CN105354680A - 一种基于gis的电网断面辅助确定分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于GIS的电网断面辅助确定分析方法，包括以下步骤：选定运行方式数据，基于GIS生成电网地理接线图；进行潮流计算，获得有功功率等响应参数；将电网潮流计算响应数据实时映射到GIS地图，实现潮流分布可视化及重载线路的着色展示；基于GIS指定关键断面子集元件和按照地理位置划分指定所关注的区域断面；基于图论和统计分析原理，对指定电网拓扑进行分析和校核，得到组成断面支路的精确集合；将精确断面组成信息在GIS地图映射显示，并对指定断面指标进行可视化显示。本发明基于GIS可视化地图，满足了新形势下交直流混联电网断面获取易操作性、准确性、快速性的要求，方法的采用可提高电网断面分析自动化效率。

Description

一种基于GIS的电网断面辅助确定分析方法

技术领域

本发明属于电力系统安全稳定分析与电网可视化领域，具体涉及一种基于GIS的电网断面辅助确定分析方法。

背景技术

在大规模绿色能源并网运行和交直流特高压建设的背景下，我国电网发展迅速，电网运行特性也变得更加复杂，控制管理困难加大，因此提高电力系统安全稳定运行成为首要任务。根据电网安全稳定要求，对输电断面安全分析是基础工作之一，因为断面往往集中体现了电网的薄弱环节，因此成为电网分析与调度监视的重点。输电断面是指在电网安全或电量交易上相互关联的一组输电线路，是能量交换分析和结算交易的重要参考对象，在电网安全分析中，根据断面网络可以形成多个分区，将一个大系统转化为若干个小系统，使安全分析得到化简。从构成元素看，组成断面线路全部断开时，整个系统将形成两个独立网络；从实际电力系统运行分析而言，断面往往指的是两端母线具有相同送受端关系的并行输电线路的集合。

现有潮流断面分析方法，往往通过专用工具将电网方式数据以文本方式或表格方式打开，基于卡片格式对断面组成元素进行查找、配置和修改，再调用计算程序验证修改结果是否正确；断面分析和验证结果一般再次以文本形式打开，用户逐行查看计算结果。因此，电网断面的输入输出数据只能以文本形式显示，无法直观显示该断面实际地理位置和相应的关键数据。其次，传统方法对电网断面进行文本方式配置和分析时，往往要求工作人员对研究电网非常熟悉，当断面配置有误时，会造成计算失败。多个断面分析时，工作效率低下，故传统基于文本配置的方式局限性大，需要新方法支持。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于GIS的电网断面辅助确定方法。为满足新形势下交直流混联电网断面拓扑分析灵活性、可视化、自动化及快速性要求，本发明主要基于电网GIS可视化拓扑结构和实时潮流分布，选定关键潮流断面或组成关键断面的关键支路，结合拓扑校核等方法，提供一种基于GIS的电网断面辅助确定可视化选择、配置、展示及分析方法。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于GIS的电网断面辅助确定分析方法，所述分析方法包括如下步骤：

步骤1：选定运行方式数据，基于GIS生成电网地理接线图；

步骤2：基于运行方式数据进行潮流计算，得到电网潮流计算响应数据；

步骤3：将电网潮流计算响应数据实时映射到GIS地图，实现潮流分布可视化及重载线路的着色展示，确定关键支路；

步骤4：依据步骤3中GIS展示信息，将断面分析模式设定为关键支路分析模式或按照地理位置划分的区域断面分析模式；

步骤5：根据步骤4选定的分析模式，基于图论方法对包含选定关键支路或区域的精确断面支路集合进行查找和校核；

步骤6：将步骤5得到的精确断面支路集合在GIS地图进行映射着色显示；

步骤7：对电网断面薄弱指标、输电极限和指定断面失稳的强相关约束条件进行GIS展示。

优选的，所述步骤1中，所述基于GIS平台形成电网地理接线图，是指按照用户的要求从数据库中提取厂站位置、线路的走向信息，形成与数据库中网络拓扑一致的图形；

所述电网地理接线图与数据库中电网设备为关联映射模式。

优选的，所述步骤2中，所述运行方式数据包括发电机参数、变压器参数、线路参数和负荷参数；

所述潮流计算采用PSD-BPA软件，计算完成后，得到的电网潮流响应数据包括有功功率、无功功率、节点电压幅值和相角。

优选的，所述步骤3中，所述实时映射原理为：

采用混合数据模型实现图形信息与文件信息的关联，用HTML文件来存储地理接线图信息，而把属性信息存储在RDBMS的表中，每个图形要素都通过唯一的ID和RDBMS表的属性数据链接。

优选的，所述步骤4中，所述关键支路分析模式包括基于GIS查看筛选的过载或重载线路、以折线方式选定组成断面的关键支路、线路和变压器支路索引匹配、映射得到潮流运行方式数据中所对应的支路描述信息；

所述区域断面分析模式包括基于GIS地图选择指定关心分区为输入条件、指定分区与运行方式数据匹配、边界支路描述信息获取。

优选的，所述步骤5中，所述校核基于运行方式数据对区域电网断面拓扑进行校核，得到包含选定关键支路或区域的精确断面支路集合，之后将当前运行方式断面支路集合入库，包括：关键支路分析模式的校核和区域断面分析模式的校核；

所述关键支路分析模式的校核，包括：

1)构建电网拓扑有向图邻接矩阵；

2)构建电网拓扑路径矩阵；

3)分区及连接支路设置；

4)注入基于GIS的关键支路约束；

所述区域断面分析模式的校核包括：根据潮流方向对指定区域边界支路进行分类、根据GIS组成指定分区的边界支路两端母线所属区域分类、形成输电断面、输电断面合并。

优选的，所述步骤6中，将所述步骤5中获得的精确断面支路集合在GIS地图按照电压等级分图层进行映射并着色展示。

优选的，所述步骤7中，将所述步骤6形成的精确断面集合，形成文本配置，进行电网断面脆弱性评估计算、输电极限计算及强相关约束条件分析计算，并将结果进一步映射到GIS地图上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

基于GIS的电网地理接线图系统，可用于展示电网结构、查询电网信息、修改电网参数、调整运行方式等，提供了一种用于电网输变电设备参数管理和运行方式管理的图形化界面，具备接收多种数据格式能力。尤其是基于WEBGIS浏览器的访问方式，具有维护成本低、操作简单、计算模式灵活等优点。GIS提供的电网接线图可根据用户具体应用，指定生成用户更多业务的图层信息，为电网断面拓扑可视化分析提供了新的途径。

附图说明

图1是本发明实施例中基于GIS的电网断面辅助确定分析方法流程图；

图2是本发明实施例中断面分析模式选择任务流程图；

图3是本发明实施例中断面校核分析计算逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

一种基于GIS的电网断面辅助确定分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：电网图生成。按照用户的要求从数据库中提取厂站位置、线路的走向等信息，基于GIS形成与数据库中网络拓扑一致的图形；

步骤2：执行潮流计算。基于运行方式数据并进行潮流计算，得到电网潮流计算响应数据；

步骤3：潮流结果可视化。将电网潮流计算响应数据实时映射到GIS地图，实现潮流分布可视化及重载线路的着色展示；

步骤4：选定断面拓扑分析模式。依据步骤3着色展示结果，将断面拓扑分析模式设定为关键支路分析模式或按照地理位置划分的区域断面分析模式；

步骤5：断面分析和校核。根据步骤4选定的分析模式，基于图论方法对包含选定关键支路或区域的精确断面组成的支路集合进行查找和校核；

步骤6：断面分析结果在GIS上的可视化展示。将步骤5得到的精确断面支路集合在GIS地图进行映射着色显示；

步骤7：基于GIS的断面分析结果展示。对电网断面薄弱指标、输电极限和指定断面失稳的强相关约束条件进行GIS展示。

所述步骤1中，基于GIS平台形成电网地理接线图，是指按照用户的要求从数据库中提取厂站位置、线路的走向等信息，形成与数据库中网络拓扑一致的图形。由于数据库中电网设备与GIS电网地理接线图进行关联映射，数据发生变化后，电网地理接线图都会自动更新。数据库中存储了历史电网、现在电网和规划电网的设备，GIS系统通过时间点判断当前数据库中存在哪些设备，未来一个时间段有哪些厂站和线路投产，形成电网地理接线图，并以不同风格标识区分两类数据。为便于查看不同电压电网的电网结构，基于GIS的地理接线图采用分层显示不同电压等级电网，并具有缩放功能。

GIS背景图采用现有的商业GIS地图软件Supermapiserver6R，在客户端选用微软的Silverlight。首先在客户端调用超图开发API创建TiledDynamicRESTLayer图层，并设置调用地址为Supermapiserver6R发布地图地址；其次在电网地理接线结构图中调用超图开发API创建FeatureLayer图层，在FeatureLayer图层中插入Featuren对象构成电网结构。

所述步骤2中，运行方式数据包括发电机参数、变压器参数、线路参数和负荷参数；潮流计算采用PSD-BPA软件，计算完成后，得到的电网潮流响应数据包括有功功率、无功功率、节点电压幅值和相角。

所述步骤3中，将潮流计算结果数据实时映射到GIS地图原理为：

采用混合数据模型实现图形信息与文件信息的关联，用HTML文件来存储地理接线图信息，而把属性信息存储在RDBMS的表中，每个图形要素都通过唯一的ID和RDBMS表的属性数据链接。

电网潮流分布可视化载体为所有支路，设任一支路两边的母线分别为Β_i、Β_j，分别按Β_i指向Β_j、Β_j指向Β_i两种方式形成支路描述集合φ_L，φ_L内部元素个数为支路数的2倍；为更直观地显示潮流的信息和功率流动方向，潮流计算结果在电网图上用带方向的箭头标注，将越限的潮流的以不同颜色进行标注。

所述步骤4断面分析模式选择具体包括以下步骤：

步骤4-1：选择模式(1)：基于GIS地图指定构成断面的关键支路。根据步骤3中GIS提供的潮流重载和超载可视化信息，参考线路地理位置，基于GIS电网地理接线图的单一或多个图层，以“所见即所得”图形化可视化的方式，选定构成断面的关键线路集合，实际操作时，断面在电网地理接线结构图中用绘制一个折线方式定义，与此折线相交的线路表示此断面的范围。具体有：

1)根据GIS电网地理接线图设备层元件及步骤3中得到的潮流分布信息，根据计算需求，在GIS中选取交直流关键支路集合(L₁，L₂，…，L_n)；其中，L为选定的关键支路，n为选定的关键支路个数，

2)根据在GIS中选定的启动线路和变压器支路索引匹配，映射得到潮流运行方式数据中所对应的支路描述信息集合将为步骤5中断面校核分析的输入；

步骤4-2：选择模式(2)：基于GIS地图选择指定关心区域。以GIS电网地理位置可视化信息为依据，选择指定关心区域为输入条件的区域分析模式，进行该区域边界断面分析，具体有：

1)根据GIS电网地理接线图设备层元件及步骤2中得到的潮流分布信息，根据计算需求，选定关心分区集合(A₁，A₂，…，A_m)；其中，A为选定的关心区域，m为选取的分区个数；

2)根据在GIS中选定的启动区域索引匹配，映射得到潮流运行方式数据中所对应的区域描述信息，根据筛选区域支路对应的Β_i、Β_j所属分区，遍历潮流运行方式数据得到指定分区的边界支路描述集合(B₁，B₂，…，B_m)；其中，A₁的边界对应B₁，依次类推；

所述步骤5中，由于步骤4分为关键支路选择模式和区域选择模式，模式(1)所选关键支路往往是该支路所在断面的一个子集，即基于GIS得到的关键支路断开时，不能保证系统切分为两个非连通区域；模式(2)也需要根据送端-受端关系，对关心区域边界(即根据地理位置)构成的断面支路集合进行分类界定。所以需要根据步骤4中所选断面分析模式，基于电网方式数据对局部(或区域)电网断面拓扑进行校核分析，得到断面组成元件的精确集合其中之后对当前方式断面数据入库。其中，校核步骤具体包括：

步骤5-1：若选定模式(1)进行断面分析，则基于图论的邻接矩阵和路径矩阵原理对断面进行校核。具体步骤有：

1)构建电网拓扑有向图邻接矩阵。电网实际潮流分布、母线集合、线路集合构成了对应于当前运行方式的有向图邻接矩阵G(V,E)，其中，V＝(v₁,v₁，…，v_m)表示电网的节点(包括发电机节点、变电站节点和负荷节点)集合，E＝(e₁,e₁，…，e_n)表示电网支路(包括输电线路、变压器支路)集合，定义矩阵A＝(a_ij)_n×n则：

$a_{ij}=\left\{\begin{array}{c}1,<v_i,v_j>\&Element;E\\ 0,<v_i,v_j>\&NotElement;E\end{array}\right.$

A中元素a_ij为1时，表示有一条从v_i到v_j一步直接相连支路。非零元素集合构成了当前电网的输电线路集合。

2)构建电网拓扑路径矩阵。路径矩阵需借助邻接矩阵获得，当前运行方式有向图的路径矩阵P为：

路径矩阵P元素确定方法流程如下：

a)令P＝A，j＝1；

b)i＝1；

c)当P_ij＝1时，令k从1增加到n，重复执行步骤(d)；

d)令p_ik＝p_ik.or.p_jk；

e)令i＝i+1，当i≤n时返回步骤(c)；

f)令j＝j+1，当j≤n时返回步骤(b)，否则停止运算。

其中，算法中的.or.表示逻辑或运算。

P中第i列非零元素对应于该支路的上游节点，第j列的非零元素构成了对应于该支路的下游节点。

3)分区及连接支路设置。路径矩阵中发电机行号和列好决定了由该发电机供电母线区域的集合而各个供电区域之间的支路构成了连接支路集合φ_C＝(c₁,c₂,…,c_n)；

4)注入基于GIS的关键支路约束。步骤3中，由GIS获得的关键支路属于步骤3)中的某一区域φ_C，根据φ_C与的对应关系，直接基于φ_C可查找得到与具有同样送端—受端关系的精确输电断面集合即校核得到了与GIS可视化方法所选关键支路的并行输电断面。

步骤5-2：若选定模式(2)进行断面分析，则基于GIS指定分区的边界支路两端母线所属区域和潮流方向，通过统计方法得到断面组成支路。具体步骤有：

1)根据潮流方向，规定流出指定区域为正，流入为负，以此为原则对指定分区的边界支路描述集合进行赋值；得到两个子集和

2)根据GIS指定分区的边界支路两端母线所属区域，对指定分区的边界支路描述集合进行分类，得到子集其中，k为指定区域直接相连的分区个数；

3)以子集为基础，在每个集合内部分别提取属于和的支路集，形成输电断面；

4)若步骤3)中得到的分属不同子集输电断面支路在是相邻的，则进一步将其合并为新的断面集合，从而得到了指定区域边界的所有断面组成。

所述步骤6中，将步骤5中获得的精确断面信息组成支路在GIS地图按照电压等级分图层进行映射并着色展示，至此，步骤1-6基于GIS实现了电网断面的可视化指定、支路组成校核分析和可视化结果展示；

所述步骤7中，将步骤6形成的精确断面支路集合，形成文本配置，进行电网断面脆弱性评估计算、输电极限计算及强相关约束条件分析计算，并将结果进一步映射到GIS进行断面更加丰富信息的显示，从而实现了基于GIS的电网断面拓扑自动化分析。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于GIS的电网断面辅助确定分析方法，其特征在于，所述分析方法包括如下步骤：

步骤1：选定运行方式数据，基于GIS生成电网地理接线图；

步骤2：基于运行方式数据进行潮流计算，得到电网潮流计算响应数据；

步骤3：将电网潮流计算响应数据实时映射到GIS地图，实现潮流分布可视化及重载线路的着色展示，确定关键支路；

步骤4：依据步骤3中GIS展示信息，将断面分析模式设定为关键支路分析模式或按照地理位置划分的区域断面分析模式；

步骤5：根据步骤4选定的分析模式，基于图论方法对包含选定关键支路或区域的精确断面支路集合进行查找和校核；

步骤6：将步骤5得到的精确断面支路集合在GIS地图进行映射着色显示；

步骤7：对电网断面薄弱指标、输电极限和指定断面失稳的强相关约束条件进行GIS展示。

2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤1中，所述基于GIS平台形成电网地理接线图，是指按照用户的要求从数据库中提取厂站位置、线路的走向信息，形成与数据库中网络拓扑一致的图形；

所述电网地理接线图与数据库中电网设备为关联映射模式。

3.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤2中，所述运行方式数据包括发电机参数、变压器参数、线路参数和负荷参数；

所述潮流计算采用PSD-BPA软件，计算得到的电网潮流响应数据包括有功功率、无功功率、节点电压幅值和相角。

4.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤3中，所述实时映射包括：

用混合数据模型实现图形信息与文件信息的关联，用HTML文件存储地理接线图信息，把属性信息存储在RDBMS表中，每个图形要素都通过唯一的ID和RDBMS表的属性数据链接。

5.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤4中，所述关键支路分析模式包括基于GIS查看筛选的过载或重载线路、以折线方式选定组成断面的关键支路、线路和变压器支路索引匹配、映射得到潮流运行方式数据中所对应的支路描述信息；

所述区域断面分析模式包括基于GIS地图选择指定关心分区为输入条件、指定分区与运行方式数据匹配、边界支路描述信息获取。

6.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤5中，所述校核基于运行方式数据对区域电网断面拓扑进行校核，得到包含选定关键支路或区域的精确断面支路集合，之后将当前运行方式断面支路集合入库，包括：关键支路分析模式的校核和区域断面分析模式的校核；

所述关键支路分析模式的校核，包括：

1)构建电网拓扑有向图邻接矩阵；

2)构建电网拓扑路径矩阵；

3)分区及连接支路设置；

4)注入基于GIS的关键支路约束；

所述区域断面分析模式的校核包括：根据潮流方向对指定区域边界支路分类、根据GIS组成指定分区的边界支路两端母线所属区域分类、形成输电断面、输电断面合并。

7.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤6中，将所述步骤5中获得的精确断面支路集合在GIS地图按照电压等级分图层进行映射并着色展示。

8.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤7中，将所述步骤6形成的精确断面支路集合，形成文本配置，进行电网断面脆弱性评估计算、输电极限计算及强相关约束条件分析计算，并将结果进一步映射到GIS地图上。