基于GIS的电力系统的设计说明书.doc

基于GIS的电力系统的设计说明书一、课程设计的目的GIS设计与实现课程设计是配合“GIS设计与实现”课程教学而开设的实践环节，目的是让学生深入理解GIS设计与实现课程中讲述的内容，熟悉GIS工程的基本内容和实施GIS应用工程的一般过程；提高学生应用GIS工具分析问题、解决问题的能力。通过本项课程设计，加深对地理信息系统数据结构理解，初步掌握地理信息系统空间数据库的设计思路。熟练掌握一个GIS基础平台的使用方法，包括数据的输入、数据的处理、图形的编辑、数据库设计、空间分析和专题地图的输出等。在此基础上，学会如何利用GIS解决空间问题，为今后综合应用GIS或使用专用GIS系统奠定基础。二、课程设计题目描述和要求2.1课程设计题目的描述针对电力系统可靠性和实时性高，电网结构复杂，数据量大等特点，对电力GIS的网络模型进行了深入研究，并根据分析结果设计和实现了电力GIS 的网络模型。随着经济建设和社会快速发展，电力建设不断加快，电网结构日趋庞大，输电设施日趋复杂，安全运行管理日趋困难。为便于电网管理数据的采集和更新及多系统间的无缝集成，提高电力企业经济效益，必须采用GIS和MIS相结合的技术。将电力与GIS的结合将完美的结合在一起，图文并茂，简便直观，集中运用地理信息技术、计算机技术、数据库技术、网络技术成果，使管理的数据量更大，分析功能更强。利用 GIS进行配电网规划可以实现配网规划的可视化、自动化及地理图形化;使规划的交互性更强;不仅能得出规划网络方案，而且能直接得到网络规划方案的地理接线图;另外，由于地理信息引入规划中，加之 GIS 的网络分析功能，使得规划过程更有效、规划结果更准确。能大力的提高电力系统在城市中的应用，提高电力企业的工作效率以及市场竞争力，将对电力部门有举足轻重的作用。WebGIS技术的进一步应用ebGIS 的广泛的访问范围，平台独立性、系统成本低、更简单的操作等一系列优点，使得WebGIS将得到更广泛的应用。 配电网是供电企业进行电能供应的最末端，直接影响到用电户的生产生活。其特点是点多、面广、线长，设备量大而且分散，设备、线路密度大，网架结构复杂，运行方式灵活多变，管理要求高。供电局亟需有效的技术支持手段来管理如此规模庞大、结构复杂的配电网，因此，配网地理信息系统的建设势在必行。电网生产活动所涉及的信息包括：设备属性类信息、设施地理分布类信息、电网逻辑拓扑结构类信息和电网运行类信息，这4类信息之间的模型结构关系如图1所示。2.2课程设计的要求1）通过对某一GIS行业应用进行系统分析，确定基本需求；2）根据需求分析的结果设计相应的数据库，进行行业应用模型分析，描述相应功能实现的方法； 3）按着规定的格式书写课程设计报告。三、课程设计报告内容3.1可行性分析可行性分析包括理论分析、技术水平、经费估算、财力状况、社会效益、支持程度、进度预测以及其他。首先，针对项目确定问题域并对问题域进行概要的分析和研究，初步确定项目的规模、约束和限制条件其次，针对问题域中的关键和核心问题进行简要的需求分析，抽象出问题域的逻辑结构，并构建逻辑模型 最后，从逻辑模型出发，通过小规模的设计和技术实现论证，探索出若干种可供选择的解决方案，并对每种方案进行可行性方面的论证。 3.2需求分析3.2.1选择分析方法选择GIS结构化分析方法，经常采用自顶向下、逐层分解的系统分析来定电力GIS系统的需求。在此基础上，可以作出电力GIS系统的规格说明，并由此建立GIS系统的一个自动向下任务分析模型。它是将电力GIS系统开发的全过程划分为若干阶段，而后分别确定他们的任务，同时把系统的逻辑和物理模型分开。3.2.2定义需求1.面向对象的数据建模，具有建模规则库、电网图的编辑及输出工具。电力GIS平台包括基本构件层、系统环境层、数据库连接层、图形与数据接口工具层、应用系统层等。分层建立各种数据模型，并建立各层的连接关系。建立地理层信息与设备信息的拓扑和映射关系。电力GIS支持多空间同屏显示和多空间关联建模、多空间索引。2.支持多种图形处理与管理，实现数据的多层映射，多维空间映射，提供完整、准确的地图信息、高精度图片、准确的技术参数，标尺准确，高精确度杆塔位置，按用户需要自动生成专用地图。3.数据搜索快捷、线路图表查询准确和统计功能齐全。电力GIS实现电网数字化描述，其目的是能对电网实现快速查询，及时掌握电网运行状态，快速诊断电网故障，提高处理事故能力，保证电网运行质量以及提高用户服务质量。GIS可对图形数据、可执行图形和属性数据的嵌套操作与映射查询关系运算；根据电力系统提供的配电设备的图形、属性信息与地理位置、地形数据、环境数据、线路走向数据、线路设备历史档案和即时信息，对线路设计方案、施工方案、抢修和停电措施提供决策依据及辅助决策。4.电力GIS能够实现与电网调度自动化系统、电力用户关系管理系统、电力营销系统、电力市场管理系统等应用系统共享相关信息。支持多种管理应用系统的连接，其中包括与企业的MIS系统融为一体。GIS系统中的设备管理对其生命周期衽全过程跟踪，包括对设备信息的查询、属性数据的修改、设备的维修信息管理等。5.电力GIS对信息库进行安全保护，制定管理与使用的安全保密措施和机制，包括内外网络的隔离、重要电力设施电子地图和设备信息数据库的保护等。安全措施在系统总体设计与建设中充分考虑，并严格实施，对应用系统的数据实现多层安全保护，设置用户权限以保证系统资源共享下的安全，使系统能在可靠安全的环境下运行。6.GIS 应用于配电网规划利用 GIS 进行配电网规划可以实现配网规划的可视化、自动化及地理图形化；使规划的交互性更强；不仅能得出规划网络方案，而且能直接得到网络规划方案的地理接线 图；另外，由于地理信息引入规划中，加之 GIS 的网络分析功能，使得规划过程更有效、规划结果更准确。7.WebGIS技术的进一步应用WebGIS 的广泛的访问范围，平台独立性、系统成本低、更简单的操作等一系列优点，便得WebGIS将得到更广泛的应用。8.GIS的深化应用由于 GIS 系统中将配电网络的各种设备台帐的铭牌信息、参数信息、运行信息、维护信息等数据集中管理，并将馈线自动化系统的实时信息、调度自动化系统的实时信 息、配电变压器的实时信息、低压用户实时信息接入其中，可以实现配电网管理系统中的短路电流计算、最大阻抗计算、各条配电线路的负荷预测、系统负荷的负荷预测、配电网络安全性分析等功能，同时通过 GIS 系统具有的强大拓扑结构自动分析、生成功能计算出断电的影响范围、动态阻抗以及辅助给出配电网负荷转移方案，GIS系统还可以同 GPS 卫星定位系统结合，在电子地图上实时反映出抢修车辆或抢修人员所在的具体位置，在故障抢修时能通知距离故障点最近的人员或车辆及时赶到现场进行抢修，这就为用电优质服务提供了一个技术手段。3.3系统设计3.2.1模块和子模块的设计：根据电力地理信息系统的具体要求，结合MAPGIS二次开发平台的特点，将整个系统分成5大功能子系统，分别是地图管理子系统，编辑子系统，数据配置子系统和设置子系统，每个子系统由无数个模块组成。3.2.2系统的组网方案：建立电力网络地理信息系统是一项较大的系统工程，为了保证系统以后的质量及运行效率，系统运行必须有一个适当的网络结构。根据电力系统现行的机构设置和管理模式，充分考虑电力系统在管理和业务等方面的特殊要求，以及系统扩展的要求，系统采用客户机/服务器（Client/Server）结构。服务器与主干网的联络带块在100MHz以上，客户端需要10MHz以上的带宽，如果可能，可以考虑采用双网卡链接主干网上不同的交换机以提高系统的可靠性。为确保系统的响应速度，一个10MHz共享网络上链接的客户端数目最好不要超过10个。服务器内存要求1024MB以上，处理能力达到9000TpmC。为了保证数据的安全性，服务器应具有镜像、热备份、容错功能。为确保备份数据存储在单独的硬盘上，同一备份数据在两个硬盘上进行镜像备份，服务器应配备4个以上硬盘。客户机可以选用Pentium450以上档次的普通微机，内存128MB以上。3.2.3硬件配置：、系统服务器：2台，CPU 400/500MHz，硬盘32GB阵列（SCSI借口），内存512M至1G，显卡4M内存，网卡100M以太网。图形工作站：10台，CPU 400/500MHz，硬盘4B阵列（SCSI借口），内存128256M，显卡8M内存，支持1280*1024或1024*768分辨率（24彩色）。3.2.4软件配置：操作系统平台：Microsoft windows NT 4.0 或 Windows 98;地理信息系统平台：ArcInfo 8.0 for NT、ArcSDE 8.0 for NT、MapObjects 2.0;数据库系统软件平台：DB2 5.0;集成环境：Delphi 5.0 。3.2.5系统安全策略：系统管理员可以建立多个登录用户帐号，不同的用户可以给与不同的权限，这就保证了系统和数据的安全。3.2.6用户界面设计:电力网络地理信息系统加强了用户界面的可操作行，图形宝座界面清晰，采用“所见即所得”的方式来显示，打印和浏览数据，各种输入、输出界面与日常使用习惯完全一致，此外，用户还可以对这些可是区域进行设置和调整，使其适合自己的需求。3.4详细设计 3.4.1详细设计步骤它包括电力GIS数据库设计的概念、电力GIS数据库设计目标、电力GIS数据库设计、电力空间数据与非空间数据连接。3.4.2 功能详细设计（1）.图形编辑部分图形编辑分为两大部分：基础图编辑和电网图形信息编辑。 基础图形编辑：基础图形编辑分为几个方面，主要包括地理图形的分层处理；道路边线及道路中心线编辑；道路图层的属性编辑；建筑物图层处理（小区管理需要）；等高线图层处理（三维分析需要）等。电网图形编辑：按目前的应用需求，电网图形编辑分为高压电网（输电线路）编辑、中压电网（ 10KV线路）编辑、低压电网（380V）编辑、电缆通道编辑、电站模拟图编辑、站址分布编辑、系统图编辑等。（2）功能应用部分 功能应用部分包括信息查询、应用分析、辅助决策、 TCM电话投诉管理、DJM配电工作管理等。1、图形分层显示 由于所有的电力或地理信息图形是分层管理的，因此用户可根据需求来选择在图形窗口看到的信息的内容。系统功能：根据用户需求选择显示或不显示各类图层信息。 2、图形缩放功能对图形窗口的操作，根据范围显示图层信息。系统功能：根据用户需求对图形窗口进行放大、缩小、移动、无极漫游、鹰眼显示等。 3、查询统计查询统计是对图形窗口内各种信息进行各类方式的空间和逻辑查询、检索、统计等操作。这是 GIS系统的最基本功能。4、刀闸模拟操作 在调度的应用管理工作中，刀闸操作是最常用的基本功能。本功能主要用于模拟分析刀闸设备操作后的线路停供电状态。 5、挂牌操作 在调度日常的工作管理中，需要对某些设备或线路做一些特殊标志，用来表示该设备所处的状况，如：正在检修、设备锁定、分类代码等。6、供电源分析 对于错综复杂的中低压供电网络，其中的每一条线都有各自的供电来源，系统通过网络追踪功能，就能分析出每个线路或设备的上级供电源。 7、供电范围分析 供电范围分析包括中压公变供电范围分析和中压电站供电范围分析两部分。 8、线路负荷转移 以环网方式供电的中压电网中，每一条线路常有几条相邻的回路，相邻回路之间以打开方式的开关或刀闸相连。当正常供电的线路开关打开时，由于线路上所供的某些重要用户不能断电，必须合上相邻回路的开关，由相邻回路对其进行供电。这时就必须考虑需转移回路的负荷量、相邻回路的负荷量等一系列情况，提出负荷转移决策的辅助方案，供用户参考。 9、最优化停电方案分析 在线路设备检修或故障保修时，首先要保证所检修的设备处于停电状态，因此必须拉开为检修设备供电的开关或刀闸。但考虑到供电可靠率指标，必须使停电范围最小，所以要根据供电来源方向进行分析，找出影响范围最小的开关或刀闸，给用户一个辅助决策方案。10、停电管理 停电管理包括计划停电管理、故障停电管理、停电通知单打印等。它主要对配电管理业务中两大主要业务进行规范化管理，按日常的业务流程将由于计划停电和故障停电影响的电网状态及影响范围记录在数据库中，为其他的应用分析提供依据。11、电站管理 对于电站接线图及站内设备信息，系统有一个独立的管理模块。该模块包括模拟图信息显示、站内设备信息查询、站内出线设备统计、站内开关操作、站内设备挂牌操作、站内 SCADA信息显示等多项功能。 12、电缆断面分析 电缆断面分析是指对电缆通道做横断面的剖面分析。当用户选择一电缆通道后，图形窗口显示出该通道的剖面图，用户可以看到该通道的孔数和层数的分布状况及电缆的分布状况，并可进一步查询其中电缆的详细信息。13、架空线立面分析 架空线立面分析是对用户选择的段架空线路，分别点取起始杆和终点杆，然后系统将根据该段架空线相类排列情况及气温情况显示其立面图。同时可以查询每档线路的详细信息和电杆信息。14、架空线断面分析 当多条线路同杆架设时，由于线路排列比较密，每条线路的分布情况不宜直观的看出。架空线断面分析就是对同杆架设的多条线路进行断面分析，使用户直观地查询到每条线路的位置及详细信息。15、用户报装辅助决策 用户报装包括中压用户报装和低压用户报装两部分，主要根据用户报装的容量划分，一般情况下， 50KV以下为低压用户报装，50KV以上为中压用户报装。用户报装作为一个独立的应用模块，包含了许多子功能，并包括与用电子系统数据库的接口。16、线路阻抗计算 17、实际线损计算：实际线损计算是对电站出线根据 SCADA系统的实时监测值计算线路的电量损耗值和线损率。 18、理论线损计算 理论线损的计算是选择一个代表日，采集电网上所有的出口开关、入口开关、线路变压器等负荷点的 24小时正点的发电、供电、输出、输入的电流、有功功率和无功功率、电压以及全天电量记录，根据网络拓扑结构，按理论线损计算公式计算每单条线路的理论线损值。19、负荷监控 与各种负控系统联网，在 GIS网上直观显示各负控点分布，查询和分析各负控点的实时负荷信息，查询负控设备台帐和负控用户档案，并能对异常情况进行分析。20、负荷密度分析 根据电网上的用户专用变压器以及配电变压器的分布情况、变压器的负荷状态，在电网规划中建立多种空间分析模型，对电网负荷密度进行空间分析，包括区域负荷密度分析、线路和设备负荷强度分析、线路和设备负荷满载率分析等。21、最佳路径分析模块 最佳路径分析即可作为 TCM故障投诉管理的一部分，也可独立用于模拟故障发生、工程抢险、巡视检测的辅助决策。在故障发生时，为了尽快到达故障地点，工程抢险车就必须选择一条最佳的抢修路径，以迅速到达目的地。在巡视检测时，同时要检测几个地段，怎样使工程车以最有效方式通过所有检测点，也必须以最佳路径分析来辅助决策。22、配电工作管理（ DJM）模块 DJM是系统中的上层应用。在这个系统中，需要由服务器提供GIS信息、用户信息、实时系统数据等。并使用服务器端提供的OLE/COM工具，来使用服务器端使用的各种数据和服务。在DJM中，可以细分为配电网的运行管理、运行工作管理、设备检修管理、配电网档案和统计管理等几个子模块。 23、电网三维分析与应用 三维分析目前主要应用在输电线路上。首先对从地形图中提取的等高线层进行处理，生成 TIN格式数据，在此基础上将高压输电网叠加上来，然后可进行多类分析，如沿某条线路作飞行巡视、高压铁塔三维显示，二维到三维平滑切换显示等。 24、SCADA实时变位监控 对 SCADA系统中所有开关变位信息在后台进行实时监控，一旦有跳闸事件发生，立即触发GIS系统进行电网分析，重新计算电网供停电状况，并在图形窗口推出刷新显示。3.4.3 数据库详细设计（1）空间数据库空间数据主要由地理底图数据、点状设施、线状设施、网络拓扑信息、标注信息等组成。如下图所示。空间数据库地理地图库点文件（.wt）线文件（.wl）网文件(.Wn)变电所变压器开关轩塔线路电缆母线（2）属性数据库根据目前电力行业的实际情况。系统属性数据库主要包括电缆线路、开闭所、配电所、高低压分支箱、环网柜、电杆、高压线路、低压线路、配电变压器、开关器等数据类型，其属性数据库结构如下列表格所示： 表4-1 电缆线路信息表中文名称英文名称字段类型长度可否为空备注电缆编号DLBHCHAR10N电缆名称DLMCCHAR12N安装位置AZWZCHAR12Y电压等级DYDGCHAR3Y35KV,10KV,400KV电缆型号DLXHCHAR12Y允许电流EDDLCHAR4Y直流电阻EDDZCHAR4Y线路长度XLCDCHAR6Y截面积MM2JIEMJCHAR3Y敷设方式FSFSCHAR8Y敷设深度FSSDCHAR4Y资产性质ZCXZCHAR4Y投运日期TYRQCHAR8Y预试日期YSRQCHAR8Y中间接头数ZJJTSCHAR2Y电缆种类DLZLCHAR10Y备注BZCHAR10Y表4-2 开闭所信息表中文名称英文名称字段类型长度可否为空开闭所编号KBSBHCHAR4N开闭所名称KBSMCCHAR12N站点地址ZDDZCHAR14Y占地面积ZDMJCHAR5Y进电压等级JDYDJCHAR3Y进线回数JXHSCHAR2Y出电压等级CDYDJCHAR3Y出线回数CXHSCHAR2Y投运日期TYRQCHAR8Y一次接线图YCJXTBLOBY备注BZCHAR10Y表4-3 配电所信息表中文名称英文名称字段类型长度可否Y为空配电所标号LABELCHAR10Y配电所编号PDSBHCHAR4N配电所名称PDSMCCHAR12N站点地址ZDDZCHAR14Y占地面积ZDMJCHAR5Y进电压等级JDYDJCHAR3Y出电压等级CDYDJCHAR3Y进线回数JXHSCHAR2Y出线回数CXHSCHAR2Y配变台数PBTSCHAR1Y配变容量PBRLCHAR5Y投运日期TYRQCHAR8Y一次接线图YCJXTBLOBY备注BZCHAR10Y表4-4 高低压分支箱信息表中文名称英文名称字段类型长度可否为空分支箱标号LABELCHAR10Y分支箱编号KGZBHCHAR4Y分支箱名称KGZMCCHAR 12Y站点地址ZDDZCHAR14Y占地面积ZDMJCHAR5Y进电压等级JDYDJCHAR3Y出电压等级CDYDJCHAR3Y进线回数JXHSCHAR2Y投运日期TYRQCHAR8Y一次接线图YCJXTBLOBY备注BZCHAR10Y表4-5 环网柜信息表中文名称英文名称字段类型长度可否为空环网柜编号HWGBHCHAR4N环网柜名称HWGMCCHAR12N站点地址ZDDZCHAR14Y占地面积ZDMJCHAR5Y进电压等级JDYDJCHAR3Y进线回数JXHSCHAR2Y出电压等级CDYDJCHAR3Y出线回数CXHSCHAR2Y投运日期TYRQCHAR8Y一次接线图YCJXTBLOBY备注BZCHAR10Y表4-6 电杆信息表中文名称英文名称字段类型长度可否为空备注杆塔编号GTBHCHAR12N杆塔字段类型GTLXCHAR10Y电杆编号DGBHCHAR10Y电杆规格DGGGCHAR10Y挡距DJCHAR8Y杆高GGCHAR2Y用户电缆YHDLCHAR1Y分支下户线有线电缆YXDLCHAR1Y扳线形式BXXSCHAR10Y接线户情况JHXQKCHAR20Y导线规格DXGGCHAR10Y交叉跨越JCKYCHAR2Y与建筑物的距离YJZWJLCHAR3Y垂直、水平与线下及两侧树木距离YXXJLCJLCHAR3Y表4-7 高压线路信息中文名称英文名称字段类型长度可否为空线路标号LABELCHAR10线路编号XLBHCHAR8N线路名称XLMCCHAR8N支线名称ZXMCCHAR12Y分支杆号FZGHCHAR4Y变电所名BDSMCCHAR8Y母线段号MXDHCHAR2Y电压等级DYDJCHAR3Y导线型号DXXHCHAR10Y额定电流EDDLCHAR4Y额定电阻EDDZCHAR4Y线路长度XLCZCHAR6Y杆数GSCHAR4Y表4-8 低压线路信息中文名称英文名称字段类型长度可否为空低压线标号LABELCHAR10配变编号PBBHCHAR8N配变名称PBMCCHAR10Y分支杆号FZGHCHAR4Y电压等级DYDJCHAR3Y导线型号DXXHCHAR10Y允许电流EDDLCHAR4Y直流电阻EDDZCHAR4Y线路长度XLCDCHAR6Y杆数GSCHAR4Y起点杆号QDGHCHAR12Y终点杆号ZDGHCHAR12Y导线排列DXPLCHAR8Y导线根数DXGESCHAR1Y零线型号LXXHCHAR8Y表4-9 配电变压器信息中文名称英文名称字段类型长度可否为空备注配变标号LABELCHAR10Y配变编号PBBHCHAR8N配变名称PBMCCHAR10N配变型号PBXHCHAR6Y配变容量PBRLCHAR5Y安装地点AZDDCHAR12Y用户名称YHMCCHAR24Y馈线编号KXBHCHAR8Y额定电压EDDYCHAR3Y额定电流EDDLCHAR4Y相数XSCHAR1Y接线方式JXFSCHAR8Y总重量ZZLCHAR5Y制造厂ZHIZCCHAR20Y制造日期ZZRQCHAR8Y出厂编号CCBHCHAR14Y分接开关位FJKGWZCHAR1Y计量方式JLFSCHAR8Y高压、地计资产性质ZCXZCHAR4Y投运日期TYRQCHAR8Y表4-10 开关器信息中文名称英文名称字段类型长度可否为空备注开关标号LABELCHAR10Y馈线编号KXBHCHAR8Y馈线名称KXMCCHAR10Y开关编号KGBHCHAR8N额定电压EDDYCHAR3Y10KV,35KV额定电流EDDLCHAR4Y400A,600A,其他开关名称KGMCCHAR18N生产日期SCRQCHAR8Y配用机构P