电力配网辅助决策系统研究

葛晓滨，许 剑，李锋刚

（1.安徽财贸职业学院，合肥 230601；2.合肥恒卓科技有限公司，合肥 230022；3.合肥工业大学，合肥 230001）

电力配网辅助决策系统研究

葛晓滨1，许 剑2，李锋刚3

（1.安徽财贸职业学院，合肥 230601；2.合肥恒卓科技有限公司，合肥 230022；3.合肥工业大学，合肥 230001）

电力配网是电力系统的主要构成部分，通过配网网架规划建设及配网自动化建设，能提高配网可靠性和运行水平，也是提高故障情况下快速反应能力以及配网管理水平和经济效益的重要手段。提出电力配网辅助决策分析系统化的解决方案，分析了计算机技术设计架构和技术关键点，通过有效的计算机软件实现对电力配网辅助决策管理。系统经使用，成效明显。

配网；图形化；决策；系统

城市电力配网是供电企业进行电能供应的最末端，直接影响到用户的生产生活，其特点是点多面广、网架结构复杂、运行方式灵活多变，这些对配网的建设改造特别是用户接入管理等方面都提出了很高的要求。在此需求下，我们研究通过系统化的设计思想实现电力配网辅助决策管理的计算机系统。

1 研究现状分析及需求目标

电力配网管理技术是国内电力行业管理研究热点，对此，有学者从不同视角进行探索和研究，如张铁峰、苑津莎等［1］等提出结合层次分析法（AHP）和选择消去法Ⅲ（ELECTREⅢ）的优点，提出一种基于AHP／ELECTREⅢ的配网规划辅助决策方法；韦钢、刘佳等［2］采用偏好顺序结构评估法（PROMETHEE）改进了传统层次分析法（AHP）的完全补偿性问题，提出了基于 AHP／PROMETHEE的配网规划方案的综合决策；李伟伟［3］在分析了基于GIS的城市配网规划辅助决策系统的基本原理基础上，设计开发一套城市配网规划辅助决策系统，对系统总体结构方案及各子功能模块都进行了初步设计；余贻鑫［4］等系统地开发了一个基于GIS的城市电网规划计算机辅助决策系统；陈跃辉［5］提出图形化的电力系统规划自动化实现思路；顾秀芳，关长余［6］提出以矩阵方式建立配网拓扑结构模型，从联络开关状态分析入手，建立弧矩阵结构来确定潮流变化，并以支路电流法为例给出潮流分析的基本方法；谢惠藩、张尧等［7］以 Microsoft Visual Studio.NET2003作为软件开发平台开发了基于AutoCAD 2004二次技术的集图形、数据、网络结构、理论计算为一体的可视化配电管理系统；石磊［8］从工程设计的角度，用系统工程的思维方式，结合电力系统的具体需求，构建了电力辅助决策分析系统。

综合国内已有的研究成果，虽然有学者和专家对电力配网的信息化管理和决策进行了研究，但是从电网全局出发，在对整个电网网架系统化分析基础上，实现基于全景网架数据，并完全基于图形、所见即所得操作的一体化、系统化的电力配网辅助决策系统的研究并不显见。为此，根据我国电网管理的业务特点，我们从地区级电网网架出发设计了电力配网辅助决策系统，该系统基于图形化的地区级的电网网架拓扑关系进行分析，不仅能满足整个地区网架的分析需求，也可以满足对单线、单个变电站、多个变电站进行配网管理的需求。

2 技术应用模型

2.1 技术路线

电力配网辅助决策系统根据电力SG186工程的PMS（Production Management System）为基准整合系统中的单线图、变电站接线图、各单线联络关系等数据，并基于图形界面，采用计算机智能绘制与人工确认的方式绘制地区级全网联络图。构建图形编辑引擎，可以全面的、完整的展示整个电网网架的全网联络图，而且可以在图形上以所见即所得的方式进行模拟操作，对网架进行模拟线路改造、模拟负荷转移、模拟业扩接入、模拟供电关系修改等模拟操作，在模拟操作后再进行分析，分析结论让用户对网架改造后能否满足电力相关导则、规范的要求提供辅助决策。

构建配网优化辅助决策的系统框架，依托相对静态的数据信息，完成基本的分析评估和辅助决策的功能，主要技术路线：

1）接入PMS系统的配网设备台帐、条图等基础配网网架数据，绘制全网联络图，为配网拓扑分析提供基础的网架数据支撑。

2）接入包括负荷实测数据在内的配网实际运行数据，为网架分析评估提供基本的运行数据。

3）构建拓扑分析引擎，对配网全网联络图进行自动化拓扑分析，根据供电区域划分，利用配网运行水平、供电能力等相关指标计算方法对配网网架现状进行分析评估。

4）在拓扑分析的基础上结合相关指导性文件为配网改造、配网优化、业扩报装提供辅助决策支持。

系统通过接入配电监测数据、用电信息采集数据、配网调度SCADA数据等动态的、实时的数据，并结合配网GIS、架空线路和地下管线等路径资源提供更加准确、实时的、符合实际情况的评估结论，优化改造方案，并能智能化的为业扩报装提供合理的、符合实际地理位置的接入方案，以及为负荷转供、调度辅助等提供实时分析的功能。在功能联动方面考虑与SG186营销系统的业扩报装结合，将接入方案反馈到SG186营销系统中。

2.2 系统功能框架

配网辅助决策系统从整体上可以划分为四项主要功能：配网网架数据管理、配网网架分析评估、业扩报装辅助决策、配网网架优化管理等，如图1所示。

图1 系统功能主框架图

系统通过构建拓扑分析引擎，实现基于全网联络图对地区电网进行拓扑分析，在拓扑分析的基础上根据相关电气计算公式、算法计算电网的相关技术指标，完成对现状电网的网架分析和评估，探测不符合网架建设导则要求的拓扑，为网架的规划提供决策支持；在全网联络图上已所见即所得的方式进行模拟业扩接入，然后对模拟接入后的网架进行分析，按照相关业扩接入的要求和网架建设导则的要求，分析出业扩接入方案是否满足要求，以此来对业扩接入进行辅助支持；在全网联络图上以所见即所得的方式进行模拟网架优化，如：新建线路、线路改造、负荷转供、变电站增容等，然后再对模拟优化后的网架进行分析和评估，分析出改造后的网架是否满足相关导则、规范的要求，以此对网架优化提供辅助决策。

系统分层级的总体构架设计如图1所示。

图2所示的系统架构中，各层的功能设计如下：

1）外部数据：包括生成管理系统（PMS）的配网设备台帐、配网条图等能够完整的描述配网全网拓扑的数据，以及网架分析所需的负荷实测数据。系统在设计上为接入配电监测系统数据、用电信息采集系统数据、配网调度SCADA系统数据等预留接口，供后期的系统建设的扩充。

2）数据接入层：包括数据抽取服务和数据转换服务，分别获取外部的数据，并对数据进行清洗，自动判断数据的正确性并转换为系统特定的数据格式。

图2 系统层级化架构图

3）数据层：存储了系统的所有数据，主要包括抽取来的原始外部数据；被清洗、转换后的配网设备数据；系统自动生成或编辑后的全网联络图数据；在对配网拓扑进行分析时各类评估指标的计算规则；支撑系统运行的配置数据；以及为后期建设引入的其他数据。

4）服务层：承载业务应用功能所需的基础服务，包括基础的数据管理服务；自动生成全网联络图的图形生成引擎；是维护、展示全网联络图使用的图形编辑引擎；为进行拓扑服务使用的拓扑分析引擎；为引入的GIS服务提供GIS接入服务功能，提供对实时数据进行分析的服务。

5）业务应用层：直接提供给用户操作的业务功能，主要包括配网网架数据管理、配网网架分析评估、业扩报装辅助决策、配网网架优化管理等；以及下一阶段建设需要实现的实时负荷转供分析、配网调度辅助分析等功能。

3 系统关键技术及其实现

配网辅助决策系统设计需要结合电力企业配网建设和改造业务，充分利用现有资源，通过采用可视化信息技术及配网优化分析算法，以城市现有电力网架为基础，在配网分析评估、网架优化调整，以及业扩报装接入方面提供快速、直观、智能化的辅助决策支持，从而使配网逐步达到网架坚强、结构合理、负荷均衡、可靠性高的目标。在此目标下，系统设计与实现的关键技术主要体现在：

3.1 PMS图形数据的深化利用技术

系统采用PMS图形数据的深化利用技术，传统的PMS中站内接线图、单线图只是保存在系统中供查询使用，通过配网辅助决策系统，使其不仅可用来查询，还可以进行网架分析等高级业务功能，系统不仅保持了PMS数据的权威性，同时还对图形数据的利用方式进行了新的探索和实践。

3.2 全网联络图的设计和编辑技术

全网联络图的设计和编辑技术是通过对整个区域内的网架建立起统一、直观的图形化资料，再利用PMS现有的图形数据，对整个区域的全网联络图进行了绘制，使整个网架的线路有统一的、直观的图形化资料。在此基础上，系统实现全网联络图编辑功能，对选定的全网联络图进行编辑，在编辑过程中可以在查看图形中选到的设备的详细信息，以及在条图中进行定位，如图3所示。

图3 全网联络图编辑界面

利用全网联络图和线路条图，对全网或某一供电区域内配网的电源、网络接线、线路情况等进行全面、系统、科学的技术分析，从而评估出影响配网供电能力和可靠性因素，分析出制约适应电力网发展需求的主要因素。

3.3 通过拓扑分析实现复杂的电气计算和分析技术

线路的分析和电气计算也是本系统实施的一个重点，业内传统上只能实现对单个线路的计算，这种计算分析不够全面，且计算方式不直观。在该技术上，我们通过全网联络图，基于对图形的拓扑分析，实现不仅能对单个线路的分析和计算，还能将计算拓展到全网，不仅可以进行像末端电压降、供电半径这样的简单计算，还能进行像负荷转移、N－1这样的多线路、多联络的高级分析计算功能，而且计算准确、快速，计算结果更直观、易读。

系统通过图形拖拽的方式实现对业扩接入的模拟和网架优化的分析。在业扩报装辅助决策上，系统设计了借助全网联络图和相关的线路条图查看、分析电网的运行负载信息、资源占用信息等功能，并可以模拟负荷接入后校核供电路径上变电站、线路剩余供电容量是否满足所处供电区域要求，辅助设计单位进行供电方案设计，实现找到合适接入点、规范负荷接入的目的，提高供电方案设计的质量。基于全网联络图和拓扑分析，还可以通过在全网联络图上拖拽图元的方式来模拟网架的变化，以实现了多项校验、分析的功能。如：负荷的模拟接入、线路的模拟改造、线路的模拟新建、配变的模拟增容等。这是对网架分析软件操作方式的一次创新，不仅操作方便，而且操作直观、所见即所得。

该功能业务界面如图4所示。

图4 业扩报装辅助决策界面

3.4 构件技术

配网优化辅助决策系统采用构件化的设计思想，平台的所有功能均被抽象和封装为构件，相关的构件在一定的规约下组装后实现完整的业务功能。构件化的平台结构有利于平台功能的扩展，同时更大程度上提高业务功能实现的复用性。

业务构件化的设计中，对具体业务通过采用分解、归纳、聚类、合并等方法对具体业务进行抽象，进行业务封装和组合，成为独立可部署的业务功能模块。在实现构件组装的过程中采用了插件机制。

配网优化辅助决策系统的主体框架采用内核技术，该内核实现基于插件形式将构件集成到框架中的动态加载机制，平台将任何内核以外的功能构件看作是对平台内核的一种扩展实现，只要该功能构件符合平台的统一预定义接口规范，便可进行动态调用，以扩展平台应用程序运行时的功能。同时，每个扩展实现自身也可按照插件规范定义可扩展点，并由其它功能构件来扩充，从而实现整个平台的最大限度的扩展。

3.5 多数据源接入技术

系统主要接入以下两类数据：

1）PMS基础数据：系统最为基础和重要的一项功能就是维护和展示配网全网联络图，图形展示的基础就是各设备的台帐、各设备之间的连接关系、各设备的详细信息，为生成全网联络图提供数据基础，为拓扑分析提供基础的数据依据。

系统基础数据主要从PMS获取，同时提供修改维护功能，主要包括配电设备台帐，如架空线路台帐、站房台帐、站内配电一次设备台帐、电缆线路台帐等信息，通过电力设备信息和关联关系生成全网联络图。

2）负荷实测数据：系统还将接入负荷实测数据，为进行有效的、科学的网架分析评估提供实测数据，为业扩报装等提供辅助。

系统通过数据接入层的数据抽取服务获取外部数据，并对数据进行清洗和转换便于图形生成引擎自动生成全网联络图。

系统在设计过程中充分考虑未来的建设要求，为接入配电监测数据、用电信息采集系统数据、配网调度SCADA数据、线路路径资源等信息预留接口，同时在设计上提供系统的灵活性、扩展性，能快捷、灵活的接入各类基础数据和运行数据。

4 实施效果

通过电力配网辅助决策系统，有效提升供电公司PMS中绘制的线路条图、站内接线图及相关设备台帐数据的完整性、正确性，在一定程度上推进了PMS的深化应用，通过构建现状网架分析评估模块、采用人工手动与系统自动分析相结合的方式构建业扩报装和网架优化模块，能高效辅助工作人员开展工作，提高工作效率，提升了供电公司电力配网的建设、运行管理水平。系统经使用，成效明显。

系统运作的主界面如图5所示。

图5 系统主界面

5 结束语

配网辅助决策分析系统采用若干关键性技术为配网网架优化及业扩报装提供科学合理的决策依据，达到预期的设计目标，并从整体上提高配网建设的科学性，为电力配网管理提供了直观、高效的信息化手段。

［1］张铁峰，苑津莎，孔英会.基于层次分析法和选择消去法Ⅲ的配网规划辅助决策方法［J］.中国电机工程学报，2006（4）.

［2］韦 钢，刘 佳，张 鑫，等.配网规划方案的 AHP／PROMETHEE综合决策［J］.电力系统及其自动化学报，2009（03）.

［3］李伟伟.基于GIS城市配网规划的辅助决策系统研究［D］.湖南大学，2007.

［4］余贻鑫，王成山，肖 俊，等.城网规划计算机辅助决策系统［J］.电力系统自动化，2000（15）.

［5］陈跃辉，陈金富，段献忠.图形化的电力系统规划自动化研究［J］.电力自动化设备，2002（02）.

［6］顾秀芳，关长余.配网潮流计算的拓扑分析研究［J］.华北电力大学学报（自然科学版），2008（02）.

［7］谢惠藩，张 尧，钟 庆，郭 力.可视化配网管理系统的编程实现［J］.中国电力，2006（08）.

［8］石 磊.电力辅助决策分析系统的研究与应用［D］.电子科技大学，2005.

Research on Power Distribution Network Aided Decision System

Ge Xiaobin，Xu Jian，Li Fenggang

The power distribution network is the main part of electrical power system，the configuration planning and automation construction for the distribution network not only increase network reliability and operation level，but also improve the quick reaction capability in breakdown situation as well as the management level and economic efficiency of distribution network.This paper puts forward some solutions for aided decision analysis systematization of power distribution network by analyzing the computer technology and the key points of design framework with help of the effective computer software to realize power distribution network aided decision－making management.The system proved effective in trial use.

distribution network；graphical；decision；system

TM769

A

1673-1794（2012）05-0017-04

葛晓滨（1965－），男，硕士，副教授，主要研究方向：计算机应用；许剑（1976－），男，学士，工程师，主要研究方向：电力系统信息化；李锋刚（1978－），男，博士，副教授，主要研究方向：商业智能。

国家自然科学基金项目“商务智能中的动态数据挖掘与分形技术的研究”（70871033）；安徽省自然科学基金项目“基于联系发现和启发式的优化型案例决策技术及应用研究”（090416246）

2012-08-27