陳士俊,徐惠強(qiáng)
(1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院,北京 102206;2.國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江 湖州 313000)
隨著城市的不斷發(fā)展,城市電網(wǎng).逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧芸站€落地,即電纜化.但電纜的管理沒有跟上電纜化的步伐,管理的方式比較粗放、落后,比如有部分溝道圖紙、電纜竣工圖紙不完整,同時(shí),這些圖紙也未進(jìn)入配電GIS系統(tǒng).這些給日常管理造成混亂,同時(shí)也影響了日常搶修,降低了城市供電可靠率.因此急需采用新的技術(shù)和手段,使電纜和地下管網(wǎng)的管理工作步入規(guī)范化、精細(xì)化、信息化的軌道.本文擬介紹湖州配電GIS系統(tǒng)中電纜基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建庫的方法.
GIS系統(tǒng)中的電氣拓?fù)潢P(guān)系如圖1所示.這個(gè)模型是在CIM的基礎(chǔ)上、進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)充得來的.
Gadget和Segment定義了元件之間拓?fù)溥B接關(guān)系.Gadget用來表達(dá)變電所、配電站、配變、開關(guān)等具有一個(gè)或者多個(gè)端口的設(shè)備對(duì)象.Segment用來表示架空線段(每個(gè)桿之間)、電纜線段、電氣連接線、母線段等兩個(gè)端口的線狀的設(shè)備對(duì)象.
拓?fù)淠P偷慕Y(jié)構(gòu)如圖1所示.從Entity(設(shè)備對(duì)象基類)派生多種設(shè)備:Gadget是具有n個(gè)端口的元件(n是設(shè)備與其它設(shè)備電氣相連的階數(shù).n可以是0、1、2或者更多).Gadget派生負(fù)荷(單端元件)、開關(guān)(雙端元件)、開閉所(多端元件)等等.Gadget聚合了n個(gè)Port(端口),類似于CIM的Terminal.Segment是為EMS/DMS中大量的零阻抗連接線、架空線、電纜等專門優(yōu)化出來的線狀幾何形式的雙端元件,它具有首末兩個(gè)端口(即有且只有兩個(gè)cim:terminal,并且有首尾的方向).Gadget和Segment都通過Junc(電氣連接點(diǎn)、對(duì)應(yīng)于CIM中的Node)連接在一起.
圖1 GIS的電氣拓?fù)溥B接關(guān)系的表示
這種拓?fù)涞谋磉_(dá)方式與CIM模型是相容的,同時(shí)又比CIM模型具有更好的存儲(chǔ)效率和訪問性能.
圖2 CIM中電氣拓?fù)涞谋磉_(dá)方式
CIM模型的電氣拓?fù)涠x如圖2所示.CIM引入了Termial和Connectivity Node概念.每個(gè)導(dǎo)電的設(shè)備都有1個(gè)或者多個(gè)Terminal(終端點(diǎn)),不同設(shè)備的終端點(diǎn)通過1個(gè)Connectivity Node(連接點(diǎn))相互連接在一起.
GIS的拓?fù)淠P秃虲IM模型相比,兩者相同之處是都采用“設(shè)備-端口(CIM中稱為Terminal)-虛擬連接點(diǎn)”的方式來統(tǒng)一表達(dá)設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系.在GIS系統(tǒng)的電氣拓?fù)淠P椭校℅adget)相當(dāng)于CIM中的Conducting Equipment,端口(Port)相當(dāng)于 Terminal,電氣連接點(diǎn)(Junc)相當(dāng)于Connectivity Node.一個(gè)元件具有多個(gè)端口Port,每個(gè)Port指向一個(gè)電氣連接點(diǎn)GJunc,形成靜態(tài)的拓?fù)溥B接關(guān)系.
GIS電氣拓?fù)淠P蜑榇笠?guī)模數(shù)據(jù)量的輸配電GIS進(jìn)行了專門的優(yōu)化.對(duì)于地理圖來說,50%的設(shè)備都是架空線段、電纜線段和配變高壓引下線等線狀元件,對(duì)于配電站所中還存在大量電氣連接線.由于線狀對(duì)象的端口數(shù)目是2個(gè),并且固定不變,因此在GIS系統(tǒng)中使用特殊的Segment對(duì)象來表達(dá)和存儲(chǔ).在Oracle存儲(chǔ)中,首末端的Segment Port是作為Segment整體的2個(gè)屬性來存貯,不需要采用另外的關(guān)系來表示和查找,從而大幅度提高了系統(tǒng)的效率.
例如,在湖州的地理拓?fù)渲校窗?0k V及以上電壓等級(jí)的架空和電纜線段),約有25萬個(gè)線段對(duì)象,每個(gè)對(duì)象一條G_SEGMENTS記錄(包括首末端的Port)就能夠表達(dá)電氣拓?fù)潢P(guān)系.如果采用CIM的方式,需要25萬條線段記錄、50萬條Terminal記錄和約25萬條Connectivity Node記錄,存儲(chǔ)的記錄條數(shù)合計(jì)為100萬條,是GIS系統(tǒng)的4倍.由于CIM模型的數(shù)據(jù)量大,訪問性能和數(shù)據(jù)一致性的維護(hù)都更為困難,因此優(yōu)化線段的存儲(chǔ)是必要的.
CIM模型中,概要性地描述了線段和線路的關(guān)系,如圖3所示.從Conductor(導(dǎo)線)派生ACLineSegment(交流線段)和DCLineSegment(直流線段),分別表示一段導(dǎo)線.Line是一條由若干線段構(gòu)成線路,表示輸電和配電中的線路和分支.CIM中Line和Segment是用包含關(guān)系來表示的:Line包含Segment,Segment是Line的成員.
圖3 CIM中電氣拓電撲的表達(dá)
對(duì)于GIS系統(tǒng)來說,一般常規(guī)的做法是使用GIS平臺(tái)提供的線狀對(duì)象(ArcGIS的Complex Edge和Smallworld的Chain)來表示線段電氣上的連接,使用另外的沒有幾何特征的對(duì)象來表示線路,他們之間建立關(guān)系.如圖4所示,Smallworld的Chain對(duì)應(yīng)于CIM中ACLineSegment,線路分支用純的數(shù)據(jù)庫對(duì)象,一般不具有幾何屬性.
由于Smallworld的網(wǎng)絡(luò)模型是綜合了道路、供水、煤氣、電纜等管線網(wǎng)絡(luò)的共同特征,針對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)而言,Smallworld的拓?fù)淠P瓦€是需要變通的:
(1)Smallworld組成Chain的Link需要首尾相連,不能中斷.因此處理與開關(guān)、開閉所之類的雙端或者多端元件相連就需要額外處理;
(2)Smallword的Link是底層的對(duì)象,不具有屬性,導(dǎo)線型號(hào)之類的屬性只能放在Chain中.相鄰的不同型號(hào)的線段需要使用不同的Chain,組成同一個(gè)線路分支的多個(gè)Chain之間的關(guān)系需要應(yīng)用程序代碼的維護(hù).
但是實(shí)際應(yīng)用中,Line和Segment之間的關(guān)系是具有很強(qiáng)的拓?fù)浼s束的:給定線路,需要按照連接的首尾次序,順序地遍歷線段;同一個(gè)線路的線段不能分支,不能出現(xiàn)三叉路口;同一個(gè)線路的線段允許中斷(例如正在架空線改為電纜的過程中,先拆除中間的架空線),允許跨過開閉所的兩個(gè)端口.如果直接使用Smallworld對(duì)象,需要應(yīng)用程序做大量的工作.因此,我們?cè)贕IS的數(shù)據(jù)中抽象出Path-Segment的兩級(jí)模型,如圖5所示.Path(路徑)表示一條線路主干或者分支.
Segment(線段)是實(shí)際的對(duì)象,代表每一段電纜或者每對(duì)電桿之間的架空線段.直接電氣相連,或者經(jīng)過開關(guān)、開閉所等元件相連的線段,構(gòu)成一個(gè)分組,分組中記錄線段的首尾順序.Path由1個(gè)或者多個(gè)分組構(gòu)成,分組之間是中斷的.與Smallworld相比,Path-Segment兩級(jí)抽象模型更適合解決以下問題:
(1)每個(gè)線段Segment是實(shí)際存在的設(shè)備,因此可以具有屬性了(例如電纜或者架空線型號(hào)),可以參與關(guān)系(例如掛在線路上的絕緣線接地點(diǎn)、故障指示儀);
(2)不需要特殊處理,就能夠描述穿過開關(guān)等雙端元件、開閉所等多端元件的線路;
(3)允許路徑分成不連續(xù)的幾段,在線路施工作業(yè)中,這是常見的現(xiàn)象.
從CIM的角度來說,是不區(qū)分站內(nèi)設(shè)備(變電所或者配電站)和站外設(shè)備(地理圖)的,所有設(shè)備的拓?fù)涠继幱谕粋€(gè)空間中,用一個(gè)層次來表達(dá).
GIS系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展,增加了站內(nèi)和站外的分層的拓?fù)淠P停瑥亩С謱哟慰缮炜s的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣5倪^程.因此,在建模的過程中,采用分層次、分粒度的建模方式更合適:先為某一層的網(wǎng)絡(luò)建模并投入運(yùn)行,在需要時(shí),再為該層次之上或者之下的網(wǎng)絡(luò)建模,而不是強(qiáng)制要求必須一次性的完全建模.
為了支持分層次的建模,我們把變電所、開閉所、箱變等定義為組合設(shè)備.其具有內(nèi)部一次接線圖,如圖6所示.外部拓?fù)溥B接關(guān)系在GIS圖中維護(hù),其內(nèi)部拓?fù)溥B接關(guān)系在內(nèi)部一次圖中維護(hù),內(nèi)外部的電氣貫通通過“端口-超節(jié)點(diǎn)”實(shí)現(xiàn).在GIS圖上,組合設(shè)備的每個(gè)端口G_PORT的INTERNAL_GADGET_ID字段對(duì)應(yīng)于內(nèi)部一次圖的一個(gè)超節(jié)點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)拓?fù)湄炌?
圖7 基于Or ac l e的圖形存儲(chǔ)的示意圖
在Oracle中,圖形相關(guān)的關(guān)系表分為“系統(tǒng)配置表”和“圖形表”兩大類.系統(tǒng)配置表定義了每種設(shè)備類型(內(nèi)部是CLASS_ID來區(qū)分)的顯示圖符、標(biāo)注方式、縮放比例尺等等.在圖形表中,在G_SEGMENTS、G_GADGETS、G_PORTS表中定義了線段、元件和端口的坐標(biāo)位置,對(duì)于元件和端口,采用X/Y的方式存儲(chǔ),對(duì)于線段采用頂點(diǎn)X/Y的二進(jìn)制數(shù)組的形式來存儲(chǔ).
在GIS的客戶端,加載指定的地理圖、一次接線圖或者單線圖的時(shí)候,通過G_DOCTREE表加載圖中的所有圖形元件,然后根據(jù)G_*表中的CLASS_ID字段區(qū)分不同的設(shè)備類型,在對(duì)應(yīng)的X/Y位置上畫上相應(yīng)的圖符和標(biāo)注文字,從而實(shí)現(xiàn)各種圖形的顯示.
從CIM標(biāo)準(zhǔn)的角度來看,G_GADGETS表的X/Y、G_SEGMENTS表的DATA字段相當(dāng)于CIM:Location地理位置,G_DOCTREE文檔樹表和其他圖符定義相當(dāng)于CIM:Diagram畫面和CIM:Presentation.
本文以湖州電力局的配電GIS系統(tǒng)為例簡單介紹了電纜基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建庫的方法,配電GIS系統(tǒng)已在湖州地區(qū)應(yīng)用超過9年的時(shí)間,該系統(tǒng)完全滿足了配網(wǎng)日常工作的應(yīng)用需求,使用效果得到了從一線班組到管理人員的一致好評(píng).在此對(duì)湖州配電GIS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建庫方法做簡要介紹,希望對(duì)各位同仁有所幫助.
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