GIS平台电网规划辅助决策系统开发与应用

陈健1,万国成1,孙冠男2,刘文革1,姚硕2

(1.广东电网公司广州供电局,广州510620;

2.天津天大求实电力新技术股份有限公司,天津300384)

摘要:针对以往电网规划主要以历史发展情况为基础,通过规划人员的经验判断得出结论的现状,文中研究开发了新一代基于地理信息系统G IS(geo gr aphic info rmation system)平台的电网规划辅助决策系统。系统以先进的规划理论、规划方法为指导,以G IS技术为基础,实现与其他基础电力系统数据库共享与交换,具有技术先进、智能化程度高、实用灵活等特点。在广州供电局的实际应用表明,该系统能够有效提高规划工作的科学性、实用性和及时性,为电网规划的管理与决策提供可视化的操作平台。

关键词:地理信息系统;电网规划;辅助决策;N 1校验;综合展示平台

中图分类号:T M769 文献标志码:A 文章编号:1003 8930(2010)06 0099 05

Development and Application of GIS Platform Decision making S upport System for Power Network Planning

CH EN Jian1,WAN Guo cheng1,SU N Guan nan2,LIU Wen ge1,YAO Shuo2

(1.Guangzhou Pow er Supply Bureau,Guangzhou510620,China;

2.Tianjin T DQS Electric Pow er New T echno logy Co.,LT D.,Tianjin300384,China)

Abstract:T raditio nal po wer netw ork planning mainly depends o n the histor y dev elo pment of a cer tain area and the experience of the planners.A new g ener ation of GIS based decision making suppo rt system for pow er net wo rk planning is pr esented in o rder to over come t he limitatio n and deficiency of traditional po wer netwo rk plan ning.Due to its adv anced planning theor y and metho ds,G IS based techno lo gy and po wer ful int erfaces w ith other basic dat abases of pow er system,the intr oduced system has the char acteristics o f advanced techno log y, high intelligence,practicality and flex ibility.Further more,t he system has been successfully implemented in po wer system planning o f G uang zhou Electric Po wer Bur eau.T he results ver ify that the intr oduced system can no t only impro ve the scientificity,practicality and speediness of po wer netwo rk planning effectively,but also prov ide v isualizatio n platfor m for manag ement and decision-making o f po wer netw or k planning.

Key words:geog r aphic info rmatio n system(GIS);pow er netw ork planning;decision making suppo rt;N 1 check;integ rated display platfo rm

城市电网规划工作是一项复杂的系统工程[1],具有数据量大、不确定因素多、涉及领域广以及更新变化快等特点。这些复杂性使得单纯由规划人员依靠以往的工作经验已无法满足实际工作要求。我国规划工作正处在规划辅助决策系统结合专家干预到日常化规划与规划平台相结合的过渡期[2],规划工作日常化作为规划发展方向为规划工作提出了新的需求和挑战。

国内已有不少成熟的商业软件应用于电力系统的规划设计领域,许多学者也对城市电网规划辅助决策进行了有益探索,并取得较好的研究成果[3~7,11]。但是,随着城市电网规划的发展,目前的电网分析、规划软件逐渐显现出局限性:(1)不能很好地与其他软件集成,接口单一、不够开放。以往规划软件仅仅是个独立的软件包,并没有嵌入到电网公司整个信息系统,不具备规划数据的自动采集

第22卷第6期2010年12月电力系统及其自动化学报

P ro ceedings of the CSU EPSA

V o l.22N o.6

Dec. 2010

收稿日期:2009 07 30;修回日期:2009 10 15

功能,难以解决规划工作日常化中规划基础数据提取问题。(2)缺乏成熟的规划GIS 平台。传统规划软件多以CAD(AUT OCAD,三维辅助设计软件)为图形平台[1],图形平台的局限性使得软件不支持海量数据,并难以建立数学模型和实现对象化设计。(3)规划功能不够强大,难以支持日常使用。(4)规划功能不够完整。城市的不断发展使得电网通道资源日趋紧张,而以往规划软件并不具备较为完整的电网管线资源规划管理功能。

本文介绍的基于GIS 的广州电网规划辅助决策系统正是为了解决传统规划软件的局限性而研究开发的。

1 系统结构

本系统从体系结构上为客户端/服务器模式C/S(Client/Server)结构,分为四个层次:数据存储层、平台层、应用层、表现层,如图1

所示。

图1 系统体系结构

Fig.1 System architecture

数据存储层服务器采用Oracle 数据库,同时系统支持Access 数据库,主要负责数据的存储;主要存储业务信息数据,包括结构性数据和文件式的非结构性数据。其中空间数据存储,也由Access 数据库承担,大大提高数据存储的安全性和提取的稳定性。

平台层平台层主要是客户端底层GIS 平台,选取GIS 平台是ArcGIS(ESRI 出品的地理信息系统系列软件名称)平台,它提供了大量的应用程序编程接口API(applicatio n prog ram ming interface),方便上层应用开发。采用公共信息模型CIM (comm on inform ation mo del)接口实现与广

州供电局GIS 系统可缩放的矢量图形

SVG(scalable vecto r g raphics)矢量图等数据的导入导出。

应用层位于系统架构上层的是应用系统,客户端界面面向最终用户,服务器端以功能模块的形式实现各类实际功能。一处登录,处处使用,每个应用子模块,管理自己的数据和功能权限。所有的跨应用系统功能集成,都是应用程序接口级集成,而不是传统意义上的数据级或代码级集成。

表现层整个系统分为控制台、数据采集、高压现状分析部分、负荷预测部分、变电站选址定容、高压网络规划、电力资源管理、经济评价等几个业务子模块。

2 系统功能

按照规划的流程和特点,将系统功能划分为高压规划数据采集、现状电网分析、电网规划辅助决策、规划方案评估和管理、系统管理五大功能模块。其中电网规划辅助决策模块包含了负荷预测、变电站选址定容、高压网络规划、经济评价、电力管线管理、规划结果汇总等六个子模块。规划方案评估和管理模块包含了工程方案评估和规划成果多方案管理两个子模块。具体结构如图2所示。

图2 系统功能模块划分Fig.2 System function module

本系统规划业务功能大多继承以往规划软件[1],具备以往软件的优点:规划功能齐全,覆盖了从最初的数据采集到最终的规划文本生成的规划

全部阶段;理论模型先进且便于人机协同规划。就传统规划功能而言,本系统的高压规划数据采集模块借助灵活开放的数据接口(CIM,shape(ESRI 的矢量文件格式),CAD,SVG,BPA,电力系统分析程序BPA (bo nneville pow er adm inistration)等),最大程度的整合了广州各信息系统如GIS,数据采集与监控系统SCADA (supervisory contro l and data acquisition),生产管理信息系统M IS(m anagement inform ation system)等。系统规划结果汇总功能能够将最终的规划结果自动生成

100 电力系统及其自动化学报第22卷

规划文本,大量节省人力,并支持用户自定义表格结构的人性化功能。此外,系统包含了电网规划信息查询、管理等一系列完善功能,便于规划人员对规划数据进行快捷方便的管理。规划方案评估和管理实现多种方案的技术经济性评估,客观反映规划项目可行性,使规划更科学。此外,结合广州电网特点,本系统还专门开发了适合规划需要的快速、实用化自动N 1校验、!3T ?接线校验功能,便于规划人员对现状电网和规划电网系统安全性、合理性进行校验,大大减轻了规划人员的工作负担。

除了实现传统规划软件的规划功能外,本系统还结合广州电网发展的特点及趋势,将城市规划信息导入系统,确保了电网规划与城市整体规划间的协调和同步,便于电网规划在城市规划中争取到更多的战略资源,使电网规划更具有可实施性。系统新增了电网管线资源规划模块,实现了电力管线查询、管理功能以及规划结果汇总、规划方案评估和管理等实用规划功能,借助GIS 可视化技术和图形属性一体化管理,将以往不能直接看到的地下管线规模、敷设方式等信息直观地展现在计算机上,大大提高管线资料的数字化管理,为电网管线资源规划奠定了良好的基础。

3 系统特点

3.1 与城市规划相结合的电网规划

系统将电网规划与城市规划在电网规划数据平台上相结合,合理利用城市资源对规划预留站址、管线做更有效的管理,避免城市资源与电网资源的浪费,使电网规划与城市规划统一协调,使规划更具可实施性与经济性。附图1

是系统录入的广

图3 与城市规划相结合的电网规划Fig .3 Power network planning combined

with urban planning

州某地区的城市规划控制性详细图,通过该系统可

将该地区的城市规划信息(用地性质、用地面积、容

积率等)录入本系统,将负荷预测(负荷密度法)、变电站布点、规划管线等电网规划信息与城市规划信息相结合(见图3),真正实现电网规划与城市规划信息平台的有效结合。

3.2 基于GIS 的规划成果综合展示平台系统充分发挥GIS 平台强大的图形展示功能,提供了丰富的视图展示手段,为规划人员提供了一套可视化的认知和操作平台。该系统对同一套规划数据提供地理接线图与电气接线图两种可视化交互展示模式,并实现了由地理接线图自动生成电气接线图的功能,支持地理接线图、电气接线图的双视图显示以及同步操作(如图4所示)。此外,针对规划所需变电站内部连接情况辅助以站内主接线图进行展示(如图5所示),能够满足规划领域不同层面分析决策以及规划日常化工作的需求。

图4 地理、电气接线图双视图

Fig.4 Dual view of GIS based feeder maps

&electric diagrams

除了地理、电气、站内接线图外,本系统还开发了综合数据展示平台,用以展示规划分析的各种结果。规划人员可以借助该平台实现各种规划分析结果以及关注的热点地区多种形式的结果查看(如图6所示)。

图5 变电站站内主接线图

Fig.5 Substation main wiring diagram

总之,基于GIS 图形化操作界面的电网规划

101 第6期陈健等:G IS 平台电网规划辅助决策系统开发与应用

系统为规划人员提供了一套可视化的认知和操作平台,将分析决策相关的信息在地理图上以!所见即所得?方式展现出来,使规划人员能直观了解电网信息变化,实现电网信息的科学有效管理,为电

网规划提供强有力的技术支持和辅助决策依据。

图6 规划结果综合展示平台

Fig.6 Integrated display platform for pow er

network planning

3.3 自动N 1校验

N 1是国内外电力公司广泛应用的判定电力系统安全性的一种准则,同时也是规划人员校验现状电网和规划电网是否安全可靠的一个重要工具。由于高压电网发生N -1故障后电网运行方式调整较为复杂,目前常用的电网分析软件和规划软件只是实现了手动N -1(即发生N -1单元件故障时,需由规划人员人工确定故障后的运行方式)校验功能[8~10],工作量巨大。本模块针对广州电网自身的特点,在对电网进行一系列预处理条件下,实现满足规划要求的快速实用化自动N -1(即发生N -1单元件故障时,系统会根据一定的规则自动确定故障后的运行方式,而无需规划人员手工确定)校验功能,大大减轻了规划人员的工作强度。电网中220kV 及以上电网一般为环网运行,110kV 电网一般为开环辐射状运行,这一特点在广州电网中尤为突出。为此,本模块在对电网进行分电压等级拓扑,分电压等级化简以及接线模式分析等预处理的基础上,采用分电压等级的方式进行N -1校验:对220kV 及以上电压等级的环网,对于薄弱、重要环节通过调用潮流计算进行精确N -1校验,对于非关键元件以及110kV 辐射状网络按照一定的规则采用不调用潮流计算的估算N -1校验。按照故障元件类型的不同,可以实现线路、主变故障、主变检修、变电站全站停电N -1。3.4 规划方案对比

规划方案对比是实现不同规划方案之间技术经济性的比较,客观反映出规划方案的优劣及可行

性。对比内容包括不同方案之间电网规模、技术参数(潮流、网损、短路、N -1校验等)、设备投资估算等方面的比较。规划工作自身的复杂性和不确定性决定了其本质是一个多方案比对的过程:既包含统一区域不同年份之间(现状网、中间年电网、目标年电网)之间的纵向对比;又包含了同一区域同一年份不同规划方案之间的横向对比。规划人员从规划方案的纵向对比中得到规划项目的可行性,从横向对比中得到不同方案之间的优劣。该功能能够辅助规划人员进行规划方案的决策,减轻规划人员工作负担,提高规划科学性。3.5 规划报告自动生成

规划工作完成后,规划人员要产生大量的报表以形成最终的规划文本。本系统能将最终的规划结果进行汇总管理,并以规划文本的格式进行输出。该功能不但能够自动生成各种规划通用报表,还提供了自定义报表功能,满足广州电网规划中特有报表的生成。此外,该模块还提供了一键刷新,一键导出功能,规划人员只需点击一次鼠标就可实现所有规划文本的导出及文本内容的更新,使规划人员摆脱了日常工作中最繁琐部分,减轻了工作负担。3.6 开放性数据接口

开放性数据接口是指系统能够通过多种格式的接口实现与其他电网信息系统之间的数据转换。目前本系统主要包括CIM 、Shape 、CAD 、SVG 、BPA 等格式接口。系统通过CIM 接口自动提取电网信息系统(如GIS,SCADA,生产M IS 等)中规划所需基础数据,使用Shape 或CAD 格式的文件自动生成地块(地理接线图背景),并能实现规划结果导出图形化(AU TOCAD 、jpg(Joint Photog raphic Experts Gro up ,由联合图像专家组制定的一种图片格式)等)输出、专题分析图表的生成、GIS 专题图生成(实现利用GIS 地图、其它卫星地图等为背景展现规划成果)。针对BPA 程序在广州得到广泛成功应用的情况,系统还实现了与BPA 之间的无缝调用。灵活开放的数据接口有效地整合了广州电网不同信息系统的各种资源,提高了规划数据的共享性并扩大了规划结果的应用范围。

4 结论

本文研究的基于GIS 平台的广州电网规划系统,以先进的规划理论、规划方法为指导,以GIS 技术为基础,实现与广州供电局已有信息系统有机结合,是国内最先进的第四代规划软件[2]。该系统具

102 电力系统及其自动化学报第22卷

有如下显著特点:

1)提高规划决策有效性。将电网规划与城市规划在电网规划数据平台上相结合,合理利用城市资源对规划预留站址、管线做更有效的管理,避免城市资源与电网资源的浪费,使电网规划与城市规划统一协调,使规划更具可实施性与经济性。新增了通道规划相关的电力管线查询、管理功能,为电网管线资源规划奠定了良好的基础。

2)建立了基于GIS的电网规划平台。借助GIS 平台,系统能够同时展示多年份、多方案的电网规划信息,能够满足规划不同层面,不同数据详细程度的分析以及日常化规划工作需求。

3)提高规划日常管理水平。结合广州电网特点,实现了满足规划要求的快速、实用化!自动N 1校验?、!3T接线校验?等功能,并提供规划方案对比,规划报告自动生成等实用化功能,大大提高了工作效率,满足规划人员日常使用的需求。

4)构建统一的电网规划平台。本系统借助灵活开放的数据接口(CIM等),很好地嵌入到电网公司信息系统中,有效整合了整个信息系统资源,解决了规划信息化和日常化在基础数据采集方面的难题,并为规划人员提供了统一的工作平台。

目前,该系统已在广州供电局应用,取得较好效果,提高了电网规划工作的科技含量和工作效率,真正实现电网规划全过程的数字化、信息化。

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作者简介:

陈健(1978-),男,硕士,工程师,研究方向为电网规划、运行分析。Email:chenjian@g https://www.360docs.net/doc/d112455168.html,

万国成(1970-),男,博士,高级工程师,研究方向为电网规划、运行管理与优化。Email:wanguocheng@to https://www.360docs.net/doc/d112455168.html,

孙冠男(1980-),男,硕士,工程师,研究方向为电网规划辅助决策系统开发。Email:g uannan2001@https://www.360docs.net/doc/d112455168.html,

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第6期陈健等:G IS平台电网规划辅助决策系统开发与应用