中國電工技術學會定于2016年7月10~11日在北京鐵道大廈舉辦“2016第十一屆中國電工裝備創新與發展論壇”，主題為“電工行業十三五規劃研究與解讀”。

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　　廣東電網有限責任公司佛山供電局試驗研究所、武漢大學國際軟件學院的研究人員羅容波、江聰世、曾慶輝，在2016年第4期《電氣技術》雜志上撰文指出，在進行配網故障的識别中，常常需要用到配網的線路及其設備信息。

　　為了更好地在輸電線路三維可視化環境中動态組織和描述三維模型，設計提出了電力設備标記語言PEML，并進一步結合COLLADA技術實現了絕緣子等設備的動态建模和架空線路導線的動态三維仿真，實現了地表、絕緣子、杆塔、線路等三維模型的動态顯示與銜接，提供輸電線路的實時三維視圖及其運行狀态，滿足了輸電線路頻繁變化對三維模型可擴展要求。

　　配電系統的故障識别是電力部門對故障進行處理的必要前提之一。在對配電系統進行故障識别的過程中，常常需要用到配網的故障及其設備信息。配電網的重要特性是其電力設備呈明顯的地理屬性，如饋線的走向，開關、配電變壓器、杆塔和負荷的位置等。這些地理實體在配網巾數量巨大，而且分布廣。

　　配網的輸電線路是配電網的主要組成部門之一。環境和設備自身因素是造成輸電線路發生故障的兩大原因，架空輸電線路長期暴露在惡劣的自然環境中，周邊環境中雷擊、外力破壞、鳥害、污穢、大風等情況發生時，易引起線路本體設備故障。

　　為了掌握輸電線路走廊地形及環境情況，提高輸電線路的可靠性，人們普遍采用三維輸電GIS技術來進行描述和管理線路和環境數據。

　　輸電線路的維護管理需要經常開展線路新增、解口改造、遷改、技術改造、缺陷處理、調爬等工作，造成杆塔、絕緣子、中間接頭、終端頭等輸電設備及其連接情況的變化，乃至線路本身的變更，這就要求輸電線路三維可視化模型必須能動态擴展。

　　為此本文提出了電力設備标記語言（Power Equipment Markup Language，PEML），用于輸電線路以及設備聯結關系的動态描述，以輸電線路三維模型的動态構建。

　　1 面向可擴展三維可視化的PEML數據模型

　　線路的可視化内容由線路設備本體信息（包括靜态信息和動态狀态信息）和周邊環境信息兩大部分組成。因此PEML不僅用來顯示輸電線路相關的地理數據（包括點、線、面、多邊形，多面體以及模型等），也還要用于保存和顯示輸電線路、設備及其子部件等的靜态信息以及他們之間的連接或組成關系信息等，以及通過觸發器動态獲取的線路負荷、線路在線監測數據等動态數據或時序數據。

　　PEML的語法定義采用XML Schema的形式，繼承于标準XML，語法結構和格式則參考了KML（Keyhole Markup Language，簡稱KML），在此基礎上定義輸電專用的數據類型，其用于描述各種線路設備之間的關系，定義錄入杆塔明細參數，然後通過三維可視化平台将其解析生成線路、杆塔以及設備的三維模型。

　　圖1反映了PEML中元素的繼承關系，其中Object是基類，Folder元素實現對地理對象的層次化管理，Document元素實現各類Feature元素、Style元素、Schema元素的封裝與管理；Feature抽象元素的各實元素實現地理信息的封裝與管理，Placemark可實現地理名稱标注的封裝與可視化，在PEML中運用DocumentFolderPlacemark等元素作為PEML文件的根标簽進行信息的組織；Overlay元素實現地面DOM、DEM等的帖圖功能，

　　圖1 PEML對象層次模型（部分）

　　Geometry及其派生元素用于矢量數據的表示，NetworkLink元素實現本地的或網絡的KML共享；地理對象屬性值擴展則通過Schema元素對Placemark元素的繼承實現。

　　圖2定義了架空輸電線路的主要部件及其相互連接關系。在PEML中，杆塔和導地線組成線路段，若幹線路段動态組成一條完整的線路。

　　圖2 輸電線路相關的對象模型

　　PEML專門針對輸電線路的三維可視化定義導線、絕緣子、杆塔等标簽。

　　1）導線。導線的數據存儲在标簽及其子标簽中，WireType定義導線型号，Temperature定義環境溫度，定義導線所處溫度下的一般常用應力值，定義導線在該氣候條件下的比載；

　　2）絕緣子。絕緣子數據存儲在标簽insulator及其子标簽中，instype定義絕緣子類型，定義絕緣子的串數。、、headingtitlerolllength分别定義絕緣子的編号、坐标、水平面旋轉角度、繞X軸的旋轉角、繞Y軸的旋轉角以及絕緣子挂線點到接線點的長度；

　　3）杆塔。杆塔上銜接有各種電力設備，因此其參數較其他設備更多更複雜。杆塔相關數據均定義在Tower标簽的屬性及其子标簽中。整個參數分為小号側和大号側兩部分，小号側用input标簽定義，大号側用output标簽定義。無論是大側号還是小側号，均有四個位置的參數，其中三個是導線的三相相關設備參數，剩下的一個是接地線設備參數。

　　2 基于PEML的絕緣子三維模型動态構建與顯示

　　輸電線路三維可視化環境中絕緣子串的生成主要包括以下工作：

　　1）絕緣子串三維模型的自動構建。絕緣子串是一個十分規則、對稱、可被劃分為許多個子部件的設備。因此結合COLLADA技術動态計算和生成絕緣子的三維模型，再進行複制和組裝的方式實現絕緣子串三維模型的自動化生成。

　　2）絕緣子串與杆塔的關聯。要在三維可視化環境中正确顯示絕緣子串，必須要建立杆塔與絕緣子串的關聯關系，在PEML中共定義了A型、V型、I型、M型等連接方式，每一種都有對應的跳線方式，同時還需要計算生成絕緣子的位置等。

　　3）絕緣子串與導線的關聯。随導線走向和弧垂變化動态計算絕緣子的空間位置，計算時将耐張絕緣子當成導線的延伸體，調整絕緣子的X、Y、Z旋轉角度，使得絕緣子向着導線延伸的方向伸展，且絕緣子線夾與導線方向重合。

　　3 基于PEML的線路三維模型的動态構建與顯示

　　由于導線的弧垂受氣象條件影響，其懸連線的形态是動态變化的，為了使三維可視化的結果更接近于真實情況，需要使用線路力學方法對架空線路的導線長度、弧垂和應力等進行模拟計算和分析，按照設計圖紙提供的安全系數、氣象條件、導地線、杆塔參數技術仿真計算生成導線弧垂模型。

　　圖3給出了弧垂模型的計算步驟，通過線路弧垂模型，計算機能夠準确地建立三維模型，得到的三維模型也更為貼合實際。

　　圖4即為弧垂模型的仿真計算效果，通過弧垂仿真模拟，實現了電塔、線路等三維模型的動态構建。

　　圖3 線路弧垂模型的計算步驟

　　圖4 氣象條件下的弧垂仿真模拟

　　4 結論

　　本文以輸電線路的三維模型的動态組織與自動化構建為研究對象，研究提出了面向可擴展的電力設備标記語言PEML，主要有以下的應用，并進一步結合COLLADA技術實現了絕緣子等設備的動态建模和架空線路導線的動态三維仿真，實現了地表、絕緣子、杆塔、線路等三維模型的動态顯示與銜接，提供輸電線路的實時三維視圖及其運行狀态，滿足了輸電線路頻繁變化對三維模型可擴展要求，具體應用有以下3個：

　　1）輸電線路的三維動态建模。研究實現了基于COLLADA的架空線路、絕緣子串三維模型的動态構建，利用PEML，實時抽取EAM中杆塔以及設備的台賬數據、EMS中的運行數據以及各類在線監測系統的狀态監測數據等，以及杆塔等三維模型數據，動态組織生成線路的三維模型PEML文件，從而清晰展現線路設備的數據結構，實現了絕緣子等設備的動态建模和架空線路導線的動态三維仿真，為三維可視化平台的輸電線路、杆塔、絕緣子等三維模型的動态解析與加載顯示提供完整的解決方案，滿足了輸電線路頻繁變化對三維模型可擴展性方面的要求；

　　2）輸電線路的動态可視化組織與管理。利用三維可視化平台和PEML，實現了線路與物理杆塔的動态組織與映射實現，線路多回同塔的自動計算、輸電線路三維模型的動态解口等功能，有效的解決在頻繁變更情況下的輸電線路技術檔案管理難題；

　　3）實現三維可視化的輸電線路技術檔案管理。動态直觀的跟蹤線路的變更情況，徹底解決因頻繁線路變更造成的線路技術檔案難以持續更新維護的難題。

　　通過可擴展的電力設備标記語言PEML，電力部門能夠快速有效地獲取電力設備信息，提高了相關系統的運算解析速度，為對電力設備的高效管理提供了基礎。

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