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《沈阳农业大学》 2011年
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基于CIM的分布式配电网地理信息系统关键技术及集成应用研究

周云成  
【摘要】:根据配电企业信息化发展方向,新的配电网地理信息系统(GIS)应当更加开放,遵循标准,支持共享,基于面向服务的架构(SOA)进行开发,支持灵活的业务重组。为了将分布式的配电网GIS进行有效集成,在更大的范围内为电力企业管理和电网的智能运行提供辅助决策支持,以及和电力企业其它各配电管理系统(DMS)应用进行有效的业务整合,配电网GIS系统开发需要解决一些关键的技术问题。本文从公共信息模型(CIM)在配电网资源模型、拓扑结构上的应用研究入手,对空间数据库设计、CIM数据交换模型、分布式配电网GIS架构与地理信息聚合方法等关键技术进行了较深入的研究。在结合SOA的基础上,对基于企业服务总线(ESB)的电力企业应用集成(EAI)、数据集成方法和配电网GIS在应用集成中的角色和定位等方面开展了深入的研究,总结如下: (1)结合配电网地理信息系统数据量大、模型复杂且基于该系统的应用种类繁多的特点,指出了开发过程中所应遵循的一般原则:重视需求分析、选择合理的软件架构、注重系统的开放性与安全性、逐步实施。同时提出独立于配电网地理要素的空间拓扑关系设计配电网拓扑结构模型,并以标准服务接口的形式提供配电网GIS系统功能。 (2)针对配电企业对GIS的功能性需要,选择了相应的CIM子集作为GIS系统的数据模型,同时对CIM模型到关系型空间数据库的映射进行了针对性的研究,提出了可降低表间关系复杂性的映射模式。将CIM类之间的关联按角色转换为对方的关联属性,并为每个类增加了数据维护方法,通过维护方法的调用链生成数据和拓扑关系维护命令。案例研究表明,该方法可正确生成数据与拓扑维护命令,该扩展模型可作为有效的CIM数据访问接口。 (3)针对异构环境下的数据交换,提出了CIM的XML编码规范。为解决数据交换语法和数据有效性验证问题,采用XML模式定义了CIM数据交换架构。在架构中引入属性组" AssociationAttributeGroup "解决了使用“嵌入”和“链接引用”两种方式在XML文档中编码对象之间复杂关系的问题。以CIM对象作为适配器实现本文提出的序列化与反序列化算法进行二进制对象和XML文档的高效转换。实际应用表明,编码规范和序列化方法可有效进行CIM数据交换。 (4)以CIM和GML为基础,制订了地理信息交换模型和交换文档架构。为配电网GIS设计了地理信息服务接口IFeatureService并详细论述了接口实现方法,提出了面向服务的配电网地理信息发布架构。给出了基于配电网地理信息服务引擎和OGC规范发布WFS、WMS服务的实现方法。设计了地理信息集成总线,采用多机协同的并行计算聚合“同模”的分布式配电网地理信息数据源。案例研究表明,提出的配电网地理信息集成架构能有效支持分布式地理数据的交换和集成。 (5)阐述了基于SOA的DMS应用开发过程,引入ESB进行配电企业综合业务集成。针对数据集成面临的数据源分散、异构、无统一编码规范等问题,提出基于CIM模型的数据集成平台。在集成平台中引入元数据库来解决异构数据源实体关联和实体编码映射问题,并给出了元数据库的设计模式。同时阐述了配电网GIS系统在EAI中的角色。线路运行监控案例研究表明,基于ESB和数据集成平台进行EAI的可实施性。 (6)为验证基于配电网GIS系统提供业务分析服务和图形展示服务的可用性,以电气连通性分析为例,论述了复杂配电网络简化处理方法。以CIM模型表示电气连接关系,利用邻接矩阵法对网络连通性进行分析,提出了降低节点邻接矩阵规模的模型转换方法,详细论述了拓扑结构转换为节点邻接矩阵的算法,基于该算法开发了停电范围分析服务。实证表明,所提出的网络简化处理和邻接矩阵生成算法可进行复杂配电网络的连通性分析,配电网GIS系统可作为配电企业管理、运行等业务分析的基础平台。
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