初探空间数据技术在10KV配电网调度GIS中的应用

初探空间数据技术在 10KV配电网调度 GIS中的应用

罗辉 叶杉

国网北京亦庄供电公司 北京 100176

摘要：本文以10kV配电网的运行调度地理信息（GIS）为研究背景，对目前空间数据技术在电网动态运行以及调度管理中的应用进行了详细的分析，对未来配电网调度工作的进一步发展有积极的推动作用。

关键词：空间数据技术；配电网调度；GIS

0引言

GIS系统的关键技术为空间数据技术，其能够对现实世界各个物体与对象间的复杂关系以及属性进行有效的描述，进而能够建立强大的综合分析系统，使得以地理信息为基础来进行电力系统运行调度成为可能。伴随着目前电力需求的不断增加，完成配电优化并保证电网安全经济的运行变得越来越重要。而现阶段所采用的传统的调度方式，其调度系统使用的数据基本都是属于一维空间的内容，不能够实现最有规划以及实时调度等功能。因此，必须将电网的运行数据、相关位置数据以及实时变化的数据等多层信息融为一体，借助相关的空间技术进行综合处理，进而实现故障定位、设备跟踪以及最优调度等多种功能。

1传统GIS在空间数据应用中的缺陷

根据某地区10kV配电网的运行情况以及调度管理信息系统的特点，总结出电网运行调度系统在应用传统GIS空间数据技术时存在的问题，具体如下：

1. 由于属性数据与空间数据存在剥离，导致相关的数据信息不能够实现共享。

2. 空间数据在存储时选用的是文件型的存储，或者使用专门的存储系统，因此对于网络条件的图形数据的多用户的并发操作不能够实现。

3. 对于大型数据库提供的数据安全性、可靠性以及完整性等支持，不能够进行充分的利用。

4. 后台Serverq强大的处理能力得不到充分的利用。

为了解决上述问题，相关厂商经过共同努力，提出了新型的空间数据技术，使空间数据技术在管网以及线路网等中的应用有了新思路，本文将针对其技术原理以及应用进行相关分析介绍。

2新型空间数据技术对GIS的支持

新型空间数据技术也叫空间数据存储技术，能够对大量的地图数据进行录入、修改、存储以及分析等操作，通过与现代网络技术相结合，能够完成地图数据的共享，在满足不同用户端的同时，还能够对地理数据进行相应的维护。新型空间数据技术的关键就是，通过采用数据库表格的方式将空间地理数据存储在大型关系数据库当中，借助数据库完备的管理机制以及扩展的空间运算方法，从而能够将非地理信息以及地理数据进行结合，为开发GIS系统提供了数据共享的技术支持。关系型数据库目前应用最为广泛，在进行数据模型设计时，一般都是采用面向对象的数据库设计方法，而空间数据库就是空间数据技术的直接对象。空间数据技术通过数据库对存储程序机制进行扩充进而完成空间数据的执行，并且因为其拥有开放式标准的接口，因此通过利用SQL以及ODBC能够将空间信息与数据库相连，从而能够对现有的程序进行快速的适应，并对数据库的空间进行充分利用。

在对现实进行描述的实际图形当中，各个对象之间有很多复杂的关系。在数据库中放入电子地图之后，为了保证计算机能够对这些关系进行有效的处理，需要解决以下几个问题：

1. 将空间数据存储在关系型数据库中

2. 空间数据能够进行双向的查询

3. 能够建立有效的空间索引

针对上述三个问题，新型空间数据技术必须具备三个要素：空间数据模型、空间索引以及空间算子。

空间数据模型能够对数据结构以及存储机制进行定义。扩展的空间数据类型提供了所需要的数据结构，能够将几何信息存储在数据库当中，通过利用这项信息，能够对现实世界的相关特征进行表示，比如，电力设施、供电设备、供电线路以及用电单位等。

空间索引能够提供自订索引结构从而对空间信息进行处理。空间数据技术采用的是范围树索引。范围树能够将各个空间实体的MBR（最小外接矩形）存储到索引当中，并且按照从小到大的顺序进行索引，从而根据提供的坐标能够对特定的空间对象进行快速定位。

空间算子是具备地理特性的SQL运算方法。空间数据技术具备标准SQL扩充，从而使其指令能够对空间数据进行直接操作，进而能够对查询范围进行选择或者控制，例如查询容量为100kw的变压器台数以及其位置分布情况，特定范围内的设备数量等。

通过对空间数据技术的原理以及新型空间数据库特性的应用，能够满足用户在调度GIS系统中所要求的功能。

3空间拓扑关系在电网运行分析中的应用

GIS技术能够提供非常多的空间分析功能，参照目前的电网数据特征，调度GIS系统对GIS技术的结构进行了优化，建立如电杆所接设备以及电力架空线所连电杆主线编号等可以对整个线路进行拓扑的关键属性字段。

拓扑关系是GIS系统的理论基础，通过采用“字间数据模型+空间索引”的描述方法，能够完成空间对象的拓扑关系建立。空间数据模型是抽象化的，以点、线、面为主。相较于传统的拓扑结构，空间数据模型中的每个空间实体对象都能够对自身的属性进行维护。任何一个空间实体都是有一个或者多个部分组成，部分又是由点集组成，而点集又是多个具体的X-Y坐标组成。在调度GIS系统当中，空间数据能够对多种实体进行描述，具体有电力区域的地理背景图以及电网设备设施分布图等。

图1空间实体关系图

根据图1中表示的空间数据与拓扑关系，能够借助空间索引完成相关的查询与分析。因为空间数据索引不同于传统的索引，其采用的是范围树而不是船用的一维数据索引技术。如果想要对某个区域范围内的全部点（变压器、电杆以及用户等）进行查询，通过借助空间索引，能够对区域范围内的MBR进行定位，利用MBR从而对内部点进行进一步的精确查询，将区域外的点剔除掉，剩下的就是所需要的。最后，按照实际的对象情况，通过创建简单的特性表，借助空间技术，就能够对电网系统中的停电以及开关跳变等多种故障进行更复杂的分析。在对调度GIS系统进行设计时，通过利用Mapinfo的表结构完成图2所示的拓扑描述的建立，从而对电力网络的实际功能进行相应的分析。具体包括以下几点：

（1）在不规则的区域范围内对供电半径以及供电设备进行分析。

（2）对停电影响区域等缓冲区进行分析。缓冲区是由Mapinfo提供的创建离对象某一特定距离以内的全部区域，通过将缓冲区与专题地图功能进行结合，系统能够对受停电影响的地区采用不同的颜色进行渲染，同时根据后台数据库能够得到实际的停电用户数量以及电量损失情况，进而为电力资源的调度以及其他部门进行决策提供依据。

（3）对电源跟踪进行分析。在数据库当中，通过对电力线路、开关、线路设备以及变电站等图形对象间的相互关系进行描述，能够生成各图元之间的拓扑关系。如果线路中的某一处出现问题，系统就能够按照图元间的拓扑关系进行跟踪搜寻，最终对故障点或者电源点进行定位。

（4）对任意区域范围内的如电压器、电杆等设备进行统计。通过使用这种技术，能够把地图与数据进行有机的结合，从而能够完成地理信息管理以及属性数据与地图数据的双向查询等多种功能。

图2电网拓扑描述

4结语

根据实际情况，在应用调度GIS系统后，其性能可以满足电网调度的具体要求，并且具有非常强的稳定性。而本文通过对空间数据技术在10KV配电网调度GIS中的相关内容进行分析介绍，对今后的电网调度工作开展有一定帮助。

参考文献

1. 陈述彭. 地理信息系统导论[M]. 科学出版社, 1999.

2. 龚春妍. 在配电网调度中GIS的应用及技术问题分析[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2012(33).

3. 李启林, 曹德喜. 10kV配电网地理信息系统[J]. 长春工业大学学报, 2012, 33(006):691-695.

作者简介：罗辉（1981.03--）；性别：男，民族：汉，籍贯：天津，学历：本科；现有职称：中级工程师；研究方向：配10kv配电网电力调度技术。