基于GIS的配電網自動規劃系統的研究與設計

吳迪 王宏 楊旭

摘要：本文在分析了配電網規劃的內容、方法并詳細討論了基于用地仿真的空間負荷預測方法的基礎上提出了基于GIS的配電網自動規劃系統的設計方法，并簡要分析了各個子系統的功能。對配電網規劃方法的發展方向提出了一些建議。

關鍵詞：配電網規劃;地理信息系統;空間負荷預測;用地仿真法

引言

近年來，在電力供應日趨緊張的背景下，我國電力工業發展很快，各地不斷投入的電源建設對輸配電領域提出了更高的要求，因此有必要尋求更有效的配電網規劃方法。實際的配電網規劃是極為復雜的工程問題，需要考慮的因素很多[1]，如果僅靠人工或借助于簡單的CAD制圖工具來完成，不僅費時費力，而且要在眾多可選設計方案中，兼顧各方面的制約因素，很難找出一個最優方案。本文將著重介紹一種用于電力系統的空間負荷預測方法，并給出具體的預測步驟。

1.空間負荷預測

配電網規劃要求負荷預測不僅能預測負荷的量，而且要預測未來負荷增長的位置。空間負荷預測正是針對配電規劃這一特定需求而產生的。它又稱小區負荷預測，將供電區域分成若干小區，再預測每個小區的負荷。目前應用最廣的空間負荷預測方法是用地仿真法。用地仿真法是一種自上而下的預測方法，它通過建立用地仿真模型來模擬小區的未來發展情況，最終將系統負荷預測結果分配到每個小區。用地仿真法具有較高的精度，尤其適用于長期預測，但它需要大量的空間數據，這也是以前仿真法沒有得到很好利用的原因。

1.1 用地仿真原理

由于電力系統總量負荷預測的方法很多，精度也比較好，因此空間負荷預測應該直接利用總量預測結果，在此基礎上將總量負荷預測分配到各供電小區，從而預測出未來配電網的負荷空間分布。

用戶可以按照用地特性和用電特性分成若干類，稱為用地類型。不同用地類型的用電特性由負荷密度曲線給出。因此，空間負荷預測可以轉化為土地分布預測，只要預測出了各用地類型的空間分布，簡單的負荷疊加運算就可以求出負荷的空間分布。這個求解用地空間分布的過程就稱為用地仿真過程。

1.2 具體預測步驟

1.2.1準備負荷歷史數據，環境歷史數據和城市規劃方案，可從GIS中提取;

1.2.2進行總量負荷預測;

1.2.3根據不同的用電特性和用地特性將電力用戶分成若干類型（如：工業，商業，居民，市政和學校）;

1.2.4將待預測區域劃分成若干小區，一般是大小一致的方格;

1.2.5進行終端用電預測，目的是預測各類用戶未來用電特性，特別是典型負荷曲線的變化。方法是采用負荷曲線疊加：對用地類型進一步細分，從下至上進行疊加，就可以求出未來各用地類型的典型負荷密度曲線;

1.2.6進行分類土地預測。目的是確定未來年份內各用地類型的土地增長量。利用社會各行業間固有的比例關系，從總量負荷預測中推導出分類預測負荷，然后利用典型負荷密度曲線計算出各用地類型的預測面積。

2.基于GIS的配電網規劃方法

用GIS對配電網進行規劃時，規劃人員首先應將地理圖和配電系統網絡圖數字化，并將地理元件和網絡的屬性數據輸入到數據庫;然后在地圖上將供電區域分成網格，調用空間負荷預測程序預測后，得到負荷分布圖及未來發展趨勢;最后調用網架規劃程序，得到最優網架規劃方案，并將規劃結果顯示在配電網絡地理接線圖上[4]。

電網規劃的方法有很多，數學優化方法、遺傳算法、蟻群算法、禁忌搜索法等等都可以對電網進行規劃分析。其中遺傳算法應用較廣，但是遺傳算法有著運算速度較慢和容易陷入局部最優解的缺點。考慮到禁忌算法的高效性和全局尋優能力，可以將遺傳算法和禁忌算法結合使用。根據配電網的特性，運用網格法將待規劃區域劃分為若干方格，調用空間負荷預測程序預測出負荷分布后，調用禁忌遺傳算法規劃出最優網架方案。

3.基于GIS的配電網自動規劃系統的總體設計

自動規劃系統以GIS為平臺，采用C/S體系結構。將規劃數據集中存儲在服務器上。同時，規劃數據庫服務器與MIS（管理信息系統）、CIS（用戶信息系統） 和SCADA等系統相連。負荷測量數據和網絡數據從SCADA獲取，而用于負荷分析和估計所需的用戶的用電量和用電特性等信息則可以從CIS獲取，規劃數據從GIS系統中自動提取[5]。客戶端包括三個應用系統：負荷分析子系統、饋線分析子系統和優化規劃子系統。

4.結論

配電網規劃是一個復雜的組合優化問題，涉及的因素多，需要的數據量大，各子系統相互影響制約，有必要對其組成結構進行分析，建立統一的總體設計架構。本文在分析了配電網規劃的內容、方法并詳細討論了空間負荷預測方法的基礎上提出了基于GIS系統的配電網自動規劃系統的設計方法，并簡要分析了各子系統的功能。

配電網規劃系統不僅需要大量的空間信息，而且待決策的變量大部分與空間有關。因此，在設計中將配電規劃系統建立在GIS平臺上，由GIS平臺提供良好的人機接口和空間分析能力，從而提高了配電網規劃工作的質量，使規劃時間大大縮短，減輕了規劃人員的計算、分析和繪圖的負擔。

參考文獻：

[1]楊麗徙.GIS與模糊模式識別理論在變電站選址中的應用.電力系統自動化化，2003.27 （18）87一89.

[2]王天華.配電規劃系統的空間負荷預測Gsi平臺與總體設計框.電網技術，1998.22（12）： 6-10

[3]孫才新.電力地理信息系統及其在配電網中的應用tMI.北京：科學出版社，2003.

[4]方興配電網規劃研究述評.電力自動化設備，2003.23（：5）71一74.

[5]張憲，苑津莎.基于GSI的配電網自動規劃系統的設計.儀器儀表用戶，2005.12（5）：30 -32.

作者簡介：

吳迪（1983-）男，漢族，工程碩士研究生，河北廊坊人，廊坊供電公司工作，工程師，從事繼電保護、自動化專業工作。