山東電網(wǎng)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

鄭 帥，朱春萍，沙志成

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

設(shè)計(jì)單位在電網(wǎng)規(guī)劃、輸變電工程可行性研究、各類電源接入系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)初期，均需要以電網(wǎng)各電壓等級(jí)的變電站和線路信息作為基礎(chǔ)。電網(wǎng)中每座變電站、間隔、主變參數(shù)，每條線路長(zhǎng)度、截面參數(shù)都是設(shè)計(jì)人員研究電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)網(wǎng)架方案的基礎(chǔ)。但是，山東電網(wǎng)歷經(jīng)快速發(fā)展，現(xiàn)已形成一個(gè)龐大、復(fù)雜、堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)中蘊(yùn)含的信息量巨大。

目前，設(shè)計(jì)單位對(duì)電網(wǎng)信息的存儲(chǔ)采用的是分批次保存逐個(gè)輸變電工程可行性研究報(bào)告的模式。一個(gè)變電站的信息可能包含在多個(gè)輸變電工程 （間隔時(shí)間長(zhǎng)）中。設(shè)計(jì)人員提取一個(gè)變電站信息時(shí)，需查找該變電站最初的設(shè)計(jì)資料以及后續(xù)所有可能涉及該站的可研資料。搜索、整合工作量大，嚴(yán)重考驗(yàn)設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn)。因此，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)文檔管理模式，已不能滿足設(shè)計(jì)人員快速、準(zhǔn)確提取電網(wǎng)信息的需要。

國(guó)外對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用主要側(cè)重于電力大數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用，即對(duì)電力生產(chǎn)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，用于負(fù)荷預(yù)測(cè)、用戶用電行為分析等，以優(yōu)化需求側(cè)管理、為用戶提供節(jié)能建議或用于電網(wǎng)運(yùn)行診斷。其數(shù)據(jù)主要來源于電力生產(chǎn)和電能使用的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，可大致分為3類：一是電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備檢測(cè)或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；二是電力企業(yè)營(yíng)銷數(shù)據(jù)，如交易電價(jià)、售電量、用電客戶等方面的數(shù)據(jù)；三是電力企業(yè)管理數(shù)據(jù)［1-3］。國(guó)內(nèi)輸配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“GIS系統(tǒng)”）是國(guó)內(nèi)各電網(wǎng)公司應(yīng)用最廣泛的電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。該平臺(tái)利用地理信息技術(shù)來對(duì)輸配電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施空間分布數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等信息進(jìn)行集中化管理，其主要關(guān)注的是電網(wǎng)現(xiàn)狀的信息與數(shù)據(jù)分析［4-7］。目前，國(guó)內(nèi)外尚沒有關(guān)于對(duì)已完成可研的工程前期資料進(jìn)行梳理、匯總的軟件平臺(tái)。

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的發(fā)展現(xiàn)狀，在分析電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究了電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用方法，開發(fā)了山東電網(wǎng)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能和信息直觀可視化功能，能夠完整、精確輸出山東電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息，有效提升了電網(wǎng)規(guī)劃和工程可行性研究設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確性，極大地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

1.1 開發(fā)平臺(tái)

軟件的主要功能使用C#.net開發(fā)。

1.2 繪圖模塊

軟件的繪圖模塊使用CAD作為圖形繪制后臺(tái)，CAD中的絕大部分功能將向用戶開放使用。同時(shí)對(duì)Google earth坐標(biāo)系、80坐標(biāo)系等多種坐標(biāo)系進(jìn)行支持。

1.3 數(shù)據(jù)模塊

數(shù)據(jù)模塊使用Office作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與展示平臺(tái)，用戶可將系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果等導(dǎo)出至Word或Excel中。后期將與文本系統(tǒng)結(jié)合，向規(guī)劃文本提供原始數(shù)據(jù)，主要為文本系統(tǒng)提供電網(wǎng)的工程前期數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)資料與設(shè)備的基本情況等信息，如變電站的投產(chǎn)時(shí)間，電氣主接線型式、備用間隔數(shù)量，電網(wǎng)中線路的長(zhǎng)度和型號(hào)等。

1.4 界面模塊

系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)采用新的AutoCAD 2011頁(yè)卡菜單樣式，這種樣式能夠?qū)⑾到y(tǒng)的功能完全展現(xiàn)給用戶，在操作上使用戶有舒適感。同時(shí)由于功能基本由菜單欄展示，為用戶提供更大的繪圖區(qū)。這樣能夠用有限的空間展示更多的操作與圖形，如圖1所示。

圖1 表現(xiàn)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)錄入設(shè)計(jì)

2.1 總原則

在錄入過程中，盡量減少錄入操作次數(shù)，降低工作量。同時(shí)減少用戶的菜單操作次數(shù)，提供簡(jiǎn)單的快捷鍵錄入過程，提升錄入速度。在這個(gè)基礎(chǔ)上會(huì)加入一些智能化的操作，用戶在進(jìn)行錄入的過程中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)使用頻率較高的電氣元件進(jìn)行處理，如元件模型放置在較為明顯的位置，方便錄入。

2.2 電網(wǎng)錄入流程

目前可以提供兩種電網(wǎng)圖錄入的方法，一種是用工箱中提供的元件直接進(jìn)行錄入，另一種是將已有的CAD電網(wǎng)圖快速的轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)識(shí)別的電網(wǎng)圖，如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)錄入流程圖

2.3 錄入操作步驟

1）在元件工具箱中選擇要錄入的元件，鼠標(biāo)變?yōu)樗x元件形狀的虛線框。

2）移動(dòng)鼠標(biāo)到需要錄入的位置，若沒有開啟捕捉功能或沒有捕捉到，就在鼠標(biāo)單擊的位置直接生成相應(yīng)的元件；若捕捉到元件就在該元件上生成需要錄入的元件，如果捕捉到的是節(jié)點(diǎn)，則將元件連接在節(jié)點(diǎn)上。

3）一個(gè)元件錄入完成后可以繼續(xù)該元件的錄入，可以多次錄入直到按ESC鍵，或其他結(jié)束錄入功能鍵后（空格鍵）結(jié)束錄入。

2.4 CAD圖轉(zhuǎn)換操作步驟

1）加載一張CAD背景圖。

2）將背景圖層的可操作功能打開。

3）選擇要轉(zhuǎn)換的CAD圖形，可以是一個(gè)或多個(gè)元件圖形。

4）在窗體左側(cè)的屬性工具箱中設(shè)置元件類型，選擇元件型號(hào)。

5）若要轉(zhuǎn)換成“新建線路”類型，則需要選擇所屬變電站、線路型號(hào)，可以修改線路名稱，按選擇的線路型號(hào)，在線層中繪制元件，將背景圖轉(zhuǎn)換的線路元件轉(zhuǎn)入“已處理”圖層。用戶也可手動(dòng)選擇線路的始末端點(diǎn)。

2.5 圖形轉(zhuǎn)換注意事項(xiàng)

1）圖形轉(zhuǎn)換需要按照一定的順序，用戶首先將變電站轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)元件，之后轉(zhuǎn)換線路，最后轉(zhuǎn)換線路上的相關(guān)元件，此流程確保了圖形轉(zhuǎn)換的拓?fù)潢P(guān)系的形成。

2）通過加載背景圖，將一張CAD電網(wǎng)圖加載到系統(tǒng)中，在“CAD背景”圖層中。

3）將背景圖轉(zhuǎn)換的元件轉(zhuǎn)入“已處理”圖層，此圖層為隱藏圖層。

4）電網(wǎng)圖主要由變電站和線路組成，線路包括與變電站相連的線路及這些線路上的所有元件。

5）增加隨線選擇功能，用戶在錄入圖型時(shí)，需要選擇背景圖中的元件。為方便選擇，用戶可以先將線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在通過隨線選擇功能將所選線路周圍的電氣元件進(jìn)行選擇。用戶再通過反選選擇元件。

6）圖形轉(zhuǎn)換時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提供轉(zhuǎn)換向?qū)В瑤椭脩敉瓿赊D(zhuǎn)換。

3 系統(tǒng)修改設(shè)計(jì)

用戶在錄入完成后，需要對(duì)圖形進(jìn)行修改，系統(tǒng)會(huì)將CAD的主要修改功能向用戶開放。圖形修改功能是由CAD的原有功能與系統(tǒng)提供的修改功能組成的，CAD原有的功能經(jīng)過封裝與再開發(fā)形成新的功能提供給用戶，在圖形修改的操作上盡量使用戶沒有陌生感。這里主要包括圖形修改與屬性修改，如圖3所示。

圖3 修改操作組成

在修改過程中，盡量減少用戶的確認(rèn)次數(shù)，盡量做到自動(dòng)校驗(yàn)，自動(dòng)保存的修改方式，減少用戶的點(diǎn)擊操作次數(shù)。

3.1 圖形修改（不涉及電氣屬性）

此部分主要為CAD的固有操作，用于修改圖形中的非電氣元件，如移動(dòng)圖框、移動(dòng)背景圖等。同時(shí)此部分涉及少量的電氣元件的修改操作，其中如元件大小調(diào)整（線路為粗細(xì)調(diào)整）、旋轉(zhuǎn)元件、出線等分排列等。

3.2 圖形修改（涉及電氣屬性）

此部分圖形修改主要為涉及到電氣元件的屬性變化，如將一段線路拉長(zhǎng)，則線路的長(zhǎng)度將發(fā)生變化；將線路的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)后，會(huì)對(duì)線路的首末端點(diǎn)發(fā)生影響。這里主要為電氣元件的修改操作。

用戶首先選擇需要進(jìn)行的修改操作，這時(shí)光標(biāo)變?yōu)橄鄳?yīng)的樣式，用戶選擇需要修改的元件，進(jìn)行相應(yīng)的操作。

用戶在修改圖形時(shí)，圖形的部分屬性會(huì)隨修改而自動(dòng)改變，如用戶將線路的起始點(diǎn)移動(dòng)到一段母線上時(shí)，線路的起始點(diǎn)屬性將自動(dòng)填加所連母線名稱等。

用戶也可直接修改元件的屬性值，圖形元件也將隨屬性的修改而改變，如用戶改變線路的起始點(diǎn)屬性，準(zhǔn)確填寫起始點(diǎn)名稱，線路可自動(dòng)連接起始點(diǎn)。

3.3 屬性修改

用戶錄入元件后，可根據(jù)需要修改各元件的屬性。這里用戶可進(jìn)行批量修改或單獨(dú)修改，修改流程如圖4所示。

圖4 屬性修改流程

用戶在修改屬性時(shí)，其操作與CAD相同。用戶在元件的屬性欄中直接修改屬性，元件會(huì)隨其屬性的修改而改變，為即改即生效，無(wú)需按鍵確認(rèn)。用戶可通選擇多個(gè)元件進(jìn)行更改，此時(shí)屬性欄中顯示其共有屬性。用戶可通過導(dǎo)出功能將元件屬性導(dǎo)出至Excel，也可將導(dǎo)出至Excel中編輯完成的屬性導(dǎo)回至系統(tǒng)。

用戶修改元件的屬性方法分為選擇法與填寫法。對(duì)于一些已經(jīng)預(yù)置了部分屬性項(xiàng)的屬性信息用戶可通過下拉菜單的形式選擇修改屬性，如線路線型等；對(duì)于一些無(wú)法預(yù)置的屬性，用戶可手動(dòng)填寫進(jìn)行修改，如線路長(zhǎng)度、名稱等。

4 輔助功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要本著使用方便、功能實(shí)用的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)將會(huì)給用戶提供很多有用的功能，如主題圖，屬性導(dǎo)入等，下面對(duì)部分輔助功能做簡(jiǎn)單說明。

4.1 原始圖的處理

用戶收集的原始接線圖中可能含有很多不必要的元件，如線路上有大量的桿塔元件，這時(shí)系統(tǒng)要提供批量處理功能，將塔桿等元件進(jìn)行刪除并將線路整合在一起等。原始圖處理中主要包括如下內(nèi)容：

1）刪桿連線。

2）批量修改元件樣式。

3）元件類型轉(zhuǎn)換。

4）批量刪除多余元件，此涉及到刪除后要維護(hù)拓?fù)潢P(guān)系。

具體功能可根據(jù)設(shè)計(jì)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提出，盡量方便將用戶提供的原始圖轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的圖形。

4.2 分割合并

用戶可以將一大塊電網(wǎng)按分區(qū)進(jìn)行分割，多人錄入完成后，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行合并，增加錄入速度。

4.3 圖符管理器

系統(tǒng)提供給用戶圖符管理器，用戶可預(yù)設(shè)多種圖符集，在打印時(shí)根據(jù)選擇的圖符集進(jìn)行元件樣式替換并打印。

4.4 圖層管理器

除CAD自帶圖形管理器外，系統(tǒng)提供給用戶一個(gè)輔助圖層管理器，用戶可按電壓等級(jí)設(shè)置圖層，系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的元件放置在相應(yīng)的圖層中，這樣用戶不但能通過CAD圖層選擇元件，還能夠通過電壓等級(jí)對(duì)元件進(jìn)行批量選擇。

此輔助圖層管理器，允許用戶能夠自定義其需要的用于劃分的圖層類型，但其類型必須是元件的共有屬性，如分區(qū)、電壓等級(jí)、所屬變電站等?？梢酝瑫r(shí)自定義多個(gè)輔助圖層，用于用戶進(jìn)行多重篩選。

4.5 批量修改

系統(tǒng)提供用戶可進(jìn)行批量修改電氣元件的功能，用戶可在元件列表中選擇需要修改的元件，系統(tǒng)會(huì)給出元件的公有屬性，用戶可以更改。

4.6 數(shù)據(jù)錄入校驗(yàn)

用戶在錄入數(shù)據(jù)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)對(duì)需要錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如出現(xiàn)非正常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)提示用戶錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，同時(shí)給出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)影響的范圍。

4.7 自動(dòng)保存

系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存，防止死機(jī)或斷電造成數(shù)據(jù)丟失。

4.8 常用元件添加

系統(tǒng)會(huì)統(tǒng)計(jì)用戶對(duì)各種元件的使用次數(shù)，會(huì)自動(dòng)將比較常用的元件添加到常用元件工具箱中，各元件的型號(hào)等具有特定內(nèi)容的屬性自參數(shù)庫(kù)根據(jù)使用頻率默認(rèn)自動(dòng)添加，并可修改。

4.9 自定義設(shè)備型號(hào)

用戶可自定義設(shè)備型號(hào)，同時(shí)定義該型號(hào)的各種參數(shù)，滿足系統(tǒng)的成長(zhǎng)性。

4.10 自動(dòng)生成標(biāo)注

系統(tǒng)提供功能使能夠自動(dòng)生成線路標(biāo)注，其標(biāo)注形式可由用戶確定，初期標(biāo)注可能無(wú)法自動(dòng)識(shí)別空閑位置進(jìn)行標(biāo)注。后期將對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)排布標(biāo)注信息。

5 結(jié)論

山東電網(wǎng)數(shù)據(jù)文檔存儲(chǔ)的原有方式是將每個(gè)輸變電工程可研資料逐個(gè)存儲(chǔ)，要求設(shè)計(jì)人員熟悉過往所有輸變電工程，才能提取出完整的變電站信息。該存儲(chǔ)方法，設(shè)計(jì)人員提取信息費(fèi)時(shí)、耗力，且易疏漏，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)人員的工作效率和工作的準(zhǔn)確性。

本課題設(shè)計(jì)和研究的山東電網(wǎng)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)將電網(wǎng)數(shù)據(jù)以變電站、線路為單元整合到一張圖上，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源的可視化展現(xiàn)，具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，能夠直觀、完整、精確輸出山東電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)信息。將設(shè)計(jì)人員提取單個(gè)變電站信息的時(shí)間由4h縮減至1 min，有效地提升了設(shè)計(jì)人員獲取信息的完整性和準(zhǔn)確性，極大地提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)管理模式的創(chuàng)新，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

［1］彭暉，陶洪鑄，嚴(yán)亞勤，等.智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù) ［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016，39（1）：19-24.

［2］CHANG F，DEAN J，GHE MAWAT S，et al.Bigtable：a distributed storage system for structured data ［J］.ACM Trans Comput Syst，2008，26 （2）：1-26.

［3］王德文.基于云計(jì)算的電力數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（11）：67-71.

［4］仇衛(wèi)東，馮建雷，黃平，等.電網(wǎng)規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理分析［J］.電力建設(shè)，2011，32（10）：87-89.

［5］蔣啟能.電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用平臺(tái)研究 ［J］.機(jī)電信息，2016，11（30）：116-117.

［6］孫婉勝，張海梁.基于 G IS平臺(tái)電網(wǎng)數(shù)據(jù)分層分區(qū)管理系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化應(yīng)用，2011，27（12）：49-50.

［7］楊玉新，馬偉，趙陽(yáng).基于大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（7）：155-158.