1 引文
近幾年來，電力系統中引入地理信息系統（GIS）進行圖形編輯、設備管理、地理查詢、網絡分析、輔助決策等，已經成爲一種趨勢，並且發展的越來越成熟和穩定了。藉助於地理信息系統的數據錄入、管理、查詢、分析等各種方便快捷的功能，大大的提高了電力行業的管理水平和服務質量。而配電自動化系統作爲一個比較成熟的技術在電力系統中得到了廣泛的應用。從配電網運行和管理的實際情況上看，由於配電GIS和配電自動化之間存在着很多的數據等各方面的聯繫，所以擁有一個集配電GIS和配電自動化於一體的系統，將是配電網最有實力同時也是最實用的選擇，這就是配電運行管理系統（DOM）。但是在國內，該技術尚處於起步階段。有些廠家針對用戶的具體情況，提出了一種連接式的方案，就是把用戶原有的配電管理系統和配電自動化系統通過底層數據轉換等一些特殊的辦法連接起來。由於兩種數據的格式存在着很大的區別，所以最終數據還是難以維護和統一起來，導致開發週期長，項目遲遲得不到驗收。而一些GIS廠家研究在自身GIS產品的基礎上開發配電自動化功能的模式，但是由於他們往往對電力系統業務不熟，所以目前也還沒有看到比較實用的系統。本文之所以提出在GIS的基礎上開發DOM，是考慮到目前國際上地理信息系統的數據存儲格式已經有相應的標準了，而配電自動化方面卻沒有 ，所以選擇以GIS爲基礎是向標準化靠攏，會有很好的兼容性和通用性。
本文提出的DOM軟件是脫離GIS平臺的但又是基於GIS開發的，擁有GIS的方便快捷的數據錄入、查詢、管理、分析等功能，在此基礎上，利用圖論的理論建立配電網的數學模型，真正實現了配電管理系統和配電自動化的一體化。DOM系統中，各種管理和分析功能都是建立在數據的基礎上，而數據的生成是通過圖形編輯系統來完成的。因此，建立合理的數據結構，構造出方便的數據連接關係，都是圖形編輯系統要完成的任務。圖形編輯部分就是非常重要的一步，是基礎，文中將詳細介紹DOM系統中圖形編輯部分的內容。
2.1數據組成及存儲
配電網運行管理系統主要是進行配電網的運行管理和設備管理。結合GIS的設備管理需要標識地理位置的空間數據和設備屬性的臺帳數據，而運行管理又需要設備的實時數據和拓撲信息。所以完整的數據應包括：圖形空間數據、設備的屬性數據、設備和實時數據的關聯信息、實時數據、拓撲信息。本軟件中圖形的空間數據可以支持國際上流行的各種地理信息存儲格式。拓撲關係也保存在shape文件中。由於設備的屬性數據的數據量比較大，所以採用關係數據庫的存儲方式。設備和實時數據的關聯信息（實時數據庫中的表號，點號，設備號等）也保存在關係數據庫中。而實時數據和拓撲結果則存儲在本系統的實時數據庫中，如此多而複雜的數據，通過圖形ID銜接起來。
2.2拓撲關係一體化
基於GIS的配電網運行管理系統，面臨的最大困難就是地理拓撲和電氣拓撲的一體化。本文采用以圖形爲中心的數據層次上的一體化，也就是地理和電氣在數學模型上的一體化。
在配電網的實際運行中，開關的分合使電網結構複雜多變，所以利用圖論的理論如圖和樹來描述和分析配電網，會取得比較好的效果。圖論是研究和分析配電網絡問題的一種有效的數學方法[7]。
地理信息系統中的所有空間地物可以抽象爲點、線、面。因此，GIS研究的主要拓撲概念爲：
① 連接性：弧段在結點處的連接關係。
② 多邊形與弧段的拓撲關係表現了多邊形區域定義。
③ 鄰接性：通過定義弧段的左右邊及其方向性來判斷左右多邊形的鄰接性。但是電力系統內部是按電網結構和運行邏輯做拓撲分析的，所以是面向設備的，GIS中所構建的拓撲數據不能滿足配電網運行、管理及分析的需求。
而基於GIS的配電網的拓撲關係可以分爲以下2種：
① 物理拓撲：是指配電網組成部件的物理上的連接關係。它表現的是一種設備之間的永久性的連接關係，比如兩根電杆之間有架空線連接，就認爲是具有連通性的。
② 運行拓撲:是反映電網的運行狀態。電網中的開關等設備的分合狀態或故障的發生，都會直接影響拓撲結果。它的更新是由實時數據庫提供的實時數據完成的。
這裏，電網中的物理拓撲結構是一個具有普遍意義的無向圖，圖中存在迴路。而運行拓撲結構是物理拓撲結構的無向圖的生成樹。配電網主要是中低壓電網部分，而且呈輻射狀，所以生成樹中的電流是從樹根流向它的分枝的。爲圖形編輯操作方便快捷利用圖形編輯建立配電網的物理拓撲結構時只記錄連接關係即可，表結構爲：標識ID、起始節點、終止節點等。而運行拓撲的圖結構則使用了鄰接表的方式表達。在圖上直觀的畫完電網結構（即物理拓撲結構）以後，運行一個拓撲生成的模塊，就可以生成運行拓撲的圖結構，保存在實時數據庫中。這個拓撲生成的模塊中，利用物理拓撲關係，即設備的連接關係，運用深度優先搜索的算法建立起運行拓撲的圖結構中的各個鄰接表。鄰接表的結構包括：點號、起始節點、終止節點、前向鏈域、後向鏈域、其他信息等。
2.3配電網的圖層組成
綜合地理信息系統的特點和配電網的組成結構,在編輯系統中建立如下８個基本圖層和３個輔助圖層。其中基本圖層是針對配電網中的設備的，而輔助圖層則可以編輯各種背景圖，比如道路層、房屋層、水系等。
l 雙端設備圖層：包括斷路器、負荷開關等在配電網模型中可以定義爲兩端元件的設備。模型定義爲面。
l 單端設備圖層：包括配電變壓器等在配電網模型中可以定義爲單端元件的設備。模型定義爲面。
l 多端設備圖層：包括變電所、開閉所、環網櫃、分線箱等在配電網模型中可以定義爲有多個連接點的設備或站所。模型定義爲面。
l 節點圖層：在具有連接關係的點。模型定義爲點。
l 母線圖層：包括變電所內的母線和環網櫃等中的虛擬母線。模型定義爲線。
l 杆塔：配電網中的電杆。模型定義爲面。
l 線路：包括架空線和電纜。模型定義爲線。
l 標註：用於顯示設備標註和實時數據的文本。模型定義爲點。
l 輔助點：不帶連接關係的用於編輯背景圖的點狀圖形。模型定義爲點。
l 輔助線：不帶連接關係的用於編輯背景圖的線狀圖形。如道路等的編輯。模型定義爲線。
l 輔助面：不點連接關係的用於編輯背景圖的面狀圖形。如：房屋等的編輯。模型定義爲面。
同時利用面向對象的方法，針對每個圖層的特性，構造出相應的類。在各個類中完成對象的增加、刪除、修改等操作。
3圖形編輯的功能
3.1 基本的編輯功能和畫圖的方法
本軟件擁有GIS操作的一些基本的圖形操作的功能，比如：放大、縮小、漫遊、導航圖、圖庫互查、各種形狀的查詢、圖層管理等,爲編輯的操作提供了方便。下面主要介紹編輯功能。
①添加：畫圖的原則是先畫設備，畫設備的時候編輯系統會依據所畫設備的不同類型在設備上添加相應的節點，類似於錨點，然後再用線把這些點連接起來。另外，每個設備都可以有不同的顯示方式，這些信息都保存到該設備的屬性圖形數據中，所以畫設備前要先設置好圖形參數。另外，畫線路時，當鼠標移動到有節點的位置，屏幕上會高亮顯示該節點，以方便用戶建立物理拓撲關係。如圖1。
爲了更快速的畫圖和拓撲分析的方便，系統中採用了站所內外的設備可以在同一張圖上編輯的方法。站所內和站所外通過位於站所邊界上的節點連接起來。畫圖的同時就可以建立物理拓撲結構。如圖2所示。
②刪除：刪除的原則是刪除設備的同時，與該設備相連接的節點也一同刪除，而刪除線路則不刪除線路兩端的節點。
③移動目標：是指帶有拓撲關係的移動，包括整體移動和局部修改。整體移動是指選中目標(這裏指設備)後，該目標整體移動的同時與它相連的線路保持拓撲關係一同移動，同樣線路的移動則是不帶節點的移動。局部修改是指縮放設備和編輯線路的中間點。
圖1繪製開關間線路
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圖2站所內的圖形
④修改屬性數據：選中目標以後，通過修改屬性欄中的相應項，來改變圖形的顯示屬性或其他屬性。實時數據的關聯也是在屬性欄中進行的，通過選中屬性“動態點”，在彈出的與實時庫接口的界面上選擇實時庫中的測點，即可完成。
⑤拷貝粘貼：可以進行單個圖層的單個或多個設備、多個圖層的多個設備的拷貝和粘貼操作。
⑥撤銷重複：在畫圖的過程中記錄了操作的每一步，所以可以方便的進行撤銷和重複操作。記錄操作的步驟可以自定義。
另外，還有一些特殊的編輯操作，比如畫線路時的自動取直、畫線路的同時可以加杆塔（即線路和杆塔同時畫）、設備的旋轉（通過鼠標操作完成）、設備的對齊等功能，可以使用戶根據需要靈活使用，方便畫圖。
3.2 自動成圖
爲了保證所有的圖形（包括地理圖、主接線圖、環網圖、站所圖、饋線圖等）擁有相同的拓撲結果，真正做到一體化，因此在一個工程項目中只要畫出地理圖即可，其他的專題圖都是在此地理圖的基礎上轉換出來的，多個圖用相同的數據，除了圖形屬性不同外，物理拓撲結構等保持地理圖上的不變。另外，還可以在轉換出來的圖形上進行修改，同時支持增量修改，即地理圖上的變化，可以增量的在專題圖上表現出來。這樣就給用戶減少了很大的工作量。同時，爲方便用戶畫圖，本編輯軟件還增加了一個自動畫站所圖的功能。
各種專題圖的生成也爲各種圖紙的繪製提供了高效便捷的工具，使得圖形信息能夠及時更新，保證數據信息的準確、完整和一致。
4實例
DOM已經在配電網中投入使用。圖3和圖4是編輯軟件的界面。圖3是地理圖形，圖4是主接線圖。如圖所示，界面的左邊是畫圖工具條，進行畫圖前的設備選擇。中間是圖形區，可以放多個圖形，放置的方式有平鋪和層疊等。右邊通過切換，可以顯示圖層管理、屬性欄、設備樹。其中，設備樹的結構爲變電站、母線、饋線、環網櫃、開關，通過點擊設備，可以實現設備在圖形上的定位，參見圖3。圖庫互相查詢的結果在屬性欄中顯示出來，參見圖４。圖形的編輯可以通過菜單、工具條上的按鈕、右鍵彈出式菜單等方便的進行。
圖3應用1
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圖4應用2（由地理圖轉換出來的主接線圖）
5第三方專業圖形平臺
由於開發一個靈活、強大、適用、擴展性強的配電Gis圖形編輯平臺出來，其複雜率很高，不是幾個人在幾個月就可以做出來的，所以在現有配電圖與配電數據的情況下，使用第三方的圖形平臺，不失爲一種系統集成的好方案，現有的圖形平臺有些是可以在WEB上，C/S裏面進行界面一致的圖案設計編輯，而且價格很合理。比如現在電力圖形裏面應用廣泛而且功能強大的圖形平臺就數北京圖王軟件開發有限公司的Visaul graph平臺。
Visual Graph是一套強大的交互圖形開發平臺，她能非常方便地建造基於矢量圖形的界面、製作各種圖形元件、實現圖形管理、圖形建模、製作監控系統、繪圖系統、流程設計等。她提供功能非常強大的ActiveX核心組件，和其他流行的編程語言共同工作，極大地彌補了這些語言在圖形處理方面的不足。也可以嵌入IE瀏覽器中，實現網上圖形編輯和控制等。
Visual Graph專門處理交互圖形，與具體業務無關，她提供了十分豐富規範的交互事件和圖形控制命令，內置結構簡單開放的腳本語言，使程序員能夠專心編寫後臺系統等與圖形無關的部分，體系結構十分清晰。Visual Graph ActiveX尺寸小（cab文件300k），功能全。在各個領域都能很好地發揮作用。
Visual Graph專門處理交互圖形，與具體業務無關，她提供了十分豐富規範的交互事件和圖形控制命令，內置結構簡單開放的腳本語言，使程序員能夠專心編寫後臺系統等與圖形無關的部分，體系結構十分清晰。Visual Graph ActiveX尺寸小（cab文件300k），功能全。在各個領域都能很好地發揮作用。
6結論
配電運行管理系統在現代配電網運行和管理中將扮演越來越重要的角色，而真正實現了配電管理與監控的一體化、實用化的系統會給電力企業帶來更大的經濟效益。
本文詳細介紹了基於GIS的配電網數學模型，結合圖論的方法和面向對象的技術開發的圖形編輯功能，能夠方便用戶畫圖的同時，生成各種專題圖，保證了數據信息的完整和一致性。本圖形編輯模型解決了配電管理信息系統中的一個關鍵技術：數據建模和系統拓撲的一致性問題。在配電網的領域內向實用化前進了一步。同時它的穩定性和可靠性在實際運行中得到了驗證。 詳情......
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