地区电网环境研究分析论文

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摘要：介绍了一个适用于地区电网配电管理系统（DMS）的支撑环境，该支撑环境采用了面向对象的设计思想和分布式的体系结构，具有可视化、智能化的特点。

关键词：地区电网DMS面向对象开放式系统支撑平台

1引言

随着计算机技术和信息技术的发展，电力系统自动化水平也在不断提高。近几年来，国内电力公司对供电质量以及对用户的服务水平提出了越来越高的要求。目前地区电网的SCADA系统都己投入运行使用，对保证电网运行的安全性、可靠性、经济性起到了十分重要的作用。随着城网和农网改造的进行，配电网的自动化水平也有了显著提高，这为地区电网配电管理系统（DMS）中高级应用软件的开发与应用创造了条件。而建立一个好的支撑环境对实现DMS的各项功能和性能都是至关重要的。本文设计开发的支撑环境可以为配电管理系统中的设备管理、自动作图、用电管理、以及高级应用软件提供公共信息模型（CIM）和数据，以及可视化的操作平台。该支撑环境采用了面向对象和人工智能技术，具有智能化的分布式体系结构，因此系统的可维护性、可操作性、可重用性和交互性都得到了提高。

2支撑环境的设计思想

地区电网在结构和所承担的任务方面与大电网有较大区别，因此DMS与EMS在功能上也有所不同。配电管理系统的功能可以概括地归纳为三类：电网正常工作管理、事故分析和系统优化运行，而它们当中又分别包含了一些完成具体功能的应用子模块。

地区电网的主干网一般为110kV系统，配电网为10kV，网络结构一般为辐射状。由于地区电网内只装有小容量的火电厂和水电厂，因此一般不考虑自动发电控制（AGC）以及稳定等问题。配电网的设备种类多，数量大，有一部分集中在变电站，大部分则分布在线路上，这些设备的信息采集较困难，目前还不可能将所有的信息经遥测传送到控制中心，支撑环境在设计时应考虑到地区电网的特点。本文提出的支撑环境采用了以下设计思想：

（1）采用开放式系统结构

本系统具有开放式的接口，使用户可以通过系统提供的接口函数根据需要增减功能模块。开放系统具有较好的可移植性、可互操作性，利用事件驱动和封装的方法为应用软件提供透明的标准接口，因此它是真正面向用户开放的。

（2）采用面向对象的技术

面向对象技术己在软件开发中成为一种趋势，与以往的结构化技术相比，采用面向对象的设计思想可以保证系统的一致性、可靠性和扩充性，能够更好地将具体事件抽象化，按功能实现模块化设计。这些模块相互独立，可以分别设计，分别开发，分别编译和调试，具有较好的可重用性。用户可以根据需要选择功能模块进行组合。

（3）采用公共信息模型（CIM）

CIM是一个抽象模型，它包括了地区电网DMS中的所有主要对象类，其中大部分是对系统元件的描述，如变压器、线路、开关、互感器，另外一部分为数据结构安排表、或动态测量数据等。这些都是DMS应用程序所需要的信息和数据。CIM运用统一的建摸语言（UML）定义每个类的名称、属性，以及该类与其他类相互之间的关系。它被设计成一个完整的数据字典，可以给系统提供一个全面的逻辑视图。

3系统的基本结构设计

该支撑环境由四个子系统组成：系统管理、智能化图形编辑、网络拓扑和数据库管理。系统管理子系统对整个支撑环境的软硬件配置和工作进程，系统运行状况、网络安全、数据传输进行管理；图形编辑子系统用于绘制电网接线图、地理结线图、厂站主接线图等，并进行数据录入和实现图形化管理；网络拓扑分析为高级应用软件提供所需的网络模型，进行网络结构的分析，判断连通性，并进行动态着色；而数据库管理子系统则是支撑系统的核心，是系统应用软件的基础，其质量的好坏直接影响到整个系统的功能。

3．1系统管理子系统

系统管理的主要作用是：

（1）对系统软硬件的分布式配置进行管理、对计算机系统、网络设备实现控制与监视、对系统不正常的工作状态、程序的非正常运行等产生报警，以保证了系统的安全和可靠性；

（2）系统运行可以分为在线和不在线两种工作状态，实时态和研究态两种运行方式，系统管理子系统应能保证不同状态相互之间的安全切换和调用数据的正确性；

（3）保证分布式系统中各结点之间数据通信的可靠性避免出现数据丢失现象。

3．2图形编辑子系统

我们针对电力系统的特点，如组件种类繁多、接线复杂、重复性强等等，开发出适合电力系统图形设计的图形编辑系统。由于具有二次开发功能，因此对应用层的开放性很好，用户可以将系统提供的控件和功能函数方便的嵌入到应用程序中。

由于图形与数据库关联，实现了图形数据一体化，为用户提供了一个可视化的操作平台。在本系统中，电力系统中的每一种设备对应一个实体，不同的实体属于不同的图层，这样不仅方便管理各种设备，还可以实现分图层显示，根据应用需要显示某一个或几个图层。

其主要功能如下：

（1）能进行漫游，漫游自然平滑，具有辅助导航功能，因此在任何时候都可显示完整的电网一次接线图形，并可将实时数据同步显示；

（2）可以任意变焦，并能保持实时数据与图形和汉字同步变焦，在变焦放大图形和实时数据时像素不出现错位；

（3）图形的生成和编辑简便、智能化，使用户能快捷、方便的绘制电网单线图、厂站一次结线图，以及系统地理结线图。可以实现各种块操作、自定义图形集。系统中存在各种电气主接线形式的模板，用户可以根据自己的需求选择不同的接线形式，确定特征参数，如变压器台数，出线数，系统会自动生成主接线图；

（4）具有动态着色功能，根据实际系统的运行状况，或根据用户定义，进行网络跟踪，以不同的颜色显示出不同的运行状态；

（5）图形中的元件属性与系统数据库关联，用户可以在图形上直接点击电力设备的图形符号，由信息框输入数据。图中的设备与数据库中的记录通过实体编号自动建立关联关系。即添加、删除或更改某个设备都会更新数据库中的相应数据。对于大批量的资料录入，也可通过表格形式直接输入到数据库；

（6）利用空间测量资料，可测量点和点之间的距离，线路长度以及面状图的面积；

（7）具有操作是否合理的检验功能，若违反操作规程，则禁止操作，并给出相应的提示。

3．3网络拓扑分析子系统

在本系统中，网络拓扑分析与图形编辑、数据库都有着直接的关联，为各种高级应用软件提供了基本的网络结构资料。在电力系统中，当网络比较大，节点比较多时，电力网络结构的数据量就非常大，节点编号也变得复杂繁琐，容易出现人为错误。基于图形的网络拓扑子系统的特点是当开关状态变化时可以自动调用拓扑程序，进行网络结线分析，自动进行节电编号，更新拓扑结果资料。系统的网络自动跟踪功能，可以实现在网络接线图上进行开关的分、合，以及线路、变压器等电气设备的投、切操作，并自动进行网络的带电状态分析、动态网络着色、区域分割等。本系统中网络拓扑算法针对配电网多为辐射状结构的特点，对每一个开关变位，首先检查该开关是变电站开关还是馈线开关。如果是变电站开关变位，则在变电站内执行宽度优先搜索，以确定站内是否发生节点变化。如果是馈线开关断开，则为该开关一侧的节点分配一条新母线，如果馈线开关闭合，则将该开关两侧节电的母线合并为一条母线。这样可大大提高网络接线分析的速度和效率。

3．4数据库管理子系统

数据库是配电网管理系统的核心，建立一个开放的、共享的、高效率的数据平台是非常关键的，其质量的好坏直接影响到整个系统的功能，它是系统应用软件的基础。数据库模式有多种，如网络型、层次型、关系型、面向对象型等。采用面向对象的思想与方法来改善关系数据库的设计，可称为面向对象的关系数据库。其特点是，便于实现面向对象编程（OOP），数据库结构清晰、简单、具有独立性、自治性、维护方便、数据的重用率高。数据库模式是否支持应用系统的对象模型可以作为判断其是否为面向对象数据库的基本出发点。因此应用程序对象模型向数据库模式的映射是面向对象数据库的关键。

由于配电网系统模型是用关系数据库来描述的，因此采用面向对象技术实现对象模型是由二维表及表间关系来实现的。也就是说，在建立了配电网系统对象模型的基础上采用了关系数据库管理系统，而数据库的设计采用了面向对象的技术。以配电网系统为例，配电设备多，对一个设备来说在不同的应用中需要的信息也不同，有时还需要知道这个设备与其他设备的联系。可以将配电设备信息分为三级类别。第一级为配电设备的基本信息，提供的信息如设备名称、编号、安装地点等；第二级对各类设备再进一步细分，如开关设备可进一步细分为断路器、熔断器、重合器等，在这一级将分别描述它们更具体的信息，以及各类元件之间的相互联系；第三级为设备的状态信息，如开关设备有“断开”、“闭合”状态，变压器、电容器组可分为“投入”、“切除”状态等。

在设计数据库时，不但要分析数据的基本属性，还要分析数据的来源，如何使用，在那些应用程序中使用，数据是全局的还是局部的，数据是稳定的还是变化的等等。在地区电网，配电系统的数据量庞大，数据种类多，应在对数据的属性了解清楚的基础上，把数据进行分类、组织。例如在实际应用中，有些数据应用范围较小，相对独立，可以称之为局部数据，有些数据要被多个应用程序使用，可称为全局性数据，它们构成了数据库的主题结构。

支撑系统要能为各种应用程序提供所需要的数据，数据库系统对应用层是开放的，通用的。如在设备管理子系统中可以查询到设备的台帐和运行、实验数据，对于潮流计算、短路电流计算、负荷预测、无功电压优化等高级应用软件，在网络模型的基础上由数据库系统根据不同的需求提供数据。

为了满足电力网络模型数据、历史数据的存储和应用，本系统采用了性能优越的的SQLSERVER大型数据库系统，它是一个多用户的关系数据库系统，是一个安全的、可扩展的、易管理、高性能的商用数据库。

4结论

本文设计开发了一个适用于地区电网DMS的支撑系统，该系统由系统管理、图形编辑、网络拓扑分析、数据库管理四个子系统组成。网络操作系统为WindowsNT或Windows2000。该系统为应用程序提供了一个开放的，可视化的、智能化的操作与数据平台，用户可以根据需要在该平台上增减应用程序。本系统的突出特点是：人机界面友好、操作简单方便、系统功能强大、模块接口适用性强、数据库管理方便。

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