陳士俊，徐惠強(qiáng)

（1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2.國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

隨著城市的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng).逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧芸站€落地，即電纜化.但電纜的管理沒有跟上電纜化的步伐，管理的方式比較粗放、落后，比如有部分溝道圖紙、電纜竣工圖紙不完整，同時，這些圖紙也未進(jìn)入配電GIS系統(tǒng).這些給日常管理造成混亂，同時也影響了日常搶修，降低了城市供電可靠率.因此急需采用新的技術(shù)和手段，使電纜和地下管網(wǎng)的管理工作步入規(guī)范化、精細(xì)化、信息化的軌道.本文擬介紹湖州配電GIS系統(tǒng)中電纜基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建庫的方法.

1 電氣拓?fù)涞谋磉_(dá)

GIS系統(tǒng)中的電氣拓?fù)潢P(guān)系如圖1所示.這個模型是在CIM的基礎(chǔ)上、進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)充得來的.

Gadget和Segment定義了元件之間拓?fù)溥B接關(guān)系.Gadget用來表達(dá)變電所、配電站、配變、開關(guān)等具有一個或者多個端口的設(shè)備對象.Segment用來表示架空線段（每個桿之間）、電纜線段、電氣連接線、母線段等兩個端口的線狀的設(shè)備對象.

拓?fù)淠Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)如圖1所示.從Entity（設(shè)備對象基類）派生多種設(shè)備：Gadget是具有n個端口的元件（n是設(shè)備與其它設(shè)備電氣相連的階數(shù).n可以是0、1、2或者更多）.Gadget派生負(fù)荷（單端元件）、開關(guān)（雙端元件）、開閉所（多端元件）等等.Gadget聚合了n個Port（端口），類似于CIM的Terminal.Segment是為EMS／DMS中大量的零阻抗連接線、架空線、電纜等專門優(yōu)化出來的線狀幾何形式的雙端元件，它具有首末兩個端口（即有且只有兩個cim：terminal，并且有首尾的方向）.Gadget和Segment都通過Junc（電氣連接點(diǎn)、對應(yīng)于CIM中的Node）連接在一起.

圖1 GIS的電氣拓?fù)溥B接關(guān)系的表示

這種拓?fù)涞谋磉_(dá)方式與CIM模型是相容的，同時又比CIM模型具有更好的存儲效率和訪問性能.

圖2 CIM中電氣拓?fù)涞谋磉_(dá)方式

1.1 采用了CIM模型的Terminal－Connectivity Node模型

CIM模型的電氣拓?fù)涠x如圖2所示.CIM引入了Termial和Connectivity Node概念.每個導(dǎo)電的設(shè)備都有1個或者多個Terminal（終端點(diǎn)），不同設(shè)備的終端點(diǎn)通過1個Connectivity Node（連接點(diǎn)）相互連接在一起.

GIS的拓?fù)淠Ｐ秃虲IM模型相比，兩者相同之處是都采用“設(shè)備－端口（CIM中稱為Terminal）－虛擬連接點(diǎn)”的方式來統(tǒng)一表達(dá)設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系.在GIS系統(tǒng)的電氣拓?fù)淠Ｐ椭校℅adget）相當(dāng)于CIM中的Conducting Equipment，端口（Port）相當(dāng)于 Terminal，電氣連接點(diǎn)（Junc）相當(dāng)于Connectivity Node.一個元件具有多個端口Port，每個Port指向一個電氣連接點(diǎn)GJunc，形成靜態(tài)的拓?fù)溥B接關(guān)系.

1.2 線狀對象采用固定的首末端口存儲，效率更高

GIS電氣拓?fù)淠Ｐ蜑榇笠?guī)模數(shù)據(jù)量的輸配電GIS進(jìn)行了專門的優(yōu)化.對于地理圖來說，50%的設(shè)備都是架空線段、電纜線段和配變高壓引下線等線狀元件，對于配電站所中還存在大量電氣連接線.由于線狀對象的端口數(shù)目是2個，并且固定不變，因此在GIS系統(tǒng)中使用特殊的Segment對象來表達(dá)和存儲.在Oracle存儲中，首末端的Segment Port是作為Segment整體的2個屬性來存貯，不需要采用另外的關(guān)系來表示和查找，從而大幅度提高了系統(tǒng)的效率.

例如，在湖州的地理拓?fù)渲校窗?0k V及以上電壓等級的架空和電纜線段），約有25萬個線段對象，每個對象一條G＿SEGMENTS記錄（包括首末端的Port）就能夠表達(dá)電氣拓?fù)潢P(guān)系.如果采用CIM的方式，需要25萬條線段記錄、50萬條Terminal記錄和約25萬條Connectivity Node記錄，存儲的記錄條數(shù)合計為100萬條，是GIS系統(tǒng)的4倍.由于CIM模型的數(shù)據(jù)量大，訪問性能和數(shù)據(jù)一致性的維護(hù)都更為困難，因此優(yōu)化線段的存儲是必要的.

1.3 線路和線段的關(guān)系采用兩級的“Path－Segment”，更好的表達(dá)線路的管理關(guān)系

CIM模型中，概要性地描述了線段和線路的關(guān)系，如圖3所示.從Conductor（導(dǎo)線）派生ACLineSegment（交流線段）和DCLineSegment（直流線段），分別表示一段導(dǎo)線.Line是一條由若干線段構(gòu)成線路，表示輸電和配電中的線路和分支.CIM中Line和Segment是用包含關(guān)系來表示的：Line包含Segment，Segment是Line的成員.

圖3 CIM中電氣拓電撲的表達(dá)

對于GIS系統(tǒng)來說，一般常規(guī)的做法是使用GIS平臺提供的線狀對象（ArcGIS的Complex Edge和Smallworld的Chain）來表示線段電氣上的連接，使用另外的沒有幾何特征的對象來表示線路，他們之間建立關(guān)系.如圖4所示，Smallworld的Chain對應(yīng)于CIM中ACLineSegment，線路分支用純的數(shù)據(jù)庫對象，一般不具有幾何屬性.

由于Smallworld的網(wǎng)絡(luò)模型是綜合了道路、供水、煤氣、電纜等管線網(wǎng)絡(luò)的共同特征，針對電力網(wǎng)絡(luò)而言，Smallworld的拓?fù)淠Ｐ瓦€是需要變通的：

（1）Smallworld組成Chain的Link需要首尾相連，不能中斷.因此處理與開關(guān)、開閉所之類的雙端或者多端元件相連就需要額外處理；

（2）Smallword的Link是底層的對象，不具有屬性，導(dǎo)線型號之類的屬性只能放在Chain中.相鄰的不同型號的線段需要使用不同的Chain，組成同一個線路分支的多個Chain之間的關(guān)系需要應(yīng)用程序代碼的維護(hù).

但是實(shí)際應(yīng)用中，Line和Segment之間的關(guān)系是具有很強(qiáng)的拓?fù)浼s束的：給定線路，需要按照連接的首尾次序，順序地遍歷線段；同一個線路的線段不能分支，不能出現(xiàn)三叉路口；同一個線路的線段允許中斷（例如正在架空線改為電纜的過程中，先拆除中間的架空線），允許跨過開閉所的兩個端口.如果直接使用Smallworld對象，需要應(yīng)用程序做大量的工作.因此，我們在GIS的數(shù)據(jù)中抽象出Path－Segment的兩級模型，如圖5所示.Path（路徑）表示一條線路主干或者分支.

Segment（線段）是實(shí)際的對象，代表每一段電纜或者每對電桿之間的架空線段.直接電氣相連，或者經(jīng)過開關(guān)、開閉所等元件相連的線段，構(gòu)成一個分組，分組中記錄線段的首尾順序.Path由1個或者多個分組構(gòu)成，分組之間是中斷的.與Smallworld相比，Path－Segment兩級抽象模型更適合解決以下問題：

（1）每個線段Segment是實(shí)際存在的設(shè)備，因此可以具有屬性了（例如電纜或者架空線型號），可以參與關(guān)系（例如掛在線路上的絕緣線接地點(diǎn)、故障指示儀）；

（2）不需要特殊處理，就能夠描述穿過開關(guān)等雙端元件、開閉所等多端元件的線路；

（3）允許路徑分成不連續(xù)的幾段，在線路施工作業(yè)中，這是常見的現(xiàn)象.

2 分層的拓?fù)淠Ｐ秃驼緝?nèi)外連接的拓?fù)湄炌?/h2>

從CIM的角度來說，是不區(qū)分站內(nèi)設(shè)備（變電所或者配電站）和站外設(shè)備（地理圖）的，所有設(shè)備的拓?fù)涠继幱谕粋€空間中，用一個層次來表達(dá).

GIS系統(tǒng)對此進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，增加了站內(nèi)和站外的分層的拓?fù)淠Ｐ?，從而支持層次可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣５倪^程.因此，在建模的過程中，采用分層次、分粒度的建模方式更合適：先為某一層的網(wǎng)絡(luò)建模并投入運(yùn)行，在需要時，再為該層次之上或者之下的網(wǎng)絡(luò)建模，而不是強(qiáng)制要求必須一次性的完全建模.

為了支持分層次的建模，我們把變電所、開閉所、箱變等定義為組合設(shè)備.其具有內(nèi)部一次接線圖，如圖6所示.外部拓?fù)溥B接關(guān)系在GIS圖中維護(hù)，其內(nèi)部拓?fù)溥B接關(guān)系在內(nèi)部一次圖中維護(hù)，內(nèi)外部的電氣貫通通過“端口－超節(jié)點(diǎn)”實(shí)現(xiàn).在GIS圖上，組合設(shè)備的每個端口G＿PORT的INTERNAL＿GADGET＿ID字段對應(yīng)于內(nèi)部一次圖的一個超節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)拓?fù)湄炌?

3 電纜圖形及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲和表達(dá)

圖7 基于Or ac l e的圖形存儲的示意圖

在Oracle中，圖形相關(guān)的關(guān)系表分為“系統(tǒng)配置表”和“圖形表”兩大類.系統(tǒng)配置表定義了每種設(shè)備類型（內(nèi)部是CLASS＿ID來區(qū)分）的顯示圖符、標(biāo)注方式、縮放比例尺等等.在圖形表中，在G＿SEGMENTS、G＿GADGETS、G＿PORTS表中定義了線段、元件和端口的坐標(biāo)位置，對于元件和端口，采用X／Y的方式存儲，對于線段采用頂點(diǎn)X／Y的二進(jìn)制數(shù)組的形式來存儲.

在GIS的客戶端，加載指定的地理圖、一次接線圖或者單線圖的時候，通過G＿DOCTREE表加載圖中的所有圖形元件，然后根據(jù)G＿＊表中的CLASS＿ID字段區(qū)分不同的設(shè)備類型，在對應(yīng)的X／Y位置上畫上相應(yīng)的圖符和標(biāo)注文字，從而實(shí)現(xiàn)各種圖形的顯示.

從CIM標(biāo)準(zhǔn)的角度來看，G＿GADGETS表的X／Y、G＿SEGMENTS表的DATA字段相當(dāng)于CIM：Location地理位置，G＿DOCTREE文檔樹表和其他圖符定義相當(dāng)于CIM：Diagram畫面和CIM：Presentation.

4 結(jié)語

本文以湖州電力局的配電GIS系統(tǒng)為例簡單介紹了電纜基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建庫的方法，配電GIS系統(tǒng)已在湖州地區(qū)應(yīng)用超過9年的時間，該系統(tǒng)完全滿足了配網(wǎng)日常工作的應(yīng)用需求，使用效果得到了從一線班組到管理人員的一致好評.在此對湖州配電GIS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建庫方法做簡要介紹，希望對各位同仁有所幫助.

［1］楊輝.在 DMS中配電網(wǎng)工程設(shè)計管理的實(shí)現(xiàn)［J］.電力信息化，2004，2（12）：44－45.

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