（电力系统及其自动化专业论文）城市中压配电网接线模式研究.pdf

a b s t r a c t t h es e l e c t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o nm o d e si sav e r y i m p o r t a n t p r o b l e m i nt h eu r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l m m i n g a n d r e b u i l d i n g i tn o to n l yi n v o l v e s f i l ee c o n o m i c sa n dr e l i a b i l i t yo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kb u i l d i n g ，b u ta l s om a k e sa l l i m p o r t a n ti m p a c tt o t h e d e v e l o p m e n to ft h ew h o l ep o w e ri n d u s t r ya n du s e r s t h e m e d i u m v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sv e r yi m p o r t a n t a sam a i np a r to fu r b a n d i s t r i b u t i o nn e t w o r k i t s n e c e s s a r yt om a k es o m er e s e a r c h e sa b o u tt h ec o n n e c t i o n m o d e so ft h e m e d i u m - v o l t a g e d i s t r i b u t i o nn e t w o r kf o r r e a l i z i n g t h es e c u r ea n d e c o n o m i c a lo p e r a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dm e e t i n gt h er e q u e s ta b o u tt h e s t a n d a r d i z a t i o na n du n i f i c a t i o no f t h ec o n n e c t i o nm o d e s o nt h eb a s i so f f o r m e r s w o r k ， t h ea u t h o re n g a g e sh i m s e l fw i t hs o m es t u d i e sm a i n l ya sf o l l o w s ： 1 t h es o f t w a r ef o rm e d i u m - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gc a l l e dd n p s 2 6 i sd e v e l o p e db a s e do nt h em o d u l eo fm e d i u m v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gi n c n p 2 5 d n p s 2 6i sai n t e g r a t e dm o d u l ei nc n p 2 6w i t hf l e x i b l eu s e sa n dv a r i o u s f u n c t i o n si no r d e rt om e e tc u s t o m e r s d e m a n d 2t h ed n p s 2 6h a so p t i m u ms t r u c t u r eo ft h es y s t e mi na l l u s i o nt ot h ef o r m e r l y s o f t w a r e ，w h i c hi n c r e a s e st h em o d u l ec o h e s i o n ，d e c r e a s e st h em o d u l ec o u p l i n ga n d i m p r o v e st h em a i n t a i n a b i l i t yo f t h es o f t w a r e t h ei n n e rd a t ad i c t i o n a r yi sd e s i g n e d ， w h i c hs u s t a i n st h em o r ef l e x i b l eo fd a t aa n di m p r o v e st h eo p e n n e s sa n df a u l t t o l e r a n t a b i l i t y o ft h e s y s t e m t h ee x t e r i o rd a t ai n t e r f a c e i s a p p e n d e d ，w h i c hm a k e st h e s o f t w a r eh a v eb e r e r c o m m o n a l i t y 3 t y p i c a lc o n n e c t i o nm o d e so fu r b a nm e d i u m v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e ma r e s e l e c t e df o re c o n o m i ca n dr e l i a b i l l t ye v a l u a t i o n m i n i m a la n n u a lc o s tm e t h o di s a p p l i e di ne c o n o m i ca n a l y s i sf o rd y n a m i cc o m p a r i s o n si nd i f f e r e n tc o n n e c t i o nm o d e s m i n i m a lp a t hm e t h o di su s e di n c o n t i n u i t ys t u d i e sf o rr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n s o m e c o n n e c t i o nm o d e sa r er e c o m m e n d e d a c c o r d i n g t od i f f e r e n tc a s e s 4 s o m er e s e a r c h e sa b o u tt h ep a r e r nr e c o g n i t i o no fc o n n e c t i o nm o d e si nu r b a n m e d i u m v o l t a g e d i s t i l b u t i o nn e t w o r kh a v eb e e nd o n e o nt h e b a s i so fn e t w o r k t o p o l o g yt e c h n i q u ea n dp a a e mr e c o g n i t i o nt h e o r y ，ar e c o g n i t i o ns y s t e mi se s t a b l i s h e d w h i c hc a n r e c o g n i s e t h e t y p i c a l c o n n e c t i o nm o d e so fu r b a n m e d i u m v o l t a g e d j s t r i b u t i o nn e t w o r k k e y w o r d s ：m e d i u m - v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，n e t w o r kp l a n n i n g ，c o n n e c t i o n m o d e s ，e c o n o m i c s ，r e l i a b i l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，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，也不包含为获得盘盗盘堂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：王败强签字日期： a 一年，月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：玉政强导师签名：多咄k 签字日期：dr 。；年一月、rr 签字目期：加3 年月j 7 | _ 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 城市电网是电力系统的主要负荷中心，也是城市基础设施的重要组成部分。 其建设、改造及运行的经济性和安全性既影响到整个电力部门的经济效益和广大 电力用户的供电质量，又影响到城市整体功能的正常发挥。城市电网规划( 简称 城网规划) 是电力系统规划和城市规划的重要组成部分，合理进行城网规划是实 现未来城市电网经济性和安全性的先决条件，可以获得很大的经济效益和社会效 益：相反，城网规划的失误则会给国家的经济建设和人民生活带来不可弥补的损 失 1 l 。 城市电网的规划与改造工作中电网接线模式的选择是一个十分重要的问题， 它不仅牵涉到电网建设的经济性和可靠性，而且对于整个电力】业发展和用户的 发展具有重要的意义。中压配电网作为城市电网中的主要部分，其地位十分重要， 为实现电网的安全、经济运行，并达到接线方式的标准化、统一化要求，有必要 进行中压配电网网架的接线模式研究，以便为电网的优化、经济运行及规划和运 行人员提供有益的参考。这主要体现在以下两方面： ( 1 ) 在市场经济体制下，最大限度地追求经济效益己成为所有企业的目标， 电力企业也不例外。当前我国配电系统的线损率还偏高，1 9 9 5 年达8 7 7 ，1 9 9 7 年为8 2 0 ，而法国、日本等国家线损率约为5 6 。按大致相同口径对比，发 现主要是城市配电网损耗大，大约高出2 3 个百分点，按1 9 9 7 年水平，相当于 多损耗1 8 0 亿k w h 的电量。同时，配电网规模庞大，投资巨大。选择投资费用 和运行费用小的接线模式对提高配电网的经济性是有益的，因此有必要对接线模 式的经济性作定量的分析。 ( 2 ) 随着电力市场的发展，如果用户长时间停电，电力企业必将蒙受巨大的 经济损失。选择可靠性高的接线模式可提高配电系统可靠性，实现对断电用户的 快速恢复供电，保护电儿企、l 埘：| 1 川户的经济利益。因此，钉必要对接线模式的川 第一章绪论 靠性进行研究。 配电网结构复杂，用户众多，覆盖面广，地理情况变化多样，管理工作难 度火，再加上长期以来的“重发、轻送”的思想，致使配电网的建设一直比较落 后。随着社会和经济的快速发展，用电负荷增加，广大用户对供电质量、供电可 靠性也提出了更高的要求，传统的配电网结构、运行、管理等已不适合电网增长 的需求，配电网与用户需求矛盾目益突出。因此，亟需对配电网结构进行规划与 改造，而接线模式是网架结构的基本反映，这就需要对接线模式进行技术经济分 析，以期为接线模式的选取提供有益的参考。 1 2 城市中压配电网接线模式研究现状 中压配电网接线模式众多，常用的接线模式按导线类型可分为架空线接线和 电缆接线两大类1 2 1 ，其中架空线接线模式具有代表性的有：单电源线辐射接线、 不同母线出线的环式接线和三分段三联络接线等，电缆接线模式具有代表性的 有：单电源线辐射接线、不同母线出线的环式接线、不同母线出线连接开闭所接 线和不同母线环网接线( 三座丌闭所) 等。在城市电网规划及改造方案的确定过 程中，线路接线模式的选择问题常常是令电网方案制定者感到困惑的问题，也常 常带来很多争议。毫无疑问，接线模式的选择与很多因素相关，其中经济技术因 素是主要因素 3 1 。 目前大部分的城市电网规划研究都是针对城市电网的负荷预测、变电站选址 优化和网络优化等方面的研究”h “，对接线模式的研究较少。文献 3 对当前国 内外l o k v 配电网常用的接线模式作了简单介绍，只是定性分析而没有定量分析， 同时没有考虑变电站的变压器台数和容量、负荷密度对接线模式经济性和可靠性 的影响。文献 7 只对城市高压配电网的接线模式作了可靠性分析。文献 8 对城 市巾压配电网的常用接线模式进行了不同负荷密度下的经济性、一。，靠性分析，但 存在不足：。是在作经济性分析时只考虑了一次投资，没有计入年运行费用；二 足可靠性分析时，没有考虑负荷转移情况。文献 9 对城一丁中乐配电i 州的接线模 - 逊仃厂较详细的研究，但在经济性、可靠性方面还i ，儿奠作进一步研究。 2 第一章绪论 1 3 本文的工作 在前人工作的基础上，本文主要开展了以下几方面的研究开发工作： 1 在c n p 2 5 的中压配电网络规划模块的基础上，开发了一套中压配电网 络规划软件d n p s 2 6 ，该软件是c n p 2 6 的。个完整模块。在设计卜突出了 使用的灵活性和功能的多样性，以适应不同的用户要求。 2 d n p s 2 6 针对原有软件进行了系统结构优化，增加了模块的内聚度，减 少了模块间的耦合度，提高了软件的可维护性；设计了内部数据字典，内部数据 字典支持了更大的数据灵活性，提高了系统的开放性和容错能力；添加了外部数 据接口，外部数据接口使程序具备了较强的通用性。 3 选取若干种城市中压配电网的典型接线模式为研究对象，对其经济性和 可靠性进行定量分析。在进行经济性分析时，采用“最小年费用法”对所研究的 接线模式进行量化的动态经济比较：在进行可靠性分析时，利用最小路法，以供 电连续性作为系统可靠性准则，对所研究的接线模式进行可靠性定量计算，并针 对不同的情况给出了城市中压配电网接线的推荐模式。 4 对城市中压配电网接线模式识别作比较深入的研究。基于网络拓扑分析技 术和模式识别理论，建立城市中压配电网接线模式识别系统，实现对典型接线模 式的识别。 本文结构：第二章，主要介绍城市中压配电网络规划系统。第三章，对城市 中压配电网若干种典型接线模式进行经济性和可靠性分析。第四章，城市中压配 电网接线模式识别研究。第五章，总体结论和研究展望。 第二章城h 中压配电网络规划系统 2 1 概述 第二章城市中压配电网络规划系统 墩市中压配电网络规划系统( 简称d n p s 2 6 ) 作为城网规划辅助决策系 统的子系统，为城网规划完成基础性的工作。其丌发目的是提高叶1 压配电网络 规划设计的科学性，缩短规划工作的周期，降低规划人员的工作强度。目前，该 系统已在国内多个城市的电网规划工作中得到了应用。实践证明该系统是一套适 合中罔因情的，实用的中压配电网络规划软件。 2 1 1 d n p s 2 6 的特点 作为工程化的实用软件，d n p s 2 6 在开发过程中广泛听取各方面意见，在 原有基础上改进了设计思想，使用更为方便、灵活，功能更为强大。 1 ) 体系结构合理，代码重用率高，维护难度小； 2 ) 系统集成了配电网的基本分析工具，并为规划人员提供了友好的用户界 面，降低了规划人员的工作强度，提高了规划的科学性和适用性； 3 ) 完善的数据库系统和图形库系统，便于数据和图形的积累、使用与管理； 4 ) 良好的应用程序开发接口，系统可扩展性强； 5 ) 具有较严格的数据检错功能，系统鲁棒性强： 6 ) 数据接口兼容性好，内、外部数据交流方便，使软件适用于多种工作环 境。 2 1 2 d n p 8 2 6 的开发平台 d n p s 2 6 各功能模块的开发基于数据库和g i s 地理信息系统两个平台。数据 席的丌发重，气足数据的存储和管理，数据库的维护，x , j 图形界匝的数据支持，与 系统外邝的数据交换等：g i s 的丌发重点足引列图形的各种操f 1 一，如：劁形信，i j 、 的爿e 八、i t t l l l ；余、修【攻、 l 1 i “十，图形义r 绯护赞砰，与外部系统 ( j 图形史什交 4 第二章城市中压配电网络规划系统 换等。数据库和图形之削的信息传递通过w i n d o w s 动态数据交换和数掘文件两 种形式实现，二者将数据库和图形连接为一个有机整体。对数据库的操作可直接 反映到图形上，图形的变化也可自动记录到数据库中，并且在图形界面可进行多 种数据的录入、查淘和修改。 2 2 系统体系结构 本节从整体的角度来说明d n p s 2 6 的体系结构。目前，该体系结构的主要 内容已经实现，本节也将重点分析d n p s 26 各组成部分在该体系巾的地位。 d n p s 2 ，6 系统是城网规划辅助决策系统中的一个基本部分，它完成配电网 工程分析和配电网规划设计的任务。它提供了：配皇网数据的基本框架；数据库 管理系统d b m s ；基本分析研究的工具，例如潮流计算程序和短路计算程序；图 形用，、界面g u i ：应用开发接口a p i ，包含数据访问函数、g u i 函数和基本分析 研究工具函数a p i 等。 d n p s 2 6 系统体系结构分为以下几部分： 1 基本数据库管理系统 2 基本图形库管理系统 3 基本用户界面 ( 1 ) g i s 地理图界面，凡与地理信息有关的数据均可在这界面上表达； ( 2 ) 基本数据访问界面，例如表格、捧图、以及显示查询数据的各种窗 口和对话框。这些界面一般由客户端开发工具例如v i s u a lb a s i c 、 f o x p r o w 、p o w e rb u i l d e r 等生成。 4 配电网基本分析工具 ( 1 ) 配电网潮流计算程序： ( 2 ) 配电网短路计算程序。 配电网基本分析工具本身是独立的应用程序，具有自己的用户界面。它们的 核心部分按照a p l 规范编制，为a p i 的一一部分，可供其它应用程序调用。这样 化新的应用程序丌发时，可以调用配电网基本分析工具，避免了重复丌发。根据 a p i 的规范，应用程序渊用配电网基本分析工具足动态链接的，- , q 配电网基水分 忻r ! i 如潮流烈水身了1 缀斤i ，i j _ 以不必通戋；i i j t , 1 j 它n 勺应_ f ；程”，。复臆刖剧j 二能 第二章城市中压配电网络规划系统 够自动升级。这就是所谓的“无缝链接帅 。 5 应用程序开发接口a p i a p l 分为三部分：数据访问a p i ；g u i 函数a p i ；可调用模块a p i 。可调用 模块a p i 包括基本分析工具和将来应用程序开发中增加的a p i 函数。开发人员 新写的函数，经过系统a p i 管理器注册后成为新的a p i 函数。我们采用规范平 台支持较广的o l e 和动态链接库作为我们的a p i 规范。其中动态链接库只适用 于运行在m s w i n d o w s 系列操作系统的应用。d n p s 2 6 体系结构如图2 一i 所 不。 可调用模块管理器和应用程序接 a p i 图2 1d n p s 2 6 系统体系结构 如图2 1 所示，d n p s 2 6 系统由三个层次构成：系统层、基本层和应用层。 系统层j j 要指h 算机网络硬件和系统软件，包括训算机、网络硬件、网络操作 悉统、网络协议等。基本层包捅数据库管理系统、图形管理系统、a p i 臀理器、 6 图形用户界面g u 一 第二章城市中压配电网络规划系统 g u i 函数集。应用层包括完成各种任务的应用程序。用户通过a p i 访问基本层 中的数据和调用应用程序对数据进行分析处理。 2 3 系统组成、功钱及特点 d n p s 2 6 从结构和功能上可分为：( 1 ) 调度系统；( 2 ) 数据库系统；( 3 ) 图形系统。调度系统负责协调、管理各子系统：数据库系统和图形系统分别实现 数据和图形的积累、使用与管理。d n p s 2 6 的主要结构和功能如图2 - 2 所示。 蚓2 - 2d n p s 26 的主要结构和功能 7 第二章城市中压配电网络规划系统 2 3 1 调度系统 调度系统是d n p s 2 6 的枢纽，它对整个系统的控制是通过数据库控制台和 图形控制台来实现的。 23 1 1 数据库控制台 数据库控制台可以进行子数据库系统的调度，中压配网规划的初始设置，以 及系统维护等操作。 1 子数据库系统调度 数据库控制台按名称实现对子数据库系统的管理。用户只需从数据库控制 台按子系统的名称点选菜单，系统就会在保持数据库控制台运行的同时，另外启 动一个平台供相应的子数据库系统运行。 为了增加系统的灵活性，系统提供另一种进入子系统的途径。只要在 d n p s 2 6 文件央内双击某予系统的图标，该子系统就可在不运行数据库控制台的 情况f 直接启动。如果用户只需要某子系统的独立功能，不涉及其他部分，使用 这种方式会更加快捷。 2 初始设置 初始设置的内容是规划工作的重要依据，其中包括：规划区域范囤、目标年 和现状年的年份等。 3 工作进程控制 配网规划是一项系统工程，工作阶段性强，涉及到数据库系统、g i s 系统和 大量的应用程序，从宏观上管理预测工作进程是至关重要的。访问“工作进度顾 问”界面，用户可通过系统自动判断和回答问题相结合的半自动方式来确定当前 。t = 作的进度，并计划下一步工作。 4 系统维护 系统维护含多项功能，包括：系统安装的完整性校验，数据文件和图形文件 的备份与恢复，样例数据的装载，数据库的浏览、压缩、更新、结构校验、结构 修【l _ ，( 、索0 f 匝建数据7 典的浏览、查错，数据席1 j 数据，j j 【i 的致性榆聆? 第二章城市中压配电网络规划系统 2 31 2 图形控制台 图形控制台对g t s 系统执行着与数据库控制台类似的功能，但由于图形文件 占用内存较大，d n p s 2 6 对图形系统的管理方式略有刁i 同。 1 按图名和年份对子图形系统实行管理 每个子图形系统都包含多张图形文件，大多数按年份排列。按如下过程执 行：选择图形名称j 选择图形的年份打开图j 加载子系统菜单，就进入了相 应的子系统。 2 与子图形系统共用一个图形平台 图形控制台和下属图形子系统，不是同时并行的进程，而是在同一个平台上 相继运行的程序。进入子系统，程序会先退出图形控制台：同样，从子系统退回 控制台，程序会先关闭子系统。 由1 2 两点保证了d n p s 2 6 同一时间内只有一个图形界面运行。这样做 可以节省计算机系统资源，提高程序运行速度并加强了系统的稳定性。 3 与后台数据库保持通讯 如果直接运行图形界面，图形控制台会自行启动数据库控制台以及所需的数 据库子系统，保证图形系统得到即时的数据支持。 2 3 2 数据库系统 2 3 2 1d n p s 2 6 的数据库结构 2 3 2 1 1 数据库技术的发展情况和d n p s 系统的需求分析 目前，数据库系统的数据模型主要有四种 i l l ”】： ( 1 ) 层次模型：用树结构表示实体及实体之间的关系； f 2 ) i ) f ) 9 状模型：用网状结构表示实体及实体之间的关系； f 3 ) 芙系模型：用二维结构表示实体及实体之问的关系； ( 4 ) 面向对缘模型：用对象结构表示实体及实体之问的火系。 层次模州制酬状模型属于格式化模型。它们的数据结构和吲州应。在层次 9 第二章城市中压配电网络规划系统 模型中，记录之间的关系是有限的，仅仅是简单的父子关系，更复杂的关系需要 用户自己去组织，使得系统维护艰难。在网状数据模型中允许复合链，任意记录 之间都可以建立关系，可以描述复杂的数据间关系。但是它的性能依赖于记录问 关系的恰当定义，不便于数据库的扩充。对数据的访问只能单记录进行，在编程 方面，程序员必须考虑一些不必要的结构细节，加重了程序员的负担。这些缺陷 限制了这两种数据模型的功能和推广，它们的商用产品主要在七十年代占主导地 位。 关系型数据库系统从八十年代到现在一直占主导地位。在关系模型中，数据 的逻辑结构就是一张二维表，数据及其相互关系都存储在一系列表中，对数据的 访问不需事先规定存储路径，一次可以对一个数据集合进行操作。它允许记录和 字段的增加、删除和数据类型的修改而不导致数据重构，动态的建立记录之间的 关系，应用程序很容易更改以适应数据库设计阶段没有预料到的变化。因此关系 模型具有简单、灵活和易于扩充的优点。关系模型还具有坚实的理论基础，如关 系运算、范式规则、函数依赖等，为数据库设计的规范化、科学化提供了依据。 以上三种数据模型称为传统数据模型。随着科学技术的进步和数据库技术的 发展，数据库的应用领域不断扩大，已从传统的商务数据处理扩展到许多新的领 域，例如c a d 、c a m 、c a s e 、图象处理、多媒体应用等，传统数据库系统很 难满足这些新领域应用中模拟复杂对象和模拟对象复杂行为的要求，表现出了以 下缺陷： 传统数据模型表示和处理复杂实体时显得过于简单，缺乏存储和处 理各种复杂对象的能力；传统数据库系统的数据类型是有限的，不能支持现代程 序设计语言中的数据类型：传统数据库系统不支持抽象数据类型和用户自定义类 型的扩展能力，对新的数据类型和操作支持能力较弱。 新应用的需求和传统数据库技术的缺陷，推动了数据库新技术的研究和发 展，其中最重要的方向是把面向对象技术引入数据库技术，研究一种新型的数据 库系统：面向对象数据库系统。从面向对象数据库系统出现到成为研究热点的过 程中，主要有三种发展风格： ( 1 ) 基于面向对象程序设计语言的面向对象数据库系统； ( 2 ) 基于传统关系数据库及结构化查询语言( s q l ) 的面向对象数据库系统； ( 3 ) 在目前流行的关系数据库管理系统上加以扩充。 我们认为前两种技术还不成熟，另一方面，使用最广泛、技术最成熟的关 系刑数据库已经占据了数据库市场。关系型数据库软件的生命周期还未结束，面 阳列琢数据库还未实用以前，关系型数据库将在很长叫间占掘统治地位。笫三种 发胜f l 格f f 的是为了从h 前的数据库“r 讲向面向对象数据库系统平稳过渡。 j 0 第二章城市中压配电网络规划系统 d n p s 2 6 系统是非常复杂的，虽然配电线路呈现出树状结构，但配电系统 包含的设备种类多，各元件的电气和非电气联系十分复杂，数据量巨大，并不是 简单的父子关系所能表达的。并且配电网经常改造和扩建。所以设计d n p s 2 6 的数据结构时应采用能描述复杂关系且易于扩充的模型。为满足以上要求，关系 模型是最理想的。d n p s 2 6 系统除了数据管理功能外，一个很重要的功能是为工 程分析提供支持，要求模拟复杂对象，模拟对象复杂行为，所以又需要面向对象 数据库的支持。 根据以上d n p s 2 6 系统的需求分析和现代数据库技术的发展情况，我们采 用了以关系型数据库为主，在需要的地方进行面向对象扩充的思路来设计 d n p s 2 6 的数据库。 2 3 2 1 2 关系型的d n p s 2 6 数据库的建立 按规范化的设计方法可以把数据库的设计分为五个阶段： ( 1 ) 需求分析； ( 2 ) 概念结构设计： ( 3 ) 逻辑结构设计： ( 4 ) 物理结构设计； ( 5 ) 数据库的实施和维护。 在逻辑结构设计中，我们首先要求每一个设备有唯一的标识号，标识号能 够反应各个设备之间的关系，即网络连接性关系。例如某一个杆塔与哪一个杆塔 相邻；某一分支是从上一级线路哪一个杆塔出线；某台设备又在哪个杆塔上。 根据配电网放射状的特点，我们采用特征码的方法表示以上关系。我们为每一节 点用特征码编号，加上设备种类作为唯一的标识。这种特征码直接反应了节点之 间的相互联络关系，我们称其为位置代号，表示节点( 杆塔) 相对根节点( 变电 站1 的位置。例如0 1 t 5 1 i t o i 0 0 3 # 表示以编号为o l 的变电站为起点的5 1 1 主干线的t 0 1 分支的3 号杆。这种树状编码能够很好的和实际网络形成映射， 符合电力企业管理的习惯。用特征码来表达节点联络关系的方法不但能进行设备 管理和自动成图，而且在树状网络拓扑分析中极有价值。这样，就解决了设备 的标识符与设备之间的相互联络关系的问题。我们可以用以下的关系模式表示配 电网主要拓扑结构： 变电站( 变电站号，变电站名称，电压等级，) 线路( 线路弓，线路名称，线路类型，) 杆塔( 位置代号，杆号，) 第二章城市中压配电网络规划系统 2 3 2 2 数据库系统的组成 d n p s 2 6 的数据库系统主要功能是维护已有及规划各年份的有关配电网络 基础数据，它可分为用户数据库、系统数据库、数据字典和数据库维护等部分。 d n p s 2 6 可通过接口实现与其他系统数据库和外部数据文件的数据交换。 1 用户数据库 用户数据库存放的数据描述了中压配电网络规划工作所需的现实世界中的 各类实际量，如线路、变台等。按存放数据类型分，用户数据库可分为基础数据 库和计算结果数据库。基础数据库包括配电网络线路数据、配电网络变压器数据、 变电站出线杆数据、开关数据和导线参数数据等。计算结果数据库存放图形系统 中分析计算模块的计算结果，如潮流计算结果、拓扑分析结果、短路计算结果等。 基础数据库数据既可以从图形库系统的界面录入，也可以通过外部接口有外 部数据文件导入，同样也可以将基础数据库的数据导出。 2 系统数据库 该数据库存放系统参数，如规划区域范围、目标年和现状年的年份、配电网 络规划计算时所需的各型号导线的参数信息等。 3 数据字典 数据字典存放的是元数据，即关于数据的数据，是在数据库系统分析、设 计阶段所产生的需求数据。它们用来描述用户数据库的数据的基本特征，如：数 据的名称、定义、类型、以及如何被使用等。因此，数据字典是用户数据库建立、 维护和管理信息的存储工具。 由于f o x p r o w 内部不提供自动数据字典支持，我们自行丌发了一套数据字 媳，它由一个系统表和各个数据表的字段说明表组成。系统表是当前所有数据库 的信息库d b f s d b f 。每建立一个新表，就生成一个字段说明表，用户可以编辑 这个字段说明表，并且加入中文字段说明，同时决定字段的显示顺序和字段分组， 以及每个字段的可读性。这样用户可以增加、删除数据库，可以修改、增删每个 数士f i 库的守段，可以修改这个数据库的显示方式。当显示数据库内容叫，系统根 j ：| _ i ；数据字业的内容进行控制，比如显示顺序，某字段是否能够编辑。1 j 内帮数掘 1 2 第二章城市中压配电网络规划系统 字典相配合的还有综合自动检测系统，它可以让用户自行定义每个库的每一记录 应符合什么要求，例如电压只能输入1 0 k v 、3 5 k v 、1 1 0 k v 、2 2 0 k v 一，这样 在每个记录数据进入数据库时可进行有效性检验以防止不合要求的数据进入。 我们也开发了一些离线的工具可根据用户定义的正确性( 有效性) 标准来对整个 数据库进行检测，从而尽最大可能维护了数据的完整有效性。 4 数据库维护 数据库维护主要包括以下几方面功能：索引维护；数据字典与用户数据库一 致性检验；在选定的用户数据库中查错；数据库压缩；用户数据库浏览；数据字 典浏览；形式数据库系统信息；用户数据库结构重建等。其界面如图2 3 所示。 2 ，3 3 图形系统 图2 - 3 数据库管理界面 因为中压配电网规划设计需借助g i s 地理信息系统，所以原始和结果数据 出包禽了各种图形文什。这些图形既可以从d n p s 26 的图形界面录入，也可以 通过接口从系统外部转入，如：可将用户手中的电子地图、用数字化仪或扫描仪 形成的图形文件或m a p l n f o r 的图形转为系统内部的图形文什。 第二章城市中压配电网络规划系统 d n p s 2 6 的g i s 图形系统是其核心，图形系统提供完善的分析计算模块，可 对配电网络进行录入、修改、拓扑分析及潮流、短路、n i 计算等。我们在开发 平台自身功能( 如：打印、缩放、移动、旋转和属性编辑等) 之外，还自行开发 了部分的操作和计算工具，包括绘图、配电网基本分析工具等几大类，如图2 - 4 所示。 从功能上分，d n p s 2 6 的图形系统包括分析计算模块、用户图形库、图形库 维护三部分。 2 3 3 1 分析计算模块 图2 4 图形操作计算工具 分析计算模块是整个d n p s 2 6 的核心，规划人员通过它进行中压配电网络 的设计、校正，保证设计方案的科学性和适用性。按功能分，主要包括变压器操 作、配电网络操作和配电网络分析。 1 变压器操作 变压器操作的主要功能是维护配电网络中的变压器设备，包括对变压器的添 、修改、伶询、删除，以及变压器的容量标注等。 第二章城市中压配电网络规划系统 2 配电网络操作 配电网络操作的主要功能是维护配电网络中线路、杆塔及开关，并显示配 电变电站的供电范围及一些数据录入、维护等。线路、杆塔及开关的维护主要包 括线路、杆塔及开关的添加、修改、查询、删除以及数据的校验等。 3 配电网络分析 配电网络分析主要是对配电网络进行一些技术参数分析，如网络的拓扑分 析、潮流计算、短路计算及n i 校验等，通过这些分析校验规划设计方案的技术 可行性。 2 3 3 2 用户图形库 该库存放系统中所有图形： 1 ) 地理背景图，包括街道、建筑物、河流、铁路、公路、文字标注及行政 区划分。背景图的比例选择很重要，并不是地图越详细越好，需要与变电站定位、 1 0 k v 中压配电网主干线规划相适应。为了方便进行高压网络规划，从地理背景 图中删除不必要的图层和信息( 如：街道及建筑等) 形成简化地理背景图，简化 地理背景图更适用于高压网络规划，通常只需要主要街道、河流、铁路等信息。 2 ) 规划用地背景图，是指城市规划部门提供规划目标年及中间阶段年规划 用地图，最好能获得各非工业地块的容积率。 3 ) 各年份用地图，在地理背景图和规划用地背景图的基础上绘制得到，存 储详细的用地信息( 如：用地中区和用地小区的形状和中心座标等) 。 4 ) 各年份中压配电网络图，用于将中压配电网络规划结果反映在地理背景图 h 2 3 3 3 图形库维护 图形库维护主要包括：图形文件的存储、打印、复制、删除；图形参数设置 图形的分层管理；在中压配电网络图中引入、分离背景图等。 1 5 第二章城市中压配电网络规划系统 2 3 4d n p s 2 6 系统的特点 从非图形数据库( 文本数据) 的放置地点来看，分为两种情况：一种是内置 数据库，即文本数据存放在g i s 系统自带的数据库中。目前大部分的g i s 系统 采用这种方式；另一种采用外部的数据库管理系统来管理文本数据。它要求g i s 图形系统具有外部通讯支持能力。d n p s 26 系统采用外部数据库管理系统的方 式，这样贯彻了以数据为中心，以g i s 作为数据的图形表达这一思路。只有如 此，具有强大功能的客户机j j 7 务器的数据库管理系统才能利用g i s 作为图形用 户界面。 d n p s 2 6 系统基于c a d ，它采用c a d 作为g u i 和图形管理系统，随着g i s 的发展，根据a u t o c a d 的固有功能，我们开发出大量g i s 系统具有的功能。例 如对任意区域的设备进行统计、对电力线路交叉跨越的识别等。我们把c a d 功 能与g i s 功能进行结合，既有基于c a d 系统的优点，又有基于g i s 系统的优点。 系统以当今流行的w i n d o w s 为运行环境，采用a u t o c a d l 4o o f o x p r o w 为支撑系统，软件平台先进，性能优越。 系统分为图形系统和数据库系统两个予系统，采用多任务和动态数据交 换机制，这使得它们有机地融为一体，同时子系统也可独立运行； 系统为全图形界面，以地理图形为背景，生动直观，用户友善，设计思 想先进；操作以“傻瓜式”为原则，全鼠标操作，快捷灵活方便，易于掌握： 系统具有良好的开放性，用户可方便地进行自我修改和扩充，完成诸如 修改、增删字段、增删数据库等功能； 系统具有良好的在线帮助、数据正确性和一致性校验功能，能自动指导 和约束用户的操作，在数据录入阶段把错误数据拒于系统之外； 系统提供内部出错捕获机制，可对用户系统误配置、数据破坏、错误 操作和程序内部错误进行报警和系统自恢复：提供用户自学习的系统演示 软件，方便了用户的培训： 数据维护离线工具可自动搜索检测各库中的非法数据； 系统具有大量针对配电系统特点的功能，可帮助网络规划人员直观地对 数据进行维护，查询和统计。 2 ，4 图形系统与数据库系统问关系的建立 夺i ，i i 点讨沦怎样解决图形系统 i 地图内i 习符与数掷；席琶辉系统中文本 6 第二章城市中压配电网络规划系统 数掘( 如设备参数) 建立联系的问题。如果采用图形系统内置的数据库系统作 为数据库管理系统的方案，由于图形系统自动维护图符与文本数据的联系，所以 就不存在此问题。d n p s 2 6 采取了外部数据库管理系统，所以必须解决图符与数 据库管理系统中文本数据关联的问题。保存图符与文本数据的关联关系有三种方 式，假设文本数据是一条记录，图符是一个实体的简单情况： 一是在数据库管理系统中，对文本数据每一条记录建立一个唯标识，由图 形系统保存，存放在图符实体的属性数据中，并由图形系统负责维护。图形系统 内置数据库也是这种方式； 二是对图形系统中的每一实体进行编号，使得它们拥有唯一的标识，在数据 库管理系统中，在文本数据的每一记录中保存图符实体的标识，由数据库管理系 统来维护： 三是首先对图形系统的图符进行编号，使得每一图符拥有唯一的标识，在数 据库管理系统中，对文本数据每一条记录建立个标识。建立一个中间数据库 存储图符标识和文本标识的对应关系，由数据库管理系统维护。 我们采取了第三种方式，由于配电网络图中的每一设备在a u t o c a d 巾都有 唯。的实体句柄作为标识，在数据库系统中我们刘每一设备编制了标识( 称为位 置代号) 。所以，在存储了实体句柄与设各位置代号的对应关系表后，就能够实 现图形和文本数据间的访问。对应关系的维护对于用户是透明的，用户通过对 g u i 函数的调用，在绘图时自动创建图符与记录的对应关系，在删除图符时自动 删除对应关系，在替换图符时，自动更新对应关系。对应关系表对于图形非常重 要，它表示了每一图符与d n p s 2 6 系统中设备数据的关联。为了维护这种关系， 采取列用户不可见的方法。用户只能通过g u i 函数调用才能修改对应关系表， 在图形数据备份时，每一张图的对应关系表也随图形文件一起备份。 7 第三章城市中压配电网接线模式分析 3 1 概述 第三章城市中压配电网接线模式分析 配电网位于电力系统的末端，直接与用户相连，整个电力系统对用，- 的供电 能力和供电质量最终都必须通过它来实现和保障。随着国民经济的高速发展以及 人民生活水平的不断提高，用户对配电网的要求也越来越高；同时，电力市场的 逐步形成以及电价机制的完善，也对配电系统的经济性和可靠性提出了新的要求， 这一切都要求在进行配电网规划和建设时必须把提高配电网的经济效益及供电可 靠性摆在十分重要的地位。 城市电网的规划与改造工作中，电网接线模式的选择是。个十分重要的问题， 它不仅牵涉到电网建设的经济性和可靠性，而且对于整个电力工业发展和用户的 发展具有重要的意义。因此有必要对各种可能的接线模式进行定量的技术经济分 析，以便得到符合实际供电要求的接线模式。 l o k v 配电网作为我国城市中压电网中的主要部分，其地位十分重要。为实现 电网的安全、经济运行，并达到接线方式的标准化、统一化要求，有必要在不同 的负荷密度下，针对不同的l l o l o k v 变电所容量，进行l o k v 网架的接线模式研 究，以便为电网的优化、经济运行及规划和运行人员提供有益的参考。 3 2 计算基本原理 为了使研究具有实际意义，在分析前须规定一些边界条件。根据文献 3 、 1 3 利 14 ，对本项研究有影向的一些计算条件确定如下： ( 1 ) 1 i o i o k v 变电所采用2 台变和3 台变各5 种容量，具体数据见后文； ( 2 ) 变电所的负载率取为高负载率，即2 台主变的变电所负载率取为0 6 5 ， 3 台主变的变电所负载率取为0 8 7 ： l ： ) 负荷功率因数取为0 8 5 ； l1 ) l o k v 架守线路采用统一架窄线型号【。g 卜2 4 0 ：1 0 k vr t ! 缆线路分r 种情饥： 1 川川y i 进线采川i u 缆型弓y 。i v3 0 0 ；2 丌闭所 h 线采用 i 缆) ；jy v 啊i 2 ( j ；3 ， 1r 第三章城市中压配电网接线模式分析 其他电缆线路采用型号y j v 2 4 0 ； ( 5 ) 为了满足巾压配电网的供电可靠性，网络须满足n 一1 准则。 l o k v