基于OracleSpatial的配电网WebGIS的设计

基于OracleSpatial的配电网WebGIS的设计

董瑞

（广西电网有限责任公司南宁供电局广西南宁530031）

摘要：将WebGIS技术应用于电力系统配电网管理，利用Internet技术，通过开放的网络平台，在Web上发布配电网设备信息与地理信息，用电营业信息，SCADA系统信息，将大大提高电力系统信息管理的效率，保证了电力系统稳定、安全、经济地运行。本文所介绍的电力配电网WebGIS系统通过使用OracleDatabase11g中OracleSpatial管理空间数据信息，设计电力配电网WebGIS系统。与传统的WebGIS设计方案相比，该设计方案更为轻巧灵活，适合当前对电力配电网WebGIS的要求。

关键词：WebGIS，10kV理论线损计算，OracleSpatial

用户层：系统采用B/S模式，用户使用IE访问Web服务器。系统对展现层的部署硬件环境没有特殊要求，只要市面上主流中档台式机或笔记本电脑即可。

WEB服务层：部署系统需要的Web服务器，本系统采用Oracle自带网关以及applicationserver，并在applicationserver上部署Mapviewer，以进行地图服务的发布。

应用层：主要部署本系统的网页服务和相应的用户交互监听功能。本系统采用Oracledatabase自带的applicationexpress部署网页服务。

数据层：主要部署本系统的所有数据和数据操作流程。整个系统最为关键的性能都在数据库里，包括数据（包括空间数据和属性数据）的访问和操作。

3.3空间数据库设计

空间数据包括，矢量数据模型和栅格数据模型。矢量和栅格模型在理论上是等价的，在实际应用中，它们有不同的用途和表现现实世界空间对象的能力。

在矢量模型中，每个空间要素可以表示为一个拥有集合特征（形状和位置）和一组属性的对象。通过OracleDBA中的OracleSpatial字段存储矢量数据，如图所示（表格，代码）。当要通过空间对象的关系来定义和描述空间对象时，矢量模型容易检测线路的交叠邻近（邻近分析）、创建线路的供电区域（缓冲分析），检修路线指引（网络分析）等等。

栅格数据主要来源于卫星影像、航空照片等。栅格模型通过空间要素离散化到网格单元中，将像素或单元集合与空间实体关联起来。每个单元有唯一的值。相当于，栅格对象是一个二维数组或者由分布规则单元组成的网格。通常情况下，使用航空和人造卫星遥感平台得到的栅格数据是具有时效性的，能立即给出现场的情况，能满足应急和抢修人员争分夺秒的需求。如图所示

矢量数据模型。由于矢量模型更容易检测线路的交叠邻近、创建线路的供电区域，检修路线指引等，因此，本系统中各个电力空间要素（如电缆线路走向，道路，开关位置等）可表示为一个拥有空间特征（形状和位置）和一组属性的矢量对象，并通过OracleDBA中的OracleSpatial字段存储。

系统的地图交互功能在网页设计部分实现。本系统的第三层网页设计部分，采用OracleDataBase提供的JavaScriptAPI。与空间数据库的交互，基于OracleSpatial的WebGIS系统的主要组成部分是基于Ajax的JavaScript制图客户端。通过这些灵活的JavaScriptAPI，该库提供了浏览地图、与地图交互的所有功能集合，包括缩放、平移、识别和选择等。通过所提供的JavaScriptAPI，能开发运行在Web浏览器上，并可以与MapViewer服务器交互的应用程序。

四、系统高级计算与分析功能的设计与实现

4.1高级分析与决策解决方案

目前，有两种在本款WebGIS中，添加高级计算功能的方案。一是，将计算的压力放在客户端。采用Oracle提供的JavaScriptAPI，通过引用各个数据表，提取相关的变量后，编制Javascript函数，并将结果输出到网页的表单上，从而完成高级计算分析功能。这种在客户端进行计算的方法，缓解了服务器的通信压力。二是，将计算压力放在服务器端。通过PL/SQL创建数据库中的函数包，为相关的表配置PL/SQL编写的trigger完成整个高级计算流程。当要执行计算时，监听网页上传来数据库的SQL请求，激活trigger，从而激活整个高级计算流程。这种在服务器端进行计算的方法，充分利用了服务器高配置的优势，高效率地完成计算。

4.2网架拓扑分析的算法设计

总思路：将同一变电站下相同电压等级的母线视作一个电气节点，线路与这些节点相连，根据线路侧的开关刀闸状态以及线路功率判断线路是否投运，单独处理变压器、电抗器、电容器等。

4.2.1遍历各个电压等级，同一变电站下基本电压等级相同的电压等级等价为一个电气节点；

4.2.2从线路出发，进行搜索，根据物理连接关系指出线路两端连接的节点号；根据线路侧刀闸开关状态判断线路是否投运，用线路功率来校验；若线路无连接关系，则根据线路的基本电压等级和始末端变电站名称来标明线路首末端的电气节点号，并对情况进行注明。对于T接的情况，为其增加一个电气节点。

4.2.3双绕组变压器等价为1条变压器支路，双绕组以高压侧参数为主，支路首末端自动连接到对应的电气节点，根据变压器两侧的开关刀闸状态判断是否投运，用两侧的功率来校验。三绕组变压器需要增加一个中性点节点，并相应地形成3条变压器支路。若变压器没有物理连接关系，则根据变电站是否有类似变压器以及其电压等级是否合理判断改变压器是否投运，若投运，则将其挂接到各电气节点上，否则，对其情况予以说明。

4.2.4根据串联电抗器是否属于有效变电站，为电抗器添加电抗器支路，并增加1个电抗器节点（电气节点），并修改该电压等级下的变压器支路连接的电气节点信息。电抗器的挂接根据其电压等级以及两端开关刀闸状态而定，对串抗的连接状况进行定性说明。（此条适合所有串联补偿装置）

4.2.5直接将并联电容器挂接到相同电压等级对应的电气节点上，其投入与否根据其采集功率来判断。（此条适合所有并联补偿装置）

实现方案采用MicrosoftVisualStudioC#2008作为开发工具。该工具自带了XML文件的操作接口，能够很方便地对文件数据进行分析和处理。在获得原始数据后，还需要进行下列四类处理，方可用于线损计算。

（1）网络拓扑分析。CIM中采用的拓扑模型是基于设备-连结点的，不能直接用于潮流计算。故需要进行一轮网络拓扑分析，根据开关刀闸状态，把原来的拓扑模型转换为节点-支路模型。

（2）电气参数折算。在CIM中，并不直接存放线路、变压器的电气参数，如果不预先把它们转换为数学模型中需要的电气参数，后面的计算会变得比较复杂。工程中，通常将各种电气参数采用标幺制表示。

（3）运行数据挂接。所谓运行参数挂接，就是要将支路电流、节点电压、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量等运行数据与节点-支路模型中的节点或支路联系起来。这是线损计算中必须完成的准备工作。

（4）形成统一的数据结构。为了在理论线损计算软件内部共享数据，还需要形成适当的数据结构，方便软件内部各个功能模块之间的数据交换。

经过上述处理过程，便得到了理论线损计算需要的完整的计算模型。既可以把这个模型直接用于各种计算，也可以按照CIM标准把计算模型保存为XML文档，还可以按照时间断面存入数据库，方便以后查询。处理过程中的数据流向如图所示。

4.3网架拓扑分析实现方法

伪代码陈述：

4.3.1读取所有SubStation类，根据变电站有效性表，判别SubStation类有没有变化。需要判断有没有新增变电站，或者变电站改造后原有变电站已经无效。

4.3.2根据第一步判断后所有有效变电站的母线BusbarSection，确定节点数。每一段母线作为一个节点，包括双母、母线分段、旁母。每一个母线对应的Terminal连接一个ConnectivityNode，将该Node作为一个拓扑节点。生产一张拓扑节点表，表中记录节点编号、ConnectivityNodeID、BusbarSectionID、BusbarSection.PathName。

若母线没有Terminal对应或者ConnectivityNode连接，表中直接记录节点编号、BusbarSection.PathName。

该节点表作为母节点，是节点合并的基础。

4.3.3遍历所有有效的隔离开关Disconnector，若开关状态为1（合闸），则根据附录A进行节点合并，对于新节点可以在节点表中增加新的母节点。

若隔离开关没有ConnectivityNode连接，则记录在附录B的合闸开关记录表中。

4.3.4遍历所有有效的断路器Breaker，若开关状态为1（合闸），则对于不同断路器根据附录A进行节点合并，对于新节点可以在节点表中增加新的母节点。若Breaker为母联开关（ID>10000000），不再进行节点合并，形成零阻抗支路。阻抗值可设为0.00001。

若断路器没有ConnectivityNode连接，则记录在附录B的合闸开关记录表中。

4.3.5首先看是否连接虚拟T接厂站（4000068、4000069），判断是否需要增加新的母节点。

遍历所有有效的线路ACLineSegment，判断两个连接的ConnectivityNode，若都已经合并到母线节点，则形成一条线路支路；若没有合并到母线节点，而且勘误表中没有记录，则放弃该线路，若有记录则根据开关状态，提示用户完善线路支路连接；

如ACLineSegment本身就没有连接Node，则根据开关状态，提示用户完善线路支路连接。

4.3.6绕组支路

4.3.7接地支路，Compensator中的电容。Compensator中的电抗器，一般为串联电抗器

4.3.8设置平衡节点，PV节点，PQ节点

附录A：节点合并方法

附录B：合闸开关记录表（记录存在问题的开关）

Disconnector

Breaker

附录C：线路连接关系勘误表（连接存在问题的线路支路）

ACLineSegmentNode1，Breaker，线路测Disconnector，

Node1，Breaker，线路测Disconnector，

五、展望

5.1绘制元件的理念

常规的绘制理念基于如下直观的想法，在浏览器的网页上，衬着带有地理信息底图，通过鼠标将一个个电力设备的元件拖到要求的位置，然后将设备连接上，完成元件绘制的功能。从编程的角度来看，整个过程包括鼠标的监听（按下，抬起，拖动），并激活相应的鼠标动作，并传给服务器，最终存入数据库。目前，C\S模式的GIS，几乎都保留有绘制元件的功能。但是，B\S模式的GIS，都不带有绘制元件的功能，这是因为绘制动作，对网络的质量要求很高。即使，完成了B\S模式下的绘制，又将听到用户们的抱怨，他们更多的数据是通过CAD文件（.dwg和.dxf）存储的。

于是，最美好的结果是通过CAD软件完成绘制，然后将CAD的文件导入数据库中。因此，拟解决方案如下，将CAD的dwg文件形式转为CAD的交流文件形式.dxf，通过程序（如Java）读取这个文本文件，并转为另一个文本文件（采用PL/SQL组织数据），最后，通过将这个文本作为SQL请求发送给服务器，完成高效率的绘图。当然，这里存在的问题是CAD采用的是平面坐标系进行定位，而GIS一般采用大地坐标系定位（也有的是采用平面坐标系的）。于是，坐标转换的声明如何统一协调是一个问题。

5.2跨浏览器的要求

电力系统WebGIS的一个最显著的低成本，高享用的特点，在于客户端不需要安装昂贵的客户端软件，只需要浏览器就能享有信息。但是，不同的浏览器对API的支持是不一样的。例如：JavaScript包括ECMAScript，DOM，BOM，而不同浏览器对JavaScript各个组成的支持情况是不一样。如何跨浏览器，选用大多数浏览器都能接受的语句实现功能，是对系统鲁棒性的更高要求。

5.3跨操作系统的要求

不同的操作系统，对不同的API支持情况也是不同的，比如JAVA和ASP.net对运行环境的要求是不一样的。挑选具有跨操作系统的API也是对系统鲁棒性的更高要求。

由于该系统设计的初衷主要是为了解决供电局层面的理论线损计算问题，因而尚不能完全满足广西电网开展理论线损分析计算的要求。从全国看，目前理论线损计算也没有建立省-市-县公司统一的平台，供电企业之间一般采用FTP、移动储存设备等方式进行所需计算数据的传送。该方法存在着数据占用空间大、传送效率低、不易进行数据管理、无法进行资源共享等诸多不足。同时，对上报的数据，需要花费大量人力进行手动校核、录入等工作，工作效率不高。随着电网的不断发展，迫切要求电网线损计算和分析由单人单机工作模式向多人分布式联合协同工作的模式转变。

六、结语

电力系统中配电网节点多，设备分散，其运行管理工作常与地理位置有关，如果在配电自动化系统中引入GIS系统将能很好地满足配电网建设和安全经济运行的需要。将WebGIS技术应用于电力系统配电管理中，利用Internet技术，通过开放的网络平台，在Web上发布配电网设备信息与地理信息，用电营业信息，SCADA系统信息。通过分散数据的存储和管理，使处在不同地域的电力部门在同一平台上共享电力设备和运行状况等信息数据。保证数据的实时性、安全性，确保电网调度、控制、管理等具有统一的数据基础，用户通过浏览器对数据进行访问和修改，操作简便，大大提高电力系统信息管理的效率，保证了电力系统稳定、安全、经济地运行。

参考文献：

[1]（美）RaviKothuri，AlbertGodfrind，EuroBeinat著，管会生刘刚安宁樊红译．OracleSpatial空间信息管理——OracleDatabase11g[M]

[2]JohnGarmany，DonaldK.Burleson著，汪丰冯飞译．OracleApplicationServer10g管理手册[M]

[3]何原荣李全杰傅文杰编著．OracleSpatial空间数据库开发应用指南[M]

[4]OracleFusionMiddlewareUser’sGuideforOracleMapViewer11gRelease1（11.1.1）E10145-04December2009

[5]Oracle数据库10g网络数据模型Oracle技术白皮书2003年12月

[6]OracleSpatial11gGeoRasterAnOracleTechnicalWhitePaperJune2007

[7]OracleSpatialGeoRasterDeveloper’sGuide11gRelease1（11.1）B28398-01

[8]OracleSpatialUser’sGuideandReferenceRelease9.2March2002PartNo.A96630-01

[9]OracleSpatialDeveloper’sGuide11gRelease2（11.2）E11830-02August2009

[10]OracleSpatial11gGeoRasterOracle技术白皮书2007年7月

[11]OracleSpatialTopologyandNetworkDataModelsDeveloper’sGuide11gRelease2（11.2）E11831-02

[12]NicholasC．Zakas著，曹力张欣等译．JavaScript高级程序设计

作者介绍：

董瑞（1986.9.5），性别：男；籍贯：山东；民族：汉；学历：硕士研究生；职称：工程师；职务：电力系统及其自动化工程师；研究方向：变电设备运行及维护；单位：广西电网有限责任公司南宁供电局；