（计算机应用技术专业论文）基于gis的变电设备管理及电网拓扑分析.pdf

哈尔滨1 二程大学硕+ 学位论文 摘要 变电网络具有设备种类众多、电力线路与地理信息关系密切等特点，减 少故障，提高其可靠性和稳定性，直接关系到用户的生产和生活，近几年， 依托信息技术。提高变电网络的管理质量和管理水平是对电力企业的必然要 求。 地理信息系统( g i s ) 是六十年代开始迅速发展起来的地理学研究技术， 是计算机科学、测绘遥感、地理、环境、空间、信息管理等学科的交叉产物。 研究适合于电力系统、特别是变电网络的g i s 系统及其数据组织方法对于提 高电网供电的可靠性和电网管理的效率，都具有重要的学术价值和实用意义。 目前，作为变电管理系统基础模块的变电网络拓扑分析功能受到越来越 多的重视，高级应用软件的分析计算以及电网运行人员的操作都要依赖于拓 扑分析的结果，然而，般的拓扑分析算法并不能直接应用于变电网络，必 须结合电网自身的特点对算法进行改进。 本文首先对变电设备管理功能进行了深入剖析，分析了设备符号定制功 能的可行性，讨论了设备参数与图形要素关联功能的实现过程。其次，本文 针对“电网结构复杂 以及“设备的种类和数量众多 的两大特点，同时考 虑到为高级应用软件提供原始数据的要求，采用基于g i s 平台的广度优先搜 索法进行拓扑分析。 在理论研究的基础上，本文自主开发了一个变电g i s 系统，并在该系统 的基础上，实现了变电网络拓扑分析功能。最终，通过测试验证了各项功能 的实用性。 关键词：地理信息系统；变电网络；拓扑分析；广度优先搜索 哈尔滨工程大学硕十学位论文 a b s t r a c t s u b s t a t i o nn e t w o r kh a s m a n yt y p e so fe q u i p m e n t s 、p o w e rl i n e sa n d g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nc l o s e l yr e l a t i o ne t ef e a t u r e s ，r e d u c et h ef a u l t ，i m p r o v et h e r e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t y , a l lo ft h i sa f f e c t sd i r e c t l yu s e r sp r o d u c t i o na n dl i v i n g ，i n r e c e n ty e a r s ，m a n yp o w e re n t e r p r i s ed e v o t eal o tt oi m p r o v i n gt h eq u a l i t ya n dl e v e l o fs u b s t a t i o nn e t w o r km a n a g e m e n t g i s ，ag e o g r a p h i c a lr e s e a r c ht e c h n o l o g y , h a sb e e nd e v e l o p e dg r e a t l ys i n c e 19 6 0 s i ti sak i n do fc o m p r e h e n s i v et e c h n o l o g yi n t e g r a t i n gk n o w l e d g eo f c o m p u t e rs c i e n c e ，m a p p i n ga n d r e m o t e s e n s i n g ，g e o g r a p h y e n v i r o n m e n t a l s c i e n c e ，s p a c es c i e n c e ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts c i e n c e t h es t u d yo fg i sa n di t s d a t a - s t r u c t u r ew h i c hi sc o n g r u o u sw i t ht h es i t u a t i o no fp o w e rs y s t e m ，e s p e c i a l l y s u b s t a t i o ns y s t e m ，i sv e r yv a l u a b l ea n dp r a c t i c a lf o ri m p r o v i n gt h er e l i a b i l i t yo ft h e p o w e rs y s t e ma n de f f i c i e n c yo fp o w e rn e t w o r km a n a g e m e n t a tt h ep r e s e n tt i m e ，s u b s t a t i o nt o p o l o g ya n a l y s i sa st h eb a s i cm o d u l eo f s u b s t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e nt h o u g h tl l i g m yo f m o r e o v e r ，t h eu s e o fp o w e ra n a l y s i ss y s t e ma n dt h eo p e r a t i o no fs u b s t a t i o ns y s t e mo p e r a t o r sa l s o d e p e n do nt h er e s u l to ft o p o l o g ya n a l y s i s h o w e v e r ，g e n e r a lt o p o l o g ya l g o r i t h m s c a nn o tb ea p p l i e dt os u b s t a t i o ns y s t e md i r e c t l ya n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f s u b s t a t i o ns y s t e ms h o u l db et a k e ni n t oa c c o u n tt om o d i f yt h ee x i s t e n tt o p o l o g y a l g o r i t h m s 1 1 1t h ef i r s t ，t h i st h e s i sc a r r i e so u ta l l i n - d e p t hs t u d yt o t h es u b s t a t i o n e q u i p m e n tm a n a g e m e n tf u n c t i o n ，a n a l y z e st h ef e a s i b i l i t yo fe q u i p m e n tc u s t o m s y m b o l s ，a n dd i s c u s s e st h ep r o c e s so fr e a l i z ec o r r e l a t i o nf u n c t i o n so fe q u i p m e n t p a r a m e t e r sa n dg r a p h i c a le l e m e n t s s e c o n d l y , s u b s t a t i o ns y s t e mh a st w om a j o r c h a r a c t e r i s t i c s ，o n ei st h a tp o w e rn e t w o r ki sc o m p l e xi ns t r u c t u r e ；t h eo t h e ri st h a t t h en u m b e ra n dt h ec a t e g o r yo fe q u i p m e n ta r eb o t hl a r g e b r e a d t h f i r s t - s e a r c h ( b f s ) a l g o r i t h mb a s e do no l si sa d o p t e df o r t h et w oc h a r a c t e r i s t i c so fs u b s t a t i o n 哈尔滨t 稃大学硕十学何论文 s y s t e ma n dt h eo r i g i n a ld a t ad e m a n do fa d v a n c e da p p l i c a t i o ns o f t w a r e o nt h eb a s i so ft h et h e o r e t i c a lr e s e a r c h w o r k ，t h i sp a p e rd e v e l o p s i n d e p e n d e n t l yas u b s t a t i o ns y s t e m 0 1 1w h i c hs u b s t a t i o nn e t w o r kt o p o l o g ya n a l y s i s i sa c h i e v e d a tt h ee n do ft h ep a p e r , t h ep r a c t i c a l i t yo fa l lf u n c t i o n sw i t h i nt h e s y s t e mi sv a l i d a t e dt h r o u g ht h et e s t i n g k e yw o r d s ：g i s ；s u b s t a t i o nn e t w o r k ；t o p o l o g ya n a l y s i s ；b r e a d t h - f i r s t - s e a r c h 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。 作者( 签字) ：扩卜夺￥ 日期：2 c f 年弓月1 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：争悔辞导师( 签字) 椭圆、 日期：卅年刁月1 日如7 年；月1 日 哈尔滨t 程大学硕士学能论文 1 1 研究目的与意义 第1 章绪论 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 ) 是一种采集、 处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机 系统，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。g i s 被 应用于多个领域的建模和决策支持，如城市管理、区划、环境整治等等，地 理信息成为信息时代重要的组成部分之一。 电力作为国民经济的支柱产业，对g i s 的需求也日益紧迫，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面前的首要问题，然而 面对纵横交错的电网分布、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，也就是如何将各种图形、地图、 数据属性信息统一管理，g i s 技术是解决这些问题的有力技术手段。 地理信息系统能够分析、处理和挖掘海量地理数据。它的优势在于它的 数据综合、地理模拟和空间分析能力，它有以下三个方面的主要特征： 1 地理信息系统具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力； 2 地理空间数据管理由计算机系统支持，计算机程序模拟常规的或专门 的地理分析方法： 3 地理信息系统能快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位、 过程动态模拟和分析。 电力系统与百姓日常生活密切相关，目前也正朝着高度信息化、自动化 的方向发展。电力企业从发电、变电、配电、送电到用电等任何一个环节， 都表现为空间性、复杂性等特点。而且电力系统设备种类众多，电网结构复 杂，改造更新也比较频繁，将g i s 技术引入电力系统后，带来的好处是：将 极大方便电力企业管理。将极大提高电力企业的工作效率，节约企业成本， 增加经济效益，特别是以电力g i s 系统为平台所做的电网拓扑分析，将会为 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 i i m l _ t i i i i i i i i i 宣i i i i i i i i 电力企业管理人员决策提供科学的依据，从而极大提升电力企业的管理水平， 增强电力企业的竞争实力，总而言之，电力g i s 系统发展潜力十分巨大。 本论文主要结合变电过程开展研究，对于变电企业，海量空间数据信息 的准确、快速分析与存储是其业务正常运转的核心。将变电设备多种类、多 参数的复杂性与g i s 技术数据处理的高效率及可视化结合起来，同时，嵌入 线路连通性分析的拓扑分析方法，将为变电过程的信息化管理提供有力支持。 电力企业是一个实时运行的系统，安全可靠性尤为重要，本文将以具体工程 为例，为用户提供在图形上模拟真实环境进行操作的功能，可防止母线短路 等一些故障的发生，提高变电管理的可靠性和稳定性。本课题研究依托黑龙 江省教育厅项目开展，具有重要的理论研究价值、社会和经济效益。 1 2 国内外研究现状 g i s 是当前在全球范围内蓬勃发展的高新技术。它在资源调查、环境监 测、电力、交通、通讯等诸多重要领域发挥着巨大作用，被认为是构建“数 字地球 的基础工程而受到世界各国的广泛关注。 国外变电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 伊m 船i s 应用阶段，建立“数字电网 及 “协同工作环境 为特征的变电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、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a u t o m a t e d m a p p i n g f a c i l i t i e s m a g a g e m e n t 的缩写，它是一种信息化的专用技术，是变电系统自动 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 述和管理变电设备以及电网运行的控制信息。 g i s 在电力领域的应用在国外由于起步早，已经深入应用到电力的许多 方面，例如：市场预测、配电管理、输电管理、规划设施、辅助施工等。e s r i 公司的a r c i n f og i s 系列软件在国外电力方面的用户较多，不能逐一列举，主 要有：b o s t o ne d i s o nc o m p a n y ( 波士顿爱迪生公司，曾荣获全球最佳a m f m 应用奖) 、p e n n s y l v a n i ap o e r & l i g h t ( 宾西法尼亚州普尔照明) 、s p a n i s h u t i l i t y ( 西班牙通用工具) 等。 2 哈尔滨工程大学硕十学位论文 现有的变电g i s 产品的开发平台主要是国外的e s 刚系列产品、m a p i n f o 系列产品、以及国内的g r o w 、超图s u p e r m a p 等。各种平台各有特色，如国 外的e s r i ( e n v i r o n m e t a ls y s t e m sr e s e a r c hi n s t i t u t ei n c 美国环境系统研究所) 系列产品中的a r c i n f o ，通用性强，对地理信息的处理、维护较方便：国内的 g r o w ，在处理速度和效率方面优势明显：m a p i n f o 虽然也有在电力方面的应 用，但要弱一些；国内产品s u p e r m a p 虽然具有价格优势，但从整体性能上 来讲还停留在桌面级产品。 由于变电生产过程的特殊性，即电能的生产、供应和消耗应同时完成， 因而对电力调度、监控、管理在可靠性、高效性、安全性和经济性方面的要 求非常高，g i s 技术完全能够满足上述要求，并提供一个基本平台，更重要 的是能使变电企业已有的s c a d a ，m i s 等在此基础上集成统一。 近年来，国内电力行业的用户也逐渐认识到g i s 在降低信息维护成本、 提高电网信息共享的灵活性等方面为电力企业所带来的诸多利益和便利之 处。在国内，g i s 也拥有众多的用户，如上海四通摩天、东方电子、珠海南 瑞公司等。 随着应用的逐步深入，用户对g i s 的需求也越来越高，空间图形数据的 拓扑关系及分析功能受到用户的普遍关注。空间分析是g i s 的核心和灵魂， 是g i s 区别于一般的信息系统、c a d 或者电子地图系统的主要标志之一。 r o b e r th a i n i n g 曾经对于空间分析给出如下定义：“空间分析是基于地理对象 的空间布局的地理数据分析技术捞。简单地说，空间分析就是利用计算机对数 字地图进行分析。 但目前，只有中国电科院以及其它一些电力部门专门研究g i s 与电力系 统相结合的有关课题，但大多倾向于电力系统本身的信息储存与维护，而其它 一些国内外企业的相关研究又大多倾向于g i s 技术本身的完善与再开发，较少 从算法与软件开发平台相结合的角度去看待系统的整体优化和技术创新。 1 3 论文的主要工作 本论文将从拓扑分析方法研究入手，着力解决变电系统在设备多、要求 高、电网结构复杂的情况下，如何快速实现电网设备安全性、如何迅速准确 哈尔滨工程大学硕七学傍论文 判断线路连通性的问题，同时依据g i s 平台使其实现可视化，为拓扑分析方 法注入新的活力。 1 3 1 主要研究内容 本文研究的主要内容如下： 1 变电接线图拓扑空间数据模型的建立。首先介绍一下接线图的概念， 变电接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足 预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明电力设备之间相互连接关系的 传送电能的电路图。电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀 闸等。 变电接线图拓扑分析算法的关键在于构建合理的空间数据模型。首先自 主开发一个小型系统，在该系统实现用户管理、数据管理、设备图层管理等 功能，在此项工作中将涉及拓扑关系模型的提出和运用。 2 提出一种基于g i s 的电力网络拓扑优化算法。该算法在充分考虑数据 结构合理性基础上，利用g i s 系统提供的网络拓扑数据，快速、准确地得出 分析结果。变电接线拓扑分析功能主要包括三个方面：一是拓扑分析。该项 功能主要是依赖系统提供的点线连接关系以及开关的开闭状态来划分地理图 上的子系统；二是电气全局拓扑分析。该项功能是针对变电网当前的开关状 态从变电站出发对整个变电网络进行拓扑分析；三是电气局部拓扑分析。这 也是正常运行时使用最频繁的一项功能，该功能是首先遍历开关表查看开关 的变位情况，如果没变位则跳过，如果有变位就根据开关当前的开闭状态及 开关所在的位置来具体分析。 3 形成g i s 应用平台，实现变电设备符号定制功能及全过程可视化。 在充分考虑系统间接口技术的基础上，将变电系统中的各种类型电力设 施以图形方式表达，开发出设备符号库功能，并实现系统内的拓扑分析功能， 最终完成整个系统的可视化。 1 3 2 关键技术 变电接线图g i s 系统的构建原理是利用数据库技术把电力设备的空间地 4 哈尔滨工程大学硕十学位论文 i ii i ii f i _ _ i i i i i i i i i 宣 理数据与属性数据联系起来，综合分析与检索空间定位数据，构建具有拓扑 结构和分析功能的空间数据库系统，以实现生产信息与图形的结合。其中将 涉及如下关键技术： 1 按设备分层的拓扑关系模型实现技术。变电网中设备之间有各种拓扑 关系，实际情况就是一个复杂的网。因而要求系统必须具备完善的拓扑关系 管理功能，能准确描述且方便维护这些关系。因此建立一种按图形元素分层 的拓扑关系模型，有利于维护设备相互间的关系，g i s 软件平台运行效率将 大大提高。 2 拓扑结构空间分析的优化算法。g i s 技术支持海量信息和图库的存储 及管理，同时具有强大的空间分析功能。由于变电系统中数据量大、类型多， 各类数据又有交叉复杂的拓扑关系，因此在系统分析时应注意算法的合理性、 准确性和高效率。 3 电力设备符号定制技术。相当于在电力g i s 系统中嵌入制图功能，提 供各种线路及图形绘制工具，用户可将各种设备符号加入符号库，其中涉及 到图形捕捉等关键技术。 4 与其他系统的接口技术。变电网g i s 系统的目标是将s c a d a 、m i s 等整合在g i s 平台上，因此要求g i s 系统能与这些系统进行接口，实现与这 些系统的数据交换。 1 3 3 研究方法 本文采用理论分析与软件实现相结合的研究方法。针对变电网“网状连 接的特点以及“节点、分支，线路设备种类和数量众多 的两大特点，同 时考虑到为更高级应用软件提供原始数据的要求，采用的拓扑分析算法为广 度优先搜索法。 本文打算选择a r c i n f o 的组件产品m a p o b j e c t 作为开发平台，m a p o b j e c t 是控件式g i s 系统，它性能稳定，是目前非常流行的g i s 系统开发平台。但 这个系统没有现成的网络分析功能，为了满足用户的应用需求，须通过二次 开发为m a p o b j e c t 定制网络分析功能，并且必须合理设计分析算法。 同时，电力系统的图形数据需分图层存放，经比较选用了s h a p e 文件来 保存图形数据。每一个图层由三个不同类型的文件组成。 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 s h a p e f i l e 文件是e s r l 支持的三种数据格式之一，是一种数据模型相对 简单的数据格式，不包含拓扑信息。一方面因其简单，可以做到快速显示， 适合对空间分析要求不高的场合使用；另一方面，s h a p e f i l e 是e s r i 公司公 开的数据格式，能方便的和其他g i s 软件进行共享和交换。因此，在综合考 虑性价比的电力g i s 构建中，s h a p e f i l e 仍然是一种常用的数据格式。 s h a p e f i l e 用三个文件来存储数据，其中几何要素数据存放在二进制( s h p ) 文件中，属性数据则存放在d b f 文件中，几何要素数据和属性数据通 ；过唯一的一个标识码进行关联。另外还有一个索引文件( s h x ) ，用于快速 检索几何要素数据。 本文最终选定v b 作为系统开发工具。 1 4 论文的章节安排 本文共分为六章： 第l 章为绪论，简要介绍电力地理信息系统的概念及特点，阐述了课题 的研究目的及意义、国内外研究现状、课题研究方法和章节安排。 第2 章对变电g i s 系统进行了总体设计。分析了该g i s 平台的开发任务， 研究了系统的业务流程，阐述了系统的功能框架，并分析了系统中的数据流。 第3 章介绍了系统开发的g i s 组件技术、捕捉技术、网络拓扑建模和网 络拓扑算法等相关技术。 第4 章研究了变电设备管理功能模块。主要包括：各种设备符号的定制 功能，以及如何录入接线图数据，并将图形数据与属性数据建立关联，查询 设备基础参数等，同时分析了捕捉技术。 第5 章主要研究了在g i s 平台上建立电网络拓扑分析功能。本章把拓扑 分析功能划分为“母线短路分析 和“带电状态分析 两步，通过深入比较 各种网络拓扑分析的算法，并结合变电网自身的结构特点，最终选定基于广 度优先搜索的拓扑分析方法。 第6 章分析了系统的运行环境要求和系统的一些辅助功能，并使用具体 实例测试了基于g i s 平台的变电系统，验证了g i s 系统的各项功能的实用性 及拓扑分析功能的优化，对系统进行了整体测试。 6 哈尔滨下程大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 本章将从业务流程、系统功能描述、数据描述等方面对变电g i s 系统进 行整体介绍，并给出了系统功能模块设计图和数据库表的设计，可以更清晰 地了解系统的整体框架。 本软件的主导思想是：将变电专业的图形数据与属性数据结合起来，图 形数据采用s h a p e 文件，属性数据与变电m i s 系统共享同一数据库，最大限 度地节省用户资源，提高用户工作效率；可根据不同用户设定不同的权限， 确保系统安全：并提供带电状态分析功能，供管理和设计人员决策参考，有 效地指导用户生产，提高用户管理水平，提高企业工作效率。 2 1 业务范围及流程 本课题利用地理信息系统( o l s ) 可以将电力变电设备信息与图形信息相 结合的特点开发的。在系统中按照一系列工作流程将图形数据与设备技术参 数、运行参数组织起来，可以使变电专业管理人员模拟真实设备进行管理操 作。 本系统的预期用户为电力企业中领导层和基层生产单位，领导层主要包 括电力局局长、总工程师，电力局下属科室一调度所，基层单位主要包括变 电工区、一次变电所、二次变电所。日常的操作人员主要为变电工区的各专 业专工及有关领导、各工区技术与管理人员。应根据单位的级别来设置权限， 显示其下属的变电图形数据，系统在设计时，为保证系统信息安全，必须要 考虑访问权限。 ( 3 i s 可以通过网络技术将不同部门、不同工作连成一个有机整体，在一 定权限基础上实现信息的共享。 操作人员主要划分为两种：日常操作人员和系统维护人员。其中，日常 操作人员按用户所在单位来控制权限，级别较高单位的用户权限大，例如： 变电工区的操作人员可以查看该变电工区下属的全部变电所的信息。变电企 业的组织结构如图2 1 所示。 7 哈尔滨工程大学硕十学位论文 图2 1 组织结构图 经过分析，系统的主要业务流程如下： 1 设备符号的定制。系统提供画图工具，用户可将各种类型设备的符号 添加到符号库中。设备大类共包括1 9 种，每种设备所对应的三位编码( 汉) 固定，具体见表2 1 。 表2 1 设备类别表 i设备大类编码设备大类编码 l 变压器 0 0 l 断路器 0 0 2 隔离开关 0 0 3 电压互感器 0 0 4 电流互感器 0 0 5母线电缆0 0 6 避雷器0 0 7 组合电器 0 0 8 电力电容器 0 0 9 电抗器 0 1 0 阻波器 o l l 耦合电容器 0 1 2 消弧线圈 0 1 3 五防装置 0 1 4 直流设备 0 1 5 接地装置0 1 6 ， 穿墙套管 0 1 7 电器套管 0 1 8 1 发电机0 1 9 2 使用定制好的符号，以及各种类型的线路( 主要包括母线和连接线) ， 生成变电所内的接线图。 3 各类设备与m i s 系统设备台帐、参数信息等属性信息建立关联，便于 设备信息的查询。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4 变电接线图的高级应用：对接线图进行拓扑分析，并将结果在图形上 直观的显示。系统整体业务流程图，见图2 2 。 图2 2 系统业务流程图 系统中最主要模块“生成变电所接线图 ，该模块的业务流程如图2 3 。 图2 3 模块业务流程图 其中，图形数据的输入分成两步，首先将变电地理系统中( 图形数据通 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 常存放在s d e 服务器上) 线路层、变电所层等图形数据导入到接线图系统中， 然后在此基础上，使用定制好的符号手动进行录入，最终生成变电所接线图。 图形数据的输出：图形数据的拓扑分析结果可使用不同颜色直接在图上 显示，接线图数据也可根据需要打印输出。 2 2 系统应具备的功能 该系统为用户提供变电设备符号定制工具，将制作好的设备符号添加到 变电设备符号库的功能。用户可输入变电所、所内各种变电设备的图形符号， 并将设备符号与变电m i s 数据库中的设备参数信息关联在一起，使用户通过 选择图上的变电设备符号，就可以查找该设备的设备参数。为用户提供对变 电设备图形符号的维护功能：编辑、分析和打印的功能。功能模块图如下， 见图2 4 。 电力系统由于信息化程度较高，各供电局目前已有m i s 、s c a d a 或其 它信息系统，由于在该方案中使用的m a p o b j e e t 软件采用了c o m 技术，能 够直接将g i s 嵌入到这些系统里去，很好地与其融合。 一。菱电谖蓉管遍及疆墁图g 。1 7 s 京统” 、。毫? 啦。- 彘掘鲰t l * j ，j i ，、f ， 。j “? 。妣? 川* _ ? 赢? 。：v 一? ，i 攒渊圈闼陵鼗强 图2 4 功能模块图 经过初步分析，该系统将划分为九大功能模块，各模块应具备的功能， 说明如下，见表2 2 。 1 文件管理功能 ( 1 ) 开始编辑 若没有用户在编辑图形文件，则连接s y b a s e 数据库，获取最新的图形文 l o 哈尔滨工程大学硕十学位论文 件。并锁定编辑状态，其它用户在此期间只能进行查询操作，无法编辑。 表2 2 系统功能模块说明 序 模块名称 功能描述 号 包括权限管理、日志管理、导入接线图、开始编辑、保存文件、 l 文件管理 结束编辑和图形打印等功能。 包括放大、缩小、全景、漫游等工具，让用户可以随意查看图 2 图形要素浏览 形上的各个位置。 l 提供录入变电所、线路、设备的工具。用户可随意录入变电所 3图形数据录入 内部的母线、连接线和各种设备，生成交电所内部的接线图。 提供复制、剪切、粘贴、删除、移动、拖动拷贝、线路延长等 4 图形要素编辑 工具，让用户可以编辑和处理图形数据。 包括变电所参数关联、线路参数关联、设备参数关联和关联参 5 图形关联 数检查。 根据选择的设备符号查找与该符号关联在数据库中的参数信 6 设备参数查询 息。 7 符号定制为用户提供符号定制，生成符号库的功能。 8 分析功能 包括母线短路分析和带电状态分析。 9 系统设置包括底色设置、显示方式设置、控制设备名称显示等。 若已经有其它用户在编辑图形文件，则当前用户只能等待，等到该用户 停止编辑后，方可开始编辑。 ( 2 ) 保存文件 将对图形要素的修改提交，保存到s y b a s e 库中。 ( 3 ) 停止编辑 退出编辑状态，即释放编辑锁定，其它用户可以开始编辑图形文件。 ( 4 ) 图形打印 提供打印工具，用户可将接线图打印输出。 2 图形浏览功能 ( 1 ) 放大 拉框放大g 拖动鼠标，根据所拉矩形框的范围显示图形，让用户可以随 意查看图形上的各个位置。 中心放大：单击鼠标，按放大系数( 已设定) 放大图形范围，让用户可 以随意查看图形上的各个位置。 i l 哈尔滨工程大学硕十学位论文 i - i i z i iiai it i _ t i i i i i i i i ( 2 ) 缩小 拉框缩小：拖动鼠标，根据所拉矩形框的范围与当前显示范围字段比值 计算出的图形范围显示图形，让用户可以随意查看图形上的各个位置。 中心缩小：单击鼠标，按缩小系数( 已设定) 缩小图形范围，让用户可 以随意查看图形上的各个位置。 ( 3 ) 全景 显示整幅接线图。 ( 4 ) 漫游 沿任意方向平移变电接线图。 3 图形数据录入功能 系统中的图形数据大体分为三层。第一层为变电所层，存放变电单位信 息，各单位被抽象成点型数据；第二层为线路层，存放线型数据，包括母线 和连接线等；第三层为变电设备图层，各种类型的变电设备被抽象成点数据。 变电所：在变电所图层，添加新的变电所。 线路：在线路图层，添加新的线路( 母线，出口线、连接线) 。 设备：在设备图层，添加新的设备( 变压器、隔离开关、避雷器等) 。 4 图形要素编辑功能 ( 1 ) 选择方式 点选：根据鼠标点击位置，选择图形要素。 框选：拖动鼠标，根据所拉矩形框，选择图形要素。 ( 2 ) 捕捉设置 捕捉距离：设置捕捉点与被捕捉设备图形之间的距离 捕捉方式：根据图形编辑的需要，对图形符号的不同组成部分要区别处 理，按捕捉的对象分成多种方式进行捕捉，如边线捕捉、节点捕捉。 捕捉图层：利用图形分层存储的特点，可以对某一图层中的图形进行捕 捉，而不对同一位置的其它图层上的图形产生影响。 ( 3 ) 图形编辑 复制：将选择到的设备图形符号拷贝，保留原图形 剪切：将选择到的设备图形符号拷贝，不保留原图形 粘贴：将拷贝、复制的图形符号粘贴到指定位置 1 2 哈尔滨工程大学硕十学位论文 删除：从文件中删除指定的图形符号 移动：用鼠标拖动被选择的设备符号，放置到图上的合适位置 线路延长：改变回线符号的长度 5 设备参数关联 通过将设备名称、设备编码保存到对应图形信息表中，将变电设备图形 符号与变电设备台帐中的设备参数建立关联，使图形信息和属性信息集成统 一，能够互相查询。 6 设备参数查询功能 根据所选择的设备符号，可查询各类型设备的参数信息。 变压器参数：选择变压器符号，查找与该符号关联在数据库中的变压器 参数信息，设备的附属信息。 断路器参数：选择断路器符号，查找与该符号关联在数据库中的断路器 参数信息，设备的附属信息。 避雷器参数：选择避雷器符号，查找与该符号关联在数据库中的避雷器 参数信息，设备的附属信息。 电流互感器参数：选择电流互感器符号，查找与该符号关联在数据库中 的电流互感器参数信息，设备的附属信息。 电压互感器参数：选择电压互感器符号，查找与该符号关联在数据库中 的电压互感器参数信息，设备的附属信息。 隔离开关参数：选择隔离开关符号，查找与该符号关联在数据库中的隔 离开关参数信息，设备的附属信息。 母线参数：选择母线符号，查找与该符号关联在数据库中的母线参数信 息，设备的附属信息。 耦合电容器参数：选择耦合电容器符号，查找与该符号关联在数据库中 的耦合电容器参数信息，设备的附属信息。 消弧线圈参数：选择消弧线圈符号，查找与该符号关联在数据库中的消 弧线圈参数信息，设备的附属信息。 电力电容器参数：选择电力电容器符号，查找与该符号关联在数据库中 的电力电容器参数信息，设备的附属信息。 7 符号定制功能 哈尔滨工程大学硕士学位论文 单个符号：提供直线、曲线、矩形、圆、椭圆、多边形等画线工具，用 户可将各种设备符号加入符号库。 组合单元：由多个单个设备符号组合而成的符号称之为组合单元，用户 可引入符号库中已有的单个设备符号，配合使用画线工具，生成组合单元。 8 分析功能 ( 1 ) 带电状态分析 根据发电机带电状态和开关闭合情况，进行带电状态分析，将带电线路 与不带电线路区别显示。 ( 2 ) 母线短路分析 根据发电机带电状态和开关闭合情况，对变电所内每条母线进行分析， 若有两电源同时为一母线供电，则该母线短路，给用户相应的提示信息。 9 系统设置 ( 1 ) 底色设置：提供颜色设置对话框，用户可设置图形显示的底色。 ( 2 ) 显示方式：分为两种，按电压等级和按带电状态。 按电压等级，按照线路的电压等级以不同颜色来显示图形； 按带电状态，按照线路、设备是否带电来显示图形。 ( 3 ) 显示设备名称：控制设备名称是否显示。 2 3 系统的数据流 本系统与变电m i s 系统的数据流图如图2 5 。 图2 s 本系统与其他系统的数据流 1 4 织结构代码表 变电设备台帐 哈尔滨 _ 程大学硕十学位论文 本系统内部的数据流图如图2 6 。 图2 6 系统内部数据流 本系统中图形数据按图层来存储，具体分为三层，设备图层，线路图层， 变电所图层。各层数据的属性结构如下，分别见表2 3 ，表2 4 和表2 5 。 表2 - 3 设备层数据属性 序号字段名称含义字段类型备注 1 b d s c o d e变电所编号t e x t标示该设备属于哪个变电所 2b d s n a m e变电所名称t e x t标示该设备属于哪个变电所 3 r y p e 设备类型 l 0 n gi n t e g e rl ：变压器，2 ：避雷器，3 ：断路器， 4 ：发电机，5 ：隔离开关，6 ：电抗 器，7 ：阻波器 4 d y d j 电压等级 t e x t直接输入电压等级；5 5 0 k v 、 2 2 0 k v 、1 1 0 k v 、6 6 k v 、3 5 k v 、 1 0 k v 等 5d d z t带电状态 l 0 n gi n t e g e r1 带电、2 不带电 6b z 设备注释 t c x t 每一个设备的名称 7w h o l e l d块操作标志 l o n gi n t e g e r标志是否进行块操作( 移动、复制、 删除等) 8s b i d每一个设备标识 s t r i n g符号编号加6 位序号 9k g开关显示标识t c ) c t 隔离开关、断路器的开关状态显示： 空值正常显示：l 开关的显示部分， 2 开关的隐藏部分 哈尔滨下程大学硕十学位论文 表2 4 线路层数据属性 序号字段名称含义字段类型 各注 l b d s c o d e变电所编号t e x t 1 所外线路：该线路以哪个变电所为起点， 其编号 2 。所内线路：该线路所属变电所的编号 2b d s n a m e变电所名称t e x t 1 所外线路：该线路以哪个变电所为起点， 其名称 2 所内线路：该线路所属变电所的名称 3 t y p e 线的类型 l o n gi n t e g e r0 所内母线、1 所内非母线、2 所外线路 4 d y d j 电压等级 t e x t直接输入电压等级：5 5 0 k v 、2 2 0 k v 、 i1 0 k v 、6 6 k v 、3 5 k v 、1 0 k v 等 5d d z t带电状态l o n gi n t e g e r1 带电、2 不带电 6b z 母线注释 t e x t1 每一条母线的名称 2 每一条出口线的名称 7腑o l e l d块操作标志 l 0 n gi m e g e r标志是否进行块操作( 移动、复制、删除 等) 8x l b m 线路编号 s t r i n g1 所外线路：该线路的编号 2 所内线路：与出口线相接的所外线路的 编号 9x l m c 线路名称 s t r i n g 1 所外线路：该线路的名称 2 所内线路：与出口线相接的所外线路的 名称 1 0b z w z 回路备注 s h o r ti n t e g e r0 ：左侧或上侧 位置1 ：右侧或下侧 1 ld y b z 电源标志 l o n g ( 9 )0 ：非电源 1 ：电源 表2 5 变电所层数据属性 序号字段名称 含义字段类型备注 lb d s c o d e 变电所编号 t e x t用于保存变电所的编号 2b d s n a m e变电所名称t e x t用于保存变电所的名称 3w h o l e l d块操作标志 l 1 ) n gi n t e g e r标志是否进行块操作( 移动、复制、删除 等) 1 6 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 2 4 系统设计的目标 本系统设计目标如下： 1 提供必要的权限管理 在某一时刻，准许多个用户同时对接线图系统进行查询，但仅准许一个 用户编辑图形数据，以保证数据的唯一性，当有用户开始编辑图形时，数据 立即锁定，只有当该用户提交保存并退出编辑功能后，其它用户方可开始编 辑操作。 2 使企业的管理更加科学规范 本系统采用g i s 最新技术，将大批量图形数据存储在s h a p e 文件中，从 而提高图形检索和存储的速度，全面满足用户的需求，实现现代化的管理方 式。 3 信息一体化 本系统与变电m i s 共享同一数据库，从而实现数据的全局性、可靠性和 实时性，有效地节省了用户的系统资源，真正达到了g i s 与m i s 的数据一体 化。 2 5 本章小结 本章主要介绍了系统的总体设计，从系统业务流程，系统应具备的功能， 系统数据流等几个方面进行了介绍，并介绍了系统设计的目标。 本文的数据库设计，实现了单个实体各类信息的集成和整个电网的信息 集成。最后将各种结果转化成为g i s 图形数据库、属性数据库中相应元件的 属性，应用电子地图输出结果，可使整个系统更直观、更形象、更具表现力。 1 7 哈尔滨_ t 程大学硕+ 学位论文 第3 章系统开发的理论基础及方法 变电g i s 系统的构建原理是：利用数据库技术把电网中电力设备的空间 地理数据与属性数据联系起来，综合分析与检索空间定位数据，构建具有拓 扑结构和分析功能的空间数据库系统，实现属性信息与地理图形信息相结合 的信息管理系统。其中将涉及到一些关键技术。 3 1g i s 组件技术 随着技术进步，g i s 的发展经历了从只能满足某些单独功能到集成式 g i s ，再到模块化的g i s ，核心式g i s ，最后发展成组件式g i s ，如图3 1 所 示。所谓组件式g i s ，是指基于组件对象平台，以一组具有某种标准通信接e l 的、允许跨语言应用的组件提供的g i s 。 o l s 模块 集成式 g i s 模块化 g i s 訾一 图3 1g i s 软件的发展过程示意图 把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多传统 g i s 工具无法比拟的优点。a r c l n f o 中m a p o b j e c t s 组件是一个可嵌入的地图 制图和g i