4. 配电网设备对象建模

配电网一次设备对象建模，本质上是把现场真实存在的物理设备，抽象成主站可以识别、存储、计算和展示的“类—对象—属性”结构。类描述一类设备的共同特征，对象是某个具体设备实例，属性则是描述该实例状态、参数和连接关系的数据项。建模质量直接决定后续拓扑分析、故障定位、负荷转供和潮流计算能否正确执行。

从主站视角看，一次设备可以按“站—间隔—设备—端点”的层次组织。变电站、开关站、环网柜属于容器型设备，内部包含母线、开关、刀闸等间隔设备；配电变压器、线路、负荷属于终端或连接型设备。每个设备都应具备唯一标识、名称、所属站所、电压等级、运行状态等公共属性，再根据设备类型扩展专有属性。

以变电站为例，其类属性至少包括：站ID、站名、电压等级、主接线型式、所属区域、坐标。站内母线作为独立对象，属性包括母线ID、所属站、电压等级、接线方式、运行状态。断路器对象需要记录开关编号、所属间隔、两侧端点、分合状态、额定电流、开断能力。刀闸则记录编号、两侧端点、分合状态、是否接地刀闸。配电变压器需要记录台区编号、容量、变比、接线组别、阻抗电压、高低压侧端点。线路对象需要记录线路ID、起点、终点、长度、导线型号、电压等级、是否电缆。

建模时最关键的是端点（Terminal）设计。每个导电设备都应有两个或多个端点，端点之间通过连接节点（ConnectivityNode）建立拓扑关系。例如一条线路的起点端点和一台变压器的低压侧端点连接到同一个连接节点，就表示它们电气上直接相连。主站通过遍历连接节点和端点，就能自动生成网络拓扑，而不需要人工维护“谁连谁”的硬编码关系。

下面给出一个简化的类属性设计示例，以配电变压器和断路器为例：

class DistributionTransformer:
    id: str              # 设备唯一标识
    name: str            # 变压器名称
    station_id: str      # 所属站所
    capacity_kva: float  # 额定容量
    ratio: str           # 变比，如 10/0.4
    vector_group: str    # 接线组别，如 Dyn11
    impedance_pct: float # 阻抗电压百分比
    hv_terminal: str     # 高压侧端点ID
    lv_terminal: str     # 低压侧端点ID
    status: str          # 运行状态

class Breaker:
    id: str
    name: str
    interval_id: str     # 所属间隔
    terminal_a: str      # A侧端点
    terminal_b: str      # B侧端点
    rated_current: float # 额定电流
    breaking_capacity: float # 开断能力
    state: str           # 分/合
    voltage_level: str

实际建模中，属性设计要区分静态参数和动态量测。静态参数如容量、变比、阻抗、线路长度，一般在设备投运时录入，变化频率低。动态量测如开关位置、电流、电压、功率，由SCADA或配电终端实时上送，需要与设备对象建立关联。主站通常用“设备—量测”映射表来管理这种关系，一个设备可以关联多个量测点，每个量测点有独立的量测ID、量测类型和单位。

对于环网柜，建模时要特别注意其内部结构。环网柜通常包含多路进线、出线、母线、负荷开关和熔断器。每路间隔应作为独立对象建模，并记录其所属环网柜、间隔编号、开关类型、连接端点。环网柜整体作为容器对象，其属性包括柜体编号、安装位置、进出线数量、母线电压等级。这样在故障隔离时，主站可以精确到具体间隔进行操作，而不是只把整个环网柜当作一个黑盒。

线路建模需要处理分段和分支。一条配电线路可能由多段导线、电缆、开关和分支线组成。建议将线路抽象为“线路段”对象，每段有起点端点、终点端点、长度、导线型号、阻抗参数。线路整体作为逻辑对象，包含多个线路段。这样在潮流计算和故障定位时，可以按段计算压降和短路电流，精度更高。线路段之间的连接通过端点—连接节点实现，开关和刀闸作为可操作设备插入其中。

母线建模相对简单，但要注意母线可以分段。单母线分段时，每段母线作为独立对象，段间通过母联开关连接。母线属性包括母线ID、所属站、电压等级、段号、运行状态、连接端点列表。母线本身不消耗功率，但它是多个设备的公共连接点，在拓扑分析中起到汇聚作用。

最后，属性设计要遵循“够用、可扩展、可校验”原则。够用是指满足当前业务需求，不盲目增加字段；可扩展是指预留自定义属性或扩展表，便于后续接入新设备类型；可校验是指关键属性要有取值范围和必填约束，例如容量必须大于零、变比格式必须符合“高压/低压”、端点必须存在且属于同一电压等级。建模完成后，应通过拓扑连通性检查和参数合理性校验来验证模型质量，确保主站能正确识别设备连接关系并执行后续分析。