（电气工程专业论文）电力系统运行线路的地理管理系统.pdf

华北电力人学j ：程硕士专业学位论文 摘要 在配电系统的日常管理中，网络的结构与设备和它们所处的地理环境密切相 关，而配电的设备管理、运行管理、生产调度、规划设计等必须将设备及其地理坐 标特征位置联系起来统一管理。本文采用的地理信息系统( g i s ) 具有很强的空间数 据管理、空间分析和数据可视化的功能，能够综合分析与检索空间定位数据，并用 可视化的形象直观的进行查询、统计、输出，使用户直接在地理背景上完成各项管 理工作，提高配电管理工作的最大化程度和工作效率。 采用现代化的技术和手段来进行电力系统网络的规划和管理是地理信息系统 的关键应用之一，本论文针对电力系统运行线路网络深入探讨了该系统的分析、设 计和实现过程。以地理信息系统为基础建立了面向电力行业配电网线路的管理系统 模型，详细阐述了系统主要功能的实现，大大增强了对电网设备的资产管理、运行 管理和监管能力，提高供电可靠性和电能质量，从而更加及时地为电力客户提供优 质、高效、安全的服务。 关键词：地理信息系统，配点网络管理，网络优化，电力线规划 a b s t r a c t i nt h ed a y - t o d a ym a n a g e m e n to fd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ，n e t w o r ke q u i p m e n ta n dt h e s t r u c t u r ea n dt h eg e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n ti nw h i c ht h e ya r ec l o s e l yr e l a t e d ，a n dt h e d i s t r i b u t i o no fe 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 ns c h e d u l i n g ， p l a n n i n ga n dd e s i g n ，a n ds om u s tt h ee q u i p m e n ta n di t sg e o g r a p h i c a lc o o r d i n a t e sf e a t u r e s l i n k e dt ol o c a t i o nu n i f i e dm a n a g e m e n t t h i sp a p e rt ot h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) b a s e d o nt h ee s t a b l i s h m e n to fad i s t r i b u t i o nn e t w o r kf o r t h e p o w e ri n d u s t r y m a n a g e m e n ts y s t e mi nl i n em o d e lf o rt h ep o w e rl i n en e t w o r ko p e r a t i n gs y s t e m d e p t hs t u d y o ft h es y s t e ma n a l y s i s ，d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s ss ot h a tas t r o n gs y s t e mt h e s p a t i a l d 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 s u a l i z a t i o nf e a t u r e s ，a n a l y s i sa n dr e t r i e v a lc a n b ei n t e g r a t e ds p a t i a ld a t aa n dv i s u a l i z a t i o no ft h ea v a i l a b l ev i s u a li m a g eo ft h ei n q u i r y , s t a t i s t i c s ，t h eo u t p u ts ot h a tt h eu s e rd i r e c t l yi nt h eg e o g r a p h i c a lc o n t e x to ft h ec o m p l e t e m a n a g e m e n t ，i m p r o v et h em a n a g e m e n to ft h ed i s t r i b u t i o no ft h em a x i m u me x t e n t a n d e f f i c i e n c y y ub i n ( e l e c t r i c a li n f o r m a t i o na n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f x ug a n g k e yw o r d s ：g i s ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，n e t w o r ko p t i m a l ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r kl a y o u t 1 华北电力人学j ：程硕士专业学位论文 摘要 在配电系统的日常管理中，网络的结构与设备和它们所处的地理环境密切相 关，而配电的设备管理、运行管理、生产调度、规划设计等必须将设备及其地理坐 标特征位置联系起来统一管理。本文采用的地理信息系统( g i s ) 具有很强的空间数 据管理、空间分析和数据可视化的功能，能够综合分析与检索空间定位数据，并用 可视化的形象直观的进行查询、统计、输出，使用户直接在地理背景上完成各项管 理工作，提高配电管理工作的最大化程度和工作效率。 采用现代化的技术和手段来进行电力系统网络的规划和管理是地理信息系统 的关键应用之一，本论文针对电力系统运行线路网络深入探讨了该系统的分析、设 计和实现过程。以地理信息系统为基础建立了面向电力行业配电网线路的管理系统 模型，详细阐述了系统主要功能的实现，大大增强了对电网设备的资产管理、运行 管理和监管能力，提高供电可靠性和电能质量，从而更加及时地为电力客户提供优 质、高效、安全的服务。 关键词：地理信息系统，配点网络管理，网络优化，电力线规划 a b s t r a c t i nt h ed a y - t o d a ym a n a g e m e n to fd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ，n e t w o r ke q u i p m e n ta n dt h e s t r u c t u r ea n dt h eg e o g r a p h i c a le n v i r o n m e n ti nw h i c ht h e ya r ec l o s e l yr e l a t e d ，a n dt h e d i s t r i b u t i o no fe 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 ns c h e d u l i n g ， p l a n n i n ga n dd e s i g n ，a n ds om u s tt h ee q u i p m e n ta n di t sg e o g r a p h i c a lc o o r d i n a t e sf e a t u r e s l i n k e dt ol o c a t i o nu n i f i e dm a n a g e m e n t t h i sp a p e rt ot h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) b a s e d o nt h ee s t a b l i s h m e n to fad i s t r i b u t i o nn e t w o r kf o r t h e p o w e ri n d u s t r y m a n a g e m e n ts y s t e mi nl i n em o d e lf o rt h ep o w e rl i n en e t w o r ko p e r a t i n gs y s t e m d e p t hs t u d y o ft h es y s t e ma n a l y s i s ，d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s ss ot h a tas t r o n gs y s t e mt h e s p a t i a l d 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 s u a l i z a t i o nf e a t u r e s ，a n a l y s i sa n dr e t r i e v a lc a n b ei n t e g r a t e ds p a t i a ld a t aa n dv i s u a l i z a t i o no ft h ea v a i l a b l ev i s u a li m a g eo ft h ei n q u i r y , s t a t i s t i c s ，t h eo u t p u ts ot h a tt h eu s e rd i r e c t l yi nt h eg e o g r a p h i c a lc o n t e x to ft h ec o m p l e t e m a n a g e m e n t ，i m p r o v et h em a n a g e m e n to ft h ed i s t r i b u t i o no ft h em a x i m u me x t e n t a n d e f f i c i e n c y y ub i n ( e l e c t r i c a li n f o r m a t i o na n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f x ug a n g k e yw o r d s ：g i s ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，n e t w o r ko p t i m a l ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r kl a y o u t 1 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文电力系统运行线路的地 理管理系统，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下进 行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：二立彦 e t期： 边塑：圭= 丛 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：三逸 日 期：趁幺：土。进 导师签名： 华北电力大学t 程硕十专业学位论文 第一章绪论 1 1 地理信息管理系统概述 信息科学技术的飞速发展与广泛应用带动了全社会对空间信息的需求。地理信 息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是以计算机为核心的信息处理 技术【1 】，在国民经济建设中得到了广泛应用，极大地推动了社会生产力的发展， g i s 成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一。 1 1 1地理信息系统( gls ) 的概念 简单的说，g i s 系统将描述位置( 地方) 的层信息结合在一起，通过这些信息可 以使你更好地认识这个位置( 地方) 。你可以按照需要选择使用哪些层信息，比如找 一个更好的地段建立变电站、分析环境危害、通过综合城市中相同的犯罪，发现犯 罪类型等等。 g i s 系统是将描述“在什么地方”的信息与描述“这是什么”的信息相链接的 制图软件。与画在纸上的地图不同，g i s 是“所见即所得的，一个g i s 地图关联 许多不同的层信息。一幅画在纸上的地图，你所能做的操作就是打开它。这时候展 现在你面前的是关于城市、道路、山峦、河流、变电站、杆塔、公用变压器、铁道 和行政区划的一些表现。城市在这些地图上只能用一个点或一个圈表示、道路是一 条黑线、山峰是一个很小的三角、而湖泊则是一个蓝色的块。 同纸质地图一样，g i s 产生的数字地图也是用象素或点表示诸如城市这样的信 息，用线表示道路这样的信息、小块表示湖泊等信息。但是不同的是，这些信息都 来自数据库，并且只在用户选择显示它们的时候才被显示。数据库中存储着诸如这 个点的位置、道路的长度、甚至湖泊的面积等信息【2 】。 数字地图上的每一条信息都位于一个层上，用户可以根据需要打开或关闭这些 层。一个层也许构成了一个地区所有的道路信息，另外的层也许表现了同一个地区 所有湖泊的信息。当然，也许还会有一个层描述所有的城市信息。 为什么分层是如此重要呢? g i s 同纸质地图相比，强大之处就是运用g i s 你可 以根据你行动的目的去选择你想看的信息。商人们为某一特定城市绘制客户地图所 显示的信息当然与市政工程师希望看到的同一城市电力管线信息非常不同。这两幅 地图都是以相同的街道和街区地图为基础的，但是他们在这张地图上添加了不同的 信息。 华北电力大学j ：程硕+ 专业学位论文 1 1 2地理信息系统( gis ) 的发展趋势 近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域 对地理信息系统不断提高的要求，另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系 统提供了先进的工具和手段，地理信息系统有如下发展趋势【3 】： 1 面向对象技术研究：面向对象的技术在g i s 中的应用，己成为g i s 的发展 方向。这是因为空间信息较之传统数据库处理的一维信息更为复杂、琐碎，面向对 象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，因 此备受重视。 2 时空系统的研究：有此应用领域的空间对象是随时间变化的，如环境监测、 天气顶报等，这种动态变化的规律在求解过程中十分重要，因此需要建立时空系统， 时空系统分为静态时空系统、历史时态系统、回溯时态系统和双时态系统4 类。 3 地理信息建模系统的研究：g i s 应当支持面向用户的空间分析模型的定义、 生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于g i s 的分析、建模和决策，这种g i s 系统又称为地理信息建模系统，它是目前g i s 研究的热点问题之一。 4 三维g i s 的研究：三维g i s 是许多应用领域对g i s 的基本要求，要研究的 方向包括：三维数据结构的研究、三维数据的生成和管理、地理数据的三维显示等。 总之，由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，地理信息系统在米 来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术。 1 2 电力行业信息化建设的主要发展阶段 1 2 1 国内外电力行业的信息化建设发展阶段 1 ) 简单电力m i s 应用发展阶段 国内外电力行业技术部门自七十年代就开始尝试使用计算机技术来改善和提 高电力生产和经营过程中的信息管理工作。这一阶段的特点主要是采用数据库技术 和管理信息系统( m i s ) 技术，将电力设施的相关数据和文字等信息录入相应的数据 库之中进行存储，形成简单的电力数据库系统或电力管理信息系统。 2 、) c a d + 数据库应用发展阶段 随着计算机技术，特别是计算机图形技术的发展，在八十年代初期，计算机辅 助设计( c a d ) 技术得到广泛的应用，为图形设计和管理提供了有力的工具，也为电 力行业的信息化带来了新的变化。这一阶段，电力行业的信息化建设主要是应用数 据库技术对电力行业的文字和数据等属性信息进行管理，而运用c a d 技术对电力 行业的相关图形信息加以管理，因此称为“c a d + 数据库 应用阶段。 3 ) 传统电力g i s 应用发展阶段 2 华北电力大学- f ：程硕士专业学位论文 八十年代地理信息系统( g i s ) 技术的兴起，为地图的电子化管理提供了方便、高 效的工具，人们便开始应用g i s 技术来开发包含电网设旌图形信息和电网设备属性 信息的计算机应用系统，借助于g i s 的空间分析和管理功能，对电力相关信息进行 可视化的管理。因此这一阶段称为传统的电力g i s 应用发展阶段。 在传统电力g i s 系统里，电网设备、设施图形符号被标注在电子地图上，设备 属性信息被存于数据库中，图形与属性信息问建立了一一对应的映射关系，可以做 到“点图查资料和“查资料调图”以及在地理图形上的一些区域分析功能，而接 线图、系统图等描述电网逻辑拓扑信息的图形，只是另外加上的一种用于显示、输 出的辅助信息，在地理图上的各种查询、分析功能无法在这些逻辑图上操作。 显而易见，传统电力g i s 主要实现了电网生产信息描述空间之中的设备空间和 地理空间及两个空间之间的映射操作功能。 4 ) 电力a m f m g i s 应用发展阶段 经过应用检验之后，人们发现传统g i s 软件实现的电力g i s 系统作为档案资料 管理工具绰绰有余，但当作为贯穿于整个供电生产环节的生产信息协同处理环境 时，则存在很大的局限性，必须有一种专门技术来改善传统电力g i s 对拓扑空间和 电物理空间的描述能力。于是八十年代末九十年代初开始，在美国兴起了 a m f m g i s ( a u t o m a t e dm a p p i n g f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m ) 系统建设。 a m f m g i s 技术作为传统g i s 领域的一个分支，与传统的g i s 相比，其突出 技术特征是实现了全部电网生产信息表述空间，并支持各个空间之间的映射操作。 从g i s 到a m f m g i s ，其技术内涵已经发生了深刻的变化，其中f m 实现了传统 电力g i s 的全部功能，而a m 自动映射，才是整个自动成图与设备管理技术的支撑 核心。应该说，电力g i s 发展到电力a m f m g i s ，才开始真正进入生产环节里， 并引起了电力生产经营管理业务流程的革命性变化。 电力a m f m g i s 系统能管理地理范围内的工程数据、设备技术参数和运行参 数等数据，并有旨将工程设备的图形信息与属性信息结合在一起，即所谓的“图数 结合 。例如已可以指出一条供电架空线路在地理地图上的位置和走向，还能对不 同位置上的杆塔的工程数据，如：杆高、杆型等进行显示、存储，和修改；能显示 地理地图上的某个变压器的负荷和运行情况；在说明杆塔的类型时还能显示它的 杆型图；能指明供电线路在地理上的走向，也能知道该线路在何处与何线路交叉、 共杆或跨越何地物，在用户管理中可以显示用户的配电室的结线图等【4 】。 1 2 2国内外配电网gis 系统研究现状 国外电力g i s 应用的发展经历了“c a d + 数据库 阶段、“传统g i s 应用阶段， 9 0 年代初期，进入“a m f m g i s 应用 阶段。建立“数字电网 及“协同土作环境” 3 华北电力大学：r = 程硕十专业学位论文 为特征的电力g i s 系统，已成为发达国家电力企业，为增强自身竞争能力( 降低生 产成本、提高服务水平) 而进行生产经营“业务流程重组 工作、提高电网运行科 学管理水平的必不可少的工具。 国内现处于a m f m g i s 应用的初期，a m f m 是知觉用户界而( p e r c e p t u a lu s e r i n t e r f a c e ，”p u i ”) 领域的信息化专用技术，成为供配电系统各种自动化的基础。 g i s 的特点在于以地理信息为背景，将图形和数据库相结合来描述和管理各种电力 设备的参数属性以及电网内的运行控制信息。在离线方而，a m f m g i s 的主要应用 有设备管理系统、用电管理系统、规划设计系统；而在线应用上，a m f m g i s 主要 和s c a d a 的系统结合，互相交换运行数据和图形数据，为调度员提供准确的电网地 理信息；另外还可以作d m s 的投诉电话热线系统，快速、准确地根据用户的故障投 诉电话判断发生故障的地点、抢修队伍目前所处位置、及时派出抢修人员，缩短停 电时间 5 。 1 。2 3 存在的问题以及进一步研究的内容 最初的电力m i s 系统只是实现对电力设施的简单的数据库管理，缺乏与配电网 设施空间信息间的关系，并且没有把设施的属性信息与空间信息( 地理位置) 相关 联，虽然实现了对电力设施的管理，起简单管理信息系统得作用，但没有可视化的 界面，缺乏直观性。 随着信息技术在配电网系统的不断深入应用，产生了配电网自动化系统，建立 了配电网设施( 配电网线路和设备) 之间的网络关联，但是这种网络关联是一种抽象 的网络拓扑，并没有与电力设旌的实际位置相关联，只是简单描述了各种设施之间 的逻辑连接关系，因此缺乏空间信息，依旧不能很直观地在可视化界而上观察电网 的运行与故障分析。 随着电力体制改革的深入开展，“厂网分离，同网同价 试点运行。如何充分 合理地应用目前有限的电力资源，成为摆在电力决策者而前的首要问题。作为电力 系统体系四大环节( 发电、输电、配电、用电) 之一的配电网，担负着城市电网的建 设、运行、供电和改造任务。而对纵横交织的电网分布、日益复杂的电力设施、时 刻变化的电网信息、不断变迁的城市道路与建筑，尤其是电网中许多与空间位置有 关的数据，如何在需要的时候迅速准确地提供完整的信息，如何将各种图形、地图、 数据属性信息统一管理并达到共享。所有这些问题的解决都有赖于g i s ( 地理信息系 统) 技术。 随着g i s 技术的引入，完美地结合了空间信息和属性信息，不仅包括电力设施 之间的逻辑拓扑而且建立了与地理位置一一对应的几何网络拓扑，实现在可视化的 界而上直观显示配电网的运行状态以及故障分析过程。配电网系统向高度信息化、 自动化的方向发展，配电网规模的日益扩大，需要管理庞大的配电设备数据、用户 4 华北电力人学一i ：程硕士专业学位论文 数据、规划数据等。g i s 可以最大限度地将有关信息集成起来，从而为电力系统决 策人员提供一个多元化的决策依据。但是目前的大多数配电网系统在引入g i s 技术 之后只是实现了空间信息与属性信息的关联，使设施的管理以及电网运行的监控更 加直观，在配电网的专业分析功能上依然很薄弱，因此在建立了一个配电网g i s 系 统平台之后，需要进一步深入研究的课题是基于g i s 技术的配电网专业分析功能。 木文所研究的重点正是基于g i s 技术的部分配电网专业分析功能。 1 3 计算机系统仿真技术 1 3 1计算机系统仿真的发展 仿真是近年来兴起的一种网络研究技术，它是以计算机为主要工具，借助于软 件工具，在网络建设的前期对网络性能和状态进行了解和规划。通过对各种网络的 框架结构和协议构成建立数学模型，以数学形式描述网络行为，通过定义业务事件、 协议流程等计算机手段仿真实际网络的运行，从仿真结果中给出所感兴趣问题的评 估报告，及时发现并解决设计问题，提出改进和优化方案，通过这种方法，在协议 开发、标准制定、网络规划设计和网络运营管理等各方面，可以极大地提高效率， 节约投资，缩短开发设计时间，为网络的发展提供了强有力的支持i 引。 计算机系统的仿真，具有广泛的使用范围即可以用于网络建设的前期规划，也 可用于网络改造中的系统分析，其应用包括：基于标准或特定的l a n 、w a n 、无 线网、卫星网等建模和网络建设规划；网络结构和协议的研究开发与验证；辅助网 络的监控、管理及网络优化；资源规划与网络性能分析；网络系统的构建与集成中 对于多种不同的连接技术，多种协议、算法建模仿真，模拟网络中断和恢复的通告， 描述随机发生的网络危险等。 1 3 2系统仿真的特征及必要性 对一个系统的软件仿真是通过对网络协议建模和性能分析来进行的，需要高效 的仿真工具，先进的仿真建模理论和对结果的正确分析。高效的仿真工具应具有图 形建模、动态仿真内核、集成数据分析工具、高效分层次建模等特征；仿真建模应 有面向对象的设计思想，首先是对网络拓扑结构的再现，然后对拓扑中的各种对象 用准确的模型来描述，在这一过程中需要对网络协议的数学表达用软件再现，并且 应有对事件和参数重定义的能力；同时对仿真运行的结果应有全面、系统的分析， 并能从庞杂繁复的数据中抽取出有用的信息。优秀的通信系统仿真评估系统具备面 向对象、分层建模、模型定义、仿真自动生成等特征。 系统仿真是一个系统的工程，不仅需要对要仿真的原型系统有总体把握，还要 对有关协议有深入了解，在仿真建模中才能尽可能真实、准确地反映现实状况，在 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 仿真前还要对仿真数据认真规划，优化仿真方案，使结果能真实反映所有可能的通 信事件。因此对系统的仿真主要分为通信系统组成和有关协议的调研规划、利用仿 真工具建模再现仿真系统、确定数据采集方案、运行仿真、结果分析并优化仿真、 总结报告等几个步骤。 当今的网络发展，越来越面向大型综合多业务网络方向发展，在同一网络系统 中可以包含多个不同功能的子网，运行不同的网络协议，承载多种综合网络业务。 在网络建设中，具有高度复杂性和不确定性，所以在网络的规划和建设中，应用网 络仿真技术，可以对于网络设计方案，实施方案，网络运行情况，网络发展计划等 进行测试，评估，改进和优化，实现网络建设最优化，提高网络的实用性与经济型， 节约建设成本，缩短建设周期，并对于网络的增长做出有效的预测，为网络的增长 做好准备1 8 j 。 可视化仿真( v i s u a l i z e ds i m u l a t i o n ) 是计算机可视化技术和系统建模技术相结合 后形成的一种新型仿真技术，其实质是采用图形或图像方式对仿真计算过程的跟 踪、驾驭和结果的后处理，同时实现仿真软件界面的可视化。 仿真技术的研究内容一般包括总体技术，仿真支撑软件技术与工具、建模技术 和应用技术等。 表1 - 1 归纳了这些仿真技术的研究内容： 表1 - 1 仿真技术研究内容 学科的理论研究 仿真技术的发展与开拓 总的技术 仿真技术与支撑技术的关系 系统的分析与划分 大型仿真系统的研究 支撑软件理论与方法 仿真支撑软件技术 面向对象支撑技术 仿真支撑软件 面向各领域的共性工具软件 技术与工具 专用的工具软件 软件系统结构 实施数据库 方针对象与系统分析 建模理论与方法 建模技术 仿真算法与语言 验证方法与标准 应用软件系统 应用技术 应用的相关技术 应用系统实现方法 6 华北电力人学i ：程硕十专业学位论文 因此，近几年来，国内外十分重视仿真系统的研究，也出现了不少成果。主要 表现为： ( 1 ) 开放性和构件概念，包括：构件命名服务( c o m p o n e n tn a m es e r v i c e s ) 、构 件对象服务( c o m p o n e n to b j e c ts e r v i c e s ) 等为构件客户服务。 ( 2 ) 提供通用数据表示方法，让集成工具之间共享信息。 ( 3 ) 支撑范围扩大，表示为支撑仿真应用在网络上的实现。 ( 4 ) 支撑多媒体技术的应用，使仿真系统的人机界面得以改善。 仿真技术与应用，对于我国的电力系统发展具有深远的意义，优秀的仿真工具， 随着我国高速电力技术的发展，j 下在成为一种必要的工具。 1 4 论文主要研究工作 本论文完成了电力系统运行线路的地理信息系统的开发，在实验中建立了电力 线地理信息系统的各种仿真模块。通过了解计算机系统仿真的在实际应用中的必要 性以及其仿真的基本原理，明确地理信息系统的开发原理，实现电力系统运行线路 的地理信息系统的开发，以最常见的配电网络为例进行仿真研究。首先，对电力系 统运行线路的地理信息系统进行详细的功能设计。然后通过编程及数据库设计分别 实现了各种管理模块，并且从用户端出发开发了一种便于使用的管理系统，最后对 实现的地理信息系统进行测试，证实系统有一定的实用价值。 论文以m a p g i s 平台为基础，强大的电力系统运行线路数据库为数据资源，开 发了电力系统运行线路的地理信息系统。实现对电力系统运行线路管理的各种仿真 功能，达到对电力线系统管理深入研究的目的。 通过研究和开发地理信息系统，觉得g i s 作为当今国际上最流行的系统管理软 件工具，功能强大，使用方便。但在电力系统方面，它并没有得到充分的利用。因 此在这个领域的开发将面临着一种挑战。本论文就是通过对电力系统运行线路地理 信息系统地开发研究，得出了一些观点，另一方面也熟悉了g i s 的功能和应用。 1 5 论文章节安排 本文第二章首先对地理信息系统理论进行概述，其中重点讲解了g i s 系统在电 力方面的应用原理，具体将其分为g i s 系统在0 4 k v 和1 0 k v 配电线路中的应用原 理，以及对两种原理进行比较，并且完整的阐述了系统的设计思想，构架，理论基 础，通过对系统设计理论的说明，进而对系统的功能实现进行了详细论述，具体到 各个模块的功能及实现原理，这部分是论文的理论基础。 本文第三章着重对系统的数据进行分析，因为此课题地开发是基于g i s 的电力 系统运行线路的数据库管理，论文这一章主要介绍了系统的数据分析及设计，详细 7 华北电力人学l ：程硕十专业学位论文 讨论了本课题中涉及的各种数据的原理分析，这部分是本论文数据库部分的核心， 通过对数据设计分析的阐述，来完成对系统数据库的开发。 本文第四章是对软件结果的分析，首先说明得出的结果以及实现的具体功能， 通过这些结果图示来说明此系统的开发所具有的实际意义。 本文第五章在上一章研发结果的基础上全面总结了本论文的研究内容和结论， 并阐述了在本文研究基础上尚需进一步深入的研究内容。并对研究课题的未来工作 进行展望。 8 华北电力人学t 程硕+ 专业学何论文 第二章系统的总体结构及主要功能 2 1系统的设计应用原理 2 1 1g is 系统在10 k v 配电线路中的应用 ( 一) 配电网工程的管理 通过配电工程管理系统实现配网工程立项、初步设计、施工设计、计划安排、 施工、工程结束等完整的工作流程，在g i s 平台上可以实现数据、图纸的流转，达 到对工程进度的可查、可视、可控。系统可支持多版本、长事务处理，有完整的设 计审批过程，使设计工作变得更加简单和高效【6 】。 1 辅助工程设计功能。能在屏幕上显示各类图形，如地理环境图、电网系统图、 街区地理图、不同电压等级的供电线路图、中低压重要用户的供电图及城市管线位 置图等。利用图纸资料的不同分层，参照配网总体规划，进行初步设计、施工设计 ( 业扩设计、线路改造设计等) 【7 】。系统根据g i s 路径追踪模型、负荷平衡模型、 道路布线限制、道路跨越限制和分区规划等信息，根据设计标准，只进行鼠标的点 击就可以进行复杂对象的放置。具体要求： ( 1 ) 确定电源点、线路走向、杆间距离、杆塔定位等。 ( 2 ) 选择导线型号、杆( 塔) 型、杆塔型号和杆上设备( 如开关、熔丝具等) 等。 ( 3 ) 完成工程概算。系统能提供工程( 设计方案) 成本预算，能模拟工程对 现有网络架构影响等功能，能根据工程预算、架构的影响等对设计方案进行比较， 并导出设计数据到分析软件( 电力设计规程库和设计专家知识库) 中进行分析，使 用分析后的结果对设计方案提出进行修改、优化的意见或建议，辅助设计人员进行 优化设计。 ( 4 ) 施工设计。根据初步设计，与c a d 交互方式对工程进行施工设计( 详细 设计) 。对每基杆根据杆型在配电典型设计图库中系统优选出比较合适( 理想) 的施工( 设备装配) 图纸，并c o p y 转入该工程设计版本。系统提供对转入的图 纸进行修改的工具，使设计人员能方便的进行设计图纸的修改( 包括杆上附属设备 的重新选择等) 。系统自动生成材料清单、工程预算，输出整套工程施工( 设备装 配) 图纸( c a d ) 和施工中的注意事项等。系统自动生成线路条形图。 2 工程施工管理。根据规划、配网运行情况及其它相关因素，制定施工计划。 配电网的施工计划；年度计划安排；月度计划安排；每周计划安排；根据实际情况 进行计划调整。 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 工程资料管理。 ( 1 ) 可完成工程立项资料的录入、查询。包括以下项目：工程编号、工程项 目、建设单位、承建单位、监理部门、主监理人、工程设计部门、设计人、初审部 门、初审人、终审部门、终审人、施工图编号、业务传票编号、计划开工同期、工 期。通过点选施工图编号显示相应施工图。 ( 2 ) 实施工程竣工资料的录入和查询，包括以下项目：工程编号、工程项目、 验收单位、验收人、验收日期、工程决算单编号、竣工图编号、实际工期、实际开 工日期、施工质量评价、工程造价、决算审核人。通过点选竣工图编号显示相应竣 工图。 ( 3 ) 提供工程查询功能，按已竣工和未竣工等方式进行分类查询。 ( 4 ) 查询工程预、决算单。 ( 5 ) 可进行原有配电网设计图纸、文件等资料的录入和统一管理。 ( 二) 结合其他系统的高级应用 1 停电管理。与配电s c a d a d a 系统结合，通过获取相关的实时信息，结合 故障投诉电话及停电事故进行故障的诊断和定位；通过获取配电s c a d a d a 系统 历史数据，对停电( 计划、故障、拉限电等) 事件进行统计分析，提出对策f 8 1 。 ( 1 ) 停电范围分析、显示。根据配电s c a d a d a 等系统提供的线路、配电变、 开闭所等设备的停电记录情况，以g i s 提供的地理图形为背景，可进行故障区域的 地理位置显示、电气接线拓扑图上故障电气点的显示、安排抢修停电范围显示以及 停电影响范围显示。包括：设备的名称、停电发生的时间、停电线路故障的性质、 停电发生的原因、故障发生的地点、恢复供电的时间、恢复供电的部门、受影响的 用户数量、少供电电量等信息、可突出图形显示停运线路及设备、可突出显示停电 用户、计划停电起止时间、计划停电签发部门、工作内容、工作班组、恢复供电的 时间【9 】。 ( 2 ) 停电事项统计分析。对停电性质、停电内容、停电的线路、配变、开闭 所等停电事项进行管理，并可形成月、季度、半年停电事项统计报表，并对停电事 项进行分析。 ( 3 ) 停电通知。在配电地理信息系统上进行模拟操作后，系统可以自动分析 出每台相关变压器的停电时间和恢复供电的时间。通过与营销系统的一体化实现， 系统就能分析出所有可能停电用户的停送电时间范围，然后根据营销系统中的用户 名称和地址自动打印停电通知单，或是根据用户的电话号码、e m a i l 等信息自动向 用户发送停电通知的信息，从而进一步提高电力局的服务质量。 2 故障投诉管理( t c m ) 。t c m 是为了快速准确地根据用户的故障投诉判断故 障地点，及时派出抢修力量，减少停电时间。因此，g i s 系统所提供的地理信息、 1 0 华北电力人学一1 ：程硕十专业学位论文 设备运行状态，为故障电话处理充分发挥作用。 故障投诉及抢修管理模块主要是对用户投诉及运行设备事故抢修进行管理，为 故障投诉、用户查询及配网抢修等管理工作提供技术保障。该模块通过和客服系统 接口，获取客户故障投诉信息，能辅助分析故障原因、确定抢修方案、打印工单、 发送相应部门进行处理等，还可以根据工作需要，进行分类统计，形成统计报表及 有关图表。 3 线损管理。 ( 1 ) 线损统计。在完成与营销系统、现场管理系统、电能量系统的接口后， 可实现按分压、分线、分台区的要求统计供售电量、线损率，并能输出线损率统计 报表；根据实时数据生成如负荷率、三相不平衡率、功率因素等指标分析判断网络 经济运行情况。 ( 2 ) 线损理论计算：线损理论计算是指导线损管理工作的重要手段，通过理 论线损的计算，可以发现线损管理的薄弱环节，找到降损重点。在配网a m f m g i s 地理信息系统中既有设备的物理属性，又能反映出设备间的拓朴关系，为线损理论 计算提供了基础，如果能和s c a d a 、营销、负控等系统结合，从这几个系统倒入 运行数据，即能完成线损的理论计算。主要内容包括以下几方面： 1 ) 设备参数库的建立：对参与计算的导线、变压器、电缆、电机、电容器等 设备建立参数库，参数库应包含型号规格、电阻率、电导率、空载损耗、短路电压 百分比等几个字段。 2 ) 运行数据的导入：根据计算内容( 潮流还是线损理论计算) 和方法( 线损 和理论计算有容量法、电量法均方根电流法、等值电阻法等) 的不同，从各实时系 统倒入需要的运行数据。 3 ) 算法：根据本局配网的特点，选择合适的理论计算方法，编写计算程序。 4 ) 理论计算结果：应能浏览线损计算结果、打印线损报表、指出线损率高的 原因，提出降损决策建议等，并为线损率指标制定提供依据。 ( 3 ) 配网潮流计算。潮流计算的目的是为了检验配网结构，选择设备的规范， 确定电压质量管理、无功补偿设备及其配置提供依据，应对配网有代表性的各种运 行方式以及事故运行方式进行潮流计算。配网潮流的计算是个复杂的问题，关键在 于基础拓扑结构和基本数据的采集，利用g i s 技术可以很好地解决这个问题。配电 网络中设备和线路变化频繁，拓扑结构更是经常发生变化，而g i s 支持下的配网信 息系统可以动态实时获取到配网的拓朴结构、技术参数，为研究配网潮流提供了良 好的基础数据。g i s 还有很好的数据表达能力，可以成为表示计算结果的平台。在 g i s 系统中，不仅能够很好地显示文本数据，还可以用图形形式来直观地表达信息， 如潮流的方向和大小、电压和功率因素( 相角) ，还可进一步对计算结果进行分析 华，l 匕电力大学- r l z r l 硕：卜专业学位论文 和标注，如：各节点电压情况、各段线路的电流分布、电压、功率等的损耗。这样， 配网潮流计算的专题研究就可不必为原始数据输入和输出花费精力。 4 “两率”管理。 ( 1 ) 可靠性统计。能够按照供电系统用户可靠性管理规程规定的要求生 成高压、中压、低压用户可靠性基础和运行数据报表，并能导出，通过模拟操作和 实时数据的导入，完成停电用电单元的列表统计，生成详细停电预告单和停电事件 数据，停电预告能在各系统中共享，停电事件数据能导入到可靠性软件中，生成可 靠性统计报表。 ( 2 ) 电压合格率管理。能在地理图上标出各电压监测的位置，对选定的各类 用户电压监测点可按要求设置上、下限值进行电压合格率的统计，在有无功补偿的 设备，能根据无功、电压、功率因素的关联性，提供无功补偿装置的运行情况分析 和电压调整方案。 2 1 2gis 系统在0 4 k v 配电线路中的应用 为了加强配电网设备运行维护、提高生产管理水平、缩短故障处理时间、提高 供电质量，挖掘地理信息系统应用的深度，拓展应用的广度，真正发挥g i s 的强大 功能，还需要在此基础上进行4 0 0 伏配网管理功能的建设，这样才能更加全面地管 理好电力部门的所有设备，才能进一步开展各种高级应用功能，才能与营销系统、 集抄系统等集成，与故障电话的故障点自动判断、可靠性管理运行数据的自动生成、 供电方案、运行方式优化，才能将g i s 系统和其它系统进行一体化衔接，从而进一 步提高电力部门管理水平、服务质量和供电可靠性【1 0 】，【1 1 】。 1 面向4 0 0 v 低压线路的a m f m g i s 与1 0 k v 馈线比较，4 0 0 v 低压线路的特点在于，数据量更加庞大，地理位置更 加分散，对地图的质量要求更高。从数据支持方面分析，我们首先要具备1 ：5 0 0 的 电子地图，该比例的电子地图能满足4 0 0 v 低压线路管理的要求。从软件实现方面 分析，4 0 0 v 低压线路与1 0 k v 馈线在实现技术上具有一定的相似性，在原有d m s 系统的基础上实现4 0 0 v 低压线路的a m f m g i s 系统，除了考虑系统对更大量数 据的承受能力外，不存在太大的技术风险，在开发工作量方面，则与1 0 k v 馈线的 a m f m g i s 系统相仿。 2 与营销系统的一体化实现 要实现根据故障电话自动定位故障设备，就必须要建立变压器和用电单元、用 电单元和用电用户间的对应关系。目前的营销系统和配电地理信息系统是两套独立 的系统，配电的设备信息和用电的用户信息间没有建立数据关系。因为配电的设备 信息和用电的用户信息都是属于不稳定的信息，即每天都在发生变化，所以只有将 配电地理信息系统和营销系统在数据维护上进行紧密的结合，即按照一体化的思路 1 2 华北电