配網(wǎng)規(guī)劃中GIS系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

摘 要：GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)）起源于地學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，該技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)步入成熟階段，并推廣應(yīng)用于多個行業(yè)領(lǐng)域，尤其是在電力行業(yè)的配網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中發(fā)揮著重要作用，文章主要針對配網(wǎng)規(guī)劃中GIS系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了分析、探討。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)規(guī)劃；GIS系統(tǒng)；實(shí)踐應(yīng)用

1 GIS系統(tǒng)與配電網(wǎng)規(guī)劃

GIS系統(tǒng)是一個集地球科學(xué)、信息科學(xué)以及空間科學(xué)于一身的交叉學(xué)科，GIS系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與地學(xué)空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)建立以及模型分析產(chǎn)出對區(qū)域規(guī)劃和管理所需要的有用信息。電網(wǎng)規(guī)劃是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)優(yōu)化問題，不穩(wěn)定因素多，難度高。如果在電網(wǎng)規(guī)劃工作中只依靠人工和簡單的繪圖工具是需要很大工作量的，不僅費(fèi)時、費(fèi)力，而且可控性差，靈活性低。而GIS系統(tǒng)的應(yīng)用于配電規(guī)劃當(dāng)中，配電系統(tǒng)中與空間相關(guān)的信息就可以利用GIS系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)處理以網(wǎng)絡(luò)分析的拓?fù)涔δ軄斫鉀Q，不僅省時、省力、效率高，同時也讓規(guī)劃過程更直觀、更具有交互性。

GIS系統(tǒng)主要應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測、可靠性分析、網(wǎng)架優(yōu)化以及變電站選址等，是電網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中重要輔助工具。基于GIS系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃首先可以將地理圖以及配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，把各種相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，將配電網(wǎng)當(dāng)前的基本情況通過在地圖上顯示出來。然后根據(jù)地圖將供電區(qū)域劃分為若干個小區(qū)，計(jì)算、分析空間負(fù)荷情況，并結(jié)合空間負(fù)荷預(yù)測結(jié)果形成負(fù)荷分以及獲取未來發(fā)展趨勢。通過變電所的選址和容量的優(yōu)化規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等程序確定最佳電網(wǎng)規(guī)劃方案，并將結(jié)果方案在配電網(wǎng)絡(luò)地理連接圖上顯示出來。

2 空間負(fù)荷預(yù)測

2.1 小區(qū)負(fù)荷的預(yù)測

空間負(fù)荷預(yù)測又稱負(fù)荷分布預(yù)測，該環(huán)節(jié)就是將總量負(fù)荷分配給各個小區(qū)的過程。主要是為了確定小區(qū)的未來負(fù)荷。根據(jù)相關(guān)部門提供的城市用地規(guī)定，利用GIS系統(tǒng)的功能把供電區(qū)域劃分為多個規(guī)劃小區(qū)，然后結(jié)合總量負(fù)荷預(yù)測結(jié)果預(yù)測出規(guī)劃水平的小區(qū)負(fù)荷情況。在配電網(wǎng)的規(guī)劃過程中，空間負(fù)荷預(yù)測是最基本的工作，是以后確定變電所容量、位置，線路路徑以及開關(guān)設(shè)備裝設(shè)等等決策和完成配電網(wǎng)相關(guān)規(guī)劃的前提條件。負(fù)荷密度法是我國當(dāng)前最常見的一種負(fù)荷預(yù)測方法，該方法的關(guān)鍵在于對負(fù)荷密度的計(jì)算和預(yù)測，負(fù)荷密度法中負(fù)荷密度的取值很大程度上會受到人為因素的影響。同一負(fù)荷密度的誤差通過分類分區(qū)預(yù)測法簡單修正產(chǎn)生的規(guī)劃結(jié)果不夠精準(zhǔn)，尤其對于一些新建小區(qū)，因?yàn)槿鄙贇v史數(shù)據(jù)而導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果誤差較大。但這種方法計(jì)算量較小，操作簡單。對新區(qū)的規(guī)劃通常采用聚類分析法，該方法以模糊算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，能夠充分考慮到度同一類負(fù)荷的造成影響的各種因素，讓規(guī)劃結(jié)果更細(xì)致、更準(zhǔn)確。

2.2 預(yù)測的實(shí)現(xiàn)

GIS系統(tǒng)為空間負(fù)荷預(yù)測的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理提供了有利平臺，極大程度上簡化了數(shù)據(jù)收集工作強(qiáng)度。下面介紹GIS系統(tǒng)下利用負(fù)荷密度法實(shí)現(xiàn)的一種負(fù)荷預(yù)測方法。

首先，負(fù)荷按照不同性質(zhì)可以分為多種類型，主要有農(nóng)業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷以及工業(yè)負(fù)荷等等。將規(guī)劃區(qū)域利用GIS系統(tǒng)功能劃分成若干個小區(qū)，并收集劃分后各個小區(qū)的各類負(fù)荷的分布情況以及其他相關(guān)因素的歷史數(shù)據(jù)。其次，因?yàn)楦鞣矫嬗绊懸蛩剌^多，所以同一類負(fù)荷往往呈現(xiàn)出各種不同情況，只取同一負(fù)荷密度值的情況下產(chǎn)生的結(jié)果會存在很大誤差。所以需要對各類負(fù)荷相關(guān)因素歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析才能進(jìn)一步確定出準(zhǔn)確的負(fù)荷密度值，然后通過一系列相關(guān)算法計(jì)算出小區(qū)負(fù)荷密度，進(jìn)而到達(dá)小區(qū)的負(fù)荷值。最后，根據(jù)相關(guān)城市用地規(guī)劃相關(guān)要求和規(guī)定對小區(qū)面積構(gòu)成進(jìn)行分析。

3 變電所的選址和容量的優(yōu)化規(guī)劃

結(jié)合當(dāng)前負(fù)荷的已知容量和位置來確定目標(biāo)年待建變電所的容量和地理位置，這樣可以很大程度減少建設(shè)和運(yùn)行投資，同時也滿足了負(fù)荷發(fā)展需求。

變電所位置和容量優(yōu)化模型根據(jù)電壓等級可以分為兩種，高壓變電所位置及容量的優(yōu)化模型和中壓變電所位置及容量優(yōu)化模型。目標(biāo)函數(shù)最小的待建變電所的位置的確定可以在空間負(fù)荷預(yù)測信息的基礎(chǔ)上利用用GIS系統(tǒng)功能在電子地圖進(jìn)行大范圍搜索。由于變電所具有動態(tài)性特點(diǎn)，所以可以根據(jù)目標(biāo)年負(fù)荷情況，利用相關(guān)算法預(yù)測目標(biāo)年變電所的最優(yōu)位置以及變電所的最優(yōu)容量。基礎(chǔ)年以及目標(biāo)年之間可以劃分為多個過程階段，以目標(biāo)年優(yōu)化出的變電所位置和容量為候選地址和容量，并采用一定方法算出既能最大程度控制建設(shè)和運(yùn)行投入，同時又滿足基礎(chǔ)年和目標(biāo)年中間各階段負(fù)荷情況的建設(shè)方案。變電所規(guī)劃完成之后，可以按照不同電壓等級將各變電所的位置顯示出來，變電所的各種相關(guān)信息都可以通過界面上的窗口進(jìn)行查詢。

4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃是指各規(guī)劃年度配電線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，主要包括中壓和高壓兩種，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃是在負(fù)荷預(yù)測以及變電所位置和容量完成和確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。非線性混合整數(shù)規(guī)劃模型是常用的優(yōu)化模型。負(fù)荷需求、變壓器和線路的容量限制以及投入費(fèi)用和年損耗費(fèi)用之和最低等等都是其目標(biāo)函數(shù)的制約因素。配電網(wǎng)放射狀條件和功率平衡等等。該環(huán)節(jié)通過最優(yōu)化算法以及專家規(guī)劃的有效結(jié)合來完成結(jié)構(gòu)規(guī)劃。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)劃完成之后，各規(guī)劃年度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及線路型號、線路回路狀態(tài)以及變電所建設(shè)情況等等均可通過地圖上顯示出來，通過地圖可以直觀看到網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。

5 結(jié)束語

GIS系統(tǒng)應(yīng)用于配網(wǎng)規(guī)劃可以提供強(qiáng)大的圖文查詢功能，讓配電工作人員通過配電網(wǎng)絡(luò)地圖以及各種電網(wǎng)的各種地理信息來實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)，不僅大大提高了配電規(guī)劃效率，同時也有利于規(guī)劃數(shù)據(jù)的管理，配電網(wǎng)規(guī)劃過程顯得更直觀。總而言之，GIS系統(tǒng)在配網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中發(fā)揮了重要作用，利用GIS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)規(guī)劃與城市規(guī)劃的同步。

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