WXRedian | CES电气 | 南京南瑞继保工程技术公司等卢才云、吉翔华等：面向T型接线的电网地理接线图自动成图技术研究及应用

随着电网规模不断扩大，电网地理接线图越来越复杂，其绘制、维护愈发困难，已成为电力调度自动化运维工作的一大难点。南京南瑞继保工程技术有限公司、广东电网有限责任公司东莞供电局的卢才云、吉翔华、齐磊、朱文、李祺威在2024年第7期《电气技术》上撰文，介绍一种基于电网全景模型，综合厂站范围指定、经纬度定位、T型接线（简称T接线）同步生成、多图层展示等多项技术的电网地理接线图自动成图方法，适用于各种级别和复杂度的电网。

该方法依托间隔容器模型，引入T接线同步生成技术，使成图完整性极大提升；根据电网设备电压等级不同，引入多图层技术，实现地理接线图不同电压等级设备的分图层展示，使成图效果显著加强；成图布局支持人工调整，且图模异动后不被自动复原，有效弥补了自动成图在局部处理时存在的不足。目前，该方法已在某地区电网的智能电网调度控制系统中实现首次应用。实践证明，该方法大幅降低了电网地理接线图在绘制及更新过程中的人力成本，具有广阔的推广前景。

电力系统的发展日新月异，电网结构的复杂程度越来越高。要确保电网的安全、稳定、经济运行，关键在于全面运用各类先进的自动化、精密化及智能化技术，系统性构建一个集约化、高效能的智能电网体系。电网地理接线图作为电网的“中枢神经”，除了显示各厂站地理位置信息外，还实时显示电力系统在某一稳态运行方式下电力网络各节点支路的功率分布情况，是电网调度员的重点监视对象，也是调整电网运行方式的重要依据，在电网的日常调度生产过程中，发挥着重要的作用。

电网的建设造成图模频繁异动，电网地理接线图维护难度加大，出错返工耗时增多。对于电网地理接线图自动成图，近年来已有不少相关研究，在一定程度上实现了自动化取代人工，减轻了系统运维压力。有文献介绍了一种复合地理信息系统（geographic information system, GIS）信息的电网接线图自动成图方法，它依赖公共信息模型（common information model, CIM）/E标准信息数据文件，但未见有CIM/E建模过程描述，自动成图整体流程完整性及实现效果未充分体现。

有文献提出一种通过地理位置组织电网电气信息、天气、气象灾害等多源关联信息的电网地图设计方案，将暴雨、暴雪、大风、山火、雷电等多种电网外部环境监视信息有效地投射到电网地理接线图上，该方法适用于大型网级调度系统，但其因地级调度系统缺少气象数据信息接入而实用性不高，且对复杂电网中因存在大量T型接线（简称T接线）线路及大山大河和城市电网设备密集度不同而带来的布局失衡问题的分析不足。有文献提出基于无向图的拓扑路径搜索及在拓扑路径搜索过程中计算电流方向的方法，有文献提出基于电力系统图形描述规范CIM/G的拓扑分析方法，这些方法为本文关于T接线的拓扑建模提供了参考。

参考上述研究，本文首先分析电网结构特点，然后基于电网全景模型，结合厂站范围指定、经纬度定位、T接线路同步生成、多图层展示等技术，实现电网地理接线图的全流程自动成图。

1 电网结构特点分析

不同地区的电网根据电网级别、地域分布、工业发展、经济总量、人口规模等因素不同，存在以下特征。

1.1 主干网电压等级不同

根据电压等级及管辖范围不同，电网分为网省级电网、地市级电网、县区级电网等。为了有效降低线路损耗，网省级电网常采用远距离、大容量、特高压方式进行电力输送，且分为交流输电和直流输电两种，主干网线路电压主要采用500kV及以上电压等级；地市级电网的电力输送距离相对较短，主干网电压等级以220kV、110kV为主，也包含少量500kV线路；县区级电网主干网电压等级则以110kV、35kV为主。

1.2 变电站（发电厂）密度不同

根据地域分布、工业发展、经济总量、人口规模等因素的不同，变电站（发电厂）分布密度有很大差异。城市电网中市区相对郊区人口密度大、商业发展繁华，变电站建设密度会比郊区大。受煤矿、水资源分布影响，靠近矿区或水资源丰富地区，发电厂建设相对比较密集。

1.3 网络结构复杂度不同

根据地区经济发展、电网规模等因素不同，电网复杂度差异较大。T接线路因接线简单、施工周期短及节约输电线路走廊用地等优势，被广泛应用于地市级与县区级电网建设中。然而，随着电网的发展，大量Π接线路在县区级电网中涌现，导致电网结构复杂度显著提升。而高电压等级输电对供电容量及供电可靠性要求高，变电站（发电厂）之间往往选择架设专用线路，很少采用T接线方式，电网结构复杂度相对较低。

2 地理接线图自动成图原理

要提高地理接线图成图的自动化、精确化及实用化水平，就要针对电网每一特征进行研究，并分别提出应对方案。如电网级别不同，要能指定参与地理接线图成图的变电站范围，结合厂站经纬度信息，精准计算出各厂站在画面中的坐标；变电站（发电厂）密度不同，要能支持对画面布局的人工调整，并确保该调整在以后的更新过程中不被复原；地、县级结构复杂电网则要实现T接线路和Π接线路的同步成图。

此外，城市电网设备密度大，画面局部区域显示过于密集，可以引入图层处理技术，支持根据厂站及线路电压等级的不同，自动将设备生成到对应电压等级图层，实现地理接线图不同电压等级设备的分层展示。

对于电网地理接线图的自动成图实现，本文方法在完成电网全景模型创建之后，成图过程包含“生成厂站地理分布”“生成T接点”“生成线路”“生成功率潮流”等多个自动化环节，其整体流程如图1所示。

图1 地理接线图自动成图流程

T接线的同步成图逻辑相对复杂，本文方法通过引入T接间隔容器，建立T接点，创建T接模型，然后分析模型中T接点、线路、厂站的连接关系，继而完成T接线路的同步成图。地理接线图T接线自动生成流程如图2所示。

图2 地理接线图T接线自动生成流程

电网潮流结构发生变化时，在对模型中厂站、线路等对象进行增、删、改操作后，就能自动触发地理接线图的同步更新。

2.1 生成厂站地理分布

确定需要参与地理接线图生成的变电站范围，并收集其经纬度信息，按照变电站“厂站名”“经度”“纬度”“厂站电压等级”四要素，制作变电站经纬度信息文件（csv格式）。变电站经纬度信息见表1。

表1 变电站经纬度信息

式（1）-（2）

2.2 生成T接点

当电网存在T接或Π接线路时，程序需要先生成T接点，后续流程会根据所有厂站及T接点自动生成线路。在生成T接点之前，需要先创建T接模型，将属于同一T接点的线路设备归集到同一间隔容器之下。

T接模型建好之后，程序根据T接间隔自动生成T接点及文字标签，其坐标根据T接线各侧常规厂站（非虚厂站、T接站）坐标计算求解。

T接点自动生成规则如下：

1）T接间隔仅有1条线路段且对侧是常规厂站时，T接点放在该厂站右侧指定距离位置。

2）T接间隔下有2条线路段且对侧是常规厂站时，T接点放在这两个厂站连线中间位置。

3）T接间隔下有3条或以上线路段且对侧是常规厂站时，T接点放在所有对侧厂站组成多边形的中心位置。

地理接线图元素生成示例如图3所示，其中图3（a）为T接间隔下有3条线路段且对侧是常规厂站时其T接点的生成效果。

图3 地理接线图元素生成示例

2.3 生成线路

线路作为变电站（发电厂）之间输送电能的一次设备，是地理接线图的关键组成元素，可以分为双端线路、T接线路和Π接线路。

对双端线路，在两侧变电站采用相同设备命名，程序识别到全景电网模型中有且只有2条同名线路段时，自动将其当作两个变电站之间的线路生成，并加入对应电压等级图层。双端线路生成效果如图3（b）所示。

对T接线路，首先要生成各侧厂站分布，然后再生成厂站与T接点之间的线路。对T接间隔下有3条线路段且对侧是常规厂站的情况，其T接线路的生成效果如图3（c）所示。

对Π接线路，需要将其拆分成2个或更多个T接间隔参与建模，因此会相应生成多个T接点。Π接线路生成效果如图3（d）所示。

2.4 生成功率潮流

所有线路生成完毕之后，再自动生成所有线路的功率潮流，比如有功潮流、无功潮流等，支持独立或组合生成。

3 电网绘图及建模要求

要实现上述电网地理接线图成图方法，需要先创建完整、准确的电网模型（含T接模型）。在进行厂站图、T接图绘制时，厂站类型定义、图元选择，以及对象命名等有一定规范要求。

3.1 厂站图绘制

绘制变电站一次厂站图，建立电网常规模型。厂站图绘制要求如下：

1）厂站类型。根据实际类型定义，如变电站、火电厂、水电厂等。

2）厂站电压等级。按照该厂站最高电压等级定义。

3）图元类型。变电站（发电厂）之间的联络线，类型选择线路。

4）双端线路设备名称。在两侧变电站均采用相同调度编号命名。

5）T接线路或Π接线路设备名称。统一按照 “××线×支线”命名，如T接线“××线”同时连接A站、B站、C站，则该线路在三个厂站图中使用的设备名称分别为“××线A支线”“××线B支线”“××线C支线”。

3.2 T接图绘制

绘制T接线画面，构建T接间隔容器，创建电网T接模型。T接图绘制要求如下：

1）厂站类型。统一定义成“T接站”。

2）厂站电压等级。按照画面中T接线最高电压等级定义。

3）T接线路。对于只有一个T接点的常规T接线路，要电气连接到一起，各侧线路定义相同间隔名称，即T接间隔容器。如对于110kV电压等级的T接线“××线”，其T接间隔取名为“××线T”，其绘图及模型对应关系如图4所示。

4）Π接线路。先拆分成多个T接线，并分别绘制T接站画面，T接间隔容器名称在常规T接线基础上，增加数字序号进行区分。如某Π型接线“××线”被拆分成3个T接线，分别绘制到T1接站、T2接站、T3接站，在三个T接站画面中的T接间隔容器，名称分别取为“××线T1”“××线T2”“××线T3”。

图4 常规T接线绘制及间隔容器建模对应关系

3.3 厂站经纬度收集

为确保地理接线图自动成图过程中厂站生成到画面坐标的准确性，需要收集精确的厂站经纬度信息。

4 地理接线图自动成图过程相关技术验证

虚构电网如下：包含220kV横寮站、220kV寒东站、220kV栈桥站、110kV南平站、110kV卢边站、110kV茶厚站共6座变电站，其中包含双端线路若干条，T接线路1条，Π接线路1条。

以下是整个地理接线图的自动成图过程，以及相关技术的验证方法及结果。

4.1 根据经纬度生成厂站地理分布

根据2.1节制作变电站经纬度信息文件，并选择两个经纬度差别相对较大的变电站220kV横寮站和220kV栈桥站作为参考点。导入厂站信息，自动生成厂站地理分布结果如图5（a）所示。

4.2 根据T接模型生成T接点

对“同时支持T接线路、Π接线路接线方式的电网地理接线图自动成图”功能进行测试，生成T接点情况如图5（b）所示。

4.3 根据全景模型生成线路

厂站及T接点生成完毕后，程序根据模型中厂站之间的连接关系，自动生成线路。线路生成结果如图5（c）所示。

4.4 根据线路生成功率潮流

创建功率潮流，支持同时生成线路有功潮流和无功潮流，或单独生成有功功率。图5（d）是选择单独生成有功潮流的地理接线图。

4.5 厂站、线路自动加入图层

对“引入多图层技术”进行测试，验证结果如图6（a）～图6（c）所示。

测试结果表明：程序依据该技术，能够根据厂站、线路电压等级不同，自动创建电压等级图层，并支持图层的独立或组合展示。

图5 地理接线图生成过程

4.6 地理接线图布局人工调整

地理接线图自动成图结束后，对厂站、T接点、功率测点等位置，以及功率测点的摆放角度等布局进行二次调整测试。

图6（d）为对地理接线图中Π接“寒桥茶线”的两个T接点，以及部分厂站位置进行人工二次调整后的结果。

图6 地理接线图图层展示及布局调整

针对上述虚构电网地理接线图成图的完整性，分别对生成厂站、双端线路、T接线路及Π接线路的数量进行校对，画面成功展示厂站6座，双端线路7条，T接线路及Π接线路各1条，与虚构电网规模及设备数量完全一致。此外，针对电网模型可能发生修改的情况，也进行模拟测试，地理接线图更新后，检查原有人工调整过的布局未被复原。

5 地理接线图自动成图的工程应用

电网地理接线图自动成图功能在完成厂站画面坐标与经纬度换算信息定义、经纬度信息文件制作后，即可一键完成整个地区电网地理接线图的自动成图，相关参数配置如图7所示。

图7 地理接线图一键成图参数配置

南方电网广东电网有限责任公司东莞供电局智能电网调度控制系统的地理接线图多图层独立及全景展示如图8所示，通过本文方法自动生成的东莞地区电网地理接线图包含500kV、220kV、110kV、全景四个图层。对于地理接线图全景图层局部设备可能显示较为密集的问题，除了可以将画面切换到指定电压等级图层以降低设备显示密度外，也可以对全景图层局部进行适当的人工调整或放大显示。

图8 地理接线图多图层的独立及全景展示

需要说明的是，鉴于电网数据的高度敏感性，本文对上述地理接线图厂站名、T接点标签及GIS背景等信息做了隐藏，对潮流数据做了归零处理。

实践证明，本文方法可靠性高，能够大幅减少地理接线图绘制工作，以及电网模型更新带来的运维工作，从而显著提升电网地理接线图绘制的自动化水平。

6 结论

电网地理接线图的运行与监视，是电力系统调度部门的核心业务之一，在电网的调度生产中发挥着极其重要的作用。电网地理接线图自动成图技术的研究，是近年来电力系统自动化领域的一个重要课题。本文提供了一种自动成图整体解决方案，使成图效率得到大幅提升。

广东东莞地区电网采用该项成图技术后，成功地将原本耗时约5天的传统人工绘制工作，缩短至仅3h左右，实现了绘制效率的飞跃式提升，同时确保了电网地图信息的精确性、实时性和完整性，有力推动了电网运维管理的现代化与智能化进程。

随着电网的不断发展，今后可能会出现新的挑战，后续将继续跟踪电网发展动向，及时研究并解决新问题。

本工作成果发表在2024年第7期《电气技术》，论文标题为“面向T型接线的电网地理接线图自动成图技术研究及应用”，本课题得到南方电网广东电网有限责任公司东莞供电局科技项目的支持。

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南京南瑞继保工程技术公司等卢才云、吉翔华 等：面向T型接线的电网地理接线图自动成图技术研究及应用

本工作成果发表在2024年第7期《电气技术》，论文标题为“面向T型接线的电网地理接线图自动成图技术研究及应用”，本课题得到南方电网广东电网有限责任公司东莞供电局科技项目的支持。

南京南瑞继保工程技术公司等卢才云、吉翔华等：面向T型接线的电网地理接线图自动成图技术研究及应用