CN111310291B - 一种配电网系统图生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网系统图生成方法，包括：获取指定区域全部配电网线路的单线CIM模型以及该指定区域包含的全部变电站和不同线路之间有联络的配电站房的经纬度；解析上述单线CIM模型。通过分析上述指定区域内全部变电站和联络配电站房的经纬度确定系统图显示区域，然后将上述树形结构，进行图形展示；人工调整，得到所需的配电网系统图。该方法数据来源简单，系统图区域可以任意指定。展示的系统图配网线路联络关系清晰、直观、简洁。图形调整操作方便直观。

Description

一种配电网系统图生成方法

技术领域

本发明涉及一种配电网系统图生成方法。

背景技术

目前电力企业一般是利用GIS（地理信息系统）来管理配网的空间数据和属性数据。配网的设备设施被可视化的定位于城市的背景地图上，这种空间数据一般十分巨大。配网的各种生产管理业务，不仅仅依赖地理信息，更多的业务是对于电网拓扑结构的建立、查询和分析。这些业务不可能直接基于数量巨大、结构复杂、反映实际电网空间分布情况的地理图数据，而是需要各种不同的简化了的、符合业务习惯的专题图形，这些业务包括配网运行指挥、线路改造、线路巡视、工程管理、生产管理等等。城市配电网络电气系统接线图(以下简称：配电网系统图)正是上述配网管理业务中所必须依赖的应用基础。

根据国家电网公司2017年3月发布的《配电网调度图形模型规范》，给出了如下定义：

单线图:以单条馈线为单位，描述从变电站出线到线路末端或线路联络开关之间的所有调度管辖设备(单线图可根据具体需要选择绘制或者不绘制配电站房内接线)。

组成元素：变电站、环网柜、开关站、配电室、箱式变、电缆分支箱、负荷开关、断路器、刀闸、跌落式熔断器、组合开关、架空线、电缆、配电变压器、故障指示器等设备及其杆塔。

配电网系统图：以变电站为单位，描述变电站之间配电线路联络关系的示意图形；仅包含配电联络线和联络开关。通过系统图可快速定位到对应的单线图。

组成元素：变电站、联络线、联络开关、简化的配电站房等。

目前供电企业提供从配网GIS自动导出的配网单线图的模型（也即CIM模型）和图形，而这些配网单线图包含了该条线路从变电站出线到线路末端或线路联络开关之间的所有调度管辖设备，由于线路结构和各分支情况十分复杂，自动生成的单线图尽管已经进行了优化处理，图形显示看上去仍然比较杂乱。此外，目前的配网线路结构大多采用手拉手或者分段联络的接线方式，但在单线图中难以展示。所以作为配网调度等应用部门，迫切需要能展示线路联络情况的配电网系统图，并能够在系统图上进行直观的调度操作。

电网公司已建立了符合标准的配电网电力设施地理分布图和站内接线图。而根据上述地理分布图和站内接线图自动生成配电网系统图的技术难点：配电网系统图的自动生成技术涉及到图形的自动布局问题，图形的自动布局一直是业界和学术界的难题，至今都没有很好的算法，自动布局效果只能达到一定的理想程度。配电网系统图自动生成涉及到的算法难度包括：站对象的摆放，站对象包括变电站、配网站房、开关设备等，这些对象对整个图形的布局起了决定的作用，他们的位置将影响配电网系统图的可读性。很显然，要想让程序来自动合理的摆放这些对象，是一个十分复杂的理论问题。线路的自动正交化。如果要求在配电网系统图上所有的线路都是平行排列，或正交跨越，平行线路之间的距离为等距。这个算法上仍然是一个大难题。线路的交叉最小化。在配电网系统图上必须尽量保证线路的交叉数量最小化。

现有技术中公开了一种基于CIM模型的输配电网自动成图系统，包括与第三方源系统连接的数据接口模块，用于对数据接口模块获取第三方源系统CIM模型数据进行分析的CIM数据分析模块，与CIM数据分析模块连接的自动成图算法分配坐标系模块，与自动成图算法分配坐标系模块连接的生成矢量图形模块，与生成矢量图形模块连接的图形控制模块。其不足之处在于，对单线CIM模型的自动成图算法、生成矢量图形等过程较复杂，最终形成的配电网系统图正交化图形比较复杂，尤其受到电网的接线模式制约，接线模式越复杂，自动生成配电网系统图可用性越差，难以真正满足实际使用要求。

现有技术中还公开了一种配电网络区域图形自动生成方法，包括以下步骤：(1)提取变电站所有的连接关系，以通道的形式存储；(2)将通道划分为回环通道、单对单通道和多连接关系通道；(3)对多连接关系通道中的站室进行局部布局；对回环通道和单对单通道中的站室和设备进行寻址并放置；(4)根据全图连接关系绘制连接线，并添加开关设备。该方法生成配电网络图形，不足之处在于：该图是基于单线CIM模型通过特殊算法来生成的，数据计算量较大，生成正交化图形中的线路是纵横分布的，线路容易存在交叉，图形比较复杂，生成的图形一般都需要人工调整，由于正交化图形调整复杂，导致实际使用效果较差。

发明内容

本发明提供一种配电网系统图生成方法，以实现图形简化，并最大程度避免线路的交叉，同时简化处理步骤，方便实际使用。

本发明的配电网系统图生成方法，包括如下步骤：

A、获取指定区域全部配电网线路的单线CIM模型以及该指定区域包含的全部变电站和所述配电网线路中的不同线路之间有联络的配电站房的经纬度；

B、解析上述单线CIM模型：从各单线CIM模型中的电源开始，所述电源即变电站10kV出线，搜索到该出线的线路与其它线路有联络的全部配电站房为止，形成该线路以电源为根节点，以有联络的配电站房为末梢节点的树形结构；

C、通过分析上述指定区域内全部变电站和有联络的配电站房的经纬度确定系统图显示区域，然后将上述树形结构，进行图形展示：变电站的图形用圆显示，配电站房用椭圆显示；或，变电站的图形用椭圆显示，配电站房用圆显示；

变电站与配电站房、配电站房与配电站房之间的线路段以连接线表示，连接线方向指向与该连接线的两端连接的圆或椭圆的中心点，变电站或配电站房的出线开关或断路器用长方块在连接线上的邻近所述变电站或配电站房处显示；如此构成所述指定区域的系统图的初始形态；

D、人工调整：在上述系统图的初始形态中，选中需要调整的对应配电站房，按下鼠标即可向任意方向拖动该配电站房的图形，在拖动过程中，所有与该配电站房的图形连接的线路段，始终指向该线路段两端的配电站房的图形的中心点，所述线路段自由伸缩以与该配电站房的图形始终连接，调整过程中可以随时保存拖动结果。

上述对单线CIM模型中的CIM文件进行逐行解析的方法，包括：判断取得的数据行开头的关键字，如果以关键字<cim:Substation开头，则下面每行是配电站房的数据；如果以另一个关键字</cim:Substation开头，则说明该配电站房的数据到此结束；同理，解析开关的数据是：处在关键字<cim:Breaker和</cim:Breaker之间的数据；解析线路段的数据是：处在关键字<cim:ACLineSegment和</cim:ACLineSegment之间的数据；解析母线的数据是：处在关键字<cim:BusbarSection和</cim:BusbarSection的数据，直至文件结束。

上述单线CIM模型的解析方法，相对现有技术，大幅简化了解析运算量。

有益效果：（1）本发明的配电网系统图生成方法，数据来源简单，系统图区域可以任意指定。展示的系统图配网线路联络关系清晰、直观、简洁。图形调整操作方便直观。（2）本发明比较好地解决了其它自动生成配电网系统图存在的问题，不仅可以为配电网的调度提供图形，还可用于生技部门的线路管理，客户营销部门的故障、用户定位等用途，配电网系统图成图的功能实现，将为下一步配网各种高级分析计算、规划提供应用基础。在电力部门有着重要、广泛的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例中的一配网单线图，其以110kV吉和变10kV吉凤115线为例，该线路从变电站出线至第一个环网柜（黄山西路#01环网柜）；

图2为本发明以上述10kV吉凤115线为例，生成的局部配电网系统图，也为实施例中的拖动“10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜”前的图形；

图3为实施例中的拖动“10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜”至新位置后的图形；

图4为本发明自动生成的某地配电网系统图中吉和变区域初始图形；

图5为对图4使用本发明人工调整后的显示效果图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式以及附图说明，进一步阐述本发明的优选实施方案。

实施例1

请参阅图1，本发明所述的变电站：是指包含有10kV出线的220kV、110kV和35kV变电站；本配电网系统图中用圆表示；配电站房：指10kV配电网的环网柜、开闭所、开关站、电缆分支箱等；本系统图中用椭圆表示；配网线路：分电缆线路和架空线路，本实施例中主要指电缆线路。本配电网系统图中用虚线或实线表示。

配网线路CIM模型：CIM是公共信息模型（Common Information Model），本文的配网线路CIM模型应符合IECCIM61970/61968标准和国家电网公司颁发的“配电网调度图形模型规范”。

本发明的配电网系统图生成方法，包括如下步骤：

A、获取指定区域全部配电网线路的单线CIM模型以及该指定区域包含的全部变电站和所述配网线路中的不同线路之间有联络的配电站房的经纬度；

B、解析上述各单线CIM模型：从各单线CIM模型中的电源开始，所述电源即变电站10kV出线，搜索到该出线的线路与其它线路有联络的全部配电站房为止，形成该线路以电源为根节点，以有联络的配电站房为末梢节点的树形结构；

C、通过分析上述指定区域内全部变电站和有联络的配电站房的经纬度确定系统图显示区域，然后将上述树形结构，进行图形展示：

如图2，变电站的图形用圆显示，配电站房用椭圆显示；

其它的配电站房根据树形结构排列顺序依次在变电站和有联络的配电站房之间用椭圆显示；变电站与配电站房、配电站房与配电站房之间的线路段以连接线表示，连接线方向指向与该连接线的两端连接的圆或椭圆的中心点（也即圆的圆心或椭圆的中心点），变电站或配电站房的出线开关或断路器用长方块在所述连接线上的邻近所述变电站或配电站房处显示；如此构成所述指定区域的系统图的初始形态，如图4中的某地配电网系统图中吉和变区域初始图形；

D、人工调整：在上述配电网系统图的初始形态（也即如图4）中，选中需要调整的对应配电站房，按下鼠标即可向任意方向拖动该配电站房的图形，在拖动过程中，所有与该配电站房的图形连接的线路段，始终指向该线路段两端的配电站房的图形的中心点，线路段自由伸缩以与该配电站房的图形始终连接，调整过程中可以随时保存拖动结果（调整过程也可参考图2和图3），人工调整后，如图4最终显示的效果图如图5。人工调整后，得到的配电网系统图是发散式的，不存在纵横交叉的问题，大大简化了图形的线路分布，避免线路的交叉，图形调整操作方便直观，便于实际使用。

上述对单线CIM模型文件进行逐行解析的方法，包括：判断取得的数据行开头的关键字，如果以关键字<cim:Substation开头，则下面每行是配电站房的数据；如果以另一个关键字</cim:Substation开头，则说明该配电站房的数据到此结束；

同理，解析开关的数据是：处在关键字<cim:Breaker和</cim:Breaker之间的数据；

解析线路段的数据是：处在关键字<cim:ACLineSegment和</cim:ACLineSegment之间的数据；

解析母线的数据是：处在关键字<cim:BusbarSection和</cim:BusbarSection的数据，直至文件结束。

以110kV吉和变10kV吉凤115线为例，图1所示为该线路从变电站出线至第一个环网柜（黄山西路#01环网柜）屏幕显示截图，

该线路CIM模型中截取与图1所示线路相关的片段模型如下：

<cim:Substationrdf:ID="PD_30000000_482756">

<cim:IdentifiedObject.mRID>30000000_482756</cim:IdentifiedObject.mRID>

<cim:IdentifiedObject.name>110kV吉和变电站</cim:IdentifiedObject.name>

<cim:PowerSystemResource.PSRTyperdf:resource="#PD_30000000"/>

<cim:Substation.Regionrdf:resource="#PD_23"/>

<cim:PowerSystemResource.Assetsrdf:resource="#PD_FD180870-27A4-4E73-9117-BA37358D9670-00005"/>

</cim:Substation>

<cim:Substationrdf:ID="PD_32400000_1124331">

<cim:IdentifiedObject.mRID>32400000_1124331</cim:IdentifiedObject.mRID>

<cim:IdentifiedObject.name>10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜</cim:IdentifiedObject.name>

<cim:PowerSystemResource.PSRTyperdf:resource="#PD_32400000"/>

<cim:Substation.NormalEnergizingFeederrdf:resource="#PD_10000100_3406"/>

<cim:Substation.Regionrdf:resource="#PD_23"/>

<cim:PowerSystemResource.Assetsrdf:resource="#PD_604ac34b498a0a7df0652eb16101656048d430005e"/>

</cim:Substation>

<cim:Breakerrdf:ID="PD_30500000_329493">

<cim:IdentifiedObject.mRID>30500000_329493</cim:IdentifiedObject.mRID>

<cim:IdentifiedObject.name>吉凤线115断路器</cim:IdentifiedObject.name>

<cim:Switch.open>false</cim:Switch.open>

<cim:Switch.normalOpen>false</cim:Switch.normalOpen>

<cim:PowerSystemResource.PSRTyperdf:resource="#PD_30500000"/>

<cim:ConductingEquipment.BaseVoltagerdf:resource="#PD_BaseVoltage_22"/>

<cim:PowerSystemResource.Assetsrdf:resource="#PD_FC466ECF-8C8C-4C37-9DE4-AE55F62FBB3B-00307"/>

<cim:Equipment.EquipmentContainerrdf:resource="#PD_30000000_482756"/>

</cim:Breaker>

<cim:ACLineSegmentrdf:ID="PD_20100000_343615">

<cim:IdentifiedObject.mRID>20100000_343615</cim:IdentifiedObject.mRID>

<cim:IdentifiedObject.name>110kV吉和变电站10kV吉凤115线至10kV吉凤115线#001电缆分支箱电缆段</cim:IdentifiedObject.name>

<cim:PowerSystemResource.PSRTyperdf:resource="#PD_20100000"/>

<cim:Equipment.EquipmentContainerrdf:resource="#PD_10000100_3406"/>

<cim:PowerSystemResource.Assetsrdf:resource="#PD_SBID000000AEBE459754F54F47A2E95CCBC362FDE2"/>

<cim:ConductingEquipment.BaseVoltagerdf:resource="#PD_BaseVoltage_22"/>

</cim:ACLineSegment>

<cim:LoadBreakSwitchrdf:ID="PD_30700000_608064">

<cim:IdentifiedObject.mRID>30700000_608064</cim:IdentifiedObject.mRID>

<cim:IdentifiedObject.name>10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜10kV分段#02负荷开关</cim:IdentifiedObject.name>

<cim:Switch.open>false</cim:Switch.open>

<cim:Switch.normalOpen>false</cim:Switch.normalOpen>

<cim:PowerSystemResource.PSRTyperdf:resource="#PD_30700000"/>

<cim:ConductingEquipment.BaseVoltagerdf:resource="#PD_BaseVoltage_22"/>

<cim:PowerSystemResource.Assetsrdf:resource="#PD_604be0d79c8a0a7df0652eb16101656049f15c011e"/>

<cim:Equipment.EquipmentContainerrdf:resource="#PD_32400000_1124331"/>

</cim:LoadBreakSwitch>

<cim:BusbarSectionrdf:ID="PD_31100000_594826">

<cim:IdentifiedObject.mRID>31100000_594826</cim:IdentifiedObject.mRID>

<cim:IdentifiedObject.name>10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜10kVⅠ母线</cim:IdentifiedObject.name>

<cim:PowerSystemResource.PSRTyperdf:resource="#PD_31100000"/>

<cim:ConductingEquipment.BaseVoltagerdf:resource="#PD_BaseVoltage_22"/>

<cim:Equipment.EquipmentContainerrdf:resource="#PD_32400000_1124331"/>

<cim:PowerSystemResource.Assetsrdf:resource="#PD_604ba54bc68a0a7df0652eb16101656049b5f400d6"/>

</cim:BusbarSection>

依据IECCIM61970/61968标准和国家电网公司颁发的“配电网调度图形模型规范”对该单线CIM模型文件进行逐行解析。例如：判断取得的数据行开头的关键字，如果以关键字<Substation开头，则下面每行是变电站或配电站房的数据，如果以另一个关键字</Substation开头，则说明该变电站或配电站房的数据到此结束。同理可解析开关（<Breaker）、线路段（<ACLineSegment）、母线（<BusbarSection）等配网设备。

对上述CIM文件解析可获得从吉和变变电站“吉凤线115断路器”开始依次连接“110kV吉和变电站10kV吉凤115线至10kV吉凤115线#001电缆分支箱电缆段”、“10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜10kV分段#02负荷开关”、“10kV吉凤115线黄山西路#01环网柜10kVⅠ母线”的拓扑结构。同理解析至文件结束。

以图1所示10kV吉凤115线为例，解析该线路CIM模型的设备连接关系得到从吉和变10kV吉凤115线开始，依次经过黄山西路#01环网柜、银湖南路#02环网柜至师大公寓#0041环网柜与另一条线路吉银132线联络。再根据获得的吉和变经纬度（118.3559，31.3375）、有联络的配网站所师大公寓#0041环网柜经纬度（118.358543，31.337867），而黄山西路#01环网柜、银湖南路#02环网柜的经纬度不一定需要，可以等分插在已知经纬度的站房中间。如此按照上述方法自动生成指定区域的系统图，图2所示为该线路在系统图中的局部图形显示效果。

由上述实施例和附图5可知，本发明的配电网系统图生成方法，数据来源简单，系统图区域可以任意指定。展示的系统图配网线路联络关系清晰、直观、简洁, 避免了线路的交叉。图形调整操作方便直观。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例存在如下变型：

变电站的图形椭圆显示，配电站房用圆显示。

其它的配电站房根据树形结构排列顺序依次在变电站和有联络的配电站房之间用圆显示。变电站与配电站房、配电站房与配电站房之间的线路段以连接线表示，连接线方向指向两端连接的圆或椭圆的中心点，变电站与配电站房的出线开关（或断路器）用长方块在连接线的对应位置上显示，自动生成指定区域系统图的初始形态。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神或基本特征的前提下，不仅能够以其他的具体形式实现本发明，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围，因此本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定，而不是上述说明限定。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种配电网系统图生成方法，其特征在于包括如下步骤：

A、获取指定区域全部配电网线路的单线CIM模型以及该指定区域包含的全部变电站和所述配电网线路中的不同线路之间有联络的配电站房的经纬度；

B、解析上述单线CIM模型；所述解析上述单线CIM模型的步骤，包括：从各单线CIM模型中的电源开始，所述电源为变电站10kV出线，搜索到该出线的线路与其它线路有联络的全部配电站房为止，形成该线路以电源为根节点，以有联络的配电站房为末梢节点的树形结构；

C、通过分析上述指定区域内全部变电站和有联络的配电站房的经纬度确定系统图显示区域，然后将上述树形结构，进行图形展示：

变电站的图形用圆显示，配电站房用椭圆显示；或，变电站的图形用椭圆显示，配电站房用圆显示；

变电站与配电站房、配电站房与配电站房之间的线路段以连接线表示，连接线方向指向与该连接线的两端连接的圆或椭圆的中心点，变电站或配电站房的出线开关或断路器用长方块在所述连接线上的邻近所述变电站或配电站房处显示；如此构成所述指定区域的系统图的初始形态；

D、人工调整：在上述系统图的初始形态中，选中需要调整的对应配电站房，按下鼠标可向任意方向拖动该配电站房的图形，在拖动过程中，所有与该配电站房的图形连接的线路段，始终指向该线路段两端的配电站房的图形的中心点，所述线路段自由伸缩以与该配电站房的图形始终连接，调整过程中可以随时保存拖动结果。

2.根据权利要求1所述的一种配电网系统图生成方法，其特征在于，还包括：对单线CIM模型中的CIM文件进行逐行解析的方法，包括：判断取得的数据行开头的关键字，如果以关键字<cim:Substation开头，则下面每行是配电站房的数据；如果以另一个关键字</cim:Substation开头，则说明该配电站房的数据到此结束；

同理，解析开关的数据是：处在关键字<cim:Breaker和</cim:Breaker之间的数据；

解析线路段的数据是：处在关键字<cim:ACLineSegment和</cim:ACLineSegment之间的数据；

解析母线的数据是：处在关键字<cim:BusbarSection和</cim:BusbarSection的数据；直至文件结束。

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