CN104008218A - 电力工程三维一体化设计平台 - Google Patents

Abstract

一种电力工程三维一体化设计平台，它包括基础设施层、数据管理层、通用组件层、业务服务层和用户表现层。采用上述技术方案的本发明，是结合电力建设发展需要而发明的集发电、变电、输电及新能源于一体的数字化一体化设计平台。通过整合各类设计资源：基础地理数据、调绘数据、发展规划数据、能源数据等，融选址选线选厂为一体的智能设计平台。主要特点：（1）构建一体化设计平台，促进信息共享和各专业协同；（2）数据共享、资源整合；（3）三维全景设计，增强直观性，提升效率；（4）实现三维智能化校验，提高准确度；（5）促进电力设计过程标准化、规范化。

Description

电力工程三维一体化设计平台

技术领域

本发明涉及一种电力工程三维一体化设计平台。

背景技术

电力工程是指与电能的生产、输送、分配有关的工程，而高效的电力工程设计能够确保电力工程的顺利建设和运行。

当前电力工程设计主要面向发电、变电、输电以及新能源领域，工作内容包括系统规划、可研选址设计、施工图设计、竣工图设计、数字化成果管理等，随着相关技术应用程度的加深，设计人员逐步采取了CAD、Bentley、PDMS等设计软件进行工作，极大提高了电力工程设计的质量和速度，但也存在一些问题。

问题首先表现在电力工程设计过程的效率上，采用这类计算机辅助设计软件仍需要大量手工工作，比如设备材料的统计。其次表现在对设计成果的效果上，缺少三维地理场景支撑的设计成果很难得到用户认同；同时，由于采用的平台不一样，导致业务之间出现脱节。以及由于数据的不统一，导致在电力工程领域协同管理时容易出现错误，为工程的后期维护和改造、设计服务的延伸增值带来障碍等。

（1）电力工程二维设计平台，如CAD和道亨软件。其缺点如下：首先，绘图工作量大，重复劳动多，修改内容不能实现关联修改，同时CAD图只是几何特征，没有专业属性和模型特征，无法实现相关的专业计算和检校。设备材料和土建材料等需要人工整理绘制。其次，设计人员进行方案优化和构思是在二维图纸基础上，在自己大脑中独立生成三维实物模型，并根据设计人员自己的印象加以优化，这种工作模式既有很大的人为因素。最后，各个专业间基础信息不能通过网络实现共享，使得工程各阶段的资料信息需要人工提取，也不利于建设期间和运营管理过程中设备状况的跟踪和记录。

（2）电力工程三维设计平台，如Bentley等软件平台。其缺点如下：首先，根据二维模型生成的三维模型不够精确；其次，支持的业务限制在发电、变电站设计中，不能满足输电和新能源业务需求；再次，三维GIS分析功能比较弱；最后，不能提供仿真自然环境。

发明内容

本发明的目的有以下几点：其一，电力工程数据的高效和深度管理，减少数据的重复建设；其二，效果展示，可以对不同设计实现风格一致的展示效果，有助于规范化管理；其三，引入三维GIS分析功能，包括空间量算、空间分析与设备空间距离检校等；其四，一体化电力工程设计支撑，可以实现发电工程、变电工程、输电工程、新能源工程等业务的整合管理，数据互通，资源共享。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电力工程三维一体化设计平台，其特征在于，它包括：

基础设施层，它包括通过网络相互通信的服务器和平台运行控制装置；

数据管理层，由电力专题数据库构成；所述的电力专题数据库整合所有的电力工程设计及前期规划相关的信息资源；并随着工程建设的积累，实时对数据进行维护和完善；

通用组件层，与数据管理层通信连接，它负责数据的访问与显示、图表的统计与输出、地图显示和日志管理；所述的通用组件层包含电力工程三维一体化设计组件，所述的电力工程三维一体化设计组件采用二三维一体化协同技术、三维实景设计技术和电网管理动态分段技术对电力工程进行三维一体化设计；

业务服务层，根据用户表现层的请求，生成系统规划业务、厂所选址业务或输电线路设计业务，并由该业务触发通用组件层的电力工程三维一体化设计组件工作；

用户表现层，由位于电力工程各个部门的子控制单元构成，每个接收通用组件层发送来的显示内容，同时将显示层的各种操作传递给业务服务层。

在所述的二三维一体化协同技术将二维环境操作的设计对象发通过二三维协同接口发送到三维环境中，并经过格式转换成为三维设计对象，然后根据地形获取高度信息，并在三维场景中显示出来；同样地，将三维环境操作的设计对象通过二三维协同接口发送到二维环境中，并经过格式转换成为二维设计对象，然后去除掉高度信息后，在二维场景中显示出来。

三维实景设计技术在三维基础平台上获取遥感影像、三维设施模型和设计图纸，并根据此建立仿真环境；然后调用业务层的线路设计组件、三维分析组件和电气分析组件构建符合要求的设计路径。

采用上述技术方案的本发明，是结合电力建设发展需要而发明的集发电、变电、输电及新能源于一体的数字化一体化设计平台。通过整合各类设计资源：基础地理数据、调绘数据、发展规划数据、能源数据等，融选址选线选厂为一体的智能设计平台。主要特点：

（1）构建一体化设计平台，促进信息共享和各专业协同；

（2）数据共享、资源整合；

（3）三维全景设计，增强直观性，提升效率；

（4）实现三维智能化校验，提高准确度；

（5）促进电力设计过程标准化、规范化；

（6）利于电力工程全寿命周期管理，便于数字化移交；

（7）实现设计的整体优化、有助于缩短设计周期、提高设计质量、便于投资估算和限额设计、实现资源共享，可形象直观地组织施工。

附图说明

图1为本发明的整体架构图。

图2为本发明的整体流程图。

图3为本发明的硬件拓扑图。

图4为本发明中电力专题数据库的原理图。

图5为本发明中利用二三维一体化协同技术的工作流程图。

图6为本发明中利用三维实景设计技术的工作流程图。

图7为传统作业模式图。

图8为利用三维实景设计技术的新型模式图。

图9为本发明中动态分段技术的原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种电力工程三维一体化设计平台，它包括基础设施层、数据管理层、通用组件层、业务服务层和用户表现层。

其中，基础设施层包括通过网络相互通信的主服务器和平台运行控制装置。除了主服务器之外，还可增加备用服务器以增加数据的安全性。

如图4所示，数据管理层由电力专题数据库构成；所述的电力专题数据库整合区域基础地理信息、电网资源信息、能源资源信息、规划专家知识、工程数据等电力工程设计及前期规划相关的信息资源，从而更好、更便捷的进行站址选择、厂址选择、路径选线等等。随着工程建设的积累，不断完善知识数据库，并从中挖掘有效的针对具体工程的有用数据。

电力专题数据库的设计原则为：

（1）根据电力专题数据组成进行分类，每个分类对应不同的数据集，如基础地理数据集，电网资源数据集，能源资源数据集等等；

（2）逻辑设计：每个数据集分别对应一个逻辑数据库；

（3）每个逻辑数据库又被划分为多个子集，为了区分不同子集中的表，同类子集的表以相同的前缀（即数据集的缩写）附加在表名前；

（4）在每类子集中不同的空间参考和比例尺的空间数据划分在不同的空间数据集中，空间数据集的表命名时以空间数据集名称的缩写作为后缀；

（5）由于关系型数据表和空间数据表之间无法通过数据库技术提供主外键机制建立关联，通过建立电力设计的专题数据集的关系表来记录关联关系；

（6）电力设计专题数据库中的每个数据集的数据模型符合3NF的标准范式要求，并通过CASE工具实现ER（实体关系）设计。

另外，随着工程建设的积累，实时对数据进行维护和完善；从时态上来讲，电力设计专题数据会随着时间的变化而存在不断更新和完善。管理方面，建立数据维护和完善规范管理机制；工具方面，提供数据维护和更新机制；安全方面，禁止网络传输，保证介质传递，建立网络安全机制。

基于上述原则，建立如图4所示的电力专题数据库，具体为：

a.基础地理数据：地形地貌、行政区划、地名注记数据、DEM高程数据，地形图、地质图等；

b.电力空间数据：各类型电网专题数据，产业集聚区、煤矿分布区、地质构造区、污秽区等；

c.电力业务数据：电力规划数据，能源数据、国民经济数据，应急调度数据等等，数据类型主要是文件资料、DWG图纸等等。

通用组件层，与数据管理层通信连接，它负责数据的访问与显示、图表的统计与输出、地图显示和日志管理；所述的通用组件层包含电力工程三维一体化设计组件，所述的电力工程三维一体化设计组件采用二三维一体化协同技术、三维实景设计技术和电网管理动态分段技术对电力工程进行三维一体化设计。

其中，二三维一体化协同技术，如图5所示，它可以将二维环境操作的设计对象发通过二三维协同接口发送到三维环境中，并经过格式转换成为三维设计对象，然后根据地形获取高度信息，并在三维场景中显示出来；同样地，将三维环境操作的设计对象通过二三维协同接口发送到二维环境中，并经过格式转换成为二维设计对象，然后去除掉高度信息后，在二维场景中显示出来。上述这种技术充分发挥二维GIS强大的数据管理、编辑及空间分析能及三维GIS强大实体渲染、仿真及三维校验能力，共同在发电输变电的野外调绘、三维协同设计及设计成果管理方面发挥优势作用。具体地说，

1）平台可视化方面，搭建一体化平台，集成二维GIS模块和三维GIS模块，实现二三维联动和视图同步，实现二三维协同设计。

2）技术管理方面，综合运用二三维集成技术，实现版本和数据的统一化管理。

3）数据方面，实现空间海量数据的统一存储和管理。

4）空间服务方面，提供完整二三维服务发布和调用管理，实现统一的空间分析服务机制。

如图6所示，三维实景设计技术，它在三维基础平台上获取遥感影像、三维设施模型和设计图纸，并根据此建立仿真环境。然后调用业务层的线路设计组件、三维分析组件和电气分析组件构建符合要求的设计路径。这种技术开创性地实现了输变电工程三维设计工作模式，拖动设计模式变革，突破传统二维电力工程设计的视觉限制，实现设计中的所见即所得，应用在输电线路的三维实景排位、发变电厂站实景组装、三维实景勘测等方面。

研究提出三维平台与专业设计软件成果交互方法。改变了如图7所示的 “室内初选->野外踏勘->室内预排位”的传统工作模式，研究创建了“三维平台线路路径方案优选->优选方案专业软件排位->排位成果三维直观展示” 新型工作模式，如图8所示，从而实现了设计全过程无缝衔接，推动设计方式变革。

电网管理动态分段技术：将电网管理线性化，建立基于输电线路的在线及离线事件，将电厂、电站及输电线路走廊内设施都作为事件之一进行组织管理，建立线性参考，实现电网在区域三维场景中的高效展示、设备设施查询、信息更新管理等方面。原始的情况下，当电力线路的属性信息发生变化时就要求打断线路，然而有些线路的属性信息经常发生变化，例如线路状况一旦恶化并随之维护，就发生变化。要准确的反映线路状况的这种变化，就不得不打断一些要素并合并另外一些要素。当需要存储其他属性时，如材质、电压限制、速度限制和事故点，将线性要素分段更成问题。每当属性变化时，道路将需要更多拆分。在进行所要求的分段之后，线性要素是如此的细分，即使不是不可能，也是难于维护的，这一点很明显。我们可以存储、显示、查询和分析与网络有关的信息而无需触及底层的路网数据的空间坐标。动态分段功能将地图网络中的连线根据其属性将特征相近的连线分段。分段是动态进行的，因为它与当前连线的属性相对应，如果属性改变了，属性对应的几何数据也发生变化。同时，这种方法可以提高三维场景对线路的渲染速度。

动态分段技术是一种基于线性参考的动态分析线性事件的线性特征进行的某种量测标准为依据的相对位置划分的技术，可以极大的增强线性特征的分析处理能力。动态分段技术主要在路网、河网、电网等线性特征比较明显行业中有广泛应用。

动态分段技术是对现实世界中线性特征及相关属性进行抽象描述的数据模型和计算手段，它可以根据不同的属性按照某种度量标准对线性要素进行相对位置的划分。

动态分段的实质上是建立在电网弧段-结点数据结构上的一种抽象方法，通过一定的映射关系，将电网动态段对应的走廊事件进行线性分析。

业务服务层，根据用户表现层的请求，生成系统规划业务、厂所选址业务或输电线路设计业务。需要说明的是，业务服务层包含线路设计组件、三维分析组件和电气分析组件，组件之间的不同组合构成不同的电力业务，最终由该电力业务触发基础软件层的电力工程三维一体化设计组件工作。

用户表现层，它由位于电力工程各个部门的子控制单元构成，子控制单元在实施时可以为一个控制器。每个子控制单元接收通用组件层发送来的显示内容，并发出请求至业务服务层。

本发明针对发电部分，一体化设计平台无缝对接和集成电厂专业设计软件，将共享管理的前期规划设计成果调入电厂设计平台开展发电初步设计及施工图设计工作，同时设计的过程成果同步保存到一体化平台系统库中，便于设计成果管理。能够对接的常用设计平台主要为PDMS平台。

针对变电部分，一体化设计平台无缝对接和集成变电专业设计软件，将共享管理的前期规划设计成果调入变电设计平台中，开展变电初步设计及施工图设计工作，同时设计的过程成果同步保存到一体化平台系统库中，便于设计成果管理。能够对接的常用设计平台有：基于CAD的变电设计平台、Bentley变电设计平台。

针对输电部分，基于一体化平台工程设计人员在前期成果的基础上，可以查阅线路走廊内沿线的气象站点资料，以往线路的运行经验，气象分区图，并根据设计经验，在系统中人工调整路径优化方案。同时设计人员可以提取基础地理数据和路径方案叠置在一起，生成路径图，测量人员可携带纸质路径图，开始外业踏勘。在系统设计过程中，支持平台导出各种成果资料：详细路径图、平均海拔高度图、路径统计分析报告（指山区、平原、丘陵各占比例，跨各电压等级线路统计，跨各等级冰区污区统计，平均耐张段统计，曲折系数等），路径平断面图等等。一体化平台集成对接输电专业设计平台，前期及优化成果可直接导入到设计软件中，同时可进行同步协同输电数字化设计，平台通过与比较成熟的专业设计平台的对接，实现设计成果的共享和提高设计精确度和高效性。能够对接的输电专业设计软件有：道亨输电线路设计软件、TTA铁塔结构设计软件，铁塔长短腿设计软件，基础设计配置软件等。

针对新能源部分，一体化平台集成对接新能源相关的专业设计软件，如风场设计软件GH Windfarmer及常见的光伏电站设计软件等，进行可视化交互设计。

同时，一体化平台支持各种三维校验：管道碰撞校验、变电电气距离校验、带电体距离校验、导地线对地距离校验、导地线相序间距校验、跳线塔窗距离校验，风偏校验、交叉跨越分析、不均匀载荷分析等等。

一体化平台基于系统库方案，可进行电力工程设计成果的一体化管理及数字化移交。一体化平台在遵循电力工程成果管理流程的基础上，充分利用其工程化、数字化共性进行电网化管理。平台契合国家电网公司及南方电网主导开展的诸多电力工程数字化设计、一体化设计、三维化设计工作，实现设计资源的整合共性、专业间设计协同及便于与国网公司管理系统的成果对接，支持工程设计成果的数字化移交工作。

Claims (3)

1.一种电力工程三维一体化设计平台，其特征在于，它包括：

基础设施层，它包括通过网络相互通信的服务器和平台运行控制装置；

数据管理层，由电力专题数据库构成；所述的电力专题数据库整合所有的电力工程设计及前期规划相关的信息资源；并随着工程建设的积累，实时对数据进行维护和完善；

通用组件层，与数据管理层通信连接，它负责数据的访问与显示、图表的统计与输出、地图显示和日志管理；所述的通用组件层包含电力工程三维一体化设计组件，所述的电力工程三维一体化设计组件采用二三维一体化协同技术、三维实景设计技术和电网管理动态分段技术对电力工程进行三维一体化设计；

业务服务层，根据用户表现层的请求，生成系统规划业务、厂所选址业务或输电线路设计业务，并由该业务触发通用组件层的电力工程三维一体化设计组件工作；

用户表现层，由位于电力工程各个部门的子控制单元构成，每个接收通用组件层发送来的显示内容，同时将显示层的各种操作传递给业务服务层。

2.根据权利要求1所述的电力工程三维一体化设计平台，其特征在于：在所述的二三维一体化协同技术将二维环境操作的设计对象发通过二三维协同接口发送到三维环境中，并经过格式转换成为三维设计对象，然后根据地形获取高度信息，并在三维场景中显示出来；同样地，将三维环境操作的设计对象通过二三维协同接口发送到二维环境中，并经过格式转换成为二维设计对象，然后去除掉高度信息后，在二维场景中显示出来。

3.根据权利要求1所述的电力工程三维一体化设计平台，其特征在于：三维实景设计技术在三维基础平台上获取遥感影像、三维设施模型和设计图纸，并根据此建立仿真环境；然后调用业务层的线路设计组件、三维分析组件和电气分析组件构建符合要求的设计路径。