GIS平台电网规划辅助决策系统开发与应用

1、GIS 平台电网规划辅助决策系统开发与应用陈 健 1, 万国成 1, 孙冠男 2, 刘文革 1, 姚 硕 2(1. 广东电网公司广州供电局 , 广州 510620;2. 天津天大求实电力新技术股份有限公司 , 天津 300384摘要 :针对以往电网规划 主要以历史发展情况为基础 , 通 过规划人员 的经验 判断得 出结论 的现状 , 文中 研究 开发了新一代基于地理信息 系统 G IS(geo gr aphic info rmation system 平台 的电网 规划辅 助决策 系统。 系统 以先进的规划理论、 规划方法为指导 , 以 G IS 技术为基础 , 实现与 其他基础 电力系统数

2、据库共享 与交换 , 具有 技术先进、 智能化程度高、 实用灵活等特点。在广州供电局的实际应用表明 , 该系统能够有效提高规划工作的 科学性、 实用性和及时性 , 为电网规划的管理与决策提供可视化的操作平台。关键词 :地理信息系统 ; 电网规划 ; 辅助决策 ; N 1校验 ; 综合展示平台中图分类号 :T M 769 文献标志码 :A 文章编号 :1003 8930(2010 06 0099 05Development and Application of GIS Platform Decision making S upport System for Power Network Plann

3、ingCH EN Jian 1, WAN Guo cheng 1, SU N Guan nan 2, LIU Wen ge 1, YAO Shuo 2 (1. Guangzhou Pow er Supply Bureau, Guangzhou 510620, China;2. Tianjin T DQS Electric Pow er New T echno logy Co. , LT D. , Tianjin 300384, ChinaAbstract:T raditio nal po wer netw ork planning mainly depends o n the histor y

4、 dev elo pment of a cer tain area and the experience of the planners. A new g ener ation of GIS based decision making suppo rt system for pow er net wo rk planning is pr esented in o rder to over come t he limitatio n and deficiency of traditional po wer netwo rk plan ning. Due to its adv anced plan

5、ning theor y and metho ds, G IS based techno lo gy and po wer ful int erfaces w ith other basic dat abases of pow er system, the intr oduced system has the char acteristics o f advanced techno log y , high intelligence, practicality and flex ibility. Further more, t he system has been successfully i

6、mplemented in po wer system planning o f G uang zhou Electric Po wer Bur eau. T he results ver ify that the intr oduced system can no t only impro ve the scientificity , practicality and speediness of po wer netwo rk planning effectively , but also prov ide v isualizatio n platfor m for manag ement

7、and decision-making o f po wer netw or k planning.Key words:geog r aphic info rmatio n system (GIS ; pow er netw ork planning ; decision making suppo rt; N 1 check; integ rated display platfo rm城 市 电 网 规 划 工 作是 一 项 复 杂 的 系 统 工 程 1, 具有数据量大、 不确定因素多、 涉及领域广以 及更新变化快等特点。 这些复杂性使得单纯由规划 人员依靠以往的工作经验已无法满足实际工作要

8、 求。 我国规划工作正处在规划辅助决策系统结合专 家干预到日 常化规 划与规 划平 台相 结合 的过渡 期 2, 规划工作日常化作为规划发展方向为规划工 作提出了新的需求和挑战。国内已有不少成熟的商业软件应用于电力系 统的规划设计领域 , 许多学者也对城市电网规划辅 助决 策进 行 了有 益探 索 , 并 取得 较 好的 研究 成 果 37, 11。 但是 , 随着城市电网规划的发展 , 目前的 电网分析、 规划软件逐渐显现出局限性 :(1 不能 很好地与其他软件集成 , 接口单一、 不够开放。 以往 规划软件仅仅是个独立的软件包 , 并没有嵌入到电 网公司整个信息系统 , 不具备规划数据的自

9、动采集第 22卷 第 6期 2010年 12月 电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报P ro ceedings of the CSU EPSAV o l. 22N o. 6 Dec. 201030; :2009 10功能 , 难以解决规划工作日常化中规划基础数据提 取问题。 (2 缺乏成熟的规划 GIS 平台。 传统规划 软件多以 CAD(AUT OCAD, 三维辅助设计软件 为图形平台 1, 图形平台的局限性使得软件不支持 海量数据 , 并难以 建立数学模型和 实现对象化设 计。 (3 规划 功能不够 强大 , 难 以支持日 常使用。 (4 规划功能不够完整。 城市的不断发展使得电网

10、通道资源日趋紧张 , 而以往规划软件并不具备较为 完整的电网管线资源规划管理功能。本文介绍的基于 GIS 的广州电网规划辅助决 策系统正是为了解决传统规划软件的局限性而研 究开发的。1 系统结构本系统从体系结构上为客户端 /服务器模式 C/S(Client/Server 结构 , 分为四个层次 :数据存 储层、 平台层、 应用层、 表现层 , 如图 1 所示。图 1 系统体系结构Fig. 1 System architecture数据存储层 服务器采用 Oracle 数据库 , 同 时系统支持 Access 数据库 , 主要负责数据的存储 ; 主要存储业务信息数据 , 包括结构性数据和文件式

11、的非结构性数据。 其中空间数据存储 , 也由 Access 数据库承担 , 大大提高数据存储的安全性和提取的 稳定性。平台层 平台 层主要是客户 端底层 GIS 平 台 , 选取 GIS 平台是 ArcGIS(ESRI 出品的地理信 息系统系列软件名称 平台 , 它提供了大量的应用 程 序 编 程 接 口 API(applicatio n prog ram ming interface , 方便上层应用开发。 采用公共信息模型 CIM (comm on inform ation mo del 接口实 现与广 州 放 SVG(scalable vecto r g raphics 矢量图等数据的导

12、 入导出。应用层 位于系统架构上层的是应用系统 , 客户端界面面向最终用户 , 服务器端以功能模块的 形式实现各类实际功能。 一处登录 , 处处使用 , 每个 应用子模块 , 管理自己的数据和功能权限。 所有的 跨应用系统功能集成 , 都是应用程序接口级集成 , 而不是传统意义上的数据级或代码级集成。表现层 整个系统分为控制台、 数据采集、 高 压现状分析部分、 负荷预测部分、 变电站选址定容、 高压网络规划、 电力资源管理、 经济评价等几个业 务子模块。2 系统功能按照规划的流程和特点 , 将系统功能划分为高 压规划数据采集、 现状电网分析、 电网规划辅助决 策、 规划方案评估和管理、 系统

13、管理五大功能模块。 其中电网规划辅助决策模块包含了负荷预测、 变电 站选址定容、 高压网络规划、 经济评价、 电力管线管 理、 规划结果汇总等六个子模块。 规划方案评估和 管理模块包含了工程方案评估和规划成果多方案 管理两个子模块。 具体结构如图 2所示。图 2 系统功能模块划分 Fig. 2 System function module本系统规 划业务功 能大多 继承以 往规划 软 件 1, 具备以往软件的优点 :规划功能齐全 , 覆盖了 从最初的数据采集到最终的规划文本生成的规划全部阶段 ; 理论模型先进且便于人机协同规划。 就 传统规划功能而言 , 本系统的高压规划数据采集模 块借助灵活

14、开放的数据接口 (CIM, shape(ESRI 的 矢量文件 格式 , CAD, SVG, BPA, 电 力系统分 析 程序 BPA (bo nneville pow er adm inistration 等 , 最大程度的整合了广州各信息系统如 GIS, 数据采 集与监控 系统 SCADA (supervisory contro l and data acquisition , 生 产 管 理 信 息 系 统 M IS(m anagement inform ation system 等。 系统规 划结果汇总功能能够将最终的规划结果自动生成100 电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报

15、第 22卷规划文本 , 大量节省人力 , 并支持用户自定义表格 结构的人性化功能。 此外 , 系统包含了电网规划信 息查询、 管理等一系列完善功能 , 便于规划人员对 规划数据进行快捷方便的管理。 规划方案评估和管 理实现多种方案的技术经济性评估 , 客观反映规划 项目可行性 , 使规划更科学。 此外 , 结合广州电网特 点 , 本系统还专门开发了适合规划需要的快速、 实 用化自动 N 1校验、 ! 3T 接线校验功能 , 便于规划 人员对现状电网和规划电网系统安全性、 合理性进 行校验 , 大大减轻了规划人员的工作负担。除了实现传统规划软件的规划功能外 , 本系统 还结合广州电网发展的特点及

16、趋势 , 将城市规划信 息导入系统 , 确保了电网规划与城市整体规划间的 协调和同步 , 便于电网规划在城市规划中争取到更 多的战略资源 , 使电网规划更具有可实施性。 系统 新增了电网管线资源规划模块 , 实现了电力管线查 询、 管理功能以及规划结果汇总、 规划方案评估和 管理等实用规划功能 , 借助 GIS 可视化技术和图形 属性一体化管理 , 将以往不能直接看到的地下管线 规模、 敷设方式等信息直观地展现在计算机上 , 大 大提高管线资料的数字化管理 , 为电网管线资源规 划奠定了良好的基础。3 系统特点3. 1 与城市规划相结合的电网规划系统将电网规划与城市规划在电网规划数据 平台上相

17、结合 , 合 理利用城市资源 对规划预留站 址、 管线做更有效的管理 , 避免城市资源与电网资 源的浪费 , 使电网规划与城市规划统一协调 , 使规 划更具可实施性与经济性。 附图 1 是系统录入的广图 3 与城市规划相结合的电网规划 Fig . 3 Power network planning combinedwith urban planning州某地区的城市规划控制性详细图 , 通过该系统可 积率等 录入本系统 , 将负荷预测 (负荷密度法 、 变电站布点、 规划管线等电网规划信息与城市规划 信息相结合 (见图 3 , 真正实现电网规划与城市规 划信息平台的有效结合。3. 2 基于 GI

18、S 的规划成果综合展示平台 系统充分发挥 GIS 平台强大的图形展示功能 , 提供了丰富的视图展示手段 , 为规划人员提供了一 套可视化的认知和操作平台。 该系统对同一套规划 数据提供地理接线图与电气接线图两种可视化交 互展示模式 , 并实现了由地理接线图自动生成电气 接线图的功能 , 支持地理接线图、 电气接线图的双 视图显示以及同步操作 (如图 4所示 。 此外 , 针对 规划所需变电站内部连接情况辅助以站内主接线 图进行展示 (如图 5所示 , 能够满足规划领域不同 层面分析决策以及规划日常化工作的需求。图 4 地理 、 电气接线图双视图Fig. 4 Dual view of GIS b

19、ased feeder maps&electric diagrams除了地理、 电气、 站内接线图外 , 本系统还开 发了综合数据展示平台 , 用以展示规划分析的各种 结果。 规划人员可以借助该平台实现各种规划分析 结果以及关注的热点地区多种形式的结果查看 (如 图 6所示 。图 5 变电站站内主 接线图Fig. 5 Substation main wiring diagram总之 , 基于 GIS 图形化操作界面的电网规划101 第 6期 陈 健等 :G IS 平台电网规划辅助决策系统开发与应用系统为规划人员提供了一套可视化的认知和操作 平台 , 将分析决策相关的信息在地理图上以 !

20、 所见 即所得 方式展现出来 , 使规划人员能直观了解电 网信息变化 , 实现电网信息的科学有效管理 , 为电 网规划提供强有力的技术支持和辅助决策依据。图 6 规划结果综合展示平台Fig. 6 Integrated display platform for pow ernetwork planning3. 3 自动 N 1校验N 1是国内外电力公司广泛应用的判定电力 系统安全性的一种准则 , 同时也是规划人员校验现 状电网和规划电网是否安全可靠的一个重要工具。 由于高压电网发生 N -1故障后电网运行方式调 整较为复杂 , 目前常用的电网分析软件和规划软件 只是实现了手动 N -1(即发生

21、N -1单元件故障 时 , 需由规划人员人工确定故障后的运行方式 校 验功能 810, 工作量巨大。 本模块针对广州电网自 身的特点 , 在对电网进行一系列预处理条件下 , 实 现满足规划要求的快速实用化自动 N -1(即发生 N -1单元件故障时 , 系统会根据一定的规则自动 确定故障后的运行 方式 , 而无需规 划人员手工确 定 校验功能 , 大大减轻了规划人员的工作强度。 电网中 220kV 及以上电网一般为环网运行 , 110kV 电网一般为开环辐射状运行 , 这一特点在 广州电网中尤为突出。 为此 , 本模块在对电网进行 分电压等级拓扑 , 分电压等级化简以及接线模式分 析等预处理的

22、基础上 , 采用分电压等级的方式进行 N -1校验 :对 220kV 及以上电压等级的环网 , 对 于薄弱、 重要环节通过调用潮流计算进行精确 N -1校验 , 对于非关键元件以及 110kV 辐射状网络按 照一定的规则采用不调用潮流计算的估算 N -1校验。 按照故障元件类型的不同 , 可以实现线路、 主 变故障、 主变检修、 变电站全站停电 N -1。 3. 4 规划方案对比规划方案对比是实现不同规划方案之间技术 性。 对比内容包括不同方案之间电网规模、 技术参 数 (潮流、 网损、 短路、 N -1校验等 、 设备投资估算 等方面的比较。 规划工作自身的复杂性和不确定性 决定了其本质是一

23、个多方案比对的过程 :既包含统 一区域不同年份之间 (现状网、 中间年电网、 目标年 电网 之间的纵向对比 ; 又包含了同一区域同一年 份不同规划方案之间的横向对比。 规划人员从规划 方案的纵向对比中得到规划项目的可行性 , 从横向 对比中得到不同方案之间的优劣。 该功能能够辅助 规划人员进行规划方案的决策 , 减轻规划人员工作 负担 , 提高规划科学性。 3. 5 规划报告自动生成规划工作完成后 , 规划人员要产生大量的报表 以形成最终的规划文本。 本系统能将最终的规划结 果进行汇总管理 , 并以规划文本的格式进行输出。 该功能不但能够自动生成各种规划通用报表 , 还提 供了自定义报表功能

24、, 满足广州电网规划中特有报 表的生成。 此外 , 该模块还提供了一键刷新 , 一键导 出功能 , 规划人员只需点击一次鼠标就可实现所有 规划文本的导出及文本内容的更新 , 使规划人员摆 脱了日常工作中最繁琐部分 , 减轻了工作负担。 3. 6 开放性数据接口开放性数据接口是指系统能够通过多种格式 的接口实现与其他电网信息系统之间的数据转换。 目 前 本 系 统 主 要 包 括 CIM 、 Shape 、 CAD 、 SVG 、 BPA 等格式接口。 系统通过 CIM 接口自动提取电 网信息系统 (如 GIS, SCADA, 生产 M IS 等 中规划 所需基础数据 , 使用 Shape 或

25、CAD 格式的文件自 动生成地块 (地理接线图背景 , 并能实现规划结果 导出图形 化 (AU TOCAD 、 jpg(Joint Photog raphic Experts Gro up , 由联合图像专家组制定的一种图 片格式 等 输出、 专题分析图表的生成、 GIS 专题 图生成 (实现利用 GIS 地图、 其它卫星地图等为背 景展现规划成果 。 针对 BPA 程序在广州得到广泛 成功应用的情况 , 系统还实现了与 BPA 之间的无 缝调用。 灵活开放的数据接口有效地整合了广州电 网不同信息系统的各种资源 , 提高了规划数据的共 享性并扩大了规划结果的应用范围。4 结论本文研究的基于 G

26、IS 平台的广州电网规划系 统 , 以先进的规划理论、 规划方法为指导 , 以 GIS 技 术为基础 , 实现与广州供电局已有信息系统有机结 2102 电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 第 22卷有如下显著特点 :1 提高规划决策有效性。 将电网规划与城市 规划在电网规划数据平台上相结合 , 合理利用城市 资源对规划预留站址、 管线做更有效的管理 , 避免 城市资源与电网资源的浪费 , 使电网规划与城市规 划统一协调 , 使规划更具可实施性与经济性。 新增 了通道规划相关的电力管线查询、 管理功能 , 为电 网管线资源规划奠定了良好的基础。2 建立了基于 GIS 的电网规划平台。 借

27、助 GIS 平台 , 系统能够同时展示多年份、 多方案的电网规 划信息 , 能够满足规划不同层面 , 不同数据详细程 度的分析以及日常化规划工作需求。3 提高规划日常管理水平。 结合广州电网特 点 , 实现了满足规划要求的快速、 实用化 ! 自动 N 1校验 、 ! 3T 接线校验 等功能 , 并提供规划方案对 比 , 规划报告自动生成等实用化功能 , 大大提高了 工作效率 , 满足规划人员日常使用的需求。4 构建统一的电网规划平台。 本系统借助灵 活开放的数据接口 (CIM 等 , 很好地嵌入到电网 公司信息系统中 , 有效整合了整个信息系统资源 , 解决了规划信息化和日常化在基础数据采集方

28、面 的难题 , 并为规划人员提供了统一的工作平台。 目前 , 该系统已在广州供电局应用 , 取得较好 效果 , 提高了电网 规划工作的科技 含量和工作效 率 , 真正实现电网规划全过程的数字化、 信息化。参考文献 :1 余 贻 鑫 , 王成 山 , 肖 峻 , 等 (Yu Yixin, Wang Cheng s han, Xiao Jun, et al . 城 网规 划计 算机 辅助 决策 系 统 (Computer decisio n making suppo rt sy st em fo r ur ban pow er distr ibution netw or k planning J.

29、 电力系 统自 动 化 (A utomation o f Elect ric Po wer Systems , 2000, 24(15 :59-62.2 肖 峻 , 王 博 , 王成 山 , 等 (Xiao Jun, Wang Bo, W ang Cheng shan, et al . 城市高中压电网综合规划信 息平 台 (A comprehensive planning platfo rm fo r H V and M V urban dist ributio n netw or k J.供 用 电 (Dist ri bution &U tilization , 2008, 25(4

30、 :21-23, 54. 3 周湶 (Zho u Quan . 基于 GIS 的配电网 规划智能 决策 支持系统及其算法研究 (Study of Intellig ent Decision Suppor t System and Its Algo rithm fo r Distr ibut ion N etwo rk P lanning Based o n G IS D. 重庆 :重 庆 大 学电 气 工 程 学 院 (Chongqing:Co lleg e of Electrical Eng ineering , Chongqing U niv ersity , 2004.4 潘 乐 , 张

31、 航 , 纪 彩 霞 , 等 (P an L e, Zhang H ang, Ji al . 系统 划软 件 包 的 开 发 (Dev elopment of urban dist ributio n netw or k planning so ftwar e packag e based o n GIS J. 华中 电力 (Centr al China Electr ic Po wer , 2003, 16(2 :22-24, 27.5 孟旸 , 顾 洁 , 程浩 忠 , 等 (M eng Y ang , Gu Jie, Cheng H aozhong, et al . 基于地 理信息系 统

32、的 配电网 规划 软件包 的 开发 (Development of distr ibution netw ork planning soft war e package based on G IS J.电力自 动 化 设备 (Elect ric P ow er A uto matio n Equipment , 2002, 22(5 :4-6.6 肖 峻 , 史 常 凯 , 罗 凤章 , 等 (X iao Jun, Shi Chang kai, L uo F eng zhang, et al . 基于规则 的配电地理 信息系 统 导出数据 校验 与 修复 (Rule based ver ifi

33、catio n and co rr ection methods for ex po rted data from dist ribu tion GIS J. 电力系 统自 动化 (A utomatio n of Elec tr ic Po wer Systems , 2007, 31(10 :76-81.7 X iao Jun, Y u Bo, L uo F eng zhang , et al . Simplif ica tio n metho d for ex por ted dat a f rom G IS o f dist ribu tio n sy st emC#3rd Int ernational Co nfer ence on De reg ulation and Res