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基于GIS的变电接线图拓扑分析刘添华;杨茹;运海红【摘要】拓扑技术与GIS相结合会为设备管理及辅助决策提供先进的管理工具.变电系统由于设备数量众多、属性繁杂,对整体安全性要求极高,管理难度大.将变电系统设备管理与基于GIS的变电系统接线图拓扑分析工具相结合,充分利用GIS的图形化及存储查询功能和拓扑分析的类型判断优势,同时,在拓扑分析中采用以节点和线路相交替的广度搜索方法,使得对变电设备的搜索判断效率较传统技术手段大幅度提高,经实际运行,效果良好.【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(028)003【总页数】3页(P51-53)【关键词】GIS;拓扑分析;辅助决策;搜索算法【作者】刘添华;杨茹;运海红【作者单位】黑龙江工程学院计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150050;黑龙江工程学院计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150050;黑龙江工程学院计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150050【正文语种】中文【中图分类】TP311随着地理信息系统(GIS)技术的不断发展，它在变电管理系统中的应用也越来越深入。
变电系统主要特点是设备种类和数量众多，电网结构复杂，各种类型、各种型号的设备需要不同的图例符号表示，因此，搜索设备类型并对设备连通性做出快速判断困难很大，而拓扑关系是空间分析、辅助决策的有力工具。
所以，如果将拓扑分析判断优势与GIS的存储查询功能结合起来，对变电电网接线图进行拓扑分析，将会显著提高变电设备查询效率和安全性。
关国翔[1]提出建立电力几何网络，使用Geodatabase建立数据模型，为拓扑分析奠定了基础，赵强[2]分析了启发式搜索方法在电网GIS拓扑分析中的应用，该算法能快速、准确地定位电源点，但在高级分析计算方面仍有不足，需结合电网自身特点进行改进。
变电设备种类繁多，如变压器、电流互感器、发电机、避雷器等，同一类设备又有多种型号，设备状态也比较复杂，如隔离开关有断开、闭合两种状态，需要不同的符号来表示，同时，变电设备也经常更新，新的设备种类不断出现。
基于配网GIS系统的电力设施空间布局优化分析摘要：通过GIS技术，分析现有电力设施的布局问题，结合需求预测与约束条件，提出优化策略。
通过实证分析和模拟验证，优化方案可有效提升电力设施的运行效率与可靠性，为配电网的可持续发展提供有力支持。
关键字：配网GIS系统；电力设施；空间布局；优化分析一、配网GIS系统概述配网GIS系统是指应用于配电网管理的地理信息系统，它综合运用了地理信息科学、计算机科学和电力工程技术，将地理空间数据与配电网的各类设备、线路、运行信息等有机结合，实现配电网的可视化、智能化管理。
该系统的基本原理在于利用空间数据库技术，存储和管理配电网的各类空间数据和属性数据，通过空间分析、网络分析和可视化表达等功能，为配电网规划、设计、运行和维护提供决策支持。
配网GIS系统的功能特点突出，它具备强大的数据管理和处理能力，可以实现对配电网设备信息的全面整合和高效查询；同时，系统提供丰富的空间分析工具，帮助用户进行配电网的拓扑分析、故障定位等复杂操作；此外，配网GIS系统还具有优良的可视化效果，能够直观地展示配电网的拓扑结构、设备分布和运行状态，提升管理效率；最后，该系统还支持与其他电力信息系统的集成，实现数据的共享和协同工作。
在电力设施管理中，配网GIS系统的应用现状日益广泛。
越来越多的电力企业开始采用配网GIS系统来管理配电网的各类设施，通过该系统，企业能够实现对配电网设备的实时监控和故障预警，提高设备的运行可靠性和安全性；同时，配网GIS系统还可以为配电网的规划和优化提供科学依据，降低企业的运营成本；此外，该系统还能够提升电力企业的应急响应能力，在突发事件发生时迅速定位故障点，缩短停电时间，保障用户的用电需求。
二、电力设施空间布局优化理论与方法电力设施空间布局优化是提升电力系统运行效率、保障能源安全、促进可持续发展的重要手段。
相关理论主要围绕电力设施选址、网架结构设计和运行优化等方面展开，旨在通过科学的方法确定设施的合理位置与配置，以实现电力系统的安全、可靠、经济、高效运行。
基于Geodatabase 模型的配电网拓扑算法杨云涛1a ，郑森泉2，王靖宇1b(1. 西北工业大学 a. 机电学院；b. 航天学院，西安 710072；2. 陕西渭南供电局信通中心，陕西 渭南 714000)摘 要：针对配电网管理平台的网络拓扑问题，提出一种基于Geodatabase 模型的配电网拓扑分析算法。
引入Geodatabase 数据模型和网络拓扑模型，定义配电网数学模型，采用XML 描述配电网设备，构建配电网拓扑模型，设计拓扑算法流程。
应用于配电网拓扑关系生成和电源分析过程的算例表明，该算法具有结构简单、流程清晰等特点，能满足配电网拓扑分析的需要。
关键词：配电网；Geodatabase 模型；拓扑分析Topology Algorithm for Distribution NetworkBased on Geodatabase ModelYANG Yun-tao 1a , ZHENG Sen-quan 2, WANG Jing-yu 1b(1a. School of Electromechanics; 1b. School of Astronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China;2. Information & Telecommunication Center, Weinan Power Supply Bureau, Weinan 714000, China)【Abstract 】To solve the problem of network topology for the distribution network management system, a distribution network topology analysis algorithm based on Geodatabase model is presented. Geodatabase data model and network topology model are introduced. The mathematical model of distribution network is defined. The distribution network topology model is established, and the algorithm flow is designed. Cases of the topology generation and analysis of power supply in distribution network show that the algorithm is simple in structure, the algorithm flow is clear, and it can meet the needs of the topology analysis in distribution networks.【Key words 】distribution network; Geodatabase model; topology analysis DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2011.05.086计 算 机 工 程 Computer Engineering 第37卷 第5期V ol.37 No.5 2011年3月March 2011·工程应用技术与实现· 文章编号：1000—3428(2011)05—0253—03文献标识码：A中图分类号：TP3911 概述基于GIS 的配电网管理平台(Distribution Network Management System, DNMS)综合运用计算机、地理信息、管理科学等多学科方法与技术，将电力企业的机构、设备、客户与生产运行信息等核心业务系统集成，使电网管理步入科学化、定量化和自动化的时代。
基于配电网自动化的网络拓扑分析的开题报告一、研究背景和研究意义随着能源需求的不断增加，电力系统规模不断扩大，通信技术、计算机技术和自动化技术的不断发展，使得配电网自动化系统成为当前配电网运行和管理中不可或缺的一部分。
配电网自动化系统可以实现远程监控、故障定位、自动重合闸等自动控制功能，提高了系统的可靠性和运行效率，降低了管理成本，为电力系统的安全运行和有效管理提供了可靠的保障。
然而，在配电网自动化系统中，对于网络拓扑的准确性和实时性的要求比较高，网络拓扑分析是一项重要的研究内容。
配电网的拓扑结构决定了电力系统的传输能力、容错能力和可靠性，因此研究配电网拓扑结构及其变化情况，可以帮助电力系统管理部门更好地制定运行策略和管理措施，提高系统的安全性和稳定性。
二、研究目的和内容基于配电网自动化系统，本课题主要研究以下内容：1.配电网拓扑结构的分析和建模方法：对配电网结构进行建模，包括变电站、配电变压器、开关、保护装置等设备的信息，形成可视化的拓扑结构。
2.配电网拓扑结构的实时监测与分析：通过监测配电网设备的状态信息，建立实时拓扑结构模型，并对拓扑结构进行分析，如拓扑损耗、控制能力、容错能力等指标的计算。
3.配电网拓扑结构的变化分析与处理：对配电网拓扑结构的变化进行监测和处理，并及时反馈给系统管理部门，包括设备故障、线路损耗、新设备投入等变化情况的处理。
三、研究方法和技术路线本课题采用的研究方法和技术路线如下：1.数据采集与处理技术：利用现有的遥测遥控系统及子站采集配电网实时的状态信息，采用数据采集及处理技术，进行实时的数据处理，筛选出有效信息，建立配电网拓扑模型。
2.数据库技术：采用数据库技术存储配电网信息，包括变电站、配电变压器、开关、保护装置等设备的信息，形成可视化的拓扑结构，实现数据的可靠管理，为拓扑分析提供支持。
3.算法与模型：建立配电网拓扑结构的数学模型和算法，通过对节点、线路等参数的计算，对拓扑结构进行计算和分析，并通过算法实现拓扑结构的建立和实时更新。
如何进行地理信息系统的网络建模与分析地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将空间数据与属性数据相结合的技术，可以对地理信息进行捕捉、存储、管理、分析和展示。
在地理信息系统的基础上，进行网络建模与分析，可以帮助我们理解和解决一系列与地理位置相关的问题。
一、网络建模网络建模是地理信息系统中的关键步骤，它基于一系列的数据和规则，实现对现实世界中的网络关系进行抽象和表达。
首先，我们需要收集与网络建模相关的数据。
这些数据包括网络要素（比如道路、管道等）、网络节点（比如路口、交叉口等）以及网络连接关系（比如道路连接、管道连接等）。
这些数据可以来自于地理数据、遥感数据、实地调查数据等多种渠道。
接下来，我们需要对这些数据进行处理和规范化，以便进行网络建模。
首先，我们需要对网络要素进行拓扑关系的建立，即确定每个网络要素之间的相对位置和连接关系。
其次，我们需要对网络节点进行属性的归类和整理，以便后续的分析。
最后，我们根据网络连接关系，将拓扑和属性数据进行结合，构建网络模型。
二、网络分析基于网络建模的结果，我们可以开展各种各样的网络分析。
网络分析是地理信息系统中的核心功能之一，对许多领域具有重要的应用价值。
下面，我们将介绍几种常见的网络分析方法。
1.网络路径分析网络路径分析是通过计算网络上的路径和距离等指标，来解决类似最短路径、最优路径等问题。
最短路径问题是网络分析中的一个经典问题，它可以应用于导航、货物配送等多个方面。
最优路径问题可以在最短路径的基础上，考虑更多的因素，比如交通拥堵、道路质量等。
2.网络连接分析网络连接分析是通过计算网络要素之间的连接关系，来解决网络扩展、网络连通性等问题。
例如，在城市规划中，我们希望建立高效的交通网络，以便人们能够方便地到达目的地。
网络连接分析可以帮助我们确定交通枢纽、道路布局等，从而优化交通网络的设计。
3.网络服务区分析网络服务区分析是通过确定网络节点的空间范围，来解决服务区域划分、资源配置等问题。
基于三维GIS的配电网信息化系统设计摘要：基于三维gis的配电网系统能够根据用户的需求和使用习惯提供可视化的真三维空间地理位置视图，并且在由三维gis系统提供地理位置数据的基础上实现一系列服务应用，最终实现配电网资源的信息化。
该课题基于三维gis技术，完成了三维配电网系统的整体设计和建模。
本文主要分为五个部分：引言，需求分析，设计分析，测试分析和总结。
引言主要介绍课题研究的背景和意义与课题的工作内容和目标；需求分析主要介绍了系统的概述和描述了功能需求；系统设计描述了系统建立的流程及最终所实现的功能；总结部分概述了三维gis技术的发展以及在配电网中应用的趋势。
关键词三维 gis google earth 配电网三维建模1引言1.1系统设计背景随着电网建设的不断发展。
用户对供电可靠性的要求越来越高.这就要求电力企业特别是配电网的管理更趋于精细化。
建立配电网地理信息系统有助于提升配电网调度、规划、生产、运行、营销等的管理水平。
配电网络地理信息系统是电力信息化的一个重要组成部分，它将配电网中的各种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合，实现具有拓扑结构和分析功能的空间数据库系统，并且提供了强有力的手段处理图形和非图形信息，为电力部门提供智能化决策和控制。
目前已经出现了部分基于二维gis的配电网信息化系统，已经能够完成基本的查询、分析功能，但是在提供足够真实的可视化场景、完善的人机交互和增强分析等方面则略显不足。
本文引入三维gis系统作为配电网信息系统的分析、显示、交互层，解决或缓解了上述问题。
1.2关于三维gis从不同的角度出发，gis有三种定义：（1）基于工具箱的定义：gis是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；（2）数据库定义：gis是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；（3）基于组织机构的定义：gis是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。
第三章 配电网拓扑分析方法电力系统网络拓扑分析主要是处理开关信息的变化，形成新的网络接点，在网络发生变更的时候进行网络重构，为网络分析各种应用奠定基础[1]。
当前最主要的拓扑分析方法主要有邻接矩阵法和树搜索法两种。
本文在总结和分析邻接矩阵法和树搜法的基础上提出了针对配网拓扑分析的改进算法，并在GVMS电力可视化开发平台中予以应用。
3.1. 邻接矩阵法拓扑辨识矩阵元素全部为0或1的矩阵称为布尔矩阵。
配电网的邻接矩阵和由配电网邻接矩阵自乘n-1次得到的连通矩阵的所有元素都为0或1，所以配电网邻接矩阵和全连通矩阵皆为布尔矩阵。
布尔矩阵除了遵守普通矩阵的运算法则以外，还遵守布尔运算法则。
布尔运算法则如下所示：逻辑加，用∨表示：1∨1=1，1∨0=1，0∨0=0，0∨1=1.逻辑乘，用∧表示：1∧1=1，1∧0=0，0∧0=0，0∧1=0.基于邻接矩阵的电网拓扑辨识算法。
该算法使用节点-支路关联矩阵和之路-节点关联矩阵表示配电网络的基本拓扑结构，通过与开关状态矢量的运算得到节点-节点的邻接矩阵，通过对配电网相对应的网络图连通区域的拓扑分析实现对配电网络的拓扑辨识。
3.1.1. 辨识原理根据图论中网络拓扑理论，对于一个任意的拓扑网络，可以用节点-支路关联矩阵来描述其拓扑结构，而对于一个配电网系统的主接线图，可以抽象成为一个拓扑图来描述。
把配电网中的母线、馈线、各种负荷线映射为拓扑图中的节点；各种厂站开关、关联开关映射为拓扑图中的支路从而得到节点、支路拓扑图。
根据拓扑图中各节点-支路的关联关系列出相应的关联矩阵。
通过对关联矩阵的运算或者搜索分离连通区域，从而进一步进行母线和电气岛的分析。
如图3-1给出了一个典型的配电网结构[12]。
1819根据设备在配电网络中电气特性的近似性，把配电网络设备分成四部分：电源SK ， 开关BK ， 线路LK 和用户UK 。
在图3-1 中，连接所有开关、母线、S34S1S2图 3-1一个典型的配电网络图用户的线都称为L ；而变电站母线、开关站等母线都称为电源S ；所有的断路器、分段开关甚至包含熔断器都统称为开关B ；所有的用户包含配变、负荷母线， 在图中没有标出， 只是用箭头表示将要接用户。
基于 GIS的配电网网络模型和拓扑分析
摘要：GIS平台首先要将实际电网中的设备转化成相应的数学模型，然后根据网络拓扑分析绘制出配电网络图，最后通过GIS系统强大的分析功能在地图上展示出设备及其属性。
关键词：配电网；GIS平台；拓扑分析；地理图
引言
随着直流负荷、风机及光伏发电的并网以及大功率电力电子设备技术的快速发展，传统交流配电网正向交直流混合配电网过渡和发展。
交直流混合配电网以其独有的优势正受到越来越多的重视，并逐步成为配电网发展的主要趋势。
1配电网拓扑分析的概念
在地理空间中，网络是通过无数“通道”互相连接的一系列地理空间位置。
抽象来说，网络系统由很多互相连接的线段组成。
许多常见的实际地理事物都能组成网络，比如公路网、通信网络、电力网络等。
把这些实际的网络抽象后进行表达，那就是网络数据模型。
对抽象后的网络数据模型进行分析的行为称为网络拓扑分析。
网络拓扑分析是在网络数据集的基础上开展的，其他种类的数据集都不能开展网络拓扑分析。
分析的方法包括网络路径查询、最短路径分析、网络节点查询、最佳路径分析等。
当前GIS系统平台拥有强大的拓扑分析功能，比如：搜索相邻的所有节点功能、连接的所有边功能、连接的所有节点功能、关键点功能、关键边功能、路径分析功能等。
只要充分发挥上述强大功能，就能在GIS平台上高效开展配电网拓扑分析。
2配电网可靠性影响因素
由于DG的输入，配电系统从单电源网络到多电源网络，负载由多个电源供电。
如果系统的侧网出现故障，DG除了以下条件外，还可以继续为负载供电。
1)系统侧网故障，孤岛系统启动开关故障。
2)系统的侧面网出现故障，DG的机械要
求出现故障。
3)系统的页面网出现故障，DG输出不符合负载要求。
因此，在评估
电网可靠性时，应考虑到系统侧网、DG和孤岛负荷要求的混合。
影响供电可靠性
的因素可分为以下几个方面:1)系统侧网故障；2)指出岛屿内DG出口是否符合负
荷要求；3)DG机械故障；4)指出岛屿系统是否成功地启动了转变。
相应的可靠性
参数有:台架系统台架的扰动率
3配电GIS网络拓扑分析
当前，配电GIS网络拓扑分析主要是分析各线路中各设备之间的连通关系以
及设备与线路的连通关系。
把设备元件的空间数据和属性数据关联起来，也就是
把设备（开关、刀闸）的状态信息与点、线元素的连接关系结合起来，最终形成
配网的拓扑关系。
配电GIS分析是利用从智能电网调度系统（SG-OSS）、南网新
安全生产管理系统、南网计量自动化系统以及SCADA系统等采集的设备参数和运
行参数等信息在GIS平台上开展定位。
实际运行中，线路的联络开关是断开的，
各线路的分支负荷呈辐射状，可以以电源侧为起点按照其拓扑网络结构顺序依次
进行搜索进而得到地理位置。
实际运行中，线路中的设备只存在一个电源点，可
通过GIS的拓扑分析功能不断查询设备与上级开关是否联通，然后定位到是由哪
个变电站侧的开关供电的，最终获得整个供电区间。
4网络重构模型
由于配电网中每个节点的电压值都较低，因此网络损坏成为不可避免的一部分。
电网改造是电力线的一项重要自动化技术，可通过调整电路状态而无需额外
设备，从而减少停电并提高电压质量。
本文将网络损耗最小化为网络建设的最后
优化目标，并列出了具体的目标功能和限制。
本文在动态网络重组中考虑BES，
在建立相应的重组模型时需要BES的运行。
BES的执行策略又以网络结构为基础。
这两个值是迭代计算的，与两阶段优化模型相对应。
在双层优化模型中，上层优
化结果影响下层目标函数和约束条件，下层优化返回到上层和下层以实现交互。
4.1在空调机组模式下对虚拟存储系统建模
空调负荷是一种高度分散的需求响应资源[7]，在高峰和冬季对电网运行有
很大影响。
协调空调可提高最佳散热性能，实现按需资源优化，提高供电能力。
空调的能量转换与室温密切相关，相应的热模型如下(1):
式中：st为空调的开停状态，1表示开机，0表示关机；Wtin表示t时刻的
室内温度，Wtout表示t时刻的室外温度；ε为散热函数，η为空调的能效比，
A为导热系数，分别取0.96、1和0.18；P为空调额定功率。
空调负荷具有明显
的热惯性，小幅度改变空调的设定温度对人体的舒适度影响不大。
而这一特性，
可以考虑将空调负荷比拟为虚拟储能模型。
具体而言，在夏季，当设定温度升高时，空调由稳定制冷功率变为停止制冷，空调系统等效以稳定制冷功率虚拟放电；当设定温度降低时，空调由稳定制冷功率达到新平衡制冷功率，空调系统等效以
新制冷功率与稳定制冷功率之差为充电功率进行虚拟充电。
4.2网络重构约束
为保证辐射状，需满足以下条件：①必要非充分条件：
式中，σｎｍ，ｔ为支路的连通状态变量；Ω为可开断支路集合；Ωｃ为常
闭线路集合，σｎｍ，ｔ＝１说明支路ｎｍ闭合，σｎｍ，ｔ＝０说明支路ｎｍ
开断。
②网络连通且无环路。
该条件是隐式约束。
不考虑ＤＧ时，潮流约束通常
可保证网络连通性。
因此，不考虑电流、电压和无功因素。
在每个非变电站节点
虚拟一个正小量ε作为有功负荷，忽略所有线路的阻抗和ＡＣ、ＤＣ属性，针
对节点ｎ新增辅助约束：
式中，Ｐｍａｘｎｍ、Ｐｍｉｎｎｍ分别为支路辅助有功功率上下限；Ｐｎｍ，ｔ为ｎｍ上的辅助有功流。
5本文模型与确定性重构模型优化结果对比
将本文模型与确定性重构模型的优化结果进行了对比，本文设计的极端场景1为：负荷发生在预测区间上限，分布式电源发生在预测区间下限，此时网损成本较高，且易发生支路电流越限，从而导致切负荷的情况；极端场景2为：负荷发生在预测区间下限，分布式电源发生在预测区间上限，此时风机、光伏出力较大，易导致发生弃风、弃光的情况。
结束语
本文构建了包含空调负荷和EVCL的配电网供电能力两阶段动态评估模型，以两阶段优化的思路平衡代理商与运营商的不同需求，并借助二阶锥规划等手段高效求解模型。
算例分析表明，EVCL与空调负荷加入配网调控后，能明显提高供电能力、降低代理商费用，并且供电能力变化对于EVCL量级增长更具灵敏性，代理商费用则对空调负荷占比增加更加敏感。
在此基础上，后续将进一步研究多个负荷代理商博弈下的供电能力评估及电网参与代理商投资下的多方平衡策略。
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