CN109344476B - 基于cim模型的配电网单线图线路分支结构生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法和装置，根据PMS2.0***CIM电网模型进行数据准备及预处理，通过深度优先，最大路径算法，并结合业务特征，计算站房类设备内部主分支以及分支层次结构，再计算单线图主分支以及分支层次结构，从而构建完整的拓扑结构。

Description

基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及配电网单线图绘制领域，尤其涉及一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法和装置。

背景技术

配电网是电力***中的一个重要组成部分，通常由配电变电所、开关类设备、负荷和配电线路等设备组成，具有设备类型多、数量大、结构复杂以及动态变化等特点。配电网线路发生故障突然停电，通常会造成人身伤亡或引起设备严重损坏且难以修复，将给国民经济造成重大损失。为了提高配电网线路的用电可靠性、可控性，降低国民财产以及人身损失，需要高效地对配电网的线路进行监控和展示。

配电网单线图是对配电线路拓扑图形化展示的一种常用方法。随着配网***的不断扩大、升级和改造，配电网线路每一次变动都可能需要及时修改相关的单线图。传统的单线图由专业的技术人员在图纸上手工绘制或者利用电力相关的辅助绘图软件手动绘制而成，存在绘制成本高昂，效率较低，而且容易出错，导致实效性低、可重用性差的不足。

因此，对于现有技术中存在的绘制成本高昂，效率较低、实效性低、可重用性差的问题，仍需设计一种具有针对性的配电网线路自动绘制算法来实现实时的单线图自动绘制，来提高工作效率、降低运营成本，并提高线路图形数据的准确性、可用性和有效性。

发明内容

本发明实施例中提供了一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法、装置及终端设备，基于国家电网设备运维精益管理***的CIM电网模型，通过算法自主遍历线路拓扑结构，为基于CIM模型的配电网单线图自动布局算法生成具有层次关系的线路分支对象。

第一方面，提供了一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法，该方法包括以下步骤：

获取配电网线路的设备模型数据，并对设备模型数据进行预处理，生成设备拓扑结构；

基于设备拓扑结构，计算站内电网设备的内部主分支结构；

利用设备内部主分支结构，计算整条线路的分支结构。

第二方面，提供了一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成装置，该装置包括：处理器和存储器，所述存储器，用于存储程序代码；所述处理器，用于读取所述存储器中存储的程序代码，并执行基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法。

第三方面，提供了一种终端设备，包括：基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成装置，还包括基于国家电网设备运维精益管理***；基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成装置与基于国家电网设备运维精益管理***的图模接口连接。

与现有技术相比，本发明获取线路模型，进行模型分析及校验，自动分析配网线路的设备模型正确性及设备拓扑的连通性，确定各级主从分支，生成逐级相连的分支拓扑结构，采用配网单线图布局算法以分支拓扑为基础，对设备对象进行逻辑定位，具有模型自动校验、效率高、准确率高的特点，大大的降低了人工劳动强度，避免重复建设以及图模数据的不一致性，进而提高运营的经济性和图模数据的可信性，为分析和提高配网运行的可靠性、安全性提供可视化数据，为营配调一体化的各类业务***提供统一的图形基础数据。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一公开的基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法流程图；

图2是本发明实施例一公开的站内电网设备的内部主分支结构计算方法流程图；

图3是单点至所有叶节点分支生成方法流程图；

图4是分支层次结构生成方法流程图；

图5是本发明实施例二公开的基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法流程图；

图6是典型的单线图以及设备示例图；

图7是本发明实施例二公开的基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

相关的名词术语：

(a)端子：对应配电网实体设备的接线点。通过端子间的连接关系，可以构建设备间的拓扑结构。对应算法中IDevicePort数据模型。

(b)设备模型：符合CIM电网模型定义的设备信息模型。定义设备的ID、名称、端子、状态(设备的异动状态，如新增、删除、切入和切出等)以及其他业务信息等。对应算法中IDevicePoint数据模型。

(c)连接点：定义端子连接关系的一种数据模型，包含多个端子及其相应的状态。同一个连接点内的端子是互连的。对应算法中IConnectivityNode数据模型。

(d)线路分支：由多个配电网设备经其设备端子串联而形成的无分叉的逻辑设备链。对应算法中的IBarch数据类型。

(e)线路主分支：单线图中设备布局的基准。确定线路主分支时，可采取多种规则：例如由模型指定主分支；双电源站房线路模型中，以连接双电源站房的分支作为主分支；切合当前的显示习惯，可以将变电站为其起点的最长分支作为主分支；也可以认为以变电站为起点，包含环网柜设备最多的分支为主分支等。如何确定主分支，可根据具体的业务需要来灵活定制。

(f)分支长度：分支中设备的逻辑数量。为了灵活确定分支的长度，某些配网设备并不计入长度，例如导线段类设备、接头类设备(电缆终端头、出线点等)以及算法创建的虚拟设备等，这几类设备默认长度权重为0，其他设备计入分支长度默认权重为1。设备的长度权重可动态配置，以便根据需要决定分支长度。设备权重由IDevicePoint对象的Branches属性确定。

(h)PMS2.0：基于国家电网设备(资产)运维精益管理***。

(i)CIM电网模型：公共信息模型，Common Information Model。

传统的单线图由专业的技术人员在图纸上手工绘制或者利用电力相关的辅助绘图软件手动绘制而成，绘制成本高昂，效率较低，而且容易出错，导致实效性低、可重用性差。

针对该种情况，本发明实施例一提供一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法,将生成的分支结构数据将作为自动布局算法的设备拓扑结构输入。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101，获取模型数据。

本发明通过PMS2.0的图模接口，获取模型数据。

S102，对模型进行分析及校验，生成设备拓扑结构。

根据业务规则，自动校验配网线路的设备模型数据正确性，移除并记录异常模型数据，生成设备拓扑结构，分析设备拓扑结构的连通性。

S103，基于设备拓扑结构，计算站内电网设备的内部主分支结构。

如图2所示，所述站内电网设备的内部主分支结构的计算方法具体为：

S1031，获取所有站内电网设备对象集合。

S1032，根据外联设备端子，创建虚拟站内端子并与站外设备建立连接关系，断开原外联设备端子与站外设备的连接关系。

S1033，判断站内电网设备是否包含母线；

S1034，若包含母线，则首先建立两个端点母线设备对象：母线ID_START、母线ID_END；根据直联母线的设备数n，建立n个母线设备对象母线ID_TEMP_1,...ID_TEMP_n；建立n+2个母线设备对象之间的连接；以每一个母线设备对象为拓扑起点，采用主分支构建方法计算相应的主分支结构，进入步骤1037；

S1035，若不包含母线，循环以站内任意一设备作为起点，采用主分支构建方法计算以此设备为起点的主分支；

判断是否还有未遍历的站房内设备，若有未遍历设备，则以未遍历设备为起点，计算以此设备作为起点的主分支，选取较长的主分支作为临时的站房主分支，直至遍历完所有站房内设备，选取路径最长的主分支作为站内设备的主分支。

S1036，依次顺序采用主分支构建方法计算主分支上各设备的子分支结构。

S104，计算整条线路的分支结构。

如图3所示，所述整条线路的分支结构的计算方法为：

S1041，创建线路分支结构计算环境：创建IBarch对象。

S1042，确定线路主分支，判断是否存在业务指定的主分支，若指定了主分支，则转入步骤S1045；若不存在，判断线路是否存在变电站，若存在，则进入步骤S1043，若不存在，则进入步骤S1044。

S1043，采用主分支构建方法，计算变电站到所有拓扑叶节点设备的路径，选取所有路径中最长路径作为主分支，则进入步骤S1045；

S1044，以任意设备为起点，采用主分支构建方法计算以此设备为起点的主分支，并临时设定为线路主分支；若未遍历完所有设备节点，则以未遍历节点为起点，采用主分支构建方法计算以此设备为起点的主分支，将所有主分支比较，选取较长的主分支为线路主分支，则进入步骤S1045；

S1045，确定线路主分支后，依次遍历主分支上的各节点，采用主分支构建方法计算线路主分支上各节点为起点的分支结构，直至遍历完所有线路主分支节点，如图4所示；

S1046，将线路主分支信息添加到各设备的分支信息中。

图5是本发明实施例二提供的基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法。以图6所示的站房内设备为例，图2所示的方法包括以下步骤：

S201，图模接口获取模型数据，并对其进行预处理。

所述步骤S201的具体实现方式如下所示：

S2011，模型数据获取：由图模接口从PMS2.0***获取符合CIM电网模型规范的线路模型数据。

S2012，模型数据校验：根据线路模型中设备的类型信息，生成相应的站房类设备实例对象，并进行模型数据校验。对不符合模型构建必要条件的模型数据予以剔除。

S2013，设备拓扑结构建立以及连通性检测：根据模型中的连接点信息，建立设备间的连接关系，构建设备拓扑结构。以拓扑顶层设备变电站起点，对拓扑结构进行连通性检测，移除拓扑孤岛。

对于无端子设备根据算法需要予以处理。例如杆塔设备、电缆头设备等，虽然与设备无直接连接，但如果其附属的连接点属于拓扑主岛，则不应该将其移除，除非其附属的连接点位于拓扑孤岛。

数据预处理完毕后，将会得到一个无孤立设备的连通的设备拓扑结构，接下来将开始建立站房内设备的分支结构。

S202，计算站房内设备内部主分支结构。

站房作为一种容器类设备，包含多种不同类型的电网设备。从站房是否包含母线来分，可分为两类：含母线的站房和不包含母线的站房。对于含母线的站房，通常由母线以及多条T接到母线的同向分支构成。对于不含母线的站房，则是由连通的站房内设备拓扑构成的，分支结构以站房内最长的端到端设备链为主分支，并据此逐级计算子分支。从单线图制图的业务角度看，站房内设备的布局方式与普通设备也是不同的，参见附图3。

S2021，计算包含母线的站房内设备内部主分支结构。

以母线为起点，根据直连母线的设备，首先拆分母线形成多个互联的母线设备。针对每个母线设备对象，通过主分支构建方法，计算出以拆分的母线设备为起点的主分支，然后逐级计算每一个分支的分支结构。

所述主分支构建方法为：

(1)初始化起点设备、起点设备所连接的设备集合、已访问设备集合和未访问设备集合。

(2)确定要计算的起点设备以及环境变量，判断是否计算完成。

(2-1)构建起点设备所连接的且不在已访问设备集合中的设备集合N；

(2-2)若设备集合N为空，则说明起点设备为拓扑叶节点，则创建IBarch对象childrenBarch，并将起点设备添加到childrenBarch对象中，进入步骤(2-5)；

(2-3)若设备集合N不为空，则将集合N中的设备添加到未访问设备集合中；

(2-4)遍历未访问设备集合中的设备，以未访问设备集合中的设备为起点，转到步骤(2-1)；

(2-5)IBarch对象是否包含本层的访问设备，若未包含则将其添加到IBarch对象中，转到步骤(2-1)。

(3)将起点设备添加到所有返回的IBarch对象中，选取所有IBarch对象中最长的路径作为起点设备的主分支。

S2022，计算不包含母线的站房内设备内部主分支结构。

以站房内的设备作为输入，以每个设备作为起点设备计算所有可能路径，并根据主分支确定规则找出主分支。以该主分支为基础，递归生成各级子分支。

基于站房设备的特点，同时为了简化分支计算的复杂程度，在完成站房设备内部分支结构计算后，算法在计算整条线路的分支结构时，会将站房及其内部设备组合为一个单一设备参与到线路的分支结构计算。为保持原有的连接关系，创建虚拟的站房端子来与外部设备建立连接，虚拟站房端子与站房中的外连端子一一对应。

S203：计算线路分支结构。

完成站房内设备内部分支结构计算后，将对整条线路的分支结构进行计算。首先是对主分支的确定，这是线路分支结构计算的基础。

如此前线路主分支说明，线路主分支有多种确定方法。若不指定线路主分支，则可根据线路是否包含变电站，分为包含变电站和不包含变电站两种情况。对于包含变电站的线路，以线路模型中的变电站设备为起点设备，遍历变电站到所有拓扑叶节点设备的路径，选取一条路径长度最长的作为主线。对于不包含变电站的线路，则计算每一个设备到其他拓扑叶节点设备的路径，所有路径中选取其最长的路径，作为线路主分支。路径的长度，由路径上所有设备的Branches属性值之和确定。

在确定了主分支后，以主分支上的设备作为起始接点，递归逐层计算相应的次级主分支，并最终计算完成整条线路的分支结构。

至此，站房内部分支结构以及线路分支结构计算完毕。

本发明实施例提供具有基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法功能的终端设备。该终端设备包括主处理器，主处理器作为执行计算电力***单线图的连接线路径的执行部件来执行上述实施例一至实施例二中所述的方法，具体实施过程参见实施例一至实施例二不再赘述。

该终端设备包括还包括基于国家电网设备运维精益管理***PMS2.0，主处理器与PMS2.0的图模接口连接，获取模型数据。

图7是本发明实施例三公开的基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成装置的结构示意图。图7所示的装置可以作为主处理器应用在终端设备中。如图7所示，该装置300，其结构可包括：至少一个处理器(processor)301、内存(memory)302、***设备接口(peripheral interface)303、输入/输出子***(I/O subsystem)304、电力线路305和通信线路306。

在图5中，箭头表示能进行计算机***的构成要素间的通信和数据传送，且其可利用高速串行总线(high-speed serial bus)、并行总线(parallel bus)、存储区域网络(SAN，Storage Area Network)和/或其他适当的通信技术而实现。

内存302可包括操作***312和生成基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构例程322。例如，内存302可包括高速随机存取存储器(high-speed random access memory)、磁盘、静态随机存取存储器(SPAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、只读存储器(ROM)、闪存或非挥发性内存。内存302可存储用于操作***312和生成基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构例程322的程序编码，也就是说可包括装置300的动作所需的软件模块、指令集架构或其之外的多种数据。此时，处理器301或***设备接口306等其他控制器与内存702的存取可通过处理器301进行控制。

***设备接口303可将装置300的输入和/或输出***设备与处理器301和内存302相结合。并且，输入/输出子***304可将多种输入/输出***设备与***设备接口306相结合。例如，输入/输出子***304可包括显示器、键盘、鼠标、打印机或根据需要用于将照相机、各种传感器等***设备与***设备接口303相结合的控制器。输入/输出***也可不经过输入/输出子***304而与***设备接口303相结合，即红外触控发射电路及红外触控接收电路也可不经过输入/输出子***304而与***设备接口303相结合。

电力线路305可向终端设备的电路元件的全部或部分供给电力。例如，电力线路305可包括如电力管理***、电池或交流(AC)之一个以上的电源、充电***、电源故障检测电路(power failure detection circuit)、电力变换器或逆变器、电力状态标记符或用于电力生成、管理、分配的任意其他电路元件。

通信线路306可利用至少一个接口与其他计算机***进行通信，如与遥控控制***进行通信。

处理器301通过施行存储在内存302中的软件模块或指令集架构可执行装置300的多种功能且处理数据。也就是说，处理器301通过执行基本的算术、逻辑以及计算机***的输入/输出演算，可构成为处理计算机程序的命令。

处理器301构成为用于执行上述方法部分所述的生成基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构的方法。

图7的实施例仅是装置300的一个示例，处理装置300可具有如下结构或配置：省略图7所示的部分电路元件，或进一步具备图7中未图示之追加的电路元件，或结合两个以上的电路元件。例如，用于移动环境的通信终端的计算机***除了图7所示的电路元件之外，还可进一步包括传感器等，且在通信线路306中也可包括用于多种通信方式(WiFi、6G、LTE、Bluetooth、NFC、Zigbee等)的RF通信的电路。可包含在装置300中的电路元件可由包括一个以上的信号处理或应用程序所特殊化的集成电路的硬件、软件或硬件和软件两者的组合而实现。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法，其特征是，包括以下步骤：

获取配电网线路的设备模型数据，并对设备模型数据进行预处理，生成设备拓扑结构；

基于设备拓扑结构，计算站内电网设备的内部主分支结构；

利用设备内部主分支结构，计算整条线路的分支结构；

所述对设备模型数据进行预处理的步骤包括：

根据配电网线路的设备模型中设备的类型信息，生成相应的电网设备实例对象，并检验模型数据的正确性，剔除不符合模型构建必要条件的模型数据；

根据配电网线路的设备模型中连接点信息，建立电网设备间的连接关系，构建设备拓扑结构；

检测设备拓扑结构的连通性，移除拓扑孤岛；

所述站内电网设备的内部主分支结构的计算方法为：

获取所有站内设备对象集合，创建虚拟站内端子并与站外设备建立连接关系；

判断站内设备是否包含母线，计算对包含母线的设备和不包含母线的设备的内部主分支结构；

所述包含母线的设备的内部主分支结构计算方法为：

以母线为起点，拆分母线形成多个互联的母线设备；以每个母线设备为拓扑起点，采用主分支构建方法，计算出母线设备的主分支，然后逐级采用主分支构建方法计算每一个主分支上各设备的子分支结构；

所述不包含母线的设备的内部主分支结构计算方法为：

以站内任一设备作为起点，计算以此设备为起点的主分支，依次遍历，计算所有设备的主分支，选取最长的主分支作为设备主分支，以该主分支为基础，采用主分支构建方法计算主分支上各设备的子分支结构；

所述整条线路的分支结构的计算方法为：

确定线路的主分支，依次遍历主分支上的各节点，以主分支上的各节点作为起始节点，采用主分支构建方法计算线路主分支上各节点为起点的分支结构，直至遍历完线路主分支所有节点，最终计算完成整条线路的分支结构；

所述线路的主分支确定方法为：

对于包含变电站的线路，以线路模型中的变电站设备为起点设备，采用主分支构建方法计算变电站到所有拓扑叶节点设备的路径，选取一条路径长度最长的路径作为线路主分支；

对于不包含变电站的线路，则采用主分支构建方法计算每一个设备到其他拓扑叶节点设备的路径，从所有路径中选取最长的路径，作为线路主分支。

2.根据权利要求1所述的基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成方法，其特征是，所述主分支构建方法为：

（1）构建起点设备所连接的且不在已访问设备集合中的设备集合N；

（2）若设备集合N不为空，则将集合N中的设备添加到未访问设备集合中；遍历未访问设备集合中的设备，以未访问设备集合中的设备为起点，返回步骤（1）；

（3）若设备集合N为空，则说明起点设备为拓扑叶节点，则创建IBarch对象，并将起点设备添加到该对象中，判断IBarch对象是否包含本层的访问设备，若未包含则将其添加到IBarch对象中；

（3）将起点设备添加到所有返回的IBarch对象中，选取所有IBarch对象中最长的路径作为起点设备的主分支。

3.一种基于CIM模型的配电网单线图线路分支结构生成装置，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器，用于存储程序代码；所述处理器，用于读取所述存储器中存储的程序代码，并执行如权利要求1至2中任一项所述的方法。

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