山东电网数据集成系统设计与研究

郑 帅，朱春萍，沙志成

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

设计单位在电网规划、输变电工程可行性研究、各类电源接入系统方案设计初期，均需要以电网各电压等级的变电站和线路信息作为基础。电网中每座变电站、间隔、主变参数，每条线路长度、截面参数都是设计人员研究电网规划、设计网架方案的基础。但是，山东电网历经快速发展，现已形成一个庞大、复杂、坚强的网络，电网中蕴含的信息量巨大。

目前，设计单位对电网信息的存储采用的是分批次保存逐个输变电工程可行性研究报告的模式。一个变电站的信息可能包含在多个输变电工程 （间隔时间长）中。设计人员提取一个变电站信息时，需查找该变电站最初的设计资料以及后续所有可能涉及该站的可研资料。搜索、整合工作量大，严重考验设计人员的工程经验。因此，传统的数据文档管理模式，已不能满足设计人员快速、准确提取电网信息的需要。

国外对电网数据的管理应用主要侧重于电力大数据的管理应用，即对电力生产运行过程中的数据进行采集、分析，用于负荷预测、用户用电行为分析等，以优化需求侧管理、为用户提供节能建议或用于电网运行诊断。其数据主要来源于电力生产和电能使用的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，可大致分为3类：一是电网运行和设备检测或监测数据；二是电力企业营销数据，如交易电价、售电量、用电客户等方面的数据；三是电力企业管理数据［1-3］。国内输配电网地理信息系统（简称“GIS系统”）是国内各电网公司应用最广泛的电网数据管理平台。该平台利用地理信息技术来对输配电网设备设施空间分布数据、生产运行数据、电网运行状态等信息进行集中化管理，其主要关注的是电网现状的信息与数据分析［4-7］。目前，国内外尚没有关于对已完成可研的工程前期资料进行梳理、汇总的软件平台。

本文结合国内外电网数据管理的发展现状，在分析电网基础数据应用现状的基础上，研究了电网工程设计资料数据的管理和应用方法，开发了山东电网数据集成平台，具有数据库管理功能和信息直观可视化功能，能够完整、精确输出山东电网节点信息，有效提升了电网规划和工程可行性研究设计工作的准确性，极大地提高了设计人员的工作效率。

1 系统设计概述

1.1 开发平台

软件的主要功能使用C#.net开发。

1.2 绘图模块

软件的绘图模块使用CAD作为图形绘制后台，CAD中的绝大部分功能将向用户开放使用。同时对Google earth坐标系、80坐标系等多种坐标系进行支持。

1.3 数据模块

数据模块使用Office作为数据存储与展示平台，用户可将系统计算结果等导出至Word或Excel中。后期将与文本系统结合，向规划文本提供原始数据，主要为文本系统提供电网的工程前期数据，设计资料与设备的基本情况等信息，如变电站的投产时间，电气主接线型式、备用间隔数量，电网中线路的长度和型号等。

1.4 界面模块

系统界面的设计采用新的AutoCAD 2011页卡菜单样式，这种样式能够将系统的功能完全展现给用户，在操作上使用户有舒适感。同时由于功能基本由菜单栏展示，为用户提供更大的绘图区。这样能够用有限的空间展示更多的操作与图形，如图1所示。

图1 表现层结构设计

2 系统录入设计

2.1 总原则

在录入过程中，尽量减少录入操作次数，降低工作量。同时减少用户的菜单操作次数，提供简单的快捷键录入过程，提升录入速度。在这个基础上会加入一些智能化的操作，用户在进行录入的过程中，系统会对使用频率较高的电气元件进行处理，如元件模型放置在较为明显的位置，方便录入。

2.2 电网录入流程

目前可以提供两种电网图录入的方法，一种是用工箱中提供的元件直接进行录入，另一种是将已有的CAD电网图快速的转换为系统识别的电网图，如图2所示。

图2 电网录入流程图

2.3 录入操作步骤

1）在元件工具箱中选择要录入的元件，鼠标变为所选元件形状的虚线框。

2）移动鼠标到需要录入的位置，若没有开启捕捉功能或没有捕捉到，就在鼠标单击的位置直接生成相应的元件；若捕捉到元件就在该元件上生成需要录入的元件，如果捕捉到的是节点，则将元件连接在节点上。

3）一个元件录入完成后可以继续该元件的录入，可以多次录入直到按ESC键，或其他结束录入功能键后（空格键）结束录入。

2.4 CAD图转换操作步骤

1）加载一张CAD背景图。

2）将背景图层的可操作功能打开。

3）选择要转换的CAD图形，可以是一个或多个元件图形。

4）在窗体左侧的属性工具箱中设置元件类型，选择元件型号。

5）若要转换成“新建线路”类型，则需要选择所属变电站、线路型号，可以修改线路名称，按选择的线路型号，在线层中绘制元件，将背景图转换的线路元件转入“已处理”图层。用户也可手动选择线路的始末端点。

2.5 图形转换注意事项

1）图形转换需要按照一定的顺序，用户首先将变电站转换为系统元件，之后转换线路，最后转换线路上的相关元件，此流程确保了图形转换的拓扑关系的形成。

2）通过加载背景图，将一张CAD电网图加载到系统中，在“CAD背景”图层中。

3）将背景图转换的元件转入“已处理”图层，此图层为隐藏图层。

4）电网图主要由变电站和线路组成，线路包括与变电站相连的线路及这些线路上的所有元件。

5）增加随线选择功能，用户在录入图型时，需要选择背景图中的元件。为方便选择，用户可以先将线路进行转换，在通过随线选择功能将所选线路周围的电气元件进行选择。用户再通过反选选择元件。

6）图形转换时，系统会提供转换向导，帮助用户完成转换。

3 系统修改设计

用户在录入完成后，需要对图形进行修改，系统会将CAD的主要修改功能向用户开放。图形修改功能是由CAD的原有功能与系统提供的修改功能组成的，CAD原有的功能经过封装与再开发形成新的功能提供给用户，在图形修改的操作上尽量使用户没有陌生感。这里主要包括图形修改与属性修改，如图3所示。

图3 修改操作组成

在修改过程中，尽量减少用户的确认次数，尽量做到自动校验，自动保存的修改方式，减少用户的点击操作次数。

3.1 图形修改（不涉及电气属性）

此部分主要为CAD的固有操作，用于修改图形中的非电气元件，如移动图框、移动背景图等。同时此部分涉及少量的电气元件的修改操作，其中如元件大小调整（线路为粗细调整）、旋转元件、出线等分排列等。

3.2 图形修改（涉及电气属性）

此部分图形修改主要为涉及到电气元件的属性变化，如将一段线路拉长，则线路的长度将发生变化；将线路的节点进行移动后，会对线路的首末端点发生影响。这里主要为电气元件的修改操作。

用户首先选择需要进行的修改操作，这时光标变为相应的样式，用户选择需要修改的元件，进行相应的操作。

用户在修改图形时，图形的部分属性会随修改而自动改变，如用户将线路的起始点移动到一段母线上时，线路的起始点属性将自动填加所连母线名称等。

用户也可直接修改元件的属性值，图形元件也将随属性的修改而改变，如用户改变线路的起始点属性，准确填写起始点名称，线路可自动连接起始点。

3.3 属性修改

用户录入元件后，可根据需要修改各元件的属性。这里用户可进行批量修改或单独修改，修改流程如图4所示。

图4 属性修改流程

用户在修改属性时，其操作与CAD相同。用户在元件的属性栏中直接修改属性，元件会随其属性的修改而改变，为即改即生效，无需按键确认。用户可通选择多个元件进行更改，此时属性栏中显示其共有属性。用户可通过导出功能将元件属性导出至Excel，也可将导出至Excel中编辑完成的属性导回至系统。

用户修改元件的属性方法分为选择法与填写法。对于一些已经预置了部分属性项的属性信息用户可通过下拉菜单的形式选择修改属性，如线路线型等；对于一些无法预置的属性，用户可手动填写进行修改，如线路长度、名称等。

4 辅助功能设计

系统的功能设计主要本着使用方便、功能实用的设计思想进行设计。系统将会给用户提供很多有用的功能，如主题图，属性导入等，下面对部分辅助功能做简单说明。

4.1 原始图的处理

用户收集的原始接线图中可能含有很多不必要的元件，如线路上有大量的杆塔元件，这时系统要提供批量处理功能，将塔杆等元件进行删除并将线路整合在一起等。原始图处理中主要包括如下内容：

1）删杆连线。

2）批量修改元件样式。

3）元件类型转换。

4）批量删除多余元件，此涉及到删除后要维护拓扑关系。

具体功能可根据设计人员的实际经验提出，尽量方便将用户提供的原始图转换为系统易于处理的图形。

4.2 分割合并

用户可以将一大块电网按分区进行分割，多人录入完成后，对电网进行合并，增加录入速度。

4.3 图符管理器

系统提供给用户图符管理器，用户可预设多种图符集，在打印时根据选择的图符集进行元件样式替换并打印。

4.4 图层管理器

除CAD自带图形管理器外，系统提供给用户一个辅助图层管理器，用户可按电压等级设置图层，系统会将相应的元件放置在相应的图层中，这样用户不但能通过CAD图层选择元件，还能够通过电压等级对元件进行批量选择。

此辅助图层管理器，允许用户能够自定义其需要的用于划分的图层类型，但其类型必须是元件的共有属性，如分区、电压等级、所属变电站等。可以同时自定义多个辅助图层，用于用户进行多重筛选。

4.5 批量修改

系统提供用户可进行批量修改电气元件的功能，用户可在元件列表中选择需要修改的元件，系统会给出元件的公有属性，用户可以更改。

4.6 数据录入校验

用户在录入数据的时候，系统会对需要录入的数据进行校验，如出现非正常数据，系统会提示用户错误数据，同时给出错误数据影响的范围。

4.7 自动保存

系统会对用户录入的数据进行实时保存，防止死机或断电造成数据丢失。

4.8 常用元件添加

系统会统计用户对各种元件的使用次数，会自动将比较常用的元件添加到常用元件工具箱中，各元件的型号等具有特定内容的属性自参数库根据使用频率默认自动添加，并可修改。

4.9 自定义设备型号

用户可自定义设备型号，同时定义该型号的各种参数，满足系统的成长性。

4.10 自动生成标注

系统提供功能使能够自动生成线路标注，其标注形式可由用户确定，初期标注可能无法自动识别空闲位置进行标注。后期将对其进行自动排布标注信息。

5 结论

山东电网数据文档存储的原有方式是将每个输变电工程可研资料逐个存储，要求设计人员熟悉过往所有输变电工程，才能提取出完整的变电站信息。该存储方法，设计人员提取信息费时、耗力，且易疏漏，严重影响了设计人员的工作效率和工作的准确性。

本课题设计和研究的山东电网数据集成平台将电网数据以变电站、线路为单元整合到一张图上，实现电网资源的可视化展现，具有数据库管理功能，能够直观、完整、精确输出山东电网节点信息。将设计人员提取单个变电站信息的时间由4h缩减至1 min，有效地提升了设计人员获取信息的完整性和准确性，极大地提高了工作效率，实现管理模式的创新，具有很强的实际应用价值。

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