基于GIS和ObjectARX的配电网智能规划平台设计与实现剖析.docx
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基于GIS和ObjectARX的配电网智能规划平台设计与实现剖析.docx
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基于GIS和ObjectARX的配电网智能规划平台设计与实现剖析
科技信息
0.引言
随着国民经济的发展和用电负荷的快速增长,城市电网面临严峻的挑战,合理、科学地规划配电网建设是一项亟待解决的问题。
城市电
网规划工作是一项复杂的系统工程,规划过程中涉及到社会、经济、
环境等多方面的问题,其复杂性主要体现在以下几个方面。
(1电网规划需要大量的数据,如历史负荷的数据、国民经济发展和人口数据、道路
交通及地理分布数据、
电力营销数据、电力运行数据等。
(2规划过程中需要涉及多门学科以及跨专业的理论与方法,如电力系统分析、运筹学、
人工智能学等。
(3评估与决策过程中涉及的指标计算普遍需要借助计算软件,而这些软件之间缺少统一的标准与数据接口,增加了决策过程中的复杂性。
正因为此,现有的实用化规划平台工具较少,并且算法与模型较为陈旧。
这些问题最终导致了规划的成果与实际情况脱节,缺乏前瞻性和科学性,造成了很大的经济损失。
本文设计并研发了基于GIS和ObjectARX的电网规划系统。
以AUTOCAD软件为基础采用了ObjectARX二次开发技术,构建了基于电网地理信息之上的图形可视化规划平台。
把电网规划中的优化计算与智能化的专家干预技术相结合,使规划方案的形成更加灵活、方便。
1.基于GIS和ObjectARX的电网规划系统总体设计1.1系统功能设计
基于GIS和ObjectARX的电网规划系统包括系统维护,
用户管理,数据维护,子系统等几个部分,其中子系统包括:
现状网络数据平台,现状网络分析、负荷预测子系统、变电站规划子系统、网架规划子系统、规划网络评估子系统等。
规划平台的适用对象为具有多个电压等级的城市电网。
软件的四层模型如下图:
图1规划平台的四层结构
1.1.1现状网分析:
以经济性、负载率、网损、电压质量、网络可靠性、短路电流水平等为评估指标,建立了现状网的综合评估体系。
基于电网信息数据,通过调用潮流计算、短路计算、N-1/可靠性分析等工具软件实现对现状网的全面分析,并给出系统的各方面存在的问题,形成评估报告。
1.1.2负荷预测:
采用传统预测方法与空间负荷预测相结合的形式,完成了总量预测—分布负荷预测;分布负荷预测—总量预测两种流程的预测方式。
预测内容包括总电量和负荷预测、区域电量和负荷预测,行业电量与负荷的预测。
1.1.3变电站选址定容:
系统综合负荷矩和建站费用等模型作为目标函数,以自适应微分进化和细菌群体趋药性等智能优化算法进行目
标年变电站选址及定容,确定各个变电站的供电范围,计算中间年变电站多阶段投资建设进度表。
基于GIS信息,在人工干预的情况下,可以
使规划站点绕开街道、
湖泊、建筑物等不可行建站区域。
1.1.4网架规划:
以年投资和运行总费用为目标函数,以功率平衡、容量和电压等情况为约束条件,建立数学模型,采用量子遗传算法对目标年及中间年最优网络进行规划,规划过程中根据地理信息,使线路的走向尽量和街道、铁路、公路等地理条件相符。
1.1.5规划网评估:
根据规划网络情况,对所选的规划方案进行线路
负载率分析、
电压分析、短路电流分析、N-1校验、经济性评估、供电可靠性评估及各电压等级的容载比分析,对所选规划方案进行全面地、科学地量化评估。
1.1.6用户管理:
电网规划数据和信息是电力系统的重要数据,需要具有一定的安全性和保密性,本系统通过采用三级用户管理来保证系统的安全性。
1.1.7数据维护:
以非图形方式完成多种信息的管理维护工作,这些信息包括设备种类,接线方式,变电站造价等等。
1.2软件体系构架
电网规划平台构架由以下三部分组建构成:
数据进入,数据计算分
析,数据输出。
用户在系统中构建初始现状网结构时,
通过新建各种图元操作,如发电厂、
变电站和线路等,通过数据进入部分使电网数据与地理信息有机地结合起来;数据计算分析负责包括现状网分析、负荷预测、变电站选址、网架规划和规划网评估等主要模块。
数据输出负责系统中各类计算的结果和规划报告以Excel报表和Word文档的形式输出。
1.2.1设计原则(1数据进入、计算分析、结果输出这3个部分以组件形式分开,采用松散的耦合方式。
(2用户界面与各组件分开,组件不依赖于用户界面,利于组件的更新。
(3计算分析组件间的消息传递采用数据库和文件两种方式。
各组件单独应用采用文件接口。
1.2.2系统构架
图2开发模式结构图
作者简介:
张昊(1984-,男,硕士研究生,现工作于华北电网有限公司调度通信中心,主要从事电网规划,电力系统智能调度等方向;张福宏(1966-,男,高级工程师,现工作于山西省阳泉供电分公司,主要从事电网规划和前期工作;刘文霞(1967-,女,博士研究生,副教授,主要研究方向
为电力系统通信、
电力系统智能规划。
基于GIS和ObjectARX的
配电网智能规划平台设计与实现
张昊1张福宏2刘文霞3
(1.华北电网有限公司电力调度通信中心2.山西省阳泉供电分公司3.华北电力大学电气与电子工程学院
[摘要]本文结合规划领域最新的理论成果,提出了构建集数据管理和智能规划为一体的企业配电网智能规划平台。
论文给出了
智能规划平台的总体设计,包括现状网分析、
负荷预测、变电站选址、网架规划和规划网评估等模块,完成了数据与图形一体化的建模,和模块之间的交互技术。
该软件在VisualC++6.0集成开发环境下,
以GIS平台为基础,采用ObjectARX二次开发技术完成了系统的开发。
最后以实际规划案例验证了该系统的科学性和实用性。
[关键词]配电网智能规划地理信息系统ObjectAR
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考虑到实际应用中,电网规划部门绝大多数的图形绘制都是以AUTOCAD图形软件为基础进行的,而目前很多电力应用软件都是基于自主开发的图形系统或庞大的通用GIS平台,这就使每个系统都要单独建立图形系统,给数据共享带来很大困难。
基于此点考虑,以AUTOCAD为图形平台,在其上采用ObjectARX二次开发技术,实现电网规划中的各功能模块。
同时考虑各功能模块间数据交互的一致性、安
全性问题,采用Oracle数据库集中管理数据,
规划平台的系统结构如图2所示。
2.系统实现
基于GIS和ObjectARX的电网规划系统的总体构架采用了Client/Server的两层结构,客户端为基于AUTOCAD软件的应用层,服务器端则提供多种数据服务。
在客户端,加载包含地理信息的图形文件作
为底图,用户能够方便、
准确地在其基础之上完成多种电网规划操作。
二次开发接口组件采用ObjectARX函数,利用VISUAL.NET和ORACLE9i数据库的开发方式;开发平台为当前流行的MicrosoftVisual
Studio.NET;
GIS平台采用Mapinfo公司的MpaX组件,它能够完成Mapinfo软件的绝大部分功能。
2.1基于图形与数据一体化的拓扑结构分析
电网结构通常表示为一个有向图,电力设备和电力线路表示图的
节点及线,线的方向和连接关系用设备间的属性关系表示。
每个电气元件由图形句柄、
电气特性和关系特性3类数据表示,主网的数据关系如图3所示。
本文利用IEC61970中的CIM模型对电力系统的器件进行建模和描述,建立了完备的电网规划的数据模型,设计了一套完整的数据与图形一体化的电网建模工具,实现了电网设备管理与数据模型相统一的电网信息平台,为电网规划各模块间的集成提供了支撑平台。
通
过Oracle9i作为后台数据库管理数据,
利用了其中的面向对象的性能,较好满足面向对象变成的需要,并且有良好的扩展性。
电网的拓扑结构分析通过对数据间关系的搜索来实现,所以保证
数据间关系的一致性是拓扑分析正确的重要保证。
目前大多数基于GIS的电力应用软件中,关系属性数据的建立是通过图元连接关系的自动识别完成的,这样经常会由于图形的连接问题导致孤岛的形成和拓扑关系的错误。
本系统所述的电气元件在绘制过程中关系属性的确定通过自动识别和界面确定二个过程实现,如果自动识别过程不正确,可以选择连接元件,这样保证了关系数据的严格一致,用户对图的误操作都不会带来元件连接关系的变化。
这样,使得系统能够完成图形方式下的设备管理、数据维护、设备参数等效等功能,极大地简化了电网规划的基础数据管理工作,实现了数据管理的可视化和人性化。
依据一体化建模技术,规划系统中主网数据建模的流程为:
录入变电站的数据;建立各变电站的站内模型,站内模型建立顺序为母线(节
点
、站内接线、开关和变压器;建立站外模型主要包括高压联络线和T节点。
线路表中数据有高压站间联络线、站内开关线路、站内变压器线路3类;节点的类型有母线节点、连接节点、变压器中节点和站外T节点4类。
图3拓扑数据关系表
2.2主要模块间的交互技术
基于GIS和ObjectARX的电网规划系统包括现状网分析、负荷预测、变电站选址、网架规划、规划网评估等功能模块。
每个功能模块生成一个.ARX文件,而且有的功能模块为了开发方便,又被进一步分成若
干个.ARX文件,以提高开发效率。
这样就涉及到模块间的交互手段,在
本文中,交互主要包括数据与操作。
数据交互是指某一模块运行时需要用到其他模块的输出数据,数据交互通过共享同一数据库来实现,各ARX从数据库中读取数据,然后封装成所需的对象数据完成各自功能,然后再将对象数据写入到数据库中供其他ARX使用。
操作交互是指某一模块运行时需要用到其他模块的某一操作过程,这一点与普通程序开发中的程序开发十分类似。
但是,在Object
ARX程序开发中,
两个ARX程序间不能相互调用彼此的函数,这给程序开发带来了很大的困难。
在ObjectARX程序开发中,ARX通过消息机制与注册命令方式与AUTOCAD进行交互,每个命令都有独立的入口。
而各个ARX间只能通过触发其他ARX中的命令来实现彼此间的交互。
本文中数据交互与操作交互的实现过程如图4所示。
图4数据交互与操作交互
2.3规划流程的实现
规划流程的实现如图5所示。
由于图幅原因省略了无功优化部分,无功优化在网架设计后,利用现状网和规划网数据进行无功优化配置。
图5规划流程
3.算例分析
山西某城市包含6个规划区,2010年的负荷预测结果为4962MW。
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技能指导和实践成绩考核,在实习期完成上岗的技能训练、
职业道德养成,使学生毕业后能够“零适应期”直接进入相关岗位工作。
对于不需要批量接受学生的企业,在安排学生的实习前,针对学生的就业意向选择几家不同的企业开展校外实训和实习,在学生通过实习熟悉相关岗位的操作后,企业优先录用有意向且符合企业需求的学生进入企业工作。
“滚动”实习兼顾企业的需求,大大增强了实习的规律性、可控性,经过几轮的实践,企业培训水平、管理水平和指导师傅的水平都会有很大的提升;实践表明,只有积极主动地寻求与企业多方面、多层次的合作,努力探索与实践形式多样的产学研结合人才培养模式,有效辐射实训基地功能,这是满足高技能人才培养需求的重要途径。
参考文献
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(上接第27页性质,使部分噪声分量与有用信号有效地分离,得出
比较精确的测量结果,并总结出了一套实用的阻波器阻抗和电阻分量的计算公式,同时给出了阻波器特性测试算法的Matlab仿真。
给出了该系统基于DSP的硬件电路设计和软件实现。
对具有典型参数的定K型宽带调谐阻波器进行分析。
实验结果与计算结果证实,以该方法实现的
阻波器高频参数测量系统有优于1%的测量精度,
速度快、抗噪声性能强。
而且可做到体积小、重量轻、耗电省,为设备的现场检修及大规模测试提供了方便,有良好的应用前景。
参考文献
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403-406.(上接第26页
采用空间负荷密度法,按照负荷性质进行负荷分配,得到负荷分布预测
结果,负荷预测的地块图见附录A图A1。
根据容载比和现有变电站情
况设定规划容量范围为4193MVA~5296MVA。
规划的110kV变电站的最终规模为3×50MVA,220kV变电站的最终规模为3×180MVA和2×180MVA。
通过专家建议,考虑了铁路、河流、公路、居民地、等高线、规划用地性质、建筑物以及现有的电力线路等地理因素。
规划后的110kV和220kV变电站见附录A图A2,所有新建变电站都在可用地理
区域中,且分布合理。
网架布线都是基于实际的地理走向的。
新建、扩建220kV变电站15座,110kV变电站44座,110kV网架规划结果见附录A图A3。
规划网指标计算结果为220kV和110kV的变压器和线路全部满足n-1,短路电流与变电站的开关遮断容量进行校核后,确定开关遮断容量均满足安全切断故障电流的要求,220kV和110kV的容载比分别为1.99和2.20。
图A1负荷预测地块图
图A2变电站选址规划图
图A3110kV电网规划图
4.结语
本文基于AUTOCAD图形平台,采用了先进的ObjectARX二次开发技术,结合了Visual.net和Oracle9i大型应用软件的优势,有机地把
优化数学、
电网络理论、图论、计算机图形学理论等先进的理论成果与数据库技术、
面向对象的软件开发技术、地理信息等实用技术完美地结合在一起,使城市电网规划实现了图形化、数字化、智能化、自动化,大大提高了规划人员的工作效率和规划水平,同时为规划工作建立了必不可少的数据积累平台。
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