GIS電網(wǎng)拓?fù)浼捌湓贠RACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)現(xiàn)

張 鷹，賀 彥

（1.湖州電力局，浙江 湖州 313000；2.清華同方股份有限公司，北京 100083）

目前已經(jīng)有很多供電企業(yè)建立了電網(wǎng)GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)），但真正實(shí)用、在用、好用的并不多。筆者認(rèn)為，造成這種情況的一個(gè)重要原因是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)僅將其定位成在電子地圖上展現(xiàn)電網(wǎng)（即面向“空間實(shí)體的拓?fù)鋄1-2]展現(xiàn)”）的系統(tǒng)，而沒(méi)有將其看作是管理電網(wǎng)電氣設(shè)備及其導(dǎo)電關(guān)系（即電網(wǎng)拓?fù)洌┑南到y(tǒng)。事實(shí)上，基于此類設(shè)計(jì)初衷的系統(tǒng)，大多無(wú)法滿足電網(wǎng)拓?fù)涞膽?yīng)用需求，很難做到實(shí)用化。電網(wǎng)GIS要實(shí)用化，不僅要支持空間實(shí)體及其拓?fù)涞墓芾?，更重要的是?yīng)支持電網(wǎng)拓?fù)涞墓芾?，如拓?fù)浞治?、潮流?jì)算等[3]，其中電網(wǎng)拓?fù)浣Ｊ顷P(guān)鍵和基礎(chǔ)。

1 電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?/h2>

1.1 CIM簡(jiǎn)介[4]

電力系統(tǒng) CIM（Common Information Model，公共信息模型）是IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的核心，最初是為不同廠家開發(fā)的EMS（Energy Management System，能量管理系統(tǒng)）集成而提出。CIM采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，提供了一套用對(duì)象類、屬性及其關(guān)系來(lái)表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)方法，為各種應(yīng)用提供了與平臺(tái)無(wú)關(guān)的、統(tǒng)一的電力系統(tǒng)邏輯描述。CIM由若干個(gè)包組成，包括：核心包（Core）、拓?fù)浒═opology）、電線包（Wires）等。

1.2 拓?fù)浒?/h3>

拓?fù)浒x了電力系統(tǒng)導(dǎo)電設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系，如圖1所示。每個(gè)導(dǎo)電設(shè)備（Con-ducting Equipment）都有1個(gè)或者n個(gè)端點(diǎn)（Terminal）； 端點(diǎn)通過(guò)連接點(diǎn)（Connectivity Node）相連接，一個(gè)連接點(diǎn)可與多個(gè)端點(diǎn)相連。

1.3 拓?fù)淠Ｐ偷睦斫?/h3>

圖2說(shuō)明了通常的電氣接線圖及其CIM表示（右側(cè)），其中實(shí)心圓點(diǎn)和大圓盤分別表示導(dǎo)電設(shè)備的端點(diǎn)和連接點(diǎn)。從圖2可以看出，在CIM中，兩個(gè)導(dǎo)電設(shè)備的連接是通過(guò)將前者的端點(diǎn)與一個(gè)連接點(diǎn)相連，再通過(guò)該連接點(diǎn)與后者的端點(diǎn)相連來(lái)表示的。例如，圖中的“碧湖206開關(guān)”與“10 kV電纜”有電氣連接關(guān)系，在CIM里被表示為：“碧湖206開關(guān)”的端點(diǎn)T2被連接到連接點(diǎn)Node2，同時(shí)Node2又被連接到“10 kV電纜”的端點(diǎn)T3，即通過(guò)Node2將開關(guān)和電纜連在一起。

圖2 接線圖的CIM表示

2 拓?fù)涞摹氨怼北硎?/h2>

用“表”（或稱“表格”）表示拓?fù)涫怯?jì)算機(jī)存儲(chǔ)和編程的需要。一般需要經(jīng)過(guò)以下步驟：

（1）對(duì)所有設(shè)備的端點(diǎn)以及連接點(diǎn)分別進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。

（2）設(shè)置3張表：導(dǎo)電設(shè)備表，用于描述導(dǎo)電設(shè)備基本屬性。端口表，用于描述每個(gè)端點(diǎn)與哪個(gè)連接點(diǎn)相連。節(jié)點(diǎn)表，用于描述每個(gè)連接點(diǎn)被連到哪些端點(diǎn)。

（3）在各表中建立其相應(yīng)關(guān)系。

圖3給出了圖2所示電網(wǎng)拓?fù)涞摹氨怼北硎尽?/p>

圖3 拓?fù)涞摹氨怼北硎?/p>

3 拓?fù)湓贠RACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)現(xiàn)

圖4 拓?fù)湓贠RACLE表中存儲(chǔ)

由于輸配電GIS中存在大量的架空線段、電纜線段、電氣連接線、母線段等設(shè)備，這些設(shè)備的共同特點(diǎn)是線狀、端口數(shù)目固定為2個(gè)（稱之為Segment對(duì)象），如果按圖3表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)，需要3條記錄，存儲(chǔ)空間較大。若專為Segment對(duì)象建一張表，并將其首、末端口作為Segment整體的兩個(gè)屬性來(lái)存儲(chǔ)，則只需1條記錄，見(jiàn)圖4。這樣，既節(jié)省了存儲(chǔ)空間，又提高了查找速度。圖4所示的各表及其結(jié)構(gòu)是在圖3所示的存儲(chǔ)組織基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)優(yōu)化，并結(jié)合查詢需求和ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)的特性而設(shè)計(jì)的（省去了連接點(diǎn)表），表中的JUNC表示連接點(diǎn)編號(hào)，PORT_ID表示端口編號(hào)，而GADGET_ID和SEG_ID則對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電設(shè)備編號(hào)。

以圖4中“碧湖260開關(guān)”與電氣連接線的連接為例，詳細(xì)說(shuō)明此拓?fù)湓贠RACLE表中的具體實(shí)現(xiàn)：“碧湖260開關(guān)”對(duì)應(yīng)設(shè)備表的GADGET_ID＝3399324記錄，其在端口表中有2個(gè)端口（即2條記錄），其中3399326端口（開關(guān)的下端口）的JUNC是3709305。另外，與“碧湖260開關(guān)”相連的電氣連接線存儲(chǔ)在SEGMENT表中，其 SEG_ID＝3709189， 該記錄的 HEAD_JUNC＝3709305。由于它與開關(guān)下端口的JUNC編號(hào)相同，所以可知兩者相連。

4 拓?fù)涞膬?nèi)存表示

雖然任何應(yīng)用程序都可以通過(guò)訪問(wèn)ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)獲取電網(wǎng)拓?fù)?，但不夠直觀和方便，解析、存取過(guò)程繁瑣，同時(shí)也會(huì)造成系統(tǒng)整體性能的下降。因此，系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題是如何把電網(wǎng)拓?fù)涞幕A(chǔ)服務(wù)集中到一個(gè)模塊，并按標(biāo)準(zhǔn)接口提供上層應(yīng)用，使各項(xiàng)應(yīng)用無(wú)需了解拓?fù)浯鎯?chǔ)細(xì)節(jié)即可獲得電網(wǎng)拓?fù)洹?/p>

如圖5所示，“持久化”模塊就能解決這個(gè)問(wèn)題。該模塊隨系統(tǒng)啟動(dòng)被加載到內(nèi)存，運(yùn)行時(shí)將存儲(chǔ)在外存（磁盤）上ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中的電網(wǎng)拓?fù)浔磙D(zhuǎn)換成內(nèi)存對(duì)象，并支撐所有上層應(yīng)用（如圖形服務(wù)模塊、電網(wǎng)建模模塊等）按對(duì)象方式進(jìn)行存取。

這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）通過(guò)內(nèi)存對(duì)象的封裝技術(shù)屏蔽數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)，保持了拓?fù)涞耐暾院鸵恢滦浴Ｈ绻褂肙RACLE SQL語(yǔ)句直接訪問(wèn)，則會(huì)破壞這一約束。

（2）通過(guò)對(duì)象和指針來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存對(duì)象，比直接用SQL訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的性能更高，更適合于與高級(jí)語(yǔ)言（如C++/C）對(duì)接。

圖5 拓?fù)涞膬?nèi)/外存轉(zhuǎn)換示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ褪请娋W(wǎng)GIS的核心，系統(tǒng)是否具有覆蓋“輸變配低”的電網(wǎng)拓?fù)涫呛饬科涫欠穹想娋W(wǎng)GIS的一個(gè)主要特征。在電網(wǎng)GIS中按CIM標(biāo)準(zhǔn)建模、不依賴于GIS平臺(tái)進(jìn)行模型管理是開發(fā)電網(wǎng)GIS系統(tǒng)的重要技術(shù)原則。本文為開發(fā)實(shí)用有效的電網(wǎng)GIS系統(tǒng)提出了電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ徒⒑蛿?shù)據(jù)處理的方法和技術(shù)，供相關(guān)人員借鑒。

[1]涂美義，李星.基于GIS空間實(shí)體的自動(dòng)拓?fù)淠Ｐ驮O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，3（01）∶0028-0031.

[2]周順平，李華，杜小平.空間實(shí)體的拓?fù)錁?gòu)建[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，31（05）∶0590-0595.

[3]張伯明.高等電力網(wǎng)絡(luò)分析（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[4]劉靖輝，趙洪山.電力系統(tǒng)CIM模型在ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)現(xiàn)[G].中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)第22屆學(xué)術(shù)年會(huì).2006.