一種自動生成電網環網圖的方法

黃輝　林裕新

摘 要 針對現有工作中環網圖生成過程所存在“數據不同源”以及由此導致的一系列問題，通過對配網調度圖紙的使用、維護情況進行總結分析，本文描述了一種關于圖檔管理的創新技術——基于GIS圖紙自動生成的環網圖。該新技術的應用能夠確保圖紙的唯一性，實現了“全網一張圖”的目標，對有效保障電網安全穩定運行具有重要意義。

【關鍵詞】GIS環網圖 技術 應用

眾所周知，配電網網絡接線復雜，設備種類繁多，因此一份準確可靠、方便的圖紙對于調度員日常操作、電網安全運行具有無可比擬重要性。換言之，一份準確可靠的圖紙既是調度員開展工作的基礎也是電網安全穩定運行的基本保障。為此，汕頭供電局提出了“一張網、一張圖”的原則，對配網圖紙的準確性提出了要求。

1 創新技術應用前圖紙使用情況及分析

1.1 舊圖紙使用模式

在2009年之前，汕頭供電局配網所使用的圖紙有紙質的也有電子檔的，有WPS格式的也有CAD格式的。結合配網調度的實際，配網調度所涉及的操作和事故處理，大部都是只與環網的主干線相關，符合“二八定律”。為此，汕頭配網調度以設備運行單位提供的圖紙（包括紙質和電子檔）為基礎，重新繪制CAD的環網圖（只展示環網主干線及分支名稱），在SCADA系統上繪制環網圖。2009年，GIS圖紙開始投入使用。

1.2 舊模式下圖紙管理優缺點分析

無論是GIS圖紙還是SCADA環網圖，都有各自的優勢和缺點，GIS圖紙有豐富的站-線-變-戶關系，完善的網絡拓撲及設備臺賬，齊全的營銷屬性及嚴格的圖紙電子化移交程序；SCADA環網圖則解決了調度員無環網圖使用的問題，且打開速度快，圖形簡明、清晰，開關狀態可以準實時發布。將兩者結合使用，雖然可以部分滿足調度員的需求，但也不可避免地存在一些問題，比如：

（1）由于是兩種不同類型的圖紙，數據來源不同，多頭維護造成單線圖、環網圖和現場設備不對應，是極大的安全隱患。

（2）沒有與業務系統連接，無法提高調度員的工作效率。

（3）GIS圖紙存在著系統打開速度慢，無法滿足處理事故時快速復電的要求。

（4）SCADA環網圖維護困難，圖紙更新不及時等。

2 基于GIS圖紙自動生成環網圖技術開發及應用

2.1 新技術開發背景

原有的圖紙使用模式難以滿足調度員對圖紙的使用、管理要求，加之汕頭配網調度恰逢擴大調管范圍，工作量成倍增長環網圖已無法滿足調度的要求，使得配網調度員對一份可靠的圖紙及其管理維護機制的需求就顯得更為迫切。需要結合實際情況，開發一種全新的圖紙類型-------基于GIS圖紙自動生成的環網圖，并制定了相關的管理維護機制。

2.2 新技術方案及開發原理

2.2.1 技術方案結構組成及每部分的功能和連接關系

本技術方案包括6個組件，分別為：

①圖紙基礎組件。

②圖紙加載組件。

③圖紙輸出組件。

④圖紙編輯組件。

⑤圖紙拓撲組件。

⑥圖紙布局組件。

組件組合功能為：①+②為查閱圖紙；①+②+③查閱圖紙并導出；①+⑤編輯圖紙；①+⑤+⑥圖紙編輯并分析拓撲；①+⑤+③圖紙編輯并導出；①+②+⑤圖紙查閱并編輯；①+②+④+⑤圖紙查閱、編輯、分析；①+②+④+⑤+⑥圖紙查閱、編輯、分析并調整布局。

2.2.2 工作原理

環網圖是電網拓撲圖的一種，按照“一張網，一張圖”原則，以GIS圖紙作為環網圖生成的基礎，通過對GIS圖紙數據源拓撲追蹤后自動生成圖元簡化、橫平豎直、適合調度員使用的環網圖。

（1）提取相關的設備參數。首先從GIS沿布圖中提取相關的設備參數：開關、線路、電房等。

其次，制定規則：①布局前后圖形設備不能丟失；②所有的電房（面）都應該是水平的；③布局前后，電房內的設備相對電房沒有偏移；④所有的線都應該只從面的底部或頂部垂直穿入或穿出；⑤設備之間的連線應該是橫平豎直的；⑥所有的非線圖形設備之間都不能重疊；⑦盡量減少線和線的交叉；⑧布局后標準需要調整到一個合適的位置。

（2）布局預處理。 ①面預處理：在布局的過程中需要對面進行旋轉，并且保證有線穿出的邊要朝下，并且要垂直穿出這條邊。

②點預處理：對于電房（面）外面的點設備來說，必然和它兩端的設備室連接的，否則該線路不連通，布局過程要保證點設備能和兩端的設備聯動。

③線預處理：對于線設備來說，它兩端有兩個連接點。預處理過程使用一個稱為“布局Node”的輔助結構，該結構是一個組的概念，具有ChildFeatures和ChildTerminals兩個屬性，分別用于該組圖形和端子（即線的兩端）。只要操作這個布局Node便可以操作整組圖形，比如移動或旋轉，組內的設備也會同時發生同樣的變化。

（3）成圖。經過預處理，構造出一個樹結構的接線圖，再運用樹形或層級布局算法對節點進行排布，并進行正交化使其形成橫平豎直的形態。經過布局預處理，所有設備圖形都已封裝到布局Node里，只要保證布局Node不交叉重疊即可。

2.3 新技術應用情況

基于GIS圖紙自動生成環網圖技術在2013年6月開始在汕頭供電局試運行。取代了GIS圖紙和SCADA的環網圖，調度員逐步適應新的GIS環網圖，反映良好。目前汕頭配網調度調管范圍內247個環網已全部通過GIS圖紙生成了對應的環網圖。從原打開圖紙需10分鐘左右縮短到現在5秒鐘內就能看到所需要的圖紙。

通過嚴格的電子化移交流程，實現圖紙發布無滯后，各套圖紙數據同源，確保圖實一致。與業務系統的結合，使調度員實現了在圖上點圖出票、操作自動記錄等，大大提高工作效率。

3 新技術應用實例

3.1 提高工作效率

環網圖3是（GIS圖1）10kV海平線536與（GIS圖2）東二線521在新技術平臺上加載形成的。提供給調度員的是一份簡潔、直觀的線路環網結線圖，調度員在故障處理時，依托該圖紙，可以迅速掌握故障線路運行方式，隔離故障，迅速恢復非故障段的供電，大大提高調度員處理故障效率，提高電網的供電可靠性。

3.2 解決 “盲調”的問題

如果調度員需要查看各分支線路詳細接線，可在環網圖上選擇所需查看的分支線路，直接點擊打開單線圖。（圖4中黃色部分即是平建分支接線）。通過環網圖及單線圖在系統中的展示，解決了配網調度“盲調”的問題。

3.3 高級應用

新技術還具有點圖出票、停電影響預測等更高級的應用功能。調度員在圖檔上的所有操作，系統都可以自動記錄在調度日志，避免了調度員重復工作。

4 總結

基于GIS圖紙自動生成環網圖技術的應用，在繼承了“原GIS圖紙+ SCADA環網圖”模式優點的基礎上，又解決了舊模式存在的“數據不同源”問題，繼而依托配調集約化系統，在此基礎上開發了點圖出票、停電影響預測等更高級的應用功能，使整個圖紙管理模塊在實用性上更上一層樓。“數據同源”的特點實現了“全網一張圖”的目標，確保圖紙的唯一性，為電網安全穩定運行打下堅實的圖紙基礎。

參考文獻

[1] 曾傳君.配電網地理信息系統的開發與研究[D].昆明理工大學，2008.

[2] 謝小偉.地理信息系統在配電網中的應用研究[D].浙江大學，2010.

[3] 王立芬.基于GIS的輸電管理信息系統的研究[D].山東科技大學，2010.

[4] 王瀚秋.深圳供電局地理信息系統（GIS）的開發及在農電運行管理中的應用[D].華北電力大學（北京），2008.

[5] 劉今.基于地理信息系統的配電運行管理信息系統的圖形編輯系統[D].中國電力科學研究院，2012（03）.

作者單位

廣東電網有限責任公司汕頭供電局 廣東省汕頭市 515041