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[摘 要]近年来配电系统负荷的日益增长对供电的可靠性和质量提出了更高的要求，而合理进行配电网规划可以获得巨大的经济效益和社会效益。现阶段的配电网布线中，虽然现有的规划已取得重大成果，但是规划人员通常凭借自己的经验，无法兼顾网络结构、各分区状况等各方面的制约因素进行手工布线，导致规划方案常常很难达到最优而且規划时间过慢，严重影响配电网规划与改造的进度和质量。基于此，利用基于GIS技术自动生成配电网架拓扑图就具有十分重要的现实意义。
[关键词]GIS；配电网；规划；网架拓扑图
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0272-01
空间负荷预测、配电网规划都涉及大量的空间信息，GIS平台不仅为配电网规划人员提供了更为直观的人机接口，使配电网规划更符合实际情况，而且可以对配电网规划中涉及的不同类型数据进行分层显示和操作，使系统具有很好的柔韧性和可扩展性。
1.GIS技术自动生成配电网架拓扑图的应用现状
基于GIS技术自动生成配电网架拓扑图是近年来配电网规划的研究热点之一，利用GIS平台提供的基础数据，可以极大地减少数据收集的工作量，提高配电网架拓扑图生成的效率。国内外开发的一些基于GIS技术自动生成配电网架拓扑图的系统已经在实际配电网规划工作中有所应用，但尚存在如下两个方面的问题：一方面是部分系统的功能主要停留在应用管理信息系统的层面，GIS的拓扑分析（尤其是网络分析、空间分析）和可视化优势没有得到充分体现；另一方面是系统自动化程度较低，需要进行较多的人为干预和手动操作。
2.GIS技术自动生成配电网架拓扑图的功能需求
（1）拓扑关系分析
在正常运行的情况下，配电网络的状态估计、在线潮流计算、安全分析等都是以拓扑关系分析位基础的。相较于输电网，配电网的元件多且接线复杂，这就对拓扑关系分析提出了更高的要求，而配电网拓扑关系信息主要是电网的台帐、设备之间的关联关系，来源于电网系统和自采集数据。
建立电网拓扑关系的步骤需要按照如下步骤进行：绘制变电站、站内电源点及变电站的出线开关；绘制出线开关引出的导线，输入导线的属性信息；绘制导线上的各种用电设备，直至线路终点；连接关系有上、下级，起点、终点的区分。
（2）生成矢量图
矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。例如一幅花的矢量图形实际上是由线段形成外框轮廓，由外框的颜色以及外框所封闭的颜色决定花显示出的颜色。
矢量图也称为面向对象的图像或绘图图像，繁体版本上称之为向量图，是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示图像。矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真；最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。
二叉树遍历：指沿着某条搜索路线，依次对树中每个结点均做一次且仅做一次访问。
取得电网数据，根据拓扑关系信息，采用二叉树搜索技术，保留联络通道的档线与关键的设备点，组成电力网架拓扑图，用矢量图的方式展现还原的拓扑关系，结合GIS技术，在地理信息图上展示配电网网架图。
（3）网络拓扑图浏览
支持网络拓扑图的在线浏览，可执行放大、缩小、平移、查询定位、高程图显示、点选、打印等操作。为了满足网络拓扑图打印的需求，系统采用独创的方式来实现微软WORD文件格式的地图打印功能，就是将生成的网络拓扑图直接在WORD中进行显示及打印。
（4）电网数据拓扑诊断
通过电网数据的拓扑关系，以变电站为起始点，通过电网拓扑的关系，依次检测每个节点的连通性，对电网数据的完整性及准确性进行诊断，生成拓扑关系存在问题的列表清单。
3.GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统的详细设计
3.1 GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统的结构设计
系统结构设计在系统系统设计中占有重要的地位，一个好的系统结构可以有效的提高系统工作工作效率，增强系统的维护性和使用性。GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统采用客户/服务器结构体系，系统使用开发式的TCP/IP通信协议，确保与其他网络系统的连接。
GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统采用数据基础、程序定义、功能应用三层结构体系，客户端与服务器分离，用户通过用户界面轻松地使用系统各种功能操作，系统更新、基础数据维护等操作全部集中在服务器，直接为客户端用户增加各种系统功能，并且使得系统更新维护更为简便，对用户使用的影响较小。
3.2 GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统的安全设计
首先，用户权限的设置。GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统根据每个用户的角色不同，分别授予不同的权限，分配不同的资源；各用户只能根据自己的权限进入相应的模块，进行本权限内的数据读取与存储，不得越权进入其他模块进行数据的修改。通过用户权限设置，保证了各模块对应数据的独立性，进而保证系统及数据的安全性。
其次，服务器端数据库存储安全保障。GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统对服务器端数据库进行安全设计，使数据库定期进行数据库备份，防止数据库崩溃造成数据丢失，若数据库崩溃则可用最近备份数据进行数据库的还原；同时对数据库的链接的验证方式采用Windows和数据库身份双重验证，更加保证了数据库的数据安全；同时对数据库的访问也可采用赋予不同用户不同权限，使不同权限的人对数据表的操作也不同，保证数据表的安全。
最后，数据库备份。当GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统商用后，随着系统的使用及推广，数据库中的数据会越来越多，占用的空间也会越来越大，不仅影响数据库的安全性与完整性，而且使访问速度因此下降。基于安全及速度考虑，对数据库中的数据进行定期的备份，将过期不用的数据进行删除；同时定期备份还可保证数据的安全，一旦数据库数据混乱，则可用最近的备份数据进行恢复。
4.结语
配电网规划是一个具有多目标性、不确定性、非线性和多阶段性等特点的复杂系统优化问题，属于NP难问题。完全依靠规划工作者的经验规划未来的电力系统，已经远远不能满足现代电力系统的要求，而以GIS技术作为工具，采用新技术、新方法对配电网进行优化规划己在电力系统界达成了共识。而本文是以配电网的网架为主线，从有效提升工作效率，快速、准确的生成配电网网架图，为优化配电网网络拓扑图提供参考。
参考文献
[1] 田普州.GIS在配电网规划建设中的应用[J].技术与市场，2017，24（5）.
[2] 程雷阳.电力GIS电网拓扑模型的研究与实现[D].华北电力大学，2013.
[3] 郭强.电力GIS数据网络拓扑模型研究[J].电气应用，2015（18）.
[4] 叶娴.基于GIS技术的县级配电网架优化规划研究[J].电工技术：理论与实践，2015（8）.
[5] 俞亮.基于GIS的电网规划设计系统架构设计及系统运行案例分析[J].科技创新导报，2015（17）.
[关键词]GIS；配电网；规划；网架拓扑图
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0272-01
空间负荷预测、配电网规划都涉及大量的空间信息，GIS平台不仅为配电网规划人员提供了更为直观的人机接口，使配电网规划更符合实际情况，而且可以对配电网规划中涉及的不同类型数据进行分层显示和操作，使系统具有很好的柔韧性和可扩展性。
1.GIS技术自动生成配电网架拓扑图的应用现状
基于GIS技术自动生成配电网架拓扑图是近年来配电网规划的研究热点之一，利用GIS平台提供的基础数据，可以极大地减少数据收集的工作量，提高配电网架拓扑图生成的效率。国内外开发的一些基于GIS技术自动生成配电网架拓扑图的系统已经在实际配电网规划工作中有所应用，但尚存在如下两个方面的问题：一方面是部分系统的功能主要停留在应用管理信息系统的层面，GIS的拓扑分析（尤其是网络分析、空间分析）和可视化优势没有得到充分体现；另一方面是系统自动化程度较低，需要进行较多的人为干预和手动操作。
2.GIS技术自动生成配电网架拓扑图的功能需求
（1）拓扑关系分析
在正常运行的情况下，配电网络的状态估计、在线潮流计算、安全分析等都是以拓扑关系分析位基础的。相较于输电网，配电网的元件多且接线复杂，这就对拓扑关系分析提出了更高的要求，而配电网拓扑关系信息主要是电网的台帐、设备之间的关联关系，来源于电网系统和自采集数据。
建立电网拓扑关系的步骤需要按照如下步骤进行：绘制变电站、站内电源点及变电站的出线开关；绘制出线开关引出的导线，输入导线的属性信息；绘制导线上的各种用电设备，直至线路终点；连接关系有上、下级，起点、终点的区分。
（2）生成矢量图
矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。例如一幅花的矢量图形实际上是由线段形成外框轮廓，由外框的颜色以及外框所封闭的颜色决定花显示出的颜色。
矢量图也称为面向对象的图像或绘图图像，繁体版本上称之为向量图，是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示图像。矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真；最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。
二叉树遍历：指沿着某条搜索路线，依次对树中每个结点均做一次且仅做一次访问。
取得电网数据，根据拓扑关系信息，采用二叉树搜索技术，保留联络通道的档线与关键的设备点，组成电力网架拓扑图，用矢量图的方式展现还原的拓扑关系，结合GIS技术，在地理信息图上展示配电网网架图。
（3）网络拓扑图浏览
支持网络拓扑图的在线浏览，可执行放大、缩小、平移、查询定位、高程图显示、点选、打印等操作。为了满足网络拓扑图打印的需求，系统采用独创的方式来实现微软WORD文件格式的地图打印功能，就是将生成的网络拓扑图直接在WORD中进行显示及打印。
（4）电网数据拓扑诊断
通过电网数据的拓扑关系，以变电站为起始点，通过电网拓扑的关系，依次检测每个节点的连通性，对电网数据的完整性及准确性进行诊断，生成拓扑关系存在问题的列表清单。
3.GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统的详细设计
3.1 GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统的结构设计
系统结构设计在系统系统设计中占有重要的地位，一个好的系统结构可以有效的提高系统工作工作效率，增强系统的维护性和使用性。GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统采用客户/服务器结构体系，系统使用开发式的TCP/IP通信协议，确保与其他网络系统的连接。
GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统采用数据基础、程序定义、功能应用三层结构体系，客户端与服务器分离，用户通过用户界面轻松地使用系统各种功能操作，系统更新、基础数据维护等操作全部集中在服务器，直接为客户端用户增加各种系统功能，并且使得系统更新维护更为简便，对用户使用的影响较小。
3.2 GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统的安全设计
首先，用户权限的设置。GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统根据每个用户的角色不同，分别授予不同的权限，分配不同的资源；各用户只能根据自己的权限进入相应的模块，进行本权限内的数据读取与存储，不得越权进入其他模块进行数据的修改。通过用户权限设置，保证了各模块对应数据的独立性，进而保证系统及数据的安全性。
其次，服务器端数据库存储安全保障。GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统对服务器端数据库进行安全设计，使数据库定期进行数据库备份，防止数据库崩溃造成数据丢失，若数据库崩溃则可用最近备份数据进行数据库的还原；同时对数据库的链接的验证方式采用Windows和数据库身份双重验证，更加保证了数据库的数据安全；同时对数据库的访问也可采用赋予不同用户不同权限，使不同权限的人对数据表的操作也不同，保证数据表的安全。
最后，数据库备份。当GIS技术自动生成配电网架拓扑图系统商用后，随着系统的使用及推广，数据库中的数据会越来越多，占用的空间也会越来越大，不仅影响数据库的安全性与完整性，而且使访问速度因此下降。基于安全及速度考虑，对数据库中的数据进行定期的备份，将过期不用的数据进行删除；同时定期备份还可保证数据的安全，一旦数据库数据混乱，则可用最近的备份数据进行恢复。
4.结语
配电网规划是一个具有多目标性、不确定性、非线性和多阶段性等特点的复杂系统优化问题，属于NP难问题。完全依靠规划工作者的经验规划未来的电力系统，已经远远不能满足现代电力系统的要求，而以GIS技术作为工具，采用新技术、新方法对配电网进行优化规划己在电力系统界达成了共识。而本文是以配电网的网架为主线，从有效提升工作效率，快速、准确的生成配电网网架图，为优化配电网网络拓扑图提供参考。
参考文献
[1] 田普州.GIS在配电网规划建设中的应用[J].技术与市场，2017，24（5）.
[2] 程雷阳.电力GIS电网拓扑模型的研究与实现[D].华北电力大学，2013.
[3] 郭强.电力GIS数据网络拓扑模型研究[J].电气应用，2015（18）.
[4] 叶娴.基于GIS技术的县级配电网架优化规划研究[J].电工技术：理论与实践，2015（8）.
[5] 俞亮.基于GIS的电网规划设计系统架构设计及系统运行案例分析[J].科技创新导报，2015（17）.