CN100454317C - 电网规划计算机辅助决策支持系统 - Google Patents

Abstract

一种计算机应用技术领域的电网规划计算机辅助决策支持系统，包括实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、用户图形接口模块、系统数据处理维护模块、网络规划模块、报表及图形打印模块、文件存取动态链接库模块，GIS图形数据的获取及转化模块获取图形数据；实体库从GIS图形数据的获取及转化模块形成电网规划所需要的图形和地理信息数据；网络规划模块对电网进行规划，并对规划方案进行评估；系统数据处理维护模将电网规划所需要的数据输入到实体库，并对实体库进行参数维护；上述模块之间的交换数据都是通过用户图形接口模块、系统数据处理维护模块来实现的。本发明能帮助规划人员从繁重的工作中解脱出来，提高电网规划的水平和效率。

Description

电网规划计算机辅助决策支持系统

技术领域

本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的系统，具体是一种电网规划计算机辅助决策支持系统。

背景技术

地理信息系统(GIS)在配电网规划中得到了广泛的应用。利用GIS进行配网规划有许多优越性：能够通过数据访问方便地获得变电所、负荷点的位置坐标，避免了烦琐的节点编号、支路号，方案调整灵活，可视，具交互性。目前有不少基于GIS的配网规划软件，或多或少地实现了GIS的一定功能，却还不够完善，它们的主功能界面大多基于通用GIS软件或组件(如GeoMedia，ARC/INFO，MapInfo等)，在现场应用时涉及一定的版权问题；而且其图形数据和电网信息数据大都需要分别管理，查询维护复杂，规划后的网络潮流计算和无功优化过程繁复，一旦网络需要改变运行方式，需要手动修改网络拓扑数据。总的来说，成熟的基于GIS的电网规划和管理软件还很少，这方面仍有许多工作要做。

经对现有技术的文献检索发现，邱朝明在《中国高新技术企业》(2007年4期)上发表的“基于GIS的电网规划管理系统开发研究”，该文中提出将基于ARCINFO平台的GIS系统用于电网规划的管理当中，该系统强调的是GIS平台的实现，其不足之处体现在没有与电网规划的具体特点相结合，即没有很好的将电网规划工作与GIS的地理信息相结合，包括负荷预测、变电站选址、网络规划等内容。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电网规划计算机辅助决策支持系统，使其将已有的GIS信息转化成规划所需的地理信息数据、网络数据，并通过自动区块识别、自动现状网识别、自动拓扑、自动布点功能以帮助规划人员进行负荷预测、网络规划、潮流计算、短路计算及无功优化规划。从而帮助规划人员从繁重的工作中解脱出来，提高电网规划的水平和效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、用户图形接口(GUI)模块、系统数据处理维护模块、网络规划模块、报表及图形打印模块、文件存取动态链接库模块。其中：

所述的GIS图形数据的获取及转化模块通过读取电子地图文件实现图形数据的获取，并将获取的数据输出到实体库；

所述的实体库从GIS图形数据的获取及转化模块接收数据，形成电网规划所需要的图形和地理信息数据，并从用户图形接口(GUI)模块获得电网规划所需要的其他数据，将这些数据进行保存，同时连接到系统数据处理维护模块；

所述网络规划模块对电网进行规划，并对规划方案进行评估，并将最终结果连接到系统数据处理维护模块；

所述的报表及图形打印模块实现报表及图形的预览及打印，同时连接到系统数据处理维护模块；

所述的用户图形接口模块实现基于图形的人机交互，并与系统数据处理维护模块连接；

所述的文件存取动态链接库模块是文件操作动态链接库，具有文件打开、关闭、存贮、读取、查询、排序等数据文件操作功能，并与实体库连接；

所述的系统数据处理维护模块是将电网规划所需要的其他数据输入到实体库，并对实体库进行参数维护；

本发明上述实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、网络规划模块、报表及图形打印模块、文件存取动态链接库模块之间的交换数据都是通过用户图形接口(GUI)模块、系统数据处理维护模块来实现的。

在本发明上述模块中，用户图形接口模块是整个系统的中间环节，而实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、文件存取动态链接库模块是整个系统的底层模块，为上层模块(系统数据处理维护模块、网络规划模块、报表及图形打印模块)提供图形、设备属性和网络方面的数据，而上层模块是整个系统功能的具体体现。

所述的实体库包括两类，一类为电气元件实体类，包括高压站，低压站，K型站，杆变，线路，分段开关等，一类是GIS图元实体类，包括线条，矩形，圆，弧形，文本，填充等。每个实体类都将图形绘画数据及规划计算数据汇聚一身，既可进行绘图，又可用于分析计算。

所述的GIS图形数据的获取及转化模块通过读取DXF格式的电子地图文件实现图形数据的获取。一般地理图中图元主要有直线、多义线、圆和圆弧等，记录在DXF格式文件的ENTITY字段中，图形的填充记录在HATCH字段中。除了基本绘图信息外，还有图层信息、图形范围信息、视口位置信息等。通过读取相应的图元记录，并用其数据对所述实体库对应类型的实体对象进行初始化，便实现了图形数据的转化。另外，通常现状网也是绘制在CAD图形中的，为了将其与地理背景区分出来，形成“活”化的电气元件，需要对其进行识别，并存入相应的电气实体类中。除了识别电气元件外，还识别区块及道路数据，以往的区块数据都是由规划人员在图上另外录入的，GIS图形数据的获取及转化模块通过读取识别其街区信息，可自动进行区块划分，并根据图形比例尺自动计算区块的实际面积，并可根据区块填充情况及图例，识别区块用地性质，大大地节省了区块录入和设置的工作量。由CAD图形误差可能会造成识别不完整或少量错误，可通过调整识别精度进行修正。

所述的用户图形接口模块，包括四个部分：菜单工具栏，图元分类列表区，图元属性维护区，图元绘制区。菜单工具栏实现各种功能的选择，绘制图元的选择等；图元分类列表区分类列出了图中的电气元件，包括从CAD识别出的原有元件，以及新规划的元件，并具有元件定位，删除功能；图元属性维护区对所选中元件进行属性输入与维护，图元属性按图元类型设置了不同的属性页，对应于不同图元；图元绘制区是用户进行鼠标交互式绘图的区域，并分图层绘出各种地理图形和电气元件，图层有地理图层和电气元件图层两类，地理图层信息来源于CAD文件，电气图层则由用户据需要自建。图元绘制区具有选择、删除、放缩、移动、漫游、框选、复制、粘贴等功能。除图元绘制区外，其余区域皆可浮动、停靠、隐藏，以方便规划人员选择合适的视图。由CAD图形误差所造成的识别差错还可进行人工修改，如区块识别不完整或划分不合理，除可通过调整识别精度进行修正外，还可将错误区块删除，再通过手工绘制方法在图元绘制区进行修改。

所述的系统数据处理维护模块形成了元件参数库，可方便地进行元件参数的录入与维护。对于每个电气元件只要选择其元件类型即可获得所需的相关参数，对于新类型元件，只需增加相应元件及其参数到实体库中即可。这可省去大量单个元件参数的设置的工作，不但可节省工作量，还可避免人工录入易出错的缺点。

所述的网络规划模块包括五个子模块：负荷预测模块、变电站布点及网络架线模块、自动生成拓扑模块、潮流计算模块、无功优化模块。这几个模块是按照顺序被执行的，所述负荷预测模块在GIS信息转换和区块识别的基础上进行负荷预测，网络分析提供基础的负荷数据，并将结果输出到变电站布点及网络架线模块，变电站布点及网络架线模块根据负荷预测进行变电站布点及网络架线，为网络分析提供变电站和网络分布，并将结果输出到自动生成拓扑模块，自动生成拓扑模块根据变电站和网络分布自动生成拓扑并将结果输出到潮流计算模块，潮流计算模块根据生成的拓扑进行潮流计算，并将结果输出到无功优化模块，无功优化模块根据潮流计算结果进行无功优化，同时将中间结果和最终结果进行打印输出。

所述的负荷预测模块，采用负荷密度法和人均电量法进行负荷预测。负荷密度法根据区块用地性质的分类及区块面积进行预测，而人均电量法采用区块人口数及人均用电量进行计算，负荷密度法因为具有基础数据易于获得，易于适应城市规划方案的变化和灵活性强等优点，而经常被采用。由于分区、面积、用地类型都由GIS系统数据的获取及转化模块自动识别，因而无需要专门的录入工作，具有极高的自动化水平。负荷预测结果可显示在图形中。

所述的变电站布点及网络架线模块：根据负荷预测结果、区块信息及高压站、低压站、K型站、杆变的容量，容载比、识别出的道路网格等数据采用粒子群算法进行自动布点及布线优化，并绘出其供电半径(可选择隐藏)。对于高压站，还可根据其站内接线方式及连接情况，自动绘出其内部接线，并可根据实际情况进行修改，通过自动绘图，大大减轻了绘图工作量。

所述的自动生成拓扑模块：是本系统的一大特色，以往配网规划系统通常需要人工输入网络连接数据，元件参数等。自动拓扑采用深度广度搜索法，通过某元件的端口在电网接线图的坐标值，来判断该元件和哪些元件相连，形成支路汇总信息。除了这些连接信息外，元件的属性信息，如阻抗，变比等信息也通过自动搜索相关元件参数放到相应的拓扑信息中，以便最终生成节点导纳矩阵，供其它模块调用。自动拓扑还有一大优势是，当系统运行方式发生改变时，只需开合相应的分段开关，自动对已有拓扑进行修改即可。这样可使规划系统在不同的调度运行方式下进行潮流计算及无功优化。拓扑数据包括五个基本表：连接表、节点表、线路表、变压器表、电容表。

所述的潮流计算模块：具有牛顿法和PQ解耦法，潮流计算模块采用了节点编号优化、稀疏和快速前代回代技术，具有很快的计算速度。潮流计算基础数据在负荷预测和自动拓扑功能中已经生成，无需额外的数据输入，系统维护量大为减少。

所述的无功优化模块：采用牛顿内点法，可根据负荷情况进行电容补偿的规划，并具有负荷水平设定功能。

所述的报表及图形打印模块实现报表及图形的预览及打印功能。本系统已将CAD图形转化成自身实体库，并在此上进行了规划，所以系统本身具有打印功能，而不会像其他规划软件一样，需要在CAD下进行成图及打印或调用第三方控件。

所述的文件存取动态链接库模块是文件操作动态链接库，具有文件打开、关闭、存贮、读取、查询、排序等数据文件操作功能。与使用数据库相比，无需购买商业数据库，安装使用方便，因无需进行数据挖掘等大量的数据操作，使用效率并不低于数据库系统。

与现有技术相比，本发明对电网规划的整体过程进行了严密的思考，保证了系统功能设计的全面性、用户界面的友好性、数据及图形维护的方便和安全性，具有高度自动化、智能化的特点，可帮助规划人员从繁重的工作中解脱出来，大大提高配网规划的工作效率。本发明采用面向对象语言VC++，系统的模块性，封装性，可扩展性，可升级性得到了充分保证。同时，由于避免了对第三方软件及商业数据库的依赖，系统具有较低的使用成本和较广的适用范围。

附图说明

图1为本发明系统结构框图

图2为本发明系统实体库结构框图

图3为本发明高压站接线方式及基本参数选择界面图

图4本发明的基本工作流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、用户图形接口(GUI)模块、系统数据处理维护模块、网络规划模块、报表及图形打印模块、文件存取动态链接库模块。其中实体库一方面从GIS图形数据的获取及转化模块获取规划所需要的图形和地理信息数据；另一方面，通过系统数据处理维护模块由用户图形接口(GUI)模块输入其他规划所需要的数据；GIS图形数据的获取及转化模块通过对电子地图的识别和处理获取电网规划所需要的图形和地理信息数据；网络规划模块包括负荷预测、变电站布点及网络架线、自动拓扑分析、潮流计算、无功优化是对电网进行规划，然后再对规划方案进行评估。这些自模块是顺序被执行的，规划的结果送入到系统数据处理维护模块；报表及图形打印模块是将规划结数据形成报表并打印出来。同时，也可以将规划结果图形打印出来；用户图形接口(GUI)模块是人机交互的接口；系统数据处理维护模块是整个系统的之间环节，通过用户图形接口(GUI)模块，完成其他各个模块之间的数据交互；所述的系统数据处理维护模块是将电网规划所需要的其他数据输入到实体库，并对实体库进行参数维护。

1、实体库从GIS图形数据的获取及转化模块接收数据，形成电网规划所需要的图形和地理信息数据，并连接到系统数据处理维护模块；

实体库定义了实现电网规划所需要的最小电气设备单元。如图2所示，当采用面向对象的编程语言时，首先定义实体类，分为电气实体类和GIS实体类两部分。

1)电气实体类子模块描述了所有电气设备的公共属性，包括图形以及参数，也是所有电气设备类的基类，而高压站、低压站、K型站、杆变、分段开关、线路等实体是电气实体类的子类，是电气设备的具体描述；

2)GIS实体类子模块是对地理信息的描述，折线、矩形、文本、填充、圆形、弧形是具体的地理信息实现，通过这些基本的图元组合可以完整的表示地理信息；

2、GIS图形数据的获取及转化模块实现地理数据的获取。规划所用的地理图一般是通过CAD图的形式提供的，在此CAD图上不能进行电网规划和分析计算，必须转换成计算所需要的电气接线数据。本模块对CAD的图层进行管理，对电气图层进行辩识，形成计算所需要的电气设备连接图以及相应的地理信息；同时，本模块可以根据道路交通线形成地理区块，可对此地理区块进行编辑，作为负荷分布预测的基础。

3、用户图形接口模块实现基于图形的人机交互，包括菜单工具栏、列表区、属性区和图形绘制区。

1)菜单工具栏实现本系统的基本操作，菜单项包括系统管理、显示、原始数据、负荷预测、网络规划、变电站选址、分析计算、评估指标等。

a)系统管理是对本系统的使用设定一定的权限，包括密码设定和管理等内容；

b)显示菜单项是对本系统的显示内容进行定义，包括显示节点电压、线路潮流、孤岛，以及图层可以定义不同的显示颜色等内容；

c)原始数据菜单项是对设备型号数据、电压等级数据等一些原始数据进行编辑提供操作接口；

d)负荷预测菜单项是在形成区块的基础上进行负荷预测，并能查看负荷预测的结果；

e)网络规划菜单项包括网络辨识、参数设定、从而进行网络规划；

f)变电站选址菜单项是包括变电站的自动布点和K站的自动布点等内容；

g)分析计算菜单项提供电网规划所需要的基本分析工具，包括潮流计算、短路电流计算、无功优化；

h)评估指标菜单项包括对规划方案的各个方面进行评估所需要的指标，包括可靠性指标、短路电流指标、供电能力指标、电能质量指标、经济性指标已经综合指标；

k)工具栏包括系统管理、显示工具栏和绘图工具栏三种；

2)列表区对所有电气设备按照类型或者所属变电站进行排列，并可以定位以及删除元件；

3)属性区可以设置和查询设备的属性，包括设备的成组查询；

4)图形绘制区显示地理图和电气设备接线图，可以对电气设备接线图进行编辑，添加、删除、移动电气设备元件。

4、系统数据维护模块对实体库进行参数维护，可以实现电气设备属性和类型数据录入、变电站接线方式的选择以及自动绘图等功能。

1)电气设备的属性数据录入是通过在编辑状态下双击此电气设备，当属性区显示此电气设备所对应的属性栏时，对属性数据进行添加或修改；

2)电气设备的类型数据录入是在原始数据菜单中通过表格的形式录入的；

3)高压站的接线方式选择如图3所示，分别选择高压站的接线方式、变压器类型以及电压等级等内容；

4)当高压站的接线方式确定之后，本系统进行自动绘图；

5、网络规划模块是本系统的核心内容，对电网进行规划，并对规划方案进行评估。网络规划模块包括负荷预测子模块、变电站布点及网络架线子模块、自动生成拓扑子模块、潮流计算子模块、无功优化子模块。

所述的负荷预测模块可根据本系统的自动区块识别信息进行规划区域的负荷预测，预测方法为负荷密度指标法和人均电量法。

所述的变电站布点及网络架线能根据负荷预测结果、区块信息及高压站、低压站、K型站、杆变的容量，容载比、识别出的道路网格等数据采用粒子群算法进行自动布点及布线优化的功能。

所述的自动拓扑采用深度广度搜索法，通过某元件的端口在电网接线图的坐标值，来判断该元件和哪些元件相连，形成支路汇总信息和元件的属性信息。

所述的潮流计算模块采用牛顿法和PQ解耦法，潮流计算模块采用了节点编号优化、稀疏和快速前代回代技术，具有很快的计算速度。潮流计算基础数据在负荷预测和自动拓扑功能中已经生成，无需额外的数据输入，系统维护量大为减少。

所述的无功优化模块采用牛顿内点法，可根据负荷情况进行电容补偿的规划，并具有负荷水平设定功能。

网络规划模块流程是按照顺序执行的，如图4所示。首先，在GIS数据转换和区块识别的的基础上，负荷预测模块进行负荷预测，网络分析提供基础的负荷数据，并将结果输出到变电站布点及网络架线模块，变电站布点及网络架线模块根据负荷预测进行变电站布点及网络架线，为网络分析提供变电站和网络分布，并将结果输出到自动生成拓扑模块，自动生成拓扑模块根据变电站和网络分布自动生成拓扑并将结果输出到潮流计算模块，潮流计算模块根据生成的拓扑进行潮流计算，并将结果输出到无功优化模块，无功优化模块根据潮流计算结果进行无功优化，同时将中间结果和最终结果进行打印输出。

6、报表及图形打印模块提供图形和报表的打印功能，包括地理图和电气接线图；

7、文件存取动态链接库模块提供数据文件的操作接口，具有文件打开、关闭、存贮、读取、查询、排序功能。

本发明将已有的GIS信息转化成规划所需的地理信息数据、网络数据，并通过自动区块识别、自动现状网识别、自动拓扑、自动布点功能以帮助规划人员进行负荷预测、网络规划、潮流计算、短路计算及无功优化规划。从而帮助规划人员从繁重的工作中解脱出来，提高电网规划的水平和效率。

Claims (10)

1、一种电网规划计算机辅助决策支持系统，包括：实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、用户图形接口模块、系统数据处理维护模块、网络规划模块、报表及图形打印模块、文件存取动态链接库模块，其特征在于，还包括负荷预测模块、变电站布点及网络架线模块、自动生成拓扑模块、潮流计算模块、无功优化模块，其中：

所述GIS图形数据的获取及转化模块通过读取电子地图文件实现图形数据的获取，并将获取的数据输出到实体库；

所述实体库从GIS图形数据的获取及转化模块接收数据，形成电网规划所需要的图形和地理信息数据，并从用户图形接口模块获取除图形数据外电网规划所需要的数据，将这些数据进行保存，同时连接到系统数据处理维护模块；

所述网络规划模块对电网进行规划，并对规划方案进行评估，并将最终结果连接到系统数据处理维护模块；

所述报表及图形打印模块实现报表及图形的预览及打印，同时连接到系统数据处理维护模块；

所述用户图形接口模块实现基于图形的人机交互，并与系统数据处理维护模块连接；

所述文件存取动态链接库模块是文件操作动态链接库，具有文件打开、关闭、存贮、读取、查询、排序功能，并与系统数据处理维护模块连接；

所述系统数据处理维护模块将电网规划所需要的数据输入到实体库，并对实体库进行参数维护；

上述实体库、GIS图形数据的获取及转化模块、网络规划模块、报表及图形打印模块、文件存取动态链接库模块之间通过用户图形接口模块、系统数据处理维护模块来实现交换数据；

所述负荷预测模块、变电站布点及网络架线模块、自动生成拓扑模块、潮流计算模块和无功优化模块是按照顺序执行的。

2、如权利要求1所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的实体库由电气元件实体类和GIS图元实体类构成，每个实体类都将图形绘画数据及规划计算数据汇聚一身，既能用于绘图，又能用于分析计算。

3、如权利要求1所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的GIS系统数据的获取及转化模块通过读取DXF格式的电子地图文件实现图形数据的获取，并对现状网进行识别，除识别电气元件外，还识别区块及道路数据，可自动进行区块划分，并根据图形比例尺自动计算区块的实际面积，并根据区块的填充情况及图例，识别区块用地性质。

4、如权利要求1所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的用户图形接口模块包括四个部分：菜单工具栏、图元分类列表区、图元属性维护区、图元绘制区，

所述菜单工具栏实现各种功能的选择、绘制图元的选择；

所述图元分类列表区分类列出了图中的电气元件，包括从CAD识别出的原有元件，以及新规划的元件，并具有元件定位、删除功能；

所述图元属性维护区对所选中元件进行属性输入与维护，图元属性按图元类型设置了不同的属性页，对应于不同图元；

所述图元绘制区是用户进行鼠标交互式绘图的区域，并分图层绘出各种地理图形和电气元件，图层有地理图层和电气元件图层两类，地理图层信息来源于CAD文件，电气图层则由用户据需要自建，图元绘制区具有选择、删除、放缩、移动、漫游、框选、复制、粘贴功能；

上述四个部分，除图元绘制区外，其余区域皆能浮动、停靠、隐藏。

5、如权利要求1所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的系统数据处理维护模块对实体库进行参数维护，对于每个电气元件只要选择其元件类型即能获得所需的参数，对于新类型元件，只需增加相应元件及其参数到实体库中。

6、如权利要求1所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述负荷预测模块在GIS信息转换和区块识别的基础上进行负荷预测，网络分析提供基础的负荷数据，并将结果输出到变电站布点及网络架线模块，变电站布点及网络架线模块根据负荷预测进行变电站布点及网络架线，为网络分析提供变电站和网络分布，并将结果输出到自动生成拓扑模块，自动生成拓扑模块根据变电站和网络分布自动生成拓扑并将结果输出到潮流计算模块，潮流计算模块根据自动生成的拓扑进行潮流计算，并将结果输出到无功优化模块，无功优化模块根据潮流计算结果进行无功优化，同时将中间结果和最终结果进行打印输出。

7、如权利要求6所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的负荷预测模块根据自动区块识别信息进行规划区域的负荷预测，负荷预测采用负荷密度指标法和人均电量法，所述负荷密度法根据区块用地性质的分类及区块面积进行预测，所述人均电量法采用区块人口数及人均用电量进行计算。

8、如权利要求6所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的变电站布点及网络架线模块根据负荷预测结果、区块信息及高压站、低压站、K型站、杆变的容量，容载比、识别出的道路网格数据采用粒子群算法进行自动布点及布线优化，并绘出其供电半径。

9、如权利要求6所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的自动生成拓扑模块采用深度广度搜索法，通过某元件的端口在电网接线图的坐标值，来判断该元件和哪些元件相连，形成支路汇总信息，除了这些连接信息外，元件的属性信息也通过自动搜索元件参数放到相应的拓扑信息中，以便最终生成节点导纳矩阵，供其它模块调用。

10、如权利要求6所述的电网规划计算机辅助决策支持系统，其特征是，所述的潮流计算模块采用牛顿法和PQ解耦法进行潮流计算，采用了节点编号优化、稀疏和快速前代回代技术；所述的无功优化模块采用牛顿内点法，根据负荷情况进行电容补偿的规划，并进行负荷水平设定。

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