一种配电图形化监测计算系统的制作方法

本发明涉及电力保障领域，具体涉及一种配电图形化监测计算系统。

背景技术：

配电自动化利用计算机技术、自动控制技术、现代电子技术、通信技术及网络技术，并使用高性能智能配电设备，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。

基于图形化的数据处理和管理，为配电提供了方便科学的管理手段，在此基础上同时对于馈线网络进行维护和优化，也是配电管理的重中之重。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种配电图形化监测计算系统，包括：图形显示处理装置、数据监控处理装置和馈线计算装置，其中。

所述图形显示处理装置用于。

a1.图形显示

图形显示处理装置启动后提供带坐标和比例尺的地理图，用户对地理图内取景框进行移动、放大、缩小操作，主视窗内将显示操作后的部分地理图，能够对图上的各种对象进行多种处理。

a2.空间査询统计

1)空间査询。通过关系数据库将地理图、供电系统图及属性数据库信息联系起来，并能够对配电网中的图形信息和属性信息进行双向空间査询。

2)空间统计，对配电网中的信息进行多种方式的空间统计，包括按线路或区域任意范围统计出其中的设备、容量和负荷数据。

a3.图形数据管理

对图形数据可直接在地理图上增加或删除建筑物及街道等基础地理信息图形。

所述数据监控处理装置，用于。

b1.源数据获取。基于监控数据的数据监控处理装置从所述能量管理系统接入设备模型、监控数据、输变电在线监测信息、二次设备在线监测数据和电网及设备运行数据，从智能调度管理系统接入包括设备检修、设备故障、设备缺陷、设备台账的基础管理数据，从变电站获取设备模型、图形、监控信息点表、遥信遥测遥控历史数据等。

b2.数据集成。通过数据采集、数据转换、数据装载三个阶段完成各系统数据集成,实现监测管理的数据导入。

b3.平台层管理。所述平台层管理用于。

a.将下层数据表的复杂关联结构进行业务抽象，形成表达业务的统一逻辑视图。其中上层应用与底层的数据表连接解耦合，并通过访问逻辑视图进行业务操作。

b.将上层的访问请求，转化解析为底层的计算逻辑任务，分发计算任务，并收集计算结果反馈给上层服务。

c.配置底层数据在不同的计算引擎中的自动搬迁，以实现对数据访问和计算的加速。

b4.数据展示。通过大数据分析计算算法对设备监控运行数据、检修数据和缺陷数据进行深度挖掘，进行监控大数据关联分析，并对数据分析结果进行趋势性、时序性可视化展示。

所述馈线计算装置，用于。

c1.根据馈线邻接队列和区段队列处理所有岛形成计算网络。

c2.基于计算网络分阶段优化，输出计算结果。

优选地，所述主视窗内将显示操作后的部分地理图，能够对图上的各种对象进行多种处理，包括。

将各电压等级的配电线路图、线路上的各种设备图、单线图、电缆沟剖面图、配电站图、开关站图及基础地形图进行分层综合显示。其中图形信息具有疏密效果协同校正功能；图形元素、颜色可按性质分层自由选择、修改；字体、虚实线宽度具有多种选择；同时支持动态道路名和动态线路名，具有沿路跟踪功能，可对街道和线路进行全程浏览。

优选地，对于所述空间查询，查询的连接关系包括：配电站、配电室、变压器、架空线等；同时能够进行线路的连接关系辅助显示，在选中线路或设备后，将该线路或设备以下或以上连接的线路及设备显示出来，通过测量图上任意点间距离和任意多点间所围成的面积，为规划预算提供资料。

优选地，所述图形数据管理提供包括标准配电室、变压器、杆塔及其杆上设备、电缆沟剖面图的图形模块，供用户自由调用；图形编辑工具能够对配电站、配电室和变压器的图形数据和连接关系进行编辑，并可对照图形数据修改相应的属性数据库资料；对一次接线图和系统网络图能进行修改；地理图能自动转成电气图，在地理图上增删的设备在电气图上自动对应更新，同时在电气图或地理图上操作开关或分析时，两种图自动同步保持一致。

优选地，所述三个阶段，包括。

数据采集，将系统各模块相关数据根据其结构及类型进行提取。

数据转换，对数据格式、类型进行转换。

数据装载，把采集、转换后的数据按照预定的装载规则进行数据装载。同时对数据进行辨识处理，包括对数据的属性、解析规则和应用领域进行辨识。

优选地，所述根据馈线邻接队列和区段队列处理所有岛形成计算网络，包括以下步骤。

(1)获取由馈线及其联络线组成的计算馈线集。

(2)初始化馈线邻接队列和区段队列。

(3)计算馈线集潮流分布；统计各条馈线的总负载和转供裕度。

(4)取一条馈线，将馈线的所有主干线区段加入区段队列,将馈线的全部邻接馈线加入邻接队列。

(5)从区段队列中取一个区段，并将该取出的区段从区段队列中移去。

(6)断开所述取出的区段的下游边界开关，将由此构成的下游残余网络作为整个馈线的子集。

(7)搜索下游残余网络，得到网络中连接的全部联络开关和全部负荷点，将其分别存入开关结构数组和负荷结构数组,对开关结构数组进行排序，裕度由高到低。同时将该下游残余网络存入计算岛队列。

(8)从计算岛队列中取一个岛进行计算，如果所有的岛处理完毕，转(15)。

(9)从开关结构数组中依次取两个联络开关作为联络开关组合，计算最优断开分段开关。所述从开关结构数组中依次取两个联络开关作为联络开关组合，计算最优断开分段开关，包括：闭合所述联络开关组合，通过计算所述联络开关组合中两个联络开关的最优环流，确定对岛进行分裂的分段开关作为最优断开分段开关。

(10)如果没有可行的分段开关作为最优断开分段开关，则将联络开关组合从开关结构数组中移去，转(9)；如果全部联络开关循环完毕，转(12)；否则进入(11)。

(11)将找到的最优分段开关打开，分别对两个分裂岛进行潮流校验，如果没有越限和低电压存在，则停止搜索并利用该联络开关组合进行转供；或者还可以继续搜索其他的联络开关组合，最后比较转供指数，选取转供指数最高的开关组合作为最优转供路径，并记录该最优分段开关的id，转(15)。

(12)通过在打开分段开关时改变打开位置，计算转供指数，将分段开关记录到次优分段开关序列中。

(13)如果所有的开关结构数组循环完毕，则选择转供指数最高的分段开关作为次优分段开关。

(14)打开次优分段开关，形成两个新的岛，加入计算岛队列,将原有的岛移去，转(8)。

(15)输出由所有的岛组成的计算网络。

优选地，所述馈线计算还包括计算电网的中枢点，具体包括。

u1.初始化最小路数组；数组长度n=0。

u2.判断全部负荷点是否循环完毕，如果是则转u5，否则取一个负荷点。

u3.从负荷点开始向上回溯，一直到电源点为止。

u4.将负荷点的最小路加入到最小路数组，n自增1，转u2。

u5.得到全部负荷点的最小路集合，将最小路数组的所有路径进行转置，得到转置数组。

u6.在转置数组中循环最小路，从电源点开始，依次从转置数组中取每个最小路中的一个节点，并两两比较，判断节点编号是否相等，如果存在不相等的节点编号，则在最小路中，将所述不相等的节点编号中的前面相等节点组成的序列作为中枢点序列。

本发明的一种配电图形化监测计算系统，基于图形空间统计处理，获取源数据进行集成和平台配置展示，并能够基于馈线网络计算网损最优解，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。

附图说明

图1为本发明一种配电图形化监测计算系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种配电图形化监测计算系统，包括：图形显示处理装置、数据监控处理装置和馈线计算装置，其中。

所述图形显示处理装置用于。

a1.图形显示

图形显示处理装置启动后提供带坐标和比例尺的地理图，用户对地理图内取景框进行移动、放大、缩小操作，主视窗内将显示操作后的部分地理图，能够对图上的各种对象进行以下处理。

将各电压等级的配电线路图、线路上的各种设备图、单线图、电缆沟剖面图、配电站图、开关站图及基础地形图进行分层综合显示。其中图形信息具有疏密效果协同校正功能；图形元素、颜色可按性质分层自由选择、修改；字体、虚实线宽度具有多种选择；同时支持动态道路名和动态线路名，具有沿路跟踪功能，可对街道和线路进行全程浏览。

a2.空间査询统计

1)空间査询。通过关系数据库将地理图、供电系统图及属性数据库信息联系起来，并能够对配电网中的图形信息和属性信息进行双向空间査询。其中，查询的连接关系包括：配电站、配电室、变压器、架空线等；同时能够进行线路的连接关系辅助显示，在选中线路或设备后，将该线路或设备以下或以上连接的线路及设备显示出来，通过测量图上任意点间距离和任意多点间所围成的面积，为规划预算提供资料。

2)空间统计，对配电网中的信息进行多种方式的空间统计，包括按线路或区域任意范围统计出其中的设备、容量和负荷数据。

a3.图形数据管理

对图形数据可直接在地理图上增加或删除建筑物及街道等基础地理信息图形。提供包括标准配电室、变压器、杆塔及其杆上设备、电缆沟剖面图的图形模块，供用户自由调用；图形编辑工具能够对配电站、配电室和变压器的图形数据和连接关系进行编辑，并可对照图形数据修改相应的属性数据库资料；对一次接线图、系统网络图等能进行修改；地理图能自动转成电气图，在地理图上增删的设备在电气图上自动对应更新，同时在电气图或地理图上操作开关或分析时，两种图自动同步保持一致。

所述数据监控处理装置，用于。

b1.源数据获取。基于监控数据的数据监控处理装置从所述能量管理系统接入设备模型、监控数据、输变电在线监测信息、二次设备在线监测数据（录波数据）和电网及设备运行数据，从智能调度管理系统接入包括设备检修、设备故障、设备缺陷、设备台账的基础管理数据，从变电站获取设备模型、图形、监控信息点表、遥信遥测遥控历史数据等。

b2.数据集成。通过数据采集、数据转换、数据装载三个阶段完成各系统数据集成,实现监测管理的数据导入，具体包括。

数据采集，将系统各模块相关数据根据其结构及类型进行提取。

数据转换，对数据格式、类型进行转换。

数据装载，把采集、转换后的数据按照预定的装载规则进行数据装载。同时对数据进行辨识处理，包括对数据的属性、解析规则和应用领域进行辨识。

b3.平台层管理。所述平台层管理用于。

a.将下层数据表的复杂关联结构进行业务抽象，形成表达业务的统一逻辑视图。其中上层应用与底层的数据表连接解耦合，并通过访问逻辑视图进行业务操作。

b.将上层的访问请求，转化解析为底层的计算逻辑任务，分发计算任务，并收集计算结果反馈给上层服务。

c.配置底层数据在不同的计算引擎中的自动搬迁，以实现对数据访问和计算的加速。

平台层是一种通过软件在大数据平台上，对底层数据进行抽象和管理，对上层提供业务逻辑视图的技术实施方案。大数据分析底层容纳各种数据源的数据接入，数据表之间的连接关系复杂，而平台上层的应用专注业务逻辑，通常不必关心底层的数据表结构。此外大数据平台由于应用需求的不同，会配备不同的计算引擎，比如分布式计算平台计算能力强，但计算结果的实时性不好，多维分析引擎可进行实时或准实时的多维度计算，但计算容量受限。所以如何根据应用需求进行数据存储和计算的动态合理安排，是大数据平台有效运行的基础。

b4.数据展示。通过大数据分析计算算法对设备监控运行数据、检修数据和缺陷数据进行深度挖掘，进行监控大数据关联分析，并对数据分析结果进行趋势性、时序性可视化展示。

所述馈线计算装置，用于。

c1.根据馈线邻接队列和区段队列处理所有岛形成计算网络。

(1)获取由馈线及其联络线组成的计算馈线集。

(2)初始化馈线邻接队列和区段队列。

(3)计算馈线集潮流分布；统计各条馈线的总负载和转供裕度。

(4)取一条馈线，将馈线的所有主干线区段加入区段队列,将馈线的全部邻接馈线加入邻接队列。

(5)从区段队列中取一个区段，并将该取出的区段从区段队列中移去。

(6)断开所述取出的区段的下游边界开关，将由此构成的下游残余网络作为整个馈线的子集。

(7)搜索下游残余网络，得到网络中连接的全部联络开关和全部负荷点，将其分别存入开关结构数组和负荷结构数组,对开关结构数组进行排序，裕度由高到低。同时将该下游残余网络存入计算岛队列。

(8)从计算岛队列中取一个岛进行计算，如果所有的岛处理完毕，转(15)。

(9)从开关结构数组中依次取两个联络开关作为联络开关组合，计算最优断开分段开关。所述从开关结构数组中依次取两个联络开关作为联络开关组合，计算最优断开分段开关，包括：闭合所述联络开关组合，通过计算所述联络开关组合中两个联络开关的最优环流，确定对岛进行分裂的分段开关作为最优断开分段开关。

(10)如果没有可行的分段开关作为最优断开分段开关，则将联络开关组合从开关结构数组中移去，转(9)；如果全部联络开关循环完毕，转(12)；否则进入(11)。

(11)将找到的最优分段开关打开，分别对两个分裂岛进行潮流校验，如果没有越限和低电压存在，则停止搜索并利用该联络开关组合进行转供；或者还可以继续搜索其他的联络开关组合，最后比较转供指数，选取转供指数最高的开关组合作为最优转供路径，并记录该最优分段开关的id，转(15)。

(12)通过在打开分段开关时改变打开位置，计算转供指数，将分段开关记录到次优分段开关序列中。

(13)如果所有的开关结构数组循环完毕，则选择转供指数最高的分段开关作为次优分段开关。

(14)打开次优分段开关，形成两个新的岛，加入计算岛队列,将原有的岛移去，转(8)。

(15)输出由所有的岛组成的计算网络。

c2.基于计算网络分阶段优化，输出计算结果。

(16)基于计算馈线集计算馈线初始潮流，判断所述计算网络是否为电源点多于一个的环网，环形配电网则转(24)进行无功优化求解。

(17)从馈线集中取一条馈线，如果馈线段全部循环完毕，转(25)；否则设定最大运行方式计算。

(18)进入第一阶段优化。取馈线上所有的负荷点，计算负荷点功率因数。如果负荷点功率因数达不到预设范围，则对负荷点进行低压无功补偿量计算并将结果写入无功补偿结果数组。

(19)潮流计算，如果不存在电压越限，转(21),否则进入第二阶段优化。

(20)第二阶段优化。计算二次无功矩，或网损微增率。选取最大的无功矩进行补偿，计算补偿容量。

(21)取最小运行方式进行计算。

(22)计算潮流，判断是否存在无功倒送。

(23)如果存在无功倒送，降低无功补偿容量，转(22)；否则转(17)。

(24)进行无功优化求解。

(25)输出计算结果。

所述进行无功优化求解，包括。

s1.录入数据。进行动态电力拓扑模型的网络参数录入，包括节点信息和支路信息等；并进行实时遥测遥信量的录入，包括发电机节点有功无功出力值、负荷节点的有功无功负荷值和无功补偿节点的当前补偿值。

s2.计算初始潮流。进行优化前潮流、网损、电压合格率计算，确定电力系统初始运行状态。

s3.产生初始个体。调用随机函数在控制变量的上、下限范围之内随机产生一组种群。

s4.对种群中的每个个体进行潮流计算。进行迭代计算，求出每个个体的潮流结果以获得线路有功、无功潮流、各节点电压幅值、相角信息。

s5.计算适应函数值。根据潮流计算的结果，计算每个个体的适应函数值，其中，目标函数为使电网网损最小的函数，计算的适应度函数值越小，则对应的个体越接近最优解。

s6.评价选择优良个体。根据个体的适应函数值，计算个体的选择压力，采用排序法对个体的选择压力进行排序，选择压力小的预设多个个体进行保留。

s7.形成新一代个体。对被选中的个体进行更新操作，形成新一代个体。

所述更新操作为：子个体=n*父个体1+(1-n)*父个体2；其中n是一个比例因子，可由[0,1]上均匀分布的随机数产生，子个体即为新一代个体。

s8.判断是否满足收敛条件（例如达到最大更新次数）。如果满足则进行下一步，否则转s4继续。

s9.结果输出。将更新后保留的最优个体进行解码，将解码结果及网络潮流、网损结果一并输出。

优选地，所述馈线计算还包括计算电网的中枢点，所述计算电网的中枢点，可以在步骤c2之后进行，也可以与步骤c2同时进行，具体包括。

u1.初始化最小路数组；数组长度n=0。

u2.判断全部负荷点是否循环完毕，如果是则转u5，否则取一个负荷点。

u3.从负荷点开始向上回溯，一直到电源点为止。

u4.将负荷点的最小路加入到最小路数组，n自增1，转u2。

u5.得到全部负荷点的最小路集合，将最小路数组的所有路径进行转置，得到转置数组。

u6.在转置数组中循环最小路，从电源点开始，依次从转置数组中取每个最小路中的一个节点，并两两比较，判断节点编号是否相等，如果存在不相等的节点编号，则在最小路中，将所述不相等的节点编号中的前面相等节点组成的序列作为中枢点序列。

例如在存在两个负荷点10和12的情况下，对两个负荷点进行向上回溯，得到两条最小路{10,9,8,2}和{12,9,8,2}，其中节点2为电源点，此时最小路数组为[{10,9,8,2},{12,9,8,2}]，对最小路数组进行转置后的转置数组为[{2,8,9,10},{2,8.9,12}]，从电源点2开始，依次从每个最小路中取一个节点比较节点编号，发现第四个节点10和12的节点编号不相等，则将节点10和12的前面相等节点组成的序列{2,8,9}作为中枢点序列。

其中，上述图形显示处理装置、数据监控处理装置和馈线计算装置通过对应的进程和线程实现装置功能，各装置之间通过逻辑连接或电连接，各装置具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。

本发明的一种配电图形化监测计算系统，基于图形空间统计处理，获取源数据进行集成和平台配置展示，并能够基于馈线网络计算网损最优解，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。