地理信息系统配电网络拓扑及应用论文
【摘要】本文分析了网络拓扑分析以及建立在地理信息系统基础上的配电网络分析模型，利用网络分析模型可以开发配电网络的网络拓扑分析功能。
【关键词】地理信息系统；配电网络；拓扑分析
1引言
在配电管理系统（DMS）中最重要的组成部分是进行网络拓扑分析，对配电网络进行分析采用的方法有两种：①利用人工智能；②进行数值计算，常用的分析方法有矩阵法、树搜索法、面向对象法、离散处理法等。这些方法都可以进行母线分析和岛分析，但只是对网络拓扑结构的简单描述，构建排斥模型时仅仅是站在了电力系统的角度，采用如上方法工作量很大，计算不够灵活。本文介绍了基于地理信息系统的网络拓扑模型，此模型以地理信息系统为基础，同时提出了许多新的DMS拓扑方法。
2GIS网络拓扑的定义
GIS网络包括地理网络和几何网络，其中地理网络包括物理设备和相关的连接点，它包括层，层包括设备。设备具有地理属性，同时也具有非地理属性。每个层中的设备都具有唯一的一个标识号，又称为ID号，知道了设备的层和ID号，便可以确定此设备。几何网络是从地理网络中分离出来的，是地理网络中某些元素的抽象表现，是地理网络的逻辑体现。几何网络包括点和边，点和边都包括简单和复杂两种，对应的是地理网络中的点设备类和边设备类。整个GIS网络成为了一个设备数据集。复杂边具有物理不可分、逻辑可分的属性，如果某馈线包括多个电杆和开关，对该馈线进行设计时可以设计为复杂边。简单边与复杂边不同，无论是在物理上还是在逻辑上都不可分，如果某线路的两端与其他设备连接，如果在线路的中间与设备连接，这条线路就被断开了，这条线路在设计时就可以设计为简单边。简单点是指电杆、分段开关等这些独立的设备，复杂点指的是设备是由多个点组成的，例如油井系统，该系统由很多个阀门和接头组成。进行如上的分类后，网络拓扑关系中的点可以设计为复杂边上的点，但是网络拓扑关系中的点要想设计成复杂边上的点，将会受到上述分类的制约，建立与配电电网络结构相适应的拓扑分析模型就非常有必要。
3GIS图和配网图的关系
配网图包括母线和支路，母线对应的'是GIS简单点，支路对应的是简单边。如果网络规模不大可以设计为简单边。如果配电网络很复杂，如果采用简单边设计，会造成数量巨大的简单边，GIS进行数据处理就会比较麻烦。在进行GIS图设计时要坚持便于GIS分析的原则，拓扑设计设计为复杂边，在进行较高级的配电网络分析计算时，网络拓扑会通过接口进行转换，从而获得母线计算模型，可以在背景图上进行显示。在进行实际应用网络模型是固定的，反复使用网络拓扑转换关系就可以使拓扑效率大大提高。建立模型时重点考虑对网络拓扑具有决定性影响的节点即可。
4基于GIS建立配网模型
建立配电网络模型时，采用的是IEC61970/61968标准，相关技术是面向对象的，配电网的设备之间建立了数据联系，采用子类模式来表现设备间的关系。在建模果还要考虑配电网络的一些专有特性，例如馈线不应与分支线的后面相边，联系开关只能与馈线相连，移动电杆同时要将与之相连的线路进行移动。
5系统功能介绍
5.1网络拓扑图的分析方法
网络拓扑图的遍历方法包括盲目搜索法（又称优先搜索法）和启发式搜索法，盲目搜索法分为深度优先搜索和广度优先搜索，深度优先搜索指的是查看图中的某一点在深度上的关联点或线，广度优先搜索指的是查看图中某一点以辐射前进的方式的关联点，两者的主要区别在于对顶点的访问顺序存在着不同。启发式搜索又称为BF，指的是沿着某节点进行搜索，此节点具有启发性。在对配电网络进行拓扑分析时，要根据搜索需要的不同来选择搜索方法，有时会将几种搜索方法进行混合。配电网络的网络拓扑图是无向的，求取连通分量时一次性调用搜索过程就可以了。
5.2功能介绍
5.2.1线路的巡视进行线路巡视时，按一成不变的方向来查看巡查到的设备，进行拓扑分析时采用的是启发式搜索，线路巡视人员会给定一条的搜索条件，根据此条件来建立启发函数，计算时采用深度优先算法，以此来精确的进行巡视。5.2.2查询供电站的供电半径查询供电站的供电半径时，带着变电站出线开关的拓扑任务来进行全面搜索，进行设计时会将深度优先搜索和广度优先搜索结合起来。5.2.3对电源点的追踪追踪电源点时带着特定的任务和目标进行搜索，采用的是启发式的搜索方法。寻找供电源头时依据的是配电设备的属性信息和特征，以权重的大小来建立启发函数，可以最快的找到供电源头。5.2.4模拟调度模拟调度又称为局部网络重构，可以对配电开关的开合情况和规律进行模拟，通过模拟来找到与开关开合相关的设备，同时也可以进行可靠的停电分析。配电管理系统采用广度优先搜索或者是深度优先搜索，抑或是两者与启式搜索方法相结合的搜索方式，可以在地理图上对停电状况进行模拟，判断是有计划性的停电还是由于故障引起的停电，用户借此可以确定停电的范围，并对发生停电的用户数量进行统计。
6应用实例
某省电力公司下属供电局的生产经营自动化系统已经应用了基于GIS的配电网络拓扑分析方法，得到了用户的高度评价。自动化系统应用基于GIS的配电网络拓扑分析方法后，运行更加实用便捷，可以使配电工作更加的智能化，调度任务更加自动化。该系统在开发“单线图显示”功能时采用的是广度优先搜索和深度优先搜索相结合的策略，其设计流程如下：启动单线图功能后，用户对要处理的馈线进行选择，此时系统显示与馈线相关的设备，如果选择了馈线，网络层就设置为不可见，初始化与馈线相关联的设备集合A，用户指定的第一条馈线加入集合A；如果用户未选择馈线，用户要对要处理的馈线进行指定，单线图显示任务结束。馈线加入集合A后，根据馈线的接口属性和访问馈线的第一个节点和最后一个节点，将两个节点加入集合A，访问馈线上的每一个节点，被访问的所有节点都加入集合A，对集合B进行初始化，集合B指的是要访问的下一个设备集合，在配电线路上具有分支的节点都加入集合B，对集合B中的第一个设备进行访问后，再对集合C进行初始化，此时看一下此设备是否是边，如果是边，要根据接口属性访问线路中的每一个节点，这些节点都加入集合A，带有分支的节点加入集合C，访问线路中的首末节点；如果此设备不是边，要根据接口属性来访问与它相邻的其他边，之后从集合A中过滤掉相邻设备，此时将未被访问的相邻设备加入集合C，判断集合B中的设备是否访问完毕以及集合C是否为空，如果集合B访问完毕、集合C已空，如果指定的馈线已处理完毕，地图上会显示集合中的全部设备，单线图任务完成。
7小结
本文在阐述基于地理信息系统的配电网络拓扑分析方法时，在传统配电网络拓扑分析方法的基础上，提出了建模要基于连接规划的观点，这种建模方法具有清晰的结构，扩展更方便，在GIS平台上继续开发地理信息系统变得具有可能性。开发地理信息系统的难点是数据的共享，本文提出的拓扑分析方法在数据库的底层就可以建立相互的关联关系，这样的话配电网络中的数据都可以共享，为地理信息系统的一体化开发奠定了坚实的基础。
参考文献
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