（海南省海口市海南电网有限责任公司570100）
摘要：配电管理系统所需的静态数据通常以地理信息系统(GIS）空间数据为来源,但由于GIS空间数据模型的局限性以及电力系统的拓扑描述方式与通常意义上的GIS对拓扑关系的描述方式不一致,当前通用GIS平台不能提供满足配电网应用所需要的网络拓扑。文中结合海南某供电局配电网GIS项目,在分析GIS数据模型和配电网模型特点的基础上,根据配电GIS的数据管理方式和配电网应用对于电网拓扑数据的具体需求,详细阐述了如何基于GIS空间数据构建满足配电管理应用所需的拓扑关系,并给出了具体的数据结构和实现方法。
关键词：配电管理系统；GIS；拓扑分析
电力系统自身的特殊性使其具有大区互联及对电网的安全运行要求高的特点，由于电网分布在广阔的城乡地域上，随着电力系统的发展，网架结构日复杂。同时，在生产运行过程中，由于电力行业涉及的环节和领域众多，导致电力系统在空间上的分散性，系统中对象的大量信息都属于空间信息的范畴。因此，以具有空间属性的地理位置信息为主线，采用电力地理信息系统(GIS）的系统组织方式，在此基础上架构电力系统的应用可以提高数据共享、一致性，增强信息的直观表达。
1.电网GIS拓扑关系及连通性
电网拓扑数据是电力GIS中的一个重要组成部分，是电力GIS系统建设成败的关键要素之一。电网拓扑数据应准确地描述电网一次图、地理图、单线图、沿布图、站所图等所包含的所有设备设施。电网拓扑数据包括与电网地理图形拓扑数据及只表达电网设备设施之间逻辑连接关系的电网设备台账两部分。电网GIS平台的拓扑连通性分析功能是检测电力线路上设备的电气联通性的工具，其检测的原理是根据电网GIS数据库中各设备的端子链接及线段的上级属性做回溯，最后实现该线路上所有设备的遍历，遍历的方式分为两种:(1)深度优先遍历(DFS)，是一种人工智能算法，能够自动寻优，在拓扑需要完全遍历的情形下其效率没有体现，在查找具体的设备或者节点上具有效率优势。(2)广度优先遍历算法(BFS)，广度优先在遍历所有节点设备的时候，具有先进先出的优势，具有效率优势。电网的拓扑连通性分析通过遍历该线路上所有设备的方式，检测该线路上所有设备(叶子节点)，从而检测出所有与当前线路具有电气连接关系的设备。
2.需求分析
电网拓扑数据是电网GIS平台开展拓扑分析应用的基础。2016年全网已完成电网GIS平台的推广应用，并按照公司数据质量提升年度目标要求开展了一轮数据质量提升工作，数据质量得到了明显提升，各单位的中压拓扑连通率指标均已超过95%，具备了开展拓扑分析应用的基础条件。但由于大部分单位的存量数据均通过数据迁移，采用无损迁移模式从原GIS系统迁移到一体化GIS平台，原有系统本身的数据问题或由于新旧系统模型差异导致的数据问题较多，在一定程度上影响了可靠性等拓扑分析应用的开展。
为了进一步提升中压配网的数据质量，更好的支撑可靠性等拓扑分析应用，GIS平台需要增加带电率分析统计功能，将影响带电分析应用的可能因素通过数据质量指标的方式进行体现，并通过数据质量看板进行指标和问题数据的直观展现。方便业务部门，尤其是数据维护人员开展问题数据治理，推动数据质量提升工作的高效开展。
中压拓扑连通率指标仅体现拓扑是否连通，是生成线路单线图、开展拓扑分析应用的基础和前提条件。中压带电率指标在中压拓扑连通率指标基础上，进一步扩展了对供电电源、供电馈线、供电线路分支、线路设备所属关系、线路设备接线规则等条件判断，从影响带电/停电分析的各种因素出发进行分析和统计。中压带电率指标从一定程度上反映了中压（10kV/20kV）线路开展带电/停电分析的能力。
2.1统计业务规则
以供电所（维护班组）为单位，依据该单位按照供电分析处理逻辑可以追踪到的配电变压器数量与该单位所有配电变压器数量之比作为该单位的中压带电率。
向上级单位汇总统计时，以原始数量进行叠加求和后，再计算比率。
支持无法追踪到的问题变压器清单查询，需要列出变压器的所属线路和所属变电站等信息，方便问题核查和定位。
2.2指标计算公式
中压带电率=带电的变压器数目/变压器总数*100%
说明：GIS平台中可能存在停运或备用的孤立变压器，从带电分析角度，这些设备将无法分析到，将作为问题数据列出，这些数据可由业务部门人工确认，不是问题数据的可直接忽略。如果存在停运或备用变压器，则中压带电率理论上无法达到100%。
2.3带电分析检查规则
2.3.1拓扑连通
拓扑连通是开展带电分析的前提条件，可通过拓扑连通率指标确保拓扑连通。
2.3.2开关的分合状态设置正确
电网的运行方式，即开关的分合状态需要设置正确，避免出现异常的环路和无法供电的情况。
2.3.3馈线的所属变电站信息正确
馈线的所属变电站信息，即馈线的供电电源信息必须正确，将影响带电分析的正确性。
3.功能设计
在原来数据质量看板的功能基础上，扩展中压带电率指标支持，支持中压带电率指标查看和问题变压器清单的显示和导出。
数据库技术的发展,采用面向对象方式描述和存储空间数据成为当今GIS软件发展的方向,如:GESmallworld和逐渐转型的Arc/GIS等。Smallworld自身发展了基于面向对象的数据库系统,而Arc/GIS在8.0以后,推出了基于商业数据库的GeoDatabase的概念,都具有动态生成空间拓扑关系的功能。但从性能价格比和我国目前配电管理系统的发展状况来看,还没有真正基于以上方式构建的成熟的配电管理系统。
3.1配电GIS的数据管理方式
GIS对电力设备和线路采用分层方式进行管理,一般分为设备层和线路层。设备层管理各种设备如杆塔、开关、变电站等的数据,线路层管理电力线路数据。这种分层管理的方法,在设备层中只记录各设备地理位置信息及相关的属性信息,但线路层除了记录线路本身的地理位置及相关属性信息外,还记录了线路两端端点的一些信息。这些信息实际上就是线路所连接的设备,利用这些信息可以构成设备和线路的拓扑连接关系。值得注意的是,对于有直接连接关系的设备,如杆塔,在线路层可以直接记录,而一些没有直接连接关系的设备,如联络开关,则需通过坐标定位或查找其逻辑关系进行匹配。
3.2带电分析检查规则
3.2.1拓扑连通
拓扑连通是开展带电分析的前提条件，可通过拓扑连通率指标确保拓扑连通。
3.2.2开关的分合状态设置正确
电网的运行方式，即开关的分合状态需要设置正确，避免出现异常的环路和无法供电的情况。
3.2.3馈线的所属变电站信息正确
馈线的所属变电站信息，即馈线的供电电源信息必须正确，将影响带电分析的正确性。
3.2.4线路分支层次关系正确
线路分支的层次关系必须正确，支持大馈线模式，但分支与分支间的层次关系需要正确设置，分支层次关系错误会影响带电分析的正确性。
3.2.5设备的所属馈线和所属分支信息正确
线路设备的所属馈线和所属分支信息必须正确，将影响带电分析过程的正确性。
3.2.6线路设备接线规则正确
中低压线路设备不允许直接连通，变压器的中低压端子不允许接反，线路设备的电压等级需设置正确。
3.3带电合环的条件
必须保证两个变电站相序和相位相同。尽量满足合环点两侧电压相同。两站至合环点的综合阻抗不宜相差过大。适当调整合环地点两侧负荷大小和功率因数，使两侧相差相对较小，避免造成不能合环。合环两侧负荷之和不应超过两侧开关之一的额定负荷，否则条件均满足也不能互相替代。配电网实行带电合环需要解决两个问题：第一，要有性能良好的线路（联络）开关；第二，要避免因环流过大引起过
电流保护动作造成终端变电站开关跳闸。两端互感器计量、保护变比情况，应装设分别计量送、受电的有功电能量和无功电量，并带有止逆装置。导线和设备应满足转移负荷的要求，最终使每条线路的负荷电流控制在350A以下。在这种接线模式中，线路的备用容量为50%，即正常运行时，每条线路最大负荷只能达到该架空线允许载流量的1/2。若系统中一条线路的电源出现故障时，可将联络开关闭合，从另一条线路送电，使相应供电线路达到满载运行。
结论
基于复杂网络理论，利用有权网络的带电率方法，建立了中压配电网网络结构的带电率模型。典型网络评估结果证明了传统观念中对中压配电网网络结构可靠性的经验认知，验证了复杂网络理论在中压配电网网络结构带电率分析中的适用性，开拓了中压配电网网络安全性量化评估的新思路，也为其网络结构的选择提供了新的重要依据。
参考文献
[1]曹一家，王光增，韩祯祥，丁理杰，包哲静，曹丽华．考虑电网拓扑演化的连锁故障模型［J］．电力系统自动化，2009，33(9)，5～10．
[2]宋少群，朱永利，于红．基于图论与人工智能搜索技术的电网拓扑跟踪方法［J］．电网技术，2005，29(19)，45～49．
作者简介：
1刘春波工作时间（2012-现在），籍贯：山东潍坊，职务：助理级工程师，从事电力信息化工作。
2许家伟籍贯海南海口职务：助理工程师，从事电力信息化工作。