CN105335584B - 配网系统单线图生成优化装置和方法 - Google Patents

配网系统单线图生成优化装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配网系统单线图生成优化装置和方法，装置包括：根据电力系统规范绘制的图形元件的图元库；用以完成从外围系统加载配网模型得到配网模型对应的拓扑连接图的配网模型加载模块；用以完成对配网模型与单线图绘制依据的配网模型进行对比得到差异项的模型对比模块；用以完成配网模型信息与图形元件信息之间的匹配的模型图元对比模块；用以完成图形元件和设备之间的自动绑定的设备绑定模块；用以对拓扑连接图中绘制完成图形元件进行标记的标记模块；用以完成变电站和配电线路的绘制的绘图模块。该发明确保了图形和模型的一致性，并且降低了单线图生成过程和修改优化过程中人工连线的工作量。

Description

配网系统单线图生成优化装置和方法
技术领域
本发明适用于电力系统配网技术领域，尤其是配网系统单线图生成优化装置和方法。
背景技术
城市周边的配电变电站从输电网接收电能之后，通过配电线路向用户供电，我国配电网线路的主要电压等级是10kV，从配电变电站出线到向用户供电的变压器、配电室以及中间的配电线路等构成了配电网。配电网是由许多配电线路构成的网络，配电线路由电杆、柱上开关、刀闸、环网柜、箱式变等设备组成。对配电网中的各种元件，用规定的图形或符号，按它们的实际连接方式，以等效单线表示的系统电气接线图就是配网单线图。
虽然现在电力公司引入了GIS(Geography Information System，地理信息系统)系统，并且完成了基础数据采集工作，对杆塔等电力设施采集了坐标位置，可以精准的在GIS图上延布各种元件，根据电力公司的工作要求，一些传统上围绕着单线图开展的业务工作转到了围绕着GIS图，但是系统单线图仍然是不可缺少的。原因是GIS图上杆塔等设备必须放置在相应的地理位置，而系统单线图能够根据需要或者使用习惯合理的摆放位置和走向，因此可以非常直观地展现线路、元件及其连接关系，并且一些业务功能也只能在系统单线图上开展(例如实时数据的展示)，而且配网自动化系统等关键业务系统，必须从安全生产管理系统(PMS)获取模型和图形数据，其中图形数据主要就是系统单线图。
现有的系统单线图一般都是使用特定图形编辑工具生成，有两种方法：一种是将上述设备的元件符号按照实际连接关系放置在图上、元件之间用线段或连接线连接起来，并且针对每个图形元件选择相应的设备(称之为“图形-模型绑定”)，另一种是根据GIS自动生成系统单线图再手工整理，在自动生成过程中完成绑定，但是杆塔及线路上的元件的摆放位置仍然需要人工一个个的调整。第一种方法绘制系统单线图容易造成图形和模型之间的不一致，例如漏画了元件、未绑定设备、连错了元件、未实际连接等等，并且工作量巨大；第二种方式生成系统单线图可以保证图形和模型之间的一致，但是手工整理摆放一个个杆塔等设备元件的工作量仍然比较大，一次性系统实施是可行的，长期运行维护仍然太过于复杂。
然而由于经济快速发展和供电可靠性要求提高，城乡配电网发展迅速，配电网规模和结构越来越庞大和复杂，并且线路异动变更非常频繁，这就要求既能方便地生成系统单线图，又能快速的修改系统单线图，并且图形必须保持与模型的一致性，只有这样才能保持系统单线图尽快更新以贴合实际情况，并且能够围绕着系统单线图正确的完成业务功能。
上述两种生成接线图的方法都存在工作量大、易出错、图形-模型不一致、维护难的缺点。当配电网结构发生变化(如新增设备、接线方式改变)时需要人工修改系统单线图或者重新生成系统单线图再手工整理，十分麻烦并且非常容易出错。
发明内容
本发明的目的是提供配网系统单线图生成优化装置和方法，该发明确保了图形和模型的一致性，并且降低了单线图生成过程和修改优化过程中人工连线的工作量。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
配网系统单线图生成优化装置，包括图元库、配网模型加载模块、模型图元对比模块、模型对比模块、设备绑定模块、标记模块和绘图模块，所述图元库包括根据电力系统规范绘制的图形元件；配网模型加载模块用以完成从外围系统加载配网模型，得到配网模型对应的拓扑连接图；模型对比模块用以完成对配网模型与单线图绘制依据的配网模型进行对比，得到差异项；模型图元对比模块用以完成配网模型信息与图形元件信息之间的匹配，匹配成功后选中该图形元件；设备绑定模块用以完成图形元件和设备之间的自动绑定；标记模块用以对拓扑连接图中绘制完成的变电站、耐张杆塔和直线杆塔对应的图形元件的标记；绘图模块用以完成变电站和配电线路的绘制。
所述图元库包括根据电力系统绘制的绑定了设备类型、电压等级、厂家参数的图形元件。
所述配网模型加载模块从数据中心或PMS系统加载按照CIM规范构建的电力系统标准模型，只加载变电站和配电线路所包含的设备及其层次关系，展示为一个树状视图，所述树状视图的第一层节点为该配电线路的主线，第二层节点为该配电线路的支线，第三层节点为该配电线路相应的分支线。
所述绘图模块从配电线路的主线变电站图形元件开始，根据直线杆塔数量和档距确定耐张杆塔图形元件位置后，自动生成中间直线杆塔图形元件，完成配电线路主线的设备摆放；完成配电线路的支线的耐张杆塔、直线杆塔图形元件的绘制与设备的摆放；完成配电线路的分支线的耐张杆塔和直线杆塔图形元件的绘制与设备的摆放。
配网系统单线图生成优化方法，包括以下步骤：
配网模型加载模块从外围系统加载配网模型，得到拓扑连接图，对配电线路的主线、配电线路的支线和配电线路的分支线上的元件进行排序；
绘图模块分别完成配电线路的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的耐张段内图形元件进行标记；
模型图元对比模块从图元库中选择配电线路的图形元件；
根据模型对比模块得到的模型差异项，模型图元对比模块完成对新模型图元的替换。
所述绘图模块分别完成配电线路的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的耐张段内图形元件进行标记的具体步骤包括：绘图模块对配电线路的主线变电站、耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的主线耐张段内图形元件进行标记；绘图模块对配电线路的支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成支线耐张段内的图形元件进行标记；绘图模块对配电线路的分支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的分支线耐张段内图形元件进行标记。
绘图模块对配电线路的主线变电站、耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的的位置绘制具体步骤包括：以配电线路的主线变电站为起点，模型图元绑定模块根据变电站信息在图元库选择合适的变电站图形元件，设备绑定模块自动完成变电站图形元件和设备绑定；根据直线杆塔的数量和档距在一个圆环范围内选择耐张杆塔的位置，模型图元绑定模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在以配电线路的主线变电站和耐张杆塔确定的线段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元绑定模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定；
绘图模块对配电线路的支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放的具体步骤包括：绘图模块从配网模型的第一条支线开始，根据配电线路的支线上直线杆塔的数量和档距选择耐张杆塔的位置，模型图元绑定模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在配电线路的支线耐张段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元绑定模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定；
绘图模块对配电线路的分支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放的具体步骤包括：绘图模块从配网模型的第一条分支线开始，根据配电线路的分支线上直线杆塔的数量和档距选择耐张杆塔的位置，模型图元绑定模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在配电线路的分支线耐张段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元绑定模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定。
绘图模块完成配电线路的设备摆放的具体步骤包括：在所绘制的耐张段内，以直线杆塔指向耐张杆塔的射线为X轴正方向，以耐张杆塔为原点，将X轴正方向逆时针旋转90度为Y轴正方向，首先寻找与线路有多于一个端子连接的设备，将设备摆放在X轴上，旋转设备图元与X轴正方向平行，下一个与线路有多于一个端子连接的设备沿着X轴按照同样的算法依次摆放；其次统计与线路只有一个端子连接的设备的个数n，将这些设备平均分为两半，一半设备摆放在Y轴的正半平面上，数量为n1，从X轴正方向开始逆时针依次旋转旋转设备图元与该方向平行，另一半设备摆放在Y轴的负半平面上，数量为n2，从X轴的负方向开始逆时针依次旋转旋转设备图元与该方向平行，如果设备个数n为奇数，则n1＝n2+1，否则n1＝n2。
本发明的有益效果是，
本发明提供配网系统单线图生成优化装置和方法，以电力公司构建的电力系统标准模型为基准快速生成、调整配电网系统单线图。配网模型加载模块从数据中心或PMS系统加载按照CIM规范构建了电力系统标准模型，只加载变电站和配电线路两层所包含的设备及其层次关系，模型图元对比模块对配网模型信息与图形元件信息之间的匹配，匹配成功后选中该图形元件，自动完成图形元件和设备的绑定，确保了图形元件和模型之间的一致，减少了人工摆放带来的工作量；在配网模型进行更新变化后，模型比对模块比较更新后的配网模型与单线图绘制依据的配网模型，确定差异项，模型图元对比模块从图元库匹配新的图形元件和设备信息，完成线路的更新，完成系统单线图的同步维护，简化了修改调整系统单线图的工作。
附图说明
图1是本发明配网系统单线图生成优化装置的结构示意图；
图2是配电线路主线耐张段耐张杆塔位置确定示意图；
图3是配电线路主线耐张段直线杆塔位置确定示意图；
图4是配电线路耐张段设备位置确定建立坐标系示意图；
图5是配电线路支线耐张段绘制示意图。
具体实施方式
配网系统单线图生成优化装置，包括图元库、配网模型加载模块、模型图元对比模块、模型对比模块、设备绑定模块、标记模块和绘图模块，所述图元库包括根据电力系统规范绘制的图形元件；配网模型加载模块用以完成从外围系统加载配网模型，得到配网模型对应的拓扑连接图；模型对比模块用以完成对配网模型与单线图绘制依据的配网模型进行对比，得到差异项；模型图元对比模块用以完成配网模型信息与图形元件信息之间的匹配，匹配成功后选中该图形元件；设备绑定模块用以完成图形元件和设备之间的自动绑定；标记模块用以对拓扑连接图中绘制完成的变电站、耐张杆塔和直线杆塔对应的图形元件的标记；绘图模块用以完成变电站和配电线路的绘制。
所述图元库包括根据电力系统绘制的绑定了设备类型、电压等级、厂家参数的图形元件。设备类型包括但不限于：断路器、隔离开关、电缆、电压互感器、电流互感器、接地刀闸、架空线路、电缆线路、箱式变压器、电力电容器、开闭所、配电室等。使用有名字的枚举值表示，名字是文本用来描述设备类型并且在界面上显示给用户看，枚举值也是文本(一般是英文)用来唯一标识一个设备类型，不同的设备类型枚举值是不同的。电压等级包括但不限于：220KV、10KV、3.5KV等。使用有名字的枚举值表示，名字是文本用来描述电压等级并且在界面上显示给用户看，枚举值也是文本(一般是英文)用来唯一标识一个电压等级，不同的电压等级枚举值是不同的。如果同一种设备的不同厂家或者型号使用不同的图元来表示，那么也可以在图元上附加厂家型号的信息，使用文本表示，不同厂家型号的文本是不同的，如果同一种设备使用相同的图元则无须做这一步。
所述配网模型加载模块从数据中心或PMS系统加载按照CIM规范构建的电力系统标准模型，只加载变电站和配电线路两层所包含的设备及其层次关系，展示为一个树状视图，所述树状视图的第一层节点为该配电线路的主线，第二层节点为该配电线路的支线，第三层节点为该配电线路相应的分支线。
所述绘图模块从配电线路的主线变电站图形元件开始，根据直线杆塔数量和档距确定耐张杆塔图形元件位置后，自动生成中间直线杆塔图形元件，完成配电线路主线的设备摆放；完成配电线路的支线的耐张杆塔、直线杆塔图形元件的绘制与设备的摆放；完成配电线路的分支线的耐张杆塔和直线杆塔图形元件的绘制与设备的摆放。
配网系统单线图生成优化方法，包括以下步骤：
配网模型加载模块从外围系统加载配网模型，得到拓扑连接图，对配电线路的主线、配电线路的支线和配电线路的分支线上的元件进行排序；绘图模块分别完成配电线路的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的耐张段内图形元件进行标记；模型图元对比模块从图元库中选择配电线路的图形元件；根据模型对比模块得到的模型差异项，模型图元对比模块完成对新模型图元的替换。
绘图模块分别完成配电线路的图形元件的位置绘制和设备摆放的具体步骤包括：绘图模块对配电线路的主线变电站、耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的主线耐张段内图形元件进行标记；绘图模块对配电线路的支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成支线耐张段内的图形元件进行标记；绘图模块对配电线路的分支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的分支线耐张段内图形元件进行标记。
绘图模块对配电线路的主线的图形元件的位置绘制具体步骤包括：以配电线路的主线变电站为起点，模型图元绑定模块根据变电站信息在图元库选择合适的变电站图形元件，设备绑定模块自动完成变电站图形元件和设备绑定；根据直线杆塔的数量和档距在一个圆环范围内选择耐张杆塔的位置，用户确定好耐张杆塔的位置后，模型图元绑定模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在以配电线路的主线变电站和耐张杆塔确定的线段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元绑定模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定。
绘图模块对配电线路的支线的图形元件的位置绘制具体步骤包括：绘图模块从配网模型的第一条支线开始，根据配电线路的支线上直线杆塔的数量和档距选择耐张杆塔的位置，模型图元绑定模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在配电线路的支线耐张段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元绑定模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定。
绘图模块对配电线路的分支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放的具体步骤包括：绘图模块从配网模型的第一条分支线开始，根据配电线路的分支线上直线杆塔的数量和档距选择耐张杆塔的位置，模型图元绑定模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在配电线路的分支线耐张段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元绑定模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定。
绘图模块完成配电线路的设备摆放具体步骤包括：在所绘制的耐张段内，以直线杆塔指向耐张杆塔的射线为X轴正方向，以耐张杆塔为原点，将X轴正方向逆时针旋转90度为Y轴正方向，首先寻找与线路有多于一个端子连接的设备，将设备摆放在X轴上，旋转设备图元与X轴正方向平行，下一个与线路有多于一个端子连接的设备沿着X轴按照同样的算法依次摆放；其次统计与线路只有一个端子连接的设备的个数n，将这些设备平均分为两半，一半设备摆放在Y轴的正半平面上，数量为n1，从X轴正方向开始逆时针依次旋转旋转设备图元与该方向平行，另一半设备摆放在Y轴的负半平面上，数量为n2，从X轴的负方向开始逆时针依次旋转旋转设备图元与该方向平行，如果设备个数n为奇数，则n1＝n2+1，否则n1＝n2。
在配网模型发生变化后，需要对绘制的单线图进行更新维护，具体步骤为：配网模型加载模块从数据中心或PMS系统加载按照CIM规范构建的电力系统标准模型，模型对比模块更新后配网模型与该系统单线图中保存的配电线路模型，比较两者之间的差异，展示为一个列表视图，内容包括新增、延伸或者退役的支线、新增或者退役的设备等，以变电站出线为起点，按照拓扑连接关系对模型差异中涉及到的元件进行排序。
绘图模块将该配网线路的系统单线图显示区域定位到第一个差异项，提示用户确认该差异项，对于确认了退役的支线，绘图模块自动删除图上相应的图元，对于新增或延伸的支线，绘图模块提示用户选择耐张杆塔或者末级杆塔的位置，按照绘图模块对配电线路的支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备位置确定所述的步骤完成新增或延伸的支线的绘制。
根据模型的差异并结合用户的操作，可以快速的完成系统单线图的维护，并且保证了图形-模型的一致；如果仅需要调整系统单线图中部分图元的摆放位置，绘图模块也能够根据该配电线路的模型支持快速调整，例如拖动调整耐张杆塔的位置时，整个耐张段保持直线并且自动调整各直线杆塔的位置，以及相应的各柱上设备的位置和旋转角度，最大化的降低调整系统单线图的工作量。
此外，对于设备的更换、改名等并不需要修改系统单线图，每个位置的图元都是根据单线图的模型信息动态确定的，耐张段的更换、柱上设备的更换都只是资源对应的资产发生了变化，并不需要重新绑定图元和设备，而且设备对应的图元以及设备的名称又会根据模型的变化自动变化，进一步减少了维护系统单线图的工作量。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.配网系统单线图生成优化方法，其特征是，包括以下步骤：
配网模型加载模块从外围系统加载配网模型，得到拓扑连接图，对配电线路的主线、配电线路的支线和配电线路的分支线上的元件进行排序；
绘图模块分别完成配电线路的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的耐张段内图形元件进行标记；
模型图元对比模块从图元库中选择配电线路的图形元件；
根据模型对比模块得到的模型差异项，模型差异项是指更新后的配网模型与系统单线图中保存的配电线路模型的差异项；模型图元对比模块完成对新模型图元的替换，新模型图元是指模型差异项与图元库中所匹配的图形元件和设备信息；
绘图模块完成配电线路的设备摆放的具体步骤包括：在所绘制的耐张段内，以直线杆塔指向耐张杆塔的射线为X轴正方向，以耐张杆塔为原点，将X轴正方向逆时针旋转90度为Y轴正方向，首先寻找与线路有多于一个端子连接的设备，将设备摆放在X轴上，旋转设备图元与X轴正方向平行，下一个与线路有多于一个端子连接的设备沿着X轴按照同样的算法依次摆放；其次统计与线路只有一个端子连接的设备的个数n，将这些设备平均分为两半，一半设备摆放在Y轴的正半平面上，数量为n1，从X轴正方向开始逆时针依次旋转旋转设备图元与该方向平行，另一半设备摆放在Y轴的负半平面上，数量为n2，从X轴的负方向开始逆时针依次旋转旋转设备图元与该方向平行，如果设备个数n为奇数，则n1＝n2+1，否则n1＝n2。
2.如权利要求1所述的配网系统单线图生成优化方法，其特征是，所述绘图模块分别完成配电线路的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的耐张段内图形元件进行标记的具体步骤包括：绘图模块对配电线路的主线变电站、耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的主线耐张段内图形元件进行标记；绘图模块对配电线路的支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成支线耐张段内的图形元件进行标记；绘图模块对配电线路的分支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放，标记模块对已绘制完成的分支线耐张段内图形元件进行标记。
3.如权利要求2所述的配网系统单线图生成优化方法，其特征是，绘图模块对配电线路的主线变电站、耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的的位置绘制具体步骤包括：以配电线路的主线变电站为起点，模型图元对比模块根据变电站信息在图元库选择合适的变电站图形元件，设备绑定模块自动完成变电站图形元件和设备绑定；根据直线杆塔的数量和档距在一个圆环范围内选择耐张杆塔的位置，模型图元对比模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在以配电线路的主线变电站和耐张杆塔确定的线段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元对比模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定；
绘图模块对配电线路的支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放的具体步骤包括：绘图模块从配网模型的第一条支线开始，根据配电线路的支线上直线杆塔的数量和档距选择耐张杆塔的位置，模型图元对比模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在配电线路的支线耐张段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元对比模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定；
绘图模块对配电线路的分支线耐张杆塔和直线杆塔的图形元件的位置绘制和设备摆放的具体步骤包括：绘图模块从配网模型的第一条分支线开始，根据配电线路的分支线上直线杆塔的数量和档距选择耐张杆塔的位置，模型图元对比模块根据耐张杆塔信息在图元库选择合适的耐张杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成耐张杆塔图形元件和设备绑定；在配电线路的分支线耐张段内等间距自动绘制直线杆塔，模型图元对比模块根据直线杆塔信息在图元库选择合适的直线杆塔图形元件，设备绑定模块自动完成直线杆塔图形元件和设备绑定。
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