自动控制技术等多个方向对d m s 综合 应用进行了研究和探讨。但由于其中许多问题没有得到解决，仍需不断深入。普 遍来看，d m s 已经取得了很大的进步，从发展趋势和现有不足来看，网络化、集 成化、通用化、实时性、开放式平台、面向对象设计、电网结构规划、需求管理、 河南大学研究生硕士学位论文第3 页 实现无人值班、组成混合系统等等将是以后的主要发展趋势。【l 】 1 2 1 国外现状 欧美等发达国家的电力系统十分发达，十分注重系统的管理。所以，他们的 电力较早地融入了空间数据处理技术，空间数据处理在电力系统中的应用比较普 遍。2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代早期，国外电力公司逐步引入空间数据信息来记录 资产或设备的地理位置，应用于工程管理或规划部门。这些系统称为计算机制图 系统，采用一个图形引擎和管理的属性文件方式来表达空间信息，图形引擎通过 计算机辅助制图软件( c a d ) 来实现，通过记录设备之间的关系，能够建立电力设备 或管道的网络模型，但是对非网络元素，如多边形却无法管理。所以这些系统主 要用于电网图形管理和网络分析，不能进行空间分析，也不能生成各类统计分析 专题图片。 现代信息技术的发展，使商用空间数据处理系统逐渐成熟。由于空间数据处 理在管理空间对象和空间分析上的优势，国外电力公司建立了一些空间数据处理 应用系统用于市场及环境部门。同时设备设施管理软件的生产厂商逐渐在这类软 件中增加了空间数据处理功能，而这些厂商也开始提供设备设施管理功能，两种 系统的差异逐步消除。在2 0 世纪9 0 年代初，国外电力行业应用的这类系统统称 为自动制图设备管理空间数据处理系统( a m f m g i s ) 。 在此之后，a m f m g i s 开始与其它空间数据处理应用( 客服、外业管理、线损 管理等) 紧密联系，并且与电力企业的其它类型应用系统( 自动化系统、e r p ) 进行 互操作，使这类系统成为企业级的空间数据处理系统，为电力企业的各类部门级 应用提供空间查询分析服务，使电力企业的员工及其用户能够进行基于空间位置 的查询和图形浏览。 目前，国外电力企业的空间数据处理技术应用范围非常广泛，电网的规划、 运行、检修、销售、客服等各类业务都有空间数据支持，而且与e r p 等系统的结 合也十分紧密。【1 捌 1 2 2 国内现状 空间数据处理系统在我国电力行业的应用起步较晚，但发展很快。自1 9 9 6 年起，国家电网公司开始引入电力空间数据处理。北京、西安、武汉、兰州、上 海、重庆、广州等地的供电企业相继开展了电力空间数据处理系统项目建设，有 的项目已经进入实用化阶段，有的在2 0 世纪9 0 年代中后期进行了试点工作后， 又陆续向全方位应用发展。所建系统已从过去的主要集中应用在配电系统管理方 第4 页河南大学研究生硕士学位论文 面，向输电系统、客户服务系统、客户管理系统、用电营业系统、配电管理系统 以及空间数据处理系统与能量管理系统数据采集( e m s s c a d a ) 与监视控制系统、 配电自动化系统相互结合的综合应用发展。一些发电企业也陆续开展了空间数据 处理系统在发电企业中的应用开发。开发平台过去主要选择国外成熟的地理信息 平台，如a r c g i s 、m a p i n f o 等。近年来国产的空间数据处理平台也逐渐成熟，还 出现了一些集配电自动化、配电空间数据处理系统与高级智能配电分析于一体的 一体化应用软件，如武汉大吉奥信息工程技术有限公司的“吉奥之星”平台基础 上开发的e p g i s 电力g i s 二次开发平台。 随着国家电网公司集团化运作、集约化发展、精细化管理和标准化建设的“四 化 战略的深入推进，国内电力企业对空间数据处理的应用需求越发强劲，推动 了电力空间数据处理在国内的迅猛发展。截至2 0 0 7 年，各网省公司及其下属单位 共建设电力空间数据处理项目1 4 4 个。大部分电力空间数据处理应用由地市公司 单独建设，也有部分应用是由网省公司建设后推广到地市公司，如果将推广项目 统计在内，总项目数为2 9 4 个。目前，电力空间数据处理的应用主要应用于输电、 变电、配电三大专业，这些专业应用开始建设时间较早，建设数量很多；其它专 业，如营销、调度、通信等空间数据处理的应用最近几年也开始建设，建设数量 相对较少。【i 州 1 2 3 存在问题 目前，我国电力企业建设的配电网管理系统还存在一些问题，主要表现为以 下三方面： ( 1 ) 配电网基础数据缺乏完整性、及时性和共享性 由于配电网络接线复杂、变化频繁，配电设备数量多，覆盖面广，基础数据 的信息量非常庞大。近年来计算机技术已大量应用于各个领域，这都需要将这些 数据集成为基础数据，以便综合应用。但现行系统只对部分数据进行管理，还有 许多没有参与到管理信息系统中去，应用数据缺乏完整性。另外，随着城市的飞 速发展和客户的业扩增容，配电网不断扩大，使得这些变动数据的收集和更新困 难，导致数据的实用性不强，从而限制了配电网综合管理决策功能的正常发挥。 ( 2 ) 与空间数据处理系统相结合有待发展 配电网直接联系着客户，配电网的线路、设备都与所在的地理环境密切相关。 配电空间信息是空间数据处理在配电网管理方面的应用，是在二维或三维地理图 上对配电网的变电站、配电站站内设备及配电网上设备( 如断路器、隔离开关、变 河南大学研究生硕士学位论文第5 页 压器等) 进行综合管理及实时监控系统，从而将网络拓扑和配电网信息相结合，使 之更形象直观、更便于运行管理。目前，空问数据处理在配电网中的应用范围虽 在拓宽，但在辅助调度决策、实时信息处理及高级应用分析等方面还需要加大研 究和开发力度。 ( 3 ) 缺乏计算机辅助决策的功能 由于数据缺乏完整性、一致性、及时性和共享性，从而影响了系统信息集成 和综合管理，限制了系统综合管理和支持决策功能的正常发挥，因此多源信息的 综合处理能力比较差，不能更好地达到计算机管理辅助决策的目的。 总之，要满足系统的要求，必须逐步解决存在的问题。配电管理系统必须是 由计算机网络、大型数据库、空间数据处理系统、配电网管理应用软件组成的一 个分布式的、开放式的、模块化可扩充的系统。【l 捌 1 3 本文的研究工作 1 3 1 本文的主要内容 本文主要研究以下四点内容： 1 、针对当前配电网管理系统的研究现状进行概括与分析，指出当前配电网管 理系统的缺陷及理论研究的不足。 2 、考虑配电网管理系统的诸多不足因素，针对配电网空间数据处理的几种特 殊情况，构建出基于配电网空间数据处理系统的几种模型。 3 、基于本系统提出的模型，对配电网空间数据处理系统进行设计，把模型的 理论研究与实际应用相结合。 4 、通过模型的理论分析与模拟运行状况，验证了模型的实时性、有效性、准 确性及实用性。 1 3 2 本文的组织结构 第l 章绪论部分，旨在介绍毕业设计选题的背景。本章首先介绍论文的目的 和意义。其次，介绍配电网管理系统的现状，国内、外的研究现状及存在问题。 最后，给出了本文的研究工作，主要研究内容及本文的研究思路。 第2 章是介绍了系统的理论与软件工具，首先讨论了“3 s 系统在本系统中 的实践与应用。其次，介绍了组件式空间信息系统的开发，对它的演变和特点及 应用做了详细的分析说明。 第6 页河南大学研究生硕士学位论文 第3 章和第4 章是本文的重点。 第3 章首先介绍了系统的总体设计目标，重点讨论了作者所提出的配电网空 间数据处理系统模型，其中包括空间数据库模型、停供电可视化子模型、故障定 位子模型、抢修任务分配子模型。在每个模型构建过程中都考虑了本模型的设计 思想及计算方法。 第4 章针对第3 章提出的模型，对其进行核心算法构造，主要论述了系统停 供电可视化算法构造并进行拓扑着色分析、故障定位算法构造，重点介绍了最优 化抢修任务分配算法的构造及对抢修任务分配进行最优化分析。 第5 章中针对作者提出的模型运用到南阳市配电网空间数据处理系统中，展 示了形象的模拟运行状况，并对系统软件运行平台及空间数据组织进行了详细的 介绍。 最后是全文的总结，并展望了在未来时间内应当完善的问题。 河南大学研究生硕士学位论文第7 页 第2 章空间数据处理的理论与软件工具 2 1 “3 s 系统 随着计算机科学和测绘科学的发展而迅速崛起的“3 s ”技术，是指全球定位 系统( g p s ) ，遥感( r s ) 和地理信息系统( g i s ) 。“3 s ”技术的集成与应用，将使当今 地球空间科学中的信息获取、处理、表达和提供信息服务等方面产生一场彻底的 革命，使测绘产品迈向数字化、信息化和更进一步自动化，克服了常规测绘工作 的手工工作量大、周期长、费用高，以及成果形式单一，难以更新和不能满足多 方面用户要求等缺吲3 1 。以g i s 为主体的“3 s ”系统，是属于边缘科学地学 信息科学，成为信息科学和信息产业的一个组成部分。它的集成用于解决全球变 化、精细农业、交通运输、电力等诸方面的问题，并产生很好的效果。所以近几 年来国际上“3 s r 的研究和应用正向集成化方面发展【4 1 。 目前，“3 s ”技术的集成主要还是采用两两集成的模式，即通过“3 s ”技术 与功能的两两组合，共同作用，形成有机的一体化系统，以快速准确地获取具有 定位功能的对地观测信息，实现对系统信息的实时更新和对地表现象与过程的综 合分析。其主要技术思想如图2 1 所耐5 1 。 r s 传感器 g p s 定位f 矗息 0 i s 管珥! 分析 图像信息卜_ 1 数字摄影测艟卜_ 刊技术应用 图2 - 1 。3 s ”技术集成示意图 电力g i s 中集成“3 s 技术，能提供及时准确的电网设备情况、空间位置及 更加形象真实的画面，使指挥者可以纵观全局，把握事故的影响范围、发展形势， 方便指挥调度工作的进行，为后续决策分析提供有力支持。 2 1 1r s 与g i s 的集成 r s 是g i s 重要的数据源和数据更新手段，用于实时或准实时地提供目标及 其环境的语义或非语义信息，发现各种变化，及时地对g i s 的空间数据进行更新； 第8 页河南大学研究生硕士学位论文 g i s 则是对多种来源的时空数据综合处理、动态存贮、集成管理、分析加工，作 为新的集成系统的基础平台，为智能化数据采集提供地学知识；r s 与g i s 有着紧 密的关系和很强的互支特性，r s 为g i s 提供了最好的一种数据获取手段，为g i s 数据库的建立和更新提供条件，而g i s 则可以辅助进行r s 图像分析，提高分析的 精度和可靠性，因此两者的集成是十分必要的。【5 】 r s 与g i s 集成的实现方式主要有三个阶段三种形式：分开但是平行的结合( 不 同的用户界面、工具库、数据库) 、表面无缝的结合( 同一用户界面、不同的工具 库和不同的数据库) 和整体的集成( 同一用户界面、同一工具库和数据库) ，未来要 求的是整体的集成。而r s 与g i s 的集成的功能上重点是以下四个方面：【5 j ( 1 ) g i s 矢量数据和r s 图像数据同时显示； ( 2 ) 把r s 图像处理结果纳入g i s , ( 3 ) 把图像与g i s 矢量数据复合的结果纳入g i s ； ( 4 ) 把g i s 空间分析结果纳入图像处理的分析过程，发挥g i s 的辅助决策作用。 2 1 2r s 与g p s 的集成 与其它定位技术相比，g p s 具有全天候、全球覆盖、高精度、多用途、定位 速度快、自动化程度高和抗干扰性能好等方面的特点，随着g p s 技术的应用、r s 的技术进步以及激光扫描测距技术的发展，r s 对地定位发生了根本性的变革，即 由传统的地一空一地定位模式向空一地定位模式进行转变，这种转变是r s 对地定位 的重大突破，大大解放了生产力【5 】。 2 1 3g p s 与g i s 的集成 g p s 与g i s 由于功能上存在明显的互补性，将它们集成在一个统一的平台中， 其各自的优势才能得到充分发挥，并且产生许多新的功能，如果说g p s 和g i s 技术的单独应用提高了空间数据获取和处理的精度、速度和效率，那么两者的集 成优势更表现在其动态性、灵活性和自动化等方面【5 】。 g p s 与g i s 集成的技术基础是计算机技术，数学基础是统一的坐标系统，集 成应用主要在于利用g p s 对g i s 数据进行更新以及g p s 与g i s 结合的车载导航， g p s 可以提供实时定位数据，用户可以快速地在g i s 电子地图中找到查询点所在 的位置。 河南大学研究生硕士学位论文第9 页 2 2 组件式空间信息系统的开发 空间数据处理j 下处于非常重要的发展阶段，空间信息系统组件化趋势日益明 显，已成为其重要发展方向之一。g i s 是空间信息系统的一个特例，因此，空间 信息系统的发展方向和g i s 的发展方向是一致的，从g i s 的发展历史来看，可以 划分为如图2 2 所示的四个阶段【6 1 。 曰掴一词咽w 坦 图2 - 2g i s 发展史 。 随着计算机软件技术的飞速发展，组件化方式使得g i s 也由最早的集成式发 展到了组件式g i s 。组件式g i s 基于标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以 进行自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。 目前，国内外g i s 厂商对组件式g i s 平台的发展前景十分看好，纷纷推出了 各自的g i s 产品。如e s r i 公司推出了组件式g i s 开发工具a r c e n g i n e ，来构建我 们的g i s 应用软件，并应用到各行各业中。 组件式g i s 极大地方便应用和系统集成，与传统的g i s 比较，这一技术具有 其独立的特点，具体表现在以下四个方面【7 】 ( 1 ) g i s 功能强大。组件式g i s 能完全实现传统g i s 的基本功能，如拼接、裁 叠合、缓冲区等空间处理与分析能力。 ( 2 ) 可直接使用常用开发工具。组件g i s 的开发应具有严格的标准，因此，凡 符合标准的组件都可在目前流行的开发工具上使用，这与传统g i s 专业行开发环 境相比是一种质的飞跃