摘  要: 介绍电力动态管理系统的系统结构和系统功能,设计了如何在地理信息系统中实现电网电力调度和线路巡检的方法,详细论述了电力调度的算法思想与实现方法。该系统具有易于扩展和便于维护等优点。 

　　关键词: 地理信息系统; 电网; 动态管理 

　　油田配电网具有分布广、电压高、供电半径大、分支多、负荷节点数多、线路变化快等特点。为了保证油田的正常生产,对于电网运行的控制和管理工作非常重要。随着油田的建设与发展,线路的改变与延伸每天都在发生,由于网络电力接线复杂,动态变化频繁,现有的电网管理手段已经难以适应现代生产建设和发展的需要。为了进一步满足油田企业对电网“安全、可靠、优质、高效、经济运行”的现代化要求,需要采用现代化的技术设计电力动态管理系统。 

　　地理信息系统(GIS)技术是介于信息科学、空间科学和地球科学的交叉学科和技术,它将地学空间数据处理与计算机技术相结合,具有强大的数据分析和空间分析功能。采用GIS技术一方面可以直接为电力计算提供网络拓扑数据,用于线路负载计算、阻抗计算、线损计算等电网分析计算,另一方面可以通过数据采集与监视控制系统(SCADA)获取电网实时数据,直观地将电网数据与电力计算数据实时地表现出来,为电网安全高效运行提供有力的决策支持^[1]。 

1 系统结构与功能 

　　系统采用C/S工作方式,其结构如图1所示,所有的数据都保存在数据库中,客户端负责读取数据并进行运算和显示。由于系统采用GIS为开发平台,所以有别于一般的C/S系统,系统有两个数据库服务器,一个是普通的SQL数据库服务器,用于存储电网基础数据与资料;另一个是GIS数据库服务器,用于存储电网设备的GIS信息。基础数据库采用Microsoft SQL Serve 2005,GIS数据库采用Supermap公司的GIS数据库。 

　　系统运行于客户端,通过以太网访问SQL数据库服务器和GIS数据库服务器,采用三级体系结构^[2]:由数据库、GIS组件和上层应用系统构成。系统功能结构如图2所示。 

　　在基础数据库中保存有配电线路以及线路负载与设备的基本数据,如:线路,变压器、高压互感器、隔离开关、电杆等基本数据,所有线路、设备和负载均有唯一编号,用于关联GIS系统中的线路、设备和负载。 

　　系统完成的功能主要有: 

　　(1)地图操作与显示。提供多种地图操作方法,如放大、缩小、漫游、全幅显示、鹰眼,以及提供不同程度的视图范围,将输配电网络与地理背景结合,并按照系统实际运行状态(停、送电)区分显示。 

　　(2)图查数据与数据查图。图查数据是在地图上直接选择要查看的线路、变压器等对象,可以查看相应的对象属性,例如线路名称、变压器型号等信息。数据查图是通过构造SQL查询条件,然后在地图上定位满足条件的信息。 

　　(4)配电网电力调度。根据电力调度目标和目前电网状态,提供电力调度方案,避免人为错误。 

　　(5)统计与图表。主要完成当前电网的各种信息的统计,生成报表与统计图。 

　　(6)数据维护。完成基础数据库与GIS数据库的数据信息维护,包括GIS图层的添加、修改与删除,基础数据库数据添加、修改与删除,数据库关系维护。 

2 电力调度与实现 

2.1电力调度方法 

　　在油田的生产运行中,电网的改建与延伸以及油田设备的供电与停电几乎每天都在发生,电力的正确调度是保证油田正常生产与运行的重要条件。随着油田规模的扩大,电力调度的责任也越来越大,如果发出的调度指令错误或指令顺序错误,都有可能导致生产事故,甚至可能危及工人的人身安全,带来安全事故。而目前基于图纸的调度方式主要是调度人员根据电力调度目标,以配电网图纸进行调度设计。由于目前配电网络日趋复杂,已经很难保证发出正确的调度指令,经常有调度失误导致人身安全与财产损失。为了解决调度问题,本文设计了基于GIS平台的电力调度的辅助系统。系统采用自动分析方式,能够根据调度目标自动生成调度方案,很好地解决了电力调度问题。 

　　以对某条线路进行检修为例,其调度过程:在检修前要进行电力调度时,首先确定要停电的线路,然后分析哪些线路给此线路供电,哪些刀闸的状态会影响此线路供电,然后给出正确的倒闸顺序,再搜索整个电网,检查此线路状态是否正常,最后形成相应的操作令票,供操作员操作或直接发送到调度室。 

2.2 电力电网模型 

　　配电网络拓扑建模时采用了图论的相关算法,具体方法如下: 

　　将配电网看作图,网络设备分成三部分:根电源、节点、线路。所有刀闸、开关、变压器等设备称为P,所有连接刀闸、开关、变压器等设备的线路都称为L,并可以看作是节点之间的连接关系;而变电站第一个隔离开关称为根电源S。因此,根据上述的定义,配电网可以表示为: 

    G={S,P,R}    

式中:S={s|s∈根电源}; P={p|p∈节点}; R={VR};,VR={|L(x,y)∧(x,y)∈(S∪P)}。若∈VR,则表示两个节点之间或根电源与节点之间有线路连接。 

2.3 拓扑图的生成与存储 

　　在GIS平台中,所有的数据都是以层(Layer)的方式出现的,电力模型中的S、P、L分别以点层和线层出现。另外,在GIS平台中还有其他数据,例如地形地貌数据、油井数据等,层与层之间是空间位置关系,所有层组合在一起形成了GIS地图,所有的电力动态管理操作均在GIS地图上直接完成。电力GIS的数据组织如图3所示。 

　　在设计层时,可以将变电所真空断路器设计为一层,从而可以很方便地得到S,不必在多个开关层中搜索S的成员。为了得到S的成员,可以通过soDatasetVector的Query方法对变电所真空断路器层进行搜索,而对于刀闸、开关、变压器等其他设备,由于种类多,它们是以多个层的方式出现的,因此在取得P时,需要搜索所有的设备层。对于L的获取,必须采用空间查询方式,采用soDatasetVector的QueryBy Distance和QueryEx方法得到^[3],具体方法是:先搜索所有与S在空间位置上相连的L,接下来再搜索与此L在空间位置上相连的P,记为一个(s_i,p_j),然后再搜索与P相连的L,记为一个(p_j,p_k)。重复此过程,直到所有的S与P的元素均被搜索到为止,将所有(s_i,p_j)与(p_j,p_k)以邻接表的方式存储为图,如果有m个S和n个P以及k条线路,则邻接表共有m+n个头节点和2k个表节点。 

2.4 拓扑图的搜索 

　　当发生电力调度时,需要对图进行搜索,确定电网状态,分析是否存在供电回路以及统计网络负载情况。搜索思路如下: 

　　(1)首先根据GIS图中各开关设备状态将S与P中相应状态设置为“开”或“合”。 

　　(2) 从S中的第一个节点s0出发,先访问并记录s0,如果s0状态为“合”,则进一步搜索,申请s0搜索路线存储空间;否则选取S中的另一个节点重新搜索。 

　　(3) 在s0状态为“合”时,依次访问s0的各个未访问的邻接点,记录所有未访问的邻接点,接下来分别从这些邻接点中状态为“合”的邻接点出发,进行广度优先搜索。 

　　(4) 对S中所有节点重复以上(2)、(3)过程。 

　　(5) 最后得到节点访问记录。 

　　判断供电回路的依据是检查每个搜索路径中是否出现多个S节点,而检查网络负载情况主要立足于统计搜索路径中的负载变压器。此外,在搜索过程中还可以统计多种设备数据。 

3 电力巡检与实现 

　　电力巡检是电力系统日常维护的重要组成部分,本系统主要解决了制定线路巡检计划时存在的周期长、制定特巡计划和临时性的巡线方案不方便的问题,并且根据巡检数据完成了对巡检执行情况的监督和管理问题。 

　　在制定巡检计划时,系统采用在地图上直接规划巡检路线的方法,具体实现方法如下: 

　　(1) 首先通过查询或浏览配电线路图,找到需要巡检的线路。 

　　(2) 在地图上直接绘制折线,标记出巡检线路。 

　　(3) 系统根据绘制线路的先后顺序,使用空间查询方式查找所绘制线路附近需要检查的设备编号与名称,并存储于数据库中。 

　　(4) 根据设备类型生成需要检查的设备参数列表,并存储于数据库中。 

　　(5) 将数据库中数据导入到具有GPS定位功能的巡检仪器中。 

　　巡检情况的监督主要是读取巡检仪器中GPS定位信息和巡检数据,并且在地图上显示出来,比较巡检线路与巡检计划的吻合情况以及检查巡检数据的录入情况。 

GIS技术与传统电力管理系统的结合,为电力管理提供了新的工具与手段,是油田信息系统的重要组成部分。目前系统已经在大庆油田实际应用,并取得了良好的效果。 

参考文献 

[1] 徐建平,赵军浩.GIS系统在配电线路中的应用[J].大众科技,2006,(2):102-104. 

[2] 来骏.基于GIS的配电生产管理与决策支持系统[J].继电器,2006,34(3):63-65.