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地理信息系統配電網絡拓撲及應用論文
【摘要】本文分析了網絡拓撲分析以及建立在地理信息系統基礎上的配電網絡分析模型，利用網絡分析模型可以開發配電網絡的網絡拓撲分析功能。
【關鍵詞】地理信息系統；配電網絡；拓撲分析
1引言
在配電管理系統（DMS）中最重要的組成部分是進行網絡拓撲分析，對配電網絡進行分析采用的方法有兩種：①利用人工智能；②進行數值計算，常用的分析方法有矩陣法、樹搜索法、面向對象法、離散處理法等。這些方法都可以進行母線分析和島分析，但只是對網絡拓撲結構的簡單描述，構建排斥模型時僅僅是站在了電力系統的角度，采用如上方法工作量很大，計算不夠靈活。本文介紹了基于地理信息系統的網絡拓撲模型，此模型以地理信息系統為基礎，同時提出了許多新的DMS拓撲方法。
2GIS網絡拓撲的定義
GIS網絡包括地理網絡和幾何網絡，其中地理網絡包括物理設備和相關的連接點，它包括層，層包括設備。設備具有地理屬性，同時也具有非地理屬性。每個層中的設備都具有唯一的一個標識號，又稱為ID號，知道了設備的層和ID號，便可以確定此設備。幾何網絡是從地理網絡中分離出來的，是地理網絡中某些元素的抽象表現，是地理網絡的邏輯體現。幾何網絡包括點和邊，點和邊都包括簡單和復雜兩種，對應的是地理網絡中的點設備類和邊設備類。整個GIS網絡成為了一個設備數據集。復雜邊具有物理不可分、邏輯可分的屬性，如果某饋線包括多個電桿和開關，對該饋線進行設計時可以設計為復雜邊。簡單邊與復雜邊不同，無論是在物理上還是在邏輯上都不可分，如果某線路的兩端與其他設備連接，如果在線路的中間與設備連接，這條線路就被斷開了，這條線路在設計時就可以設計為簡單邊。簡單點是指電桿、分段開關等這些獨立的設備，復雜點指的是設備是由多個點組成的，例如油井系統，該系統由很多個閥門和接頭組成。進行如上的分類后，網絡拓撲關系中的點可以設計為復雜邊上的點，但是網絡拓撲關系中的點要想設計成復雜邊上的點，將會受到上述分類的制約，建立與配電電網絡結構相適應的拓撲分析模型就非常有必要。
3GIS圖和配網圖的關系
配網圖包括母線和支路，母線對應的是GIS簡單點，支路對應的是簡單邊。如果網絡規模不大可以設計為簡單邊。如果配電網絡很復雜，如果采用簡單邊設計，會造成數量巨大的簡單邊，GIS進行數據處理就會比較麻煩。在進行GIS圖設計時要堅持便于GIS分析的原則，拓撲設計設計為復雜邊，在進行較高級的配電網絡分析計算時，網絡拓撲會通過接口進行轉換，從而獲得母線計算模型，可以在背景圖上進行顯示。在進行實際應用網絡模型是固定的，反復使用網絡拓撲轉換關系就可以使拓撲效率大大提高。建立模型時重點考慮對網絡拓撲具有決定性影響的節點即可。
4基于GIS建立配網模型
建立配電網絡模型時，采用的是IEC61970/61968標準，相關技術是面向對象的，配電網的設備之間建立了數據聯系，采用子類模式來表現設備間的關系。在建模果還要考慮配電網絡的一些專有特性，例如饋線不應與分支線的后面相邊，聯系開關只能與饋線相連，移動電桿同時要將與之相連的線路進行移動。
5系統功能介紹
5.1網絡拓撲圖的分析方法
網絡拓撲圖的遍歷方法包括盲目搜索法（又稱優先搜索法）和啟發式搜索法，盲目搜索法分為深度優先搜索和廣度優先搜索，深度優先搜索指的是查看圖中的某一點在深度上的關聯點或線，廣度優先搜索指的是查看圖中某一點以輻射前進的方式的關聯點，兩者的主要區別在于對頂點的訪問順序存在著不同。啟發式搜索又稱為BF，指的是沿著某節點進行搜索，此節點具有啟發性。在對配電網絡進行拓撲分析時，要根據搜索需要的不同來選擇搜索方法，有時會將幾種搜索方法進行混合。配電網絡的網絡拓撲圖是無向的，求取連通分量時一次性調用搜索過程就可以了。
5.2功能介紹
5.2.1線路的巡視進行線路巡視時，按一成不變的方向來查看巡查到的設備，進行拓撲分析時采用的是啟發式搜索，線路巡視人員會給定一條的搜索條件，根據此條件來建立啟發函數，計算時采用深度優先算法，以此來精確的進行巡視。5.2.2查詢供電站的供電半徑查詢供電站的供電半徑時，帶著變電站出線開關的拓撲任務來進行全面搜索，進行設計時會將深度優先搜索和廣度優先搜索結合起來。5.2.3對電源點的追蹤追蹤電源點時帶著特定的任務和目標進行搜索，采用的是啟發式的搜索方法。尋找供電源頭時依據的是配電設備的屬性信息和特征，以權重的大小來建立啟發函數，可以最快的找到供電源頭。5.2.4模擬調度模擬調度又稱為局部網絡重構，可以對配電開關的開合情況和規律進行模擬，通過模擬來找到與開關開合相關的設備，同時也可以進行可靠的停電分析。配電管理系統采用廣度優先搜索或者是深度優先搜索，抑或是兩者與啟式搜索方法相結合的搜索方式，可以在地理圖上對停電狀況進行模擬，判斷是有計劃性的停電還是由于故障引起的停電，用戶借此可以確定停電的范圍，并對發生停電的用戶數量進行統計。
6應用實例
某省電力公司下屬供電局的生產經營自動化系統已經應用了基于GIS的配電網絡拓撲分析方法，得到了用戶的高度評價。自動化系統應用基于GIS的配電網絡拓撲分析方法后，運行更加實用便捷，可以使配電工作更加的智能化，調度任務更加自動化。該系統在開發“單線圖顯示”功能時采用的是廣度優先搜索和深度優先搜索相結合的策略，其設計流程如下：啟動單線圖功能后，用戶對要處理的饋線進行選擇，此時系統顯示與饋線相關的設備，如果選擇了饋線，網絡層就設置為不可見，初始化與饋線相關聯的設備集合A，用戶指定的第一條饋線加入集合A；如果用戶未選擇饋線，用戶要對要處理的饋線進行指定，單線圖顯示任務結束。饋線加入集合A后，根據饋線的接口屬性和訪問饋線的第一個節點和最后一個節點，將兩個節點加入集合A，訪問饋線上的每一個節點，被訪問的所有節點都加入集合A，對集合B進行初始化，集合B指的是要訪問的下一個設備集合，在配電線路上具有分支的節點都加入集合B，對集合B中的第一個設備進行訪問后，再對集合C進行初始化，此時看一下此設備是否是邊，如果是邊，要根據接口屬性訪問線路中的每一個節點，這些節點都加入集合A，帶有分支的節點加入集合C，訪問線路中的首末節點；如果此設備不是邊，要根據接口屬性來訪問與它相鄰的其他邊，之后從集合A中過濾掉相鄰設備，此時將未被訪問的相鄰設備加入集合C，判斷集合B中的設備是否訪問完畢以及集合C是否為空，如果集合B訪問完畢、集合C已空，如果指定的饋線已處理完畢，地圖上會顯示集合中的全部設備，單線圖任務完成。
7小結
本文在闡述基于地理信息系統的配電網絡拓撲分析方法時，在傳統配電網絡拓撲分析方法的基礎上，提出了建模要基于連接規劃的觀點，這種建模方法具有清晰的結構，擴展更方便，在GIS平臺上繼續開發地理信息系統變得具有可能性。開發地理信息系統的難點是數據的共享，本文提出的拓撲分析方法在數據庫的底層就可以建立相互的關聯關系，這樣的話配電網絡中的數據都可以共享，為地理信息系統的一體化開發奠定了堅實的基礎。
參考文獻
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