浅谈GIS 的电网规划系统设计与实现

浅谈GIS 的电网规划系统设计与实现
摘要：本文根据作者多年工作经验，对电网规划设计与实际工作的实现进行了相关探讨，并提出一些见解，仅供参考。

关键词：电网规划; GIS; 版本管理; 规划平台; 图层管理
1 目前电网规划的现状及问题
科学合理地进行电网规划是确保电力系统安全的依据。

随着科学技术的不断发展，为了使电力系统获取较高的社会与经济效益，将人工智能和GIS 技术相结合并引入电网规划管理系统中是电力系统日后不断前进的方向。

目前，我国许多电力公司与调度中心广泛采用了GIS 系统，并且还展开了一系列的配电规划，如对城市和农村的配电规划、配网自动化，以及负荷预测等。

虽然基于GIS 的电网规划管理系统在我国高效开展，但电网规划依然存在某些局限：（1）由于电网规划人员和维护人员之间缺乏沟通，因此造成在规划过程忽略了某些实际问题；（2）由于电网管理系统的规划不仅涉及对自身信息的管理，还涉及对地理信息的勘测，以及图像处理和数据的统计与分析等等，因此常常使规划受到限制，影响电网的稳定性和预测的准确性。

2电网规划平台的系统需求及特点
本系统为江苏某电网公司的电网信息管理系统和电网规划分析工具，旨在提高电网发展规划的信息化水平和规划人员的工作效率。

根据需求分析，将系统特点概括为以下内容：
(1) 电网规划是一项有着明显区域性的问题，需要GIS 的地理信息支持，系统借助GIS系统直观图形化显示电网信息，浏览方便，有仿真效果。

(2) 由于规划过程可能涉及多个部门，规划的进展也可能包括分支和循环，系统设计采取相对开放的结构，支持多平台协同操作，并具有较好的扩展性和兼容性。

(3) 在系统中，无论是GIS 还是规划系统，都是数据数据密集型系统，需要科学的数据管理，即系统中的数据管理模块成为设计重点之一。

系统中，对多种类型的数据进行合理分组、索引，以便于查询和系统调用，系统中的数据包括空间地理信息数据，电网属性信息，系统控制和管理信息等。

对于电网信息数据，需按当前、在建、规划等不同阶段对数据进行分类，以在规划工作中予以区别，便于查询、编辑等操作。

(4) 电网规划是一个持续的过程：需要具有良好的电网信息数据的维护性能，为此，本系统引入图层数据的版本控制功能，保存规划过程中的变更信息，在需要的时候回溯到原来的数据。

(5) 系统提供高效、强大的查询功能，多种形式的查询方式；简洁高效录入功能，支持多种数据录入方式，包括可视化方式，不同精确度的数据录入等。

(6) 电网规划是一个复杂的系统工作，系统提供统计分析功能，即决策支持功能，方便与电网规划的各种算法结合，辅助规划及决策。

3 系统功能模块设计
2.1 系统功能结构设计
从架构角度提供系统开发支持，一般采用层次化的软件体系结构。

分层的体系结构可以避免系统部件的偶合，实现功能的分割与保护，提高系统开发的效率；可以降低系统的复杂性，增强系统的可扩展性、可重构性和可维护性。

通过对电网规划的需求特点的分析，考虑系统的实现环境，本文设计了基于GIS 的电网规划系统的分层体系结构。

本系统分为用户层、应用层和数据层 3 层。

用户层的主要功能是为电网规划用户提供友好的图形化界面及权限控制，应用层主要是提供各种应用服务，包括：电网属性信息与地理信息的查询和浏览、电网信息版本控制、电网图层管理、电网属性信息管理、地理信息管理、系统配置管理等，数据层为整个系统提供数据支持，GIS 分布在数据层。

系统采用客户端-服务器架构。

客户端系统使用VisualBasic作为开发工具，基于ESRI公司的地理信息系统组件MapObject2.0 进行二次开发，地理信息数据库访问组件采用ESRI 公司的ARC SDE。

后台数据库软件采用MicroSoft 公司的SQL Server。

系统的核心功能模块如图1 所示。

2.2 电网要素、属性和接线图管理
在ARC SDE 地理信息数据库中，支持 3 种类型的地理数据：点要素、线要素、面要素。

对于本系统中的电网信息数据，发电厂和变电站由点要素表示，电网线路由线要素表示。

在地理信息数据库中同存储的还有相关行政区域的地理信息，包括行政区划、公路、桥梁等诸多相关地理信息数据。

系统中设计了对电网要素的属性信息的管理功能，包括浏览、查找、增加、编辑、删除等操作。

电网要数的属性信息，主要存储在地理信息数据库自带的对象属性表中。

变电站属性数据结构：名称、类型、容量、台数、位置、资产归属等。

线路属性数据结构：起点、终点、电压等级、编号、型号、长度、资产归属等。

系统中设计了对发电厂和变电站的接线图管理，包括接线图浏览、配置等功能。

由于ARCSDE支持多种类型的图层，发电厂和变电站的设备图和接线图图层为CAD格式的图层，所以将接线图也存储在地理信息数据库中，不用附加多余组件，便于数据管理。

为接线图图层建立索引表，与电网要素属性表关联，每
一个电网要素对应一个或多个接线图图层。

2.3 电网图层管理
本模块是系统的基础模块，主要通过图层数据索引表，管理通过SDE 存储的图层，并通过版本索引机制对地理信息图层进行版本管理。

在数据库中，空间地理信息以图层形式存储，每一图层包括一种类型的空间地理数据，可以表示一组相对独立的地理信息数据。

但数据库中的图层间并没有合理的组织结构，在电网规划过程中，能否将诸多电网信息图层合理，科学的组织起来，直接影响到此系统的可用性和有效性。

在本系统中，图层分为 3 类，分别为：
(1) 电网信息数据(发电厂、变电站、线路等)；
(2) 相关省市的，地理信息数据，如行政区划、城市道路、城市建筑等；
(3) 变电站及发电厂接线图信息。

为了更合理高效的组织这些图层，便于管理，系统设计了如下的图层管理体系：电网信息数据，分为 5 个类别：运行电网、在建电网、近期规划电网、中期规划电网、远期规划电网。

每一类别里都存储 3 种类型的电网要素信息：发电厂(以点要素表示)、变电站(以点要素示)、电网线路(以线型要素表示)。

并对每个类型，管理其数据的多版本。

结构如图 2 所示。

2.4 电网信息的版本管理
本系统引入了对电网信息的版本控制功能。

由于系统是面向规划，而规划的过程一般是较长期的，伴随着频繁改动。

在一般的电网规划系统中，某一图层的只保留修改之后的最终数据，然而在规划过程中，某些中间过程的信息往往也具有重要意义。

本系统提供的图层版本控制功能，可保留规划过程中的历史版本的电网信息，更改后数据不会丢失。

在默认情况下，每一图层均为只读。

系统提供“检出”、“提交”、“撤销检出”等操作，“检出”操作将图层设成可写状态，工作人员在图层的检出状态下进行操过，记录规划的重要信息。

“提交”操作会将修改后的图层保存为一个副本，保存到数据库中，即为该图层增加一个版本，这样，并不会让原有数据丢失。

当然在对所做的修改不满意时，只要使用“撤销检出”操作就可以将数据恢复检出之前的
状态。

系统内部在数据库中建立索引，自动管理图层的版本，并不需要额外操作，只有在需要时将旧的版本读出，或恢复到某一旧的版本数据，实现数据的安全管理。

电网图层版本控制流程如图 3 所示。

2.5 查询与浏览功能设计
2.5.1 浏览模块
系统的浏览模块包括地理信息浏览和接线图浏览。

地理信息浏览：浏览数据时，可选择性将需要的图层加载到当前系统中，系统具有一般地理信息系统具有的放大、缩小、平铺、鹰眼等浏览功能。

还具有查询电网要素相关属性及接线图的功能。

接线图浏览：在电网规划过程中，相关技术人员除了要查询浏览电网相关地理信息，还能配合参考变电站和发电厂的内部配置情况，如，在系统的地图浏览过程中，鼠标选择变电站标记时可由选择菜单打开相关接线图浏览。

还可以选择显示与当前站点相联的上级输电线路和下级输电线路。

2.5.2 查询模块
系统内置了多种查询检索的方法进行信息查询以提高效率和系统的可用性。

图上属性查询：当鼠标点击地图上的要素时，弹出窗口显示选中要素的所有相关属性。

关键字查询：可通过输入要素属性的关键字及设定范围等查询到相关的电网要素信息，地图可以自动移动放缩到查询结果对应的图形。

条件查询：通过与、或、非等多维条件的组合查询不同要素的属性信息。

空间选择查询：通过地图定位、点、线、多边形查询、固定区域选择等手段，查询输电网、变电站和输电网的信息，并进行相关的统计计算。

如在某一区域周围勾画多边形，系统将多边形内的选中的电网要素信息查询出，并可根据需要，对要素属性中的某些字段进行统计。

4 结语
在电网建设的过程中，电网规划是最主要的环节之一。

随着社会的不断发展，在新形势的驱使下，电网规划与管理出现新的问题和挑战。

总之，在目前新形势的推动下，电网规划管理系统的灵活高效应用是电力企业获取电力市场竞争力的主要方式。

基于GIS 的电网规划管理系统在经过功能和数据等方面的不断完善后，为电网日后的发展奠定了基础
参考文献：
［2］赵连明.基于GIS 的配电网管理系统拓扑建模与分析研究［D］. 武汉理工大学，2009
［3］唐保永.基于GIS 的电网规划管理系统的研究［D］.郑州大学，2009。