配網規劃中GIS系統的實踐應用

摘 要：GIS系統（地理信息系統）起源于地學領域的應用，該技術經過多年的發展已經步入成熟階段，并推廣應用于多個行業領域，尤其是在電力行業的配網規劃當中發揮著重要作用，文章主要針對配網規劃中GIS系統的實踐應用進行了分析、探討。

關鍵詞：配網規劃；GIS系統；實踐應用

1 GIS系統與配電網規劃

GIS系統是一個集地球科學、信息科學以及空間科學于一身的交叉學科，GIS系統是在計算機技術與地學空間數據處理技術的基礎上，通過系統建立以及模型分析產出對區域規劃和管理所需要的有用信息。電網規劃是一個相對復雜的系統優化問題，不穩定因素多，難度高。如果在電網規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，不僅費時、費力，而且可控性差，靈活性低。而GIS系統的應用于配電規劃當中，配電系統中與空間相關的信息就可以利用GIS系統的空間數據處理以網絡分析的拓撲功能來解決，不僅省時、省力、效率高，同時也讓規劃過程更直觀、更具有交互性。

GIS系統主要應用于電網規劃中的負荷預測、可靠性分析、網架優化以及變電站選址等，是電網規劃當中重要輔助工具。基于GIS系統的電網規劃首先可以將地理圖以及配電系統網絡圖實現數字化，把各種相關數據輸入系統數據庫，將配電網當前的基本情況通過在地圖上顯示出來。然后根據地圖將供電區域劃分為若干個小區，計算、分析空間負荷情況，并結合空間負荷預測結果形成負荷分以及獲取未來發展趨勢。通過變電所的選址和容量的優化規劃、網絡結構優化等程序確定最佳電網規劃方案，并將結果方案在配電網絡地理連接圖上顯示出來。

2 空間負荷預測

2.1 小區負荷的預測

空間負荷預測又稱負荷分布預測，該環節就是將總量負荷分配給各個小區的過程。主要是為了確定小區的未來負荷。根據相關部門提供的城市用地規定，利用GIS系統的功能把供電區域劃分為多個規劃小區，然后結合總量負荷預測結果預測出規劃水平的小區負荷情況。在配電網的規劃過程中，空間負荷預測是最基本的工作，是以后確定變電所容量、位置，線路路徑以及開關設備裝設等等決策和完成配電網相關規劃的前提條件。負荷密度法是我國當前最常見的一種負荷預測方法，該方法的關鍵在于對負荷密度的計算和預測，負荷密度法中負荷密度的取值很大程度上會受到人為因素的影響。同一負荷密度的誤差通過分類分區預測法簡單修正產生的規劃結果不夠精準，尤其對于一些新建小區，因為缺少歷史數據而導致預測結果誤差較大。但這種方法計算量較小，操作簡單。對新區的規劃通常采用聚類分析法，該方法以模糊算法和神經網絡為基礎，能夠充分考慮到度同一類負荷的造成影響的各種因素，讓規劃結果更細致、更準確。

2.2 預測的實現

GIS系統為空間負荷預測的數據收集和數據處理提供了有利平臺，極大程度上簡化了數據收集工作強度。下面介紹GIS系統下利用負荷密度法實現的一種負荷預測方法。

首先，負荷按照不同性質可以分為多種類型，主要有農業負荷、商業負荷、居民負荷以及工業負荷等等。將規劃區域利用GIS系統功能劃分成若干個小區，并收集劃分后各個小區的各類負荷的分布情況以及其他相關因素的歷史數據。其次，因為各方面影響因素較多，所以同一類負荷往往呈現出各種不同情況，只取同一負荷密度值的情況下產生的結果會存在很大誤差。所以需要對各類負荷相關因素歷史數據進行聚類分析才能進一步確定出準確的負荷密度值，然后通過一系列相關算法計算出小區負荷密度，進而到達小區的負荷值。最后，根據相關城市用地規劃相關要求和規定對小區面積構成進行分析。

3 變電所的選址和容量的優化規劃

結合當前負荷的已知容量和位置來確定目標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和運行投資，同時也滿足了負荷發展需求。

變電所位置和容量優化模型根據電壓等級可以分為兩種，高壓變電所位置及容量的優化模型和中壓變電所位置及容量優化模型。目標函數最小的待建變電所的位置的確定可以在空間負荷預測信息的基礎上利用用GIS系統功能在電子地圖進行大范圍搜索。由于變電所具有動態性特點，所以可以根據目標年負荷情況，利用相關算法預測目標年變電所的最優位置以及變電所的最優容量。基礎年以及目標年之間可以劃分為多個過程階段，以目標年優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和運行投入，同時又滿足基礎年和目標年中間各階段負荷情況的建設方案。變電所規劃完成之后，可以按照不同電壓等級將各變電所的位置顯示出來，變電所的各種相關信息都可以通過界面上的窗口進行查詢。

4 網絡結構優化規劃

網絡結構優化規劃是指各規劃年度配電線路網架結構的規劃，主要包括中壓和高壓兩種，網絡結構優化規劃是在負荷預測以及變電所位置和容量完成和確定的基礎上進行的。非線性混合整數規劃模型是常用的優化模型。負荷需求、變壓器和線路的容量限制以及投入費用和年損耗費用之和最低等等都是其目標函數的制約因素。配電網放射狀條件和功率平衡等等。該環節通過最優化算法以及專家規劃的有效結合來完成結構規劃。網絡結構優化規劃完成之后，各規劃年度的網絡結構以及線路型號、線路回路狀態以及變電所建設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絡的擴展。

5 結束語

GIS系統應用于配網規劃可以提供強大的圖文查詢功能，讓配電工作人員通過配電網絡地圖以及各種電網的各種地理信息來實現配電網的規劃和工程設計，不僅大大提高了配電規劃效率，同時也有利于規劃數據的管理，配電網規劃過程顯得更直觀。總而言之，GIS系統在配網規劃當中發揮了重要作用，利用GIS系統可以實現配電網規劃與城市規劃的同步。

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