配电网GIS图模校核系统的设计与实现

引言

配电网图模是指配网系统的图形、模型,它是对实际配电网连接特征的抽象化描述,是配网自动化主站系统实时监视和各种高级分析应用功能的基础,从根本上决定了配网自动化系统的实用化水平和建设成败。国内各地市供电局自2000年左右陆续开展配网自动化系统的建设,然而截至目前影响配网自动化系统实用化运行主要因素之一的配网图模的准确性问题仍是各地市供电局的痛点问题。究其原因主要在于配网自动化系统的基础一配电网图模质量水平偏低,维护工作量大,更新改造频繁,运行管理多头,不同系统间图模数据标准不统一、不兼容,无法共享与重用。

在当前配网自动化系统建设过程中,配网图模的维护主要有两种方式。一种是GIS系统和配网自动化系统分开维护,两者无关联。另一种是仅在GIS系统维护,通过接口导入配网自动化系统。由于第一种方式需维护两套图模数据,工作量极大,图模无法共享,因此目前主要采用第二种方式。但各地GIS系统水平参差不齐,功能有待完善,加上GIS系统维护人员专业水平不高,图模维护质量难以保证。一旦维护错误的图模未经校核导入配网自动化系统,将干扰调度员的正常调度,给电网安全带来严重隐患。

从目前中山供电局GIS图模应用现状来看,GIS系统和配网自动化系统缺乏完善的图模校核功能,单纯依靠人工检查给系统的整体运维工作带来一定的困难。为此,2017年中山供电局开展配网自动化图模智能管控关键技术研究,针对目前GIS系统图模质量水平偏低、人工校核工作量大的痛点问题,开发了一套配电网GIS图模校核系统,该系统通过接口从GIS系统获取图模文件,实现基于C1M/sVG图形的语法语义校验、一致性校验和拓扑校验等,以技术手段辅助人工校核工作,极大地提高了人员的工作效率,同时也使配网图模的质量得到保证,进一步提升图模运维的智能化水平,为配网自动化系统的实用化运行奠定基础。

1系统总体设计

1.1总体思路

配电网GIS图模校核系统通过接口从GIS系统获取基于C1M/sVG标准的配电网图模文件,经过校核后将校核结果导出给GIS系统,GIS运维人员根据校核结果对GIS图模进行修正,然后再次提交给GIS图模校核系统进行校核,直到图模校核通过后,才传给配网自动化系统,从而确保配电网图模的正确性。如图1所示。

1.2硬件架构设计

配电网GIS图模校核系统部署在安全Ⅲ区,硬件上主要由3台服务器组成,分别是数据库服务器、图模校核服务器、wEB服务器。数据库服务器用于存放历史图模文件、图模校核日志等。图模校核服务器主要实现与GIS系统图模接口、图模文件导入和图模校核功能。wEB服务器主要对外提供wEB发布服务,相关专业人员通过办公电脑可以查看图模校核日志和校核结果。配电网GIS图模校核系统通过防火墙和GIS系统相连,通过反向隔离装置与配网自动化系统I区系统相连。如图2所示。

1.3软件架构设计

配电网GIS图模校核系统在软件架构上采用C/s和B/s混合技术实现。在C/s方面主要基于C++/0T语言实现图模导入、图模校核和校核结果定位等功能的开发,这部分功能需要较强的操作实时性:在B/s方面主要利用JAVA/FLEx实现wEB界面的开发,包括图模校核日志查看、校核参数配置以及系统配置等实时性要求不高、人机交互要求高的功能。如图3所示。

2图模校核算法

配电网GIS图模校核算法是本项目研究的重点。校核项目包括3种类型:属性(语义)校核、拓扑校核和图模一致性互校核,具体校核项目如表1所示。

其中,属性校核是配网图模运维的最基本需求,是图模入库的先决条件,只有通过属性校核的配网模型才可以进行模型导入。其应用场景包括:(1)图模导入时的预检查,此时对没有校核通过的模型进行提示、定位(具体定位到模型文件的哪一行),方便运维人员进行排查:(2)模型导入后,随时可针对一张单线图模型进行属性校核。这主要用于可能的模型修改或校核需求(通过配置文件体现)变化时,再次进行模型基本属性校核。其具体实施过程主要是解析离线环境下的模型文件(C1M/xML),进行对象抽取,结合配置的各类设备基本属性必填信息,依次检查、校核每个设备对象,对未校核通过的记录进行集中描述,定位到具体模型文件中的具体行数,最后形成一个图模基本属性校核报告。

网络拓扑校核是离线环境图模关联校核的有效手段。直观可视的网络拓扑图是检查配网模型拓扑连接关系的最好方式,如图4所示。

同属性校核类似,网络拓扑校核的应用场景包括:(1)图模导入时的预检查,此时通过馈线模型自动生成可视的图形化网络拓扑图,辅助图模运维人员直观感知拓扑连通性:(2)模型导入后,随时可针对一张单线图模型进行网络拓扑图检测。这主要用于可能的模型拓扑关系修改时,再次进行模型拓扑关系检测。校核过程将同步生成拓扑关系校核报告,包括校核范围中的设备规模、拓扑岛数量及异常信息等。

图模互校核是离线环境下图模一致性校核的重要组成部分。主要用于检测馈线的图模一致性问题,发现缺少的模型或图元对象,保证图模信息的完整性。其应用场景主要是在图模导入时的预检查环节,保证待导入图模的一致性。

图模互校核的处理过程为同步解析离线环境下的模型文件和图形文件。从模型文件解析出参与拓扑关系的设备信息,并建立图元集合及图元之间的关系信息:从图形文件解析出各个图元包含的模型对象集合及模型之间的拓扑关系。解析完成后进行模型和图元信息的双向比对,以模型为基准,分析图形文件的差异性:以图形为基准,分析模型文件的差异性。综合两方面的分析比对结果,形成一份馈线图模一致性互校核分析报告。

3应用实例

中山供电局目前管辖10kV馈线近2000条,每天线路变更20条以上,配网图模维护工作量大,图模质量不高。本项目2018年开发完成后投入试运行,取得了良好的使用效果,校核准确率达到99%以上,每幅图校核时间在1s以内,每天只需要2min即可完成当天所有图模的校核工作,大大提高了工作效率和图模质量,为配网自动化系统的实用化运行奠定了基础。

中山供电局配电网GIS图模校核流程如图5所示,主要由以下步骤组成:

(1)配电网GIS图模校核系统通过FTP方式定时从GIS系统获取基于C1M/sVG格式的预发布的模型文件和图形文件,并保存在指定目录。

(2)用户选择需要校核的图模文件,系统支持单选或多选。

(3)点击图模导入,系统自动解析图模文件并进行图模的属性校核、拓扑校核和图模一致性校核。

(4)校核完成后系统自动生成图模校核报告,包括图模校核时间、图模质量评分、错误图模数量、正确图模数量等。

(5)自动化维护人员或GIS系统维护人员通过wEB方式可以查看图模校核报告,并根据错误提示修正GIs图模。

4结语

长期以来配电网图模的正确率偏低一直是配网自动化系统建设中的痛点问题,本项目针对配网图模应用现状,开发了一套配电网GIs图模校核系统,实现了GIs图模的属性校核、拓扑校核和图模一致性校核,使配网自动化系统的基石配网图模得以标准化维护、校核、流转,大大节约了图模校核时间,提高了图模的校核效率,确保了配电网图模的正确性,为配网自动化等相关系统的建设提供了基础性支撑。随着各地配网自动化系统建设的不断推进,该系统后续可以推广到其他地市局,应用前景广阔。