（电力系统及其自动化专业论文）基于gis的城市高压配电网接线模式比较研究.pdf

a b s t r a c t r e s e a r c ho nc o n n e c t i o nm o d e so fu r b a n h i g hv 0 1 月a g ed i s t i u b u t i o nn e t w o r k s b a s e do ng i s a b s t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sa i li m p o r t a n tp a r to ft h ep o w e rs y s t e m i n o r d e rt om a k et h en e t w o r km o r er e l i a b l ei ns e c u r i t ya n dm o r ea r t i c u l a t ei n s t m c t l1 r e ，i td e s e r v e st od os o m er e s e a r c ho ni t sc o n n e c t i o nm o d e s g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i s an e wf o c u so fp o w e rs y s t e m r e s e a r c h ，w h i c hh a sb e e ns u c c e s s f u l l yi m p l e m e n t e di ns t a t ee s t i m a t i o n a n df a u l ta n a l y s i se t c a p p l y i n gg i si nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gc a n m a k et h ep l a n n i n gr e s u l t sm o r eo b v i o u sa n dp r e c i s e ，w h i c hc a ng r e a t l y i m p r o v ee f f i c i e n c yo fp l a n n i n gw o r k ad i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gs o f t w a r ep a c k a g eb a s e do ng i si s d e v e l o p e di nt h i st h e s i s i t so v e r a l lf l a m e ，i m p l e m e n t a t i o nt h e o r y , a n d d a t a b a s es t r u c t u r ea r ep r e s e n t e di nd e t a i l ，e s p e c i a l l yi t sa l g o r i t h m sa b o u t o p t i m a ll o c a t i o no fs u b s t a t i o n s ，c o n f i g u r a t i o n so fn e t w o r k sa n dd e s i g no f l i n kl i n e su n d e rd i f f e r e n ts u b s t a t i o nf a u l tm o d e s t h i ss o f t w a r ep a c k a g e h a sb e e na p p l i e dt oa n a l y z ec o n n e c t i o nm o d e si nap r a c t i c a lh i 曲v o l t a g e d i s t r i b u t i o nn e t w o r ko f1 1o k vs o m ec o m m o n u s e dc o n n e c t i o nm o d e s l i k er a d i a ls t r u c t u r e ，r a d i a ls t r u c t u r et h r o u g hm e d i u mp o i n t s ，h a n d - i n - h a n ds t r u c t u r e ，t r e es t r u c t u r ea n dl o o ps t r u c t u r ee t c a r ed i s c u s s e da n d c o m p a r e d a t l e n g t h e c o n o m i ca n dt e c h n i c a l c r i t e r i as u c ha st o t a l i n v e s t m e n t ，p o w e rl o s s ，r e a c t i v ec o m p e n s a t i o n ，s h o r t - c i r c u i tc u r r e n t ， r e l i a b i l i t ya r eu s e dt oe s t i m a t ef e a s i b i l i t yo fa l lc o n n e c t i o nm o d e s t h e r e s e a r c hi nt h i st h e s i si se x p e c t e dt og i v es o m eu s e f u lr e f e r e n c et ot h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n g 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 , p l a n n i n g , c o n n e c t i o nm o d e s ，g i s ， s o f t w a r ep a c k a g e 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：云哆 日期：知仍年月je t 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囱，在b 解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名：盆陟 指导教师签名： 日期：嘤年月箩e t 番龆 日期：磷) 调么日 第一章绪论 1 1 城市电网规划简介 1 1 1 概述 城市配电网规划既是城市总体规划的一部分，也是整个电力系统规划的重 要组成部分。随着国民经济的不断发展，合理有效的城市配电网优化规划工作 显得尤为重要。城市配电网规划相对高压输电网而言，其问题更加复杂多变。 它既包括负荷预测、变电站最优选址以及最优供电区域分布等问题，还包括整 个城市网络的最优布置以及电源之间相互连接备用等问题1 。如何更好的进行 配网规划，使其既具有指导性又不脱离该地区的实际情况是一项长期而又复杂 的工作，有待进一步的深入研究。 1 1 2 城市电网规划的任务和要求 城市电网规划应根据城市电力网规划导则的基本要求，以未来负荷预测水 平和电源扩展状况为前提，确定扩建线路的走向、型号及其回数，使扩建后的 电网结构满足指定规划年度内所需要的供电能力，保证负荷用电，运行性能达 到应有的技术标准，同时使建设和运行费用最小，经济效益最佳。 因此，对于城市电网规划应从以下几个方面予以评价： ( 1 )满足对负荷供电的可靠性。输电线路、送变电设备等在正常运行时 不过负荷，单一元件故障仍能连续供电。 ( 2 ) 电压等级合理。适时出现所需要的高一级电压，提高网络的输电能 力，把短路电流限制在与设备相适应的范围内。 ( 3 )网络结构合理。有足够的稳定性，能有效的隔离故障元件，合理分 层分区，按电压等级分层，按电源负荷需求分区。 ( 4 )必须的灵活性。便于分期建设，对未能预见的电源和负荷变化提供 适应能力。 ( 5 )电网接线简明，层次尽量清晰。 ( 6 )对方案进行优选，力求节省网络的建设投资，同时经济运行降低网 损和运行费用。 ( 7 ) 潮流流向应合理，避免网内环流。 1 1 3 城网规划的主要步骤 一般来讲，城市电网规划主要包括以下几个步骤： ( 1 )调查情况，收集资料，生成规划所需数据，包括自然资源和自然条 件，负荷的类型和分布等。 ( 2 ) 对现有数据进行分析和归纳，并进行负荷预测。 ( 3 ) 选定规划参数。 ( 4 ) 根据负荷预测情况进行变电站布点及供电区域优化。 ( 5 ) 网络架线优化。 ( 6 )对形成的网架进行技术经济指标分析。 ( 7 )从各种网架方案中选出最优方案。 1 2 地理信息系统( g i s ) 简介 地理信息系统g i s ( 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 ) 【2 引是介于信息科学、 空间科学与地球科学之间的交叉学科和技术，它将地学空间数据处理和计算机 技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对资源环境、区域规划、 管理决策与灾害防治等方面的有用信息。 地理信息系统技术的创立和发展是与地理空间信息的表示、处理、分析与 应用手段的不断发展分不开的。 最初的地理信息系统主要是关于城市和土地利用的，1 9 7 1 年投入运行的加 拿大地理信息系统( c g i s ) 被认为是国际上最早建立的较为完善的大型实用地 理信息系统。到了8 0 年代，随着计算机软硬件技术的发展和普及，地理信息系 统进入了全面发展和应用阶段。它的应用领域从初期的土地资源环境、地质、 农林业推广到了城市规划管理甚至投资、旅游等政治经济方面。有人对地理信 息系统作了广义的定义，把凡是与地理位置有关的信息系统都称之为地理信息 系统。 g i s 的重要功能主要包括地图及各种专题图的显示、空间查询、空间信息 和属性信息的有机结合等等。地图是反映地理信息的最直接的方式。通过地图， 可以提供比表格和统计图更生动、直观、准确的分析和显示数据的方式，为科 学管理和决策提供及时可靠的依据。 近年来，地理信息系统在电力系统中也得到了广泛的应用。在美国、日本 等科技发达国家，g i s 在配电网络方面的应用早已十分普遍，不仅在自动作图 和配电设备管理方面付之实用，有些已经和s c a d a 系统相连，目前正在研究 如何利用g i s 来实现配电自动化的某些功能 4 1 。将g i s 应用于配网规划也是一 个新兴的课题，值得深入探讨。 2 1 3 课题介绍 1 3 1 问题的提出 为使城市高压配电网结构能够达到网架结构强、结线清晰、层次分明、功 能明确、交换容量大、安全可靠的水平，有必要立足于城市电网现状对其未来 发展模式进行深入探讨研究，以了解可供参考的今后电网的发展方向、趋势。 为此，需要在各水平年对应的负荷密度及负荷分布已知的情况下对城市电网在 该种负荷水平下的网架结构模式等进行分析比较研究，以期对城市电网规划进 行必要的理论指导和论证。 将g i s 引入配网规划，开发基于规划地区地图背景和操作的软件包，使得 规划设计人员可以在友好的人机界面下进行相关的规划工作，从而提高工作效 率和质量是一个比较新兴的课题。目前，已经有不少基于g i s 的电网规划和配 网管理软件包p _ 7 】。这些软件包都或多或少的实现了g i s 的部分功能，却还不 够完善。它们中有的是基于通用的g i s 平台开发的，因此虽然在地理信息处理 方面功能强大，然而由于平台自身过于追求通用性，使得软件包对电网信息的 编辑和处理能力不够，而有的软件包虽然能够准确反映电网特征，却无法反映 该地区的地理信息。因此，有必要开发一套既能准确反映规划地区地理信息又 能同时处理该地区电网信息的配网规划软件包。在此方面，文献 8 】已经作了有 益的尝试，并收到了较好的效果。然而，该软件包无论是适用性还是计算稳定 性方面都还有很多不足，因此，有必要对其进行代码改进和功能扩展，使其功 能更全面，应用更广泛。 1 3 2 本文所做的工作 本文在对国内国外比较常用的配网接线模式进行了广泛研究的基础上，以 华东地区某城市主城区现有网架和负荷为背景，进一步开发和完善了基于g i s 的配电网规划软件包，并在规划地区地图背景上进行相应规划计算，实现城市 高压配电网接线模式的比较研究。 对完全放射状、经中介点放射状、树枝状、手拉手状、环状等几种典型模 式从网络损耗、电压降落、无功优化、短路电流、可靠性和综合投资等技术经 济指标进行比较和分析，确定符合地区实际情况，具有较高安全性、可靠性和 经济性的网络接线方案，为规划地区的网络规划提供有益参考。 3 ， 二一 电j 由i l | 式 第二章配电网的接线模式 2 1国内外常用接线模式 2 1 1 国外主要接线模式 目前国际上许多国家的城市高压配电网的网架结构主要有：放射状、经中 介点的放射状、环形、双环形的环形接线，t 形接线；中压网网架结构主要有： 网孔形的环形接线，纺锤形的环形接线，。4 x 6 ，t 形接线，放射状、经中介点 的放射状接线等。各个城市根据自身的历史、城市发展的情况、供电负荷的密 度及其发展的需要采用了不同的接线方式。 下表列出了部分国外城市电网的接线模式，以供参考。 表2 - 1 部分国外城市高压配电网的接线模式 t a b l e2 一lc o n n e c t i o nm o d e so fh i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k si na b r o a dc i t i e s 国家或城市巴黎伦敦纽约东柏林西柏林芬兰意大利西班牙 电压等级( k v )2 2 51 3 21 3 81 1 01 1 01 1 01 3 21 1 0 电网接线环群放射状环状群状环状袋群状网孔袋 线路类型电缆电缆电缆 电缆电缆 架空 架空架空 从上表可看出，国外大中城市及地区高压配电网采用较广的接线模式有： ( 1 ) 环形接线。这种接线方式采取两端供电，便于转移负荷，可靠性高。在 高压送、配电网中普遍采用。 ( 2 ) 袋群状接线。这是一种操作较为灵活的接线方式，可以通过断路器操作 在环形和放射状之间转换。 ( 3 )放射状接线。采用单电源供电，结构较为简单。在高压和中压配电网都 有较广泛的应用，有时和“t 型接线相结合。 2 1 2 我国配电网常用接线模式 在我国大中城市的高压配电网中，比较常用的接线模式主要包括： ( 1 ) 放射状接线，并常与“t ”型接线结合应用。 ( 2 ) 环形接线。规模较大的城市一般还形成多个环形结构，正常时采取分片 开环运行，在结构上保证能够相互支援，在运行上防止电磁环网。 4 上海交通大学硕士掌位。论- 文第二鼍电用的接缱模式 ( 3 )“t ”型接线，包括单电源和双电源的双“t 和三“t 接线。它使网络 和变电站接线简单，减少占地，从而大大节省投资。适用范围较广，可靠性较高。 当变压器取低负载率时更适合用“t ”型接法。 2 2 常用接线模式比较分析 2 3 1 放射状接线 ( 1 ) 完全放射状 图2 1 完全放射状接线 f i g 2 - 1 r a d i a ls t r u c t u r ec o n n e c t i o n 该接线比较适合当负荷集中在电源附近的情况，它的特点是接线简单，只要 采取适当的措施( 比如变压器采用低负荷率，和t 形接线模式相结合等等) ，可 靠性即可达到要求。当电源站的仓位允许时，由于电源和负荷之间采用直线连接， 其投资也是较省的。但同时，由于负荷直接接在电源站出口，可能会造成其出口 仓位紧张，投资也会相应增加。 ( 2 ) 经中介点的放射状 图2 - 2 经中介点放射状接线 f i g 2 - 2 r a d i a ls t r u c t u r ec o n n e c t i o nt h r o u g hm e d i u mp o i n t s 这种接线是完全放射状模式的变形形式，适于负荷分块集中情况。如果网 络中使用的线路载流量较大，比如一条线路可带两台或两台以上变压器时，若采 用经中介点的放射状接线则可以在不增加电源点( 2 2 0 k v 站) 至中介变电站 上海变通大攀司【士攀位论文 第二幸鼍屯网的接线模式 ( 1 1 0 k v ) 间线路回数的情况下由离终端变电站较近的中介站供电，以缩小线路 长度，同时又减少了电源站的出线仓位，显著提高了经济性。但是，和完全放射 状方式相比，该接线增加了中介站的投资。具体哪种方案的投资更省要视具体网 络情况而定。 ( 3 ) 手拉手状 图2 - 3 手拉手状接线 f i g 2 - 3 h a n d - i n - h a n ds t r u c t u r ec o n n e c t i o n 这种接线适合负荷点沿电源的某一个或几个方向分布情况，通过几条干线向 沿途负荷供电。一般线路开断点设在干线中间( 正常运行时开关处于开断状态) ， 以减小网损并且缩小停电范围。当一侧电源故障时，可以通过倒闸操作由另一侧 电源供电，所以供电可靠性比较高。但由于线路曲折而长度增加很多，所以在提 高了可靠性的同时投资也增大。 ( 4 ) 树枝状接线 8 。酷下 图2 - 4 树枝状接线 f i g 2 - 4t r e es t r u c t u r ec o n n e c t i o n 采用这种接线方式时，部分负荷通过负荷开关支接在主干线上，因此比较适 合于城市架空线、非重要用户和郊区。干线可以分段，以提高供电可靠率。其分 段原则是：一般主干线分为2 3 段，负荷密度大的地区l k m 分一段，以缩小事 故和检修停电范围。 6 上海交逼大掌硕士学位论文第二幸置电用的接或模式 2 3 2 环形接线 ( 1 ) “万 形接线 图2 - 5 “7 ”形接线 f i g 2 5 万s t r u c t u r ec o n n e c t i o n 这种接线模式采用单一电源供电，由电缆构成环式。每个用户入口都要装 设负荷开关，保证当一段电缆故障时把它的两端断开，由其他线路供电。由于从 一个变电站向另一个转供负荷，所以变电站的高压侧不宜采用内桥接线，只适合 采用单母线接线。因此，变电所的高压接线较为复杂，供电可靠性不高。该接线 方式只宜在负荷密度低，供电面积大的区域采用。 ( 2 ) 单环形供电的接线模式 图2 - 6 单环形接线 f i g 2 - 6s i n g l el o o ps t r u c t u r ec o n n e c t i o n 该接线方式比上述“石 形接线多了一侧电源，因此高压变电站故障时，用 户不受影响。环网中的断路器、电缆备用容量为5 0 ，正常时最大负荷只能达到 该电缆安全载流量的1 2 。 电源可以取自不同变电所的母线，这样可靠性更高。没有条件时也可取自同 一段母线，可靠性也相应降低。 7 上海交通大攀硕士掌位论文 第二幸配电网的接线模式 ( 3 ) 双环形接线 图2 - 7 双环形接线 f i g 2 - 7 d o u b l el o o ps t r u c t u r ec o n n e c t i o n 每台配电变压器可从两个独立环取得电源，按双“t ”连接。从理论上来说， 这种接线模式的供电可靠性很高，但造价过高，故很少采用。 ( 4 ) 网孔状接线 图2 - 8 网孔状接线 f i g 2 - 8 r e t i c u l a rs t r u c t u r ec o n n e c t i o n 可见，网孔状接线是由几个环形接线组成的接线形式，而且多数情况下采 用多个电源供电。当环形区域面积较大时，可以采用该接线方式，分片成环，既 可提高供电可靠性，又可限制短路电流。该接线模式的操作方式也较灵活。当网 中的断路器全部打开时，成为袋状接线，即每个变电站由单个电源供电。而当部 分断路器闭合时，则形成群形接线，即每个变电站由多个电源供电的接线形式。 上海交通大掌司e 士掌位论文第二章配电用的接线模式 ( 5 ) “4 x 6 接线 这种接线因由4 个节点，6 条线组成而得名，最先是由美国纽约州3 5 k v 电 网采用的。该模式的特点是可靠性较高，经济效益也较好。这种接线模式的电源 站低压侧采用单母线单元式接线。正常运行时，每条线路的中间断路器全部断开， 由每台变压器的低压侧分别向3 条负荷线路供电。任何一个电源故障时，受影响 的3 条线路可以通过闭合中间断路器转由其他3 台变压器供电。这样，变压器的 可用率很高，大大减少了系统备用容量，节省了建设投资。另外，由于正常运行 时，每条线路的中间断路器断开，其故障范围被限制在一个电源供电范围内，对 于提高可靠性和限制短路电流也是有益的。所有上述效益都是由网内各电源的相 互支援取得的。但也不是所有地方都能采用这种接线方式的，该接线方式对于电 源站和负荷点的地理位置分布有一定的要求。 图2 - 9 。4 x 6 ”接线 f i g 2 - 9 。4 x 6 ”c o n n e c t i o n 2 3 3 “t 一形接线 “t 形接线在我国的大中城市中应用较广，有着较为丰富的运行经验。“t 形接线有以下几种形式： ( 1 ) 单电源双回t 形接线 图2 - 1 0 单电源t 形接线 f i g 2 1 0s i n g l e s o u r c e d “t s t r u c t u r ec o n n e c t i o n 该接线的特点是结构简单，运行灵活，投资较省。变压器高压侧为线路一 变压器组接线，架空线和电缆线均适用。 9 上簧i 交通大攀硬士攀位论文第二幸置电用的接线横式 ( 2 ) 双侧电源双回t 形接线 当有条件时，可将单电源双t 发展成双侧电源。这样，供电可靠性大为提 高。正常时只有一侧送电，一侧电源退出时另一侧电源自动投入。 ( a ) ( b ) 图2 - 1 1 双“t ”接线 ( a )双电源双“t ”接线：( b ) 双电源分段双“t ”接线 f i g 2 - 11 d o u b l e t s t r u c t u r ec o n n e c t i o n ( a ) d o u b l e - s o u r c e dd o u b l e 叩c o n n e c t i o n 嘞d o u b l e - s o u r c e dd o u b l e 叩c o n n e c t i o nw i t h s e c t i o n si nb u s 双电源双“t ”接线有两种形式，如图2 1 l 所示。图中( a ) 、( b ) 两种接线 的区别在于变电所的进线方式不同，前者是单线从线路t 接进变电所，而后者在 t 接处破口，即通常所说的“破进破出 。这样做的好处是把线路分成了3 段， 限制了故障范围，从而提高了运行的可靠性和灵活性，便于线路的检修。 在实际运行中，“t 形接线常和放射状接线结合起来，以提高供电可靠性。 具体接线如图2 1 2 所示： 图2 - 1 2 双。t ”放射状接线 f i g 2 - 1 2 d o u b l e t ”r a d i a ls t r u c r n ec o n n e c t i o n 1 0 第= 章置l 的基地权走 2 4 小结 本章主要介绍了国内外城市高压配电网常用主接线模式的定义和特点。通 过上述分析和比较可知，各种接线模式都各具特点。放射状的接线一般结构简 单，便于操作，且投资较省，但可靠性比每个节点由双电源供电的环状接线较 低。环状接线便于转移负荷，可靠性高，有利于防止大面积停电，同时也引起 了投资费用的增加。 可见，电网可靠性的提高必将意味着网络投资的增加，反之，减少电网投 资费用，则必然以降低网络可靠性为代价。因此所谓的“最优”模式是在一定 条件下的最优，应兼顾考虑技术性和经济性指标，在两者之间找到平衡。 第三章l 于g i s 的t 朋麓翘软件包 第三章基于g i s 的配网规划软件包 3 1 引言 为了实现g i s 在配电网规划中的应用，本文在前人所做工作的基础上进一步开 发和完善了基于g i s 的配网规划软件包。软件包是在w i n d o w s 9 8 或w i n d o w sn t 环 境下，采用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 5 0 语言编写的，数据库采用中型数据库管理系统 s q ls e r v e r 作为数据平台。本章将从软件包的总体结构、g i s 功能的实现原理以及数 据库的构成三大部分介绍软件包的功能和原理。 3 2 软件包的总体结构 由于本软件包主要用于辅助城市高压配电网络接线模式的决策，因此，根据其 要求，软件包采用模块化设计，分为地理信息模块、电网信息模块、数据库接口模 块以及规划计算模块四个部分。 软件包的总体结构如图3 1 所示： 图3 - 1 软件包的总体结构 f i g 3 - 1 s t r u c t u r eo fs o f t w a r ep a c k a g e 1 2 第三章l 于g i s 的配用规划软件电 3 2 1 地理信息模块 地理信息模块用来实现g i s 功能，在规划地区地图背景上显示负荷分布、线路 走向、变电站参数等与规划相关的地理信息。 地图是实现g i s 功能的基本元素，所有关于地理信息的操作都是在地图背景上 实现的。软件包的地图背景是通过电子地图导入的。目前，多数电力规划部门都拥 有或从测绘部门获得由a u t o c a d 软件绘制的电子地图。d x f 文件 9 1 是c a d 的一 种存储格式，它的特点是便于绘图数据交换。因此，本软件包通过读取d ) ( f 格式的 电子地图文件实现地图的导入。 一般电子地图主要包括街道、河流、山区、建筑等信息，但从计算机技术角度 来看，地图中主要有点、直线、多义线、圆和圆弧等地理信息基元，而d x f 格式文 件的e n t i t y 字段中就是记录这些基元信息的。软件包可以通过自身定义各类相应 基元，从d x f 文件中读入这些信息，从而实现地图导入功能。 有了这些地理信息基元，就能够很方便的实现地图的显示、缩放、漫游等基本 g i s 功能，以及在上面显示相关专业接线图等。 3 2 2电网信息模块 电网信息模块的主要任务是：以电子地图为地理平台，通过可视化的操作，方 便用户创建、修改电网，并负责电网信息的存储和管理。 在进行规划计算时，先从数据库中读取现有变电站和线路数据，并将其分别保 存在c o b l i s t 类定义的列表中。这些原始数据都包含地理位置信息，经过负荷预测 和变电站布点计算后得到规划新建站点和线路信息，也将其保存到所定义的列表中， 最终通过图形界面显示出来。如规划结果明显不合理( 如规划变电站位置处于湖中 或该处根本无法新建变电站) 或根据实际情况需增加或减少变电站数量，则可对规 划结果进行相应的人工干预，手动修改、添加或删除部分规划结果。最后再从图形 界面读回所有站点和线路信息，在此基础上作潮流、无功、短路电流以及可靠性等 计算，并可作为以后水平年规划的已有信息存入数据库。 3 2 3 数据接口模块 软件包的数据接口模块主要完成数据库和其他各模块的连接工作，实现数据的 提取、共享、存储以及维护功能。 考虑本软件包的特点和适用对象，软件包采用s q ls e r v e r 数据库进行开发。由 于s q l 的网络特性，软件包采用了客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构，可在网络环 境下运行。用户可通过不同的级别身份登陆，进行相应权限的操作，从而保证了数 据的安全性。 第三章t 于g i s 的置一曩刈敏件包 数据接口模块通过标准s q l 语言实现数据的读写，可移植性较强。且由于数据 与计算模块严格分离，数据的增删和改动都无需改动计算程序。 为了便于维护，软件包采用面向对象技术存储和管理数据信息。不同类型的元 件对应c + + 中不同的类。每个类都具有自己的属性和数据，对应相应的操作，具有 独立的数据存储能力。 3 2 4 规划计算模块 规划计算模块包括负荷预测、变电站布点及线路优化、潮流计算、无功补偿、 短路电流计算、可靠性指标计算等城网规划的基本计算内容。 负荷预测部分包含自回归、时间序列、s 曲线、模糊等多种负荷预测模型。用 户可选取不同模型进行预测计算和比较，最终根据研究地区的社会经济发展情况分 析得出规划水平年份该地区的负荷需求。 在此基础上，通过计算比较各负荷分区的负荷水平和现有供电能力以及用户提 供的一些基本参数( 如拟用主变台数、容量等) ，得出所需新建变电站的个数和位置。 然后利用运筹学中最短路径原理对待选线路进行优化筛选，使得线路总体长度最短， 以达到最佳经济效益。 为了达到一定的可靠性标准，配电网络必须闭环设计，因此还应考虑设置站间 联络线。联络线的优化方法大致与网络干线相同，只是还应针对不同的网络接线模 式，综合考虑负荷转移率、变电站出线回数等因素的限制。 网架形成后，还需对其进行无功补偿、潮流及短路电流计算、“n 1 ”故障检验 以及系统平均供电可靠率( a s i d i ) 、系统平均停电时间( s 础d i ) 等具体可靠性指标 的计算，以完成对规划结果的评估。 该模块具体计算原理参见本文第四章。 3 2 5 模块间的相互调用 由图3 1 可以看出各模块之间的相互调用和传递关系。用户首先通过图形用户界 面调用电子地图，并且可以在上面显示和编辑已有网架信息。然后调用规划计算模 块中负荷预测、变电站布点等子模块进行相应规划分析。若对规划结果不满意，也 可调用电网信息模块对规划结果进行人工干预。 地理信息模块、电网信息模块以及规划计算模块等几个功能模块都是通过数据 接口模块与数据库进行数据传递的。用户也可直接对数据库进行查询和修改，这些 操作和在软件包中对数据库的修改是等效的。 计算模块中各子模块之间没有相互调用。比如潮流计算模块不能调用无功优化 模块的数据和函数成员。子模块之间的数据必须通过数据库或者电网信息模块传递。 这样便于软件包的维护和功能的扩展。 1 4 第三l 子g i s 的置一规越赣件龟 3 3 软件包的流程图 软件包的运行流程图如图3 2 所示： 读入数据库原始数据 + 导入电子地图 负荷预测 变电站布点 选择接线模式 图3 - 2 软件包运行流程图 f i g 3 - 2f l o wc h a r to fs o f t w a r ep a c k a g e 3 4g i s 功能的实现原理 3 4 1 主要功能 本软件包实现的g i s 基本功能包括： ( 1 )以地理图形为背景，在背景图上生成各种专业接线图，如地区电网现状 舅曙u t | z 卜g i s 的民一删l 蠢p 包， 图、规划图、变电站和发电厂电气接线图等。 ( 2 )支持地图漫游、无级缩放功能。 ( 3 )具有地图导航功能，使用户方便的实现地图定位。 ( 4 )地图分块，减少无谓搜寻，提高显示速度。 ( 5 ) 显示和编辑规划结果。 ( 6 )可绘制和打印各种接线图。 该模块的结构如图3 3 所示： 图3 - 3 地理信息模块的执行流程图 f i g 3 - 3 e x e c u t i v ef l o wc h a r to fg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o nm o d u l e 3 4 2 坐标变换 如前文所述，地图信息是通过d x f 文件读取的。而d x f 文件中的地理信息是 以二维坐标系的坐标表示的，如点p 可表示为( p x ，p y ) ，其中p x 、p y 分别指点p 的 x 、y 坐标。同样，w i n d o w s 系统中窗口也有它自己的坐标系统。但是，这两种坐标 系是不同的。为了能够将地理图在窗口中正确显示，必须在这二种坐标系统之间建 立一一映射关系。这两种坐标系的映射关系如图3 - 4 所示。其中窗口客户区中的点o 对应地图坐标系的点o ，窗口客户区的地图区域a b c d 对应地图坐标系里的地图区 域a _ b c d 。 1 6 】l r - - - tl 于g i s 的配一规划软件电 0 y 图3 - 4 坐标系之间的映射关系 f i g 3 - 4m a p p i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt w or e f e r e n c e 两个坐标系之间的坐标转换公式为： x 2 x * m _ f v i e w r a t i o + ml o g i c o r g x( 3 1 ) y 2 y * m _ f v i e w r a t i o + 皿- l o g i c o r g y( 3 2 ) 式中，x 、y 为窗口坐标，x 、y 为相应地图实际坐标。变量m _ l o g i c o r g 表示窗 口客户区中点0 的坐标，而变量mf v i e w r a t i o 指窗口坐标系里的地图区域与地图坐 标系中地图区域之比。 3 4 3 地图的显示 程序在实现地图显示时，首先定义一个名为c d r a w o b j e c t 的基元类，用来从d x f 文件中读取点、直线、多义线、圆和圆弧等地理信息。该类中定义一个名为r e _ s h a p e 的枚举型变量，用来表示读入基元的类型。 以下以“圆 基元的显示原理框图为例，说明地图显示的算法原理： 读取基元类型信息 厶否 7 读取圆心o ( x ，”、半径r 信息 将圆点坐标按式3 1 、3 - 2 转换为窗口坐标o ( x ，y ) 0 在窗口坐标系中以o 为圆心，r 为半径画圆 延多 图3 - 5 地图显示流程图 f i g 3 - 5 f l o wc h a r to fd i s p l a y i n gm a p 1 7 第茸牵t 于g i s 的e 用麓棚赣伟包 画直线、圆弧、多义线等地理基元的原理与此相同，在此不一列举。这样， 通过读取d x f 文件中的每一个地理基元，并将其画在用户窗口中，即可将整个地图 显示出来。 3 4 4 地图的缩放和漫游 地图的缩放和漫游是图象处理的重要组成功能。 用户实现缩放功能时，用鼠标在地图上划定一个矩形，则该部分元素将被放大 成全屏幕显示，以方便用户更好的观察该区域的基元信息。该功能的实现原理如下： 读取划定矩形左上角( x l ，y 1 ) 和右下角( x 2 ，y 2 ) 坐标 将其按式3 1 、3 2 转换为地图坐标( x l ，y l ) 、( 】( 2 ，y 2 ) 比较两个坐标，求取矩形的长l ，宽m 将l 、m 与原窗口矩形的长宽比较。改变窗口放大比例 + 按新比例将( x l ，y l ) 、( ) 2 ，y 2 ) 转换为窗口坐标 重绘划定矩形部分 图3 6 地图缩放流程图 f i g 3 - 6 f l o wc h a r to f z o o m i n gm a p 地图漫游实际上是将地图中看不见的区域移进窗口客户区，使用户能够详细了 解该区域的信息。其实现原理与地图缩放基本相同，只是缩放不改变窗口坐标原点 而改变窗口放大比例，而地图漫游则恰恰相反，只改变坐标原点而不改变窗口放大 比例。 3 4 5 规划结果的显示和编辑 软件包导入地图后，可在原地图背景上显示和查询现有网架结果。进行规划计 算后，如用户选择“显示规划结果 时，要在地图上显示规划计算结果。软件包分 别定义了c o b l i s t 类型的p n o d e l i s t 和p l i n e l i s t 两个列表，用来存储和表示变电站 和线路信息，然后将其绘制在用户窗口中。显示原理同3 4 3 小节。 当用户对规划计算结果不满意时，可进行人工干预，手工对规划结果进行调整。 如对变电站位置的修改，有“移动 、“增加”、“删除 三种操作，使规划结果更加 符合实际情况和需要。以“移动为例，用户鼠标点击所需移动的变电站，移动至 目标位置，再松开，则可将该站移至理想处，以便后面的网架规划等计算。以下是 “移动操作的实现原理： 1 8 摹三章t 于g i s 的l 用籼赣咆 读取变电站信息，将其设为编辑状态 j 将该站坐标转换为地图坐标 图3 - 7 移动变电站操作流程图 f i g 3 - 7 f l o wc h a r to fm o v i n gs u b s t a t i o n 3 5 软件包的数据库设计 3 5 1 软件包的数据关系 根据软件包所需实现的功能，软件包的数据由反映地图信息的地理信息基元和 用于实际规划计算的电网信息基元构成，数据之间的关系如图3 。8 所示： c o b j e e r ( 软件包对象) c d r a w o b j e c t ( 地理信息对象) c d r a w p o i n t ( 点) c d r a w l i n e ( 直线) c d r a w a r c ( 圆弧) c n e t w o r k o b j e c t ( 电网信息对象) c p o w e r p l a n t ( 发电厂) c p o w e r s t a t i o n ( 变电站) c p o w e r l i n e ( 线路) 图3 8 软件包的数据结构 f i g 3 - 8 d a t as t r u c t u r eo ft h es o f t w a r ep a c k a g e 1 9 第量章于g i s 曲t 一囊刈赣件包 地理信息基元用来从d x f 文件读入地理信息。其实现原理如前文所述。 电网信息基元则用来反映实际电网对象，通过读取数据库得到规划所需数据， 并将规划结果存入数据库。电网信息基元主要由“点”和“线”构成。“点用来表 示发电厂和变电站，它的数据成员包括节点名称、节点类型、坐标、有功、无功、 电压等级以及“新、旧”信息等。“线”则表示已有和规划走廊，它的数据主要有： 线路编号、首尾节点号、电压等级、线路回数以及线路阻抗等信息。 3 5 2 数据表的定义 如上节所述，数据库中主要存储用以规划计算的基本数据。根据电网信息基元 的特点，将数据库分为变电站参数表、线路参数表、变电站综合造价表、线路造价 表、负荷预测数据表、规划常量参数表、可靠性参数表等7 个表。 各表中字段及其定义如下： ( 1 ) 变电站参数表 变电站序号，变电站名称，变电站编号，负荷块号，横坐标，纵坐标， 容量，台数，电压等级，新旧标志，功率因数，容量比，有功负荷，无 功负荷； ( 2 ) 变电站综合造价表 电压等级，台数，容量，综合造价，每仓位造价； ( 3 ) 线路参数表 线路序号，线路名称，线路编号，首节点号，尾节点号，电压等级，回 数，单位电阻，单位电抗，新旧标志，功率上限； ( 4 ) 线路造价表 线路编号，单位长度造价，长度，载流量： ( 5 ) 规划常量表 功率因数，负荷同时率； ( 6 ) 负荷预测数据表 ( 7 ) 可靠性参数表 节点：编号，故障率，修复率，计划检修率，计划修复率； 线路：编号，故障率，修复率，计划检修率，计划修复率； 3 6 小结 本章主要介绍了基于g i s 的配电网规划软件包的总体结构，g i s 功能的实现原理 以及软件包的数据库设计等内容。通过上述介绍和分析，可以得到以下结论： ( 1 ) 软件包能够同时反映规划地区地形特征和电网信息，与传统规划软件相比， 规划结果更直观，所反映的信息更准确，更广泛，且界面友好，操作简单，有利于 2 0 第置章l 于g i s 的e 用规划赣件包 规划设计人员提高规划效率。 ( 2 ) 本软件包实现了地图漫游、无级缩放、元件查询等g i s 的基本功能，为g i s 在电力系统中的应用做了初步探讨。 ( 3 ) 软件包便于人工干预，手动编辑规划结果，更加适合实际规划项目。 ( 4 ) 软件包各功能模块相对独立，便于功能的维护和扩展。即使g i s 部分出现 故障无法运行，软件包仍能完成规划计算任务，且计算迅速、稳定。 2 l 第四章配电网规划的算法原理 4 1 研究的前提 为了使研究具有实际意义，在进行研究时，应对一些边界条件作出规定。根 据我国城市电力网规划设计导则等技术规定，对本次研究具有影响的计算边界条 件如下： ( 1 ) 各电压等级主变容量 由于负荷增长而新建2 2 0 k v 变电所、1 1 0 k v 变电所的主变台数、容量( 单台) 表4 - 1 各电压等级主变容量 t a b l e4 - 1t r a n s f o r m e rc a p a c i t yo f e a c hv o l t a g el e v e l 电压等级2 2 0 1 1 0 1 0 k vl1 0 1 0 k v 主变台数( 台)2 或32 或3 主变容量( m v a ) 1 8 05 0 ( 2 ) 配电网规划中所采用线路参数 表4 - 2 规划所用线型参数 t a b l e4 2p a r a m e t e r so fl i n e s 电压等级线型r ( q k m )x ( q k m )i m a x ( a )造价( 万元k m ) 1 1 0 k v 架空线l g j 一1 8 5 o 1