基于GIS的城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計分析①

龍泉涌

(湖南華晨工程設(shè)計咨詢有限公司 湖南長沙 410000)

現(xiàn)代城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計面臨的環(huán)境較為復(fù)雜，相應(yīng)的規(guī)劃設(shè)計要求高、難度大，傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方法下，相關(guān)工作人員任務(wù)重、效率低，積極引用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，對于提高配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計效率與水平而言具有重要意義。本文以地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用為研究對象展開分析，其實現(xiàn)了地圖、圖像、屬性數(shù)據(jù)集成管理，可提供全面的、精確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計提供可靠決策支撐。

1 地理信息系統(tǒng)（GIS）概述

地理信息系統(tǒng)（GIS），是一門綜合學(xué)科，涉及到地理、空間、遙感以及信息學(xué)科等等諸多領(lǐng)域，主要是對地球表面空間與地理分布相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析與處理。

基于我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越加復(fù)雜，整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)縱橫交錯，具有復(fù)雜的空間、非空間屬性。基于傳統(tǒng)工作方法下，此類信息均是通過圖紙、圖表進(jìn)行描述，采取人工管理方法，工作任務(wù)重、效率低，給城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計帶來較大難度，極易因為資料不全、調(diào)用難度大，導(dǎo)致整個規(guī)劃設(shè)計優(yōu)化力不從心。

目前，我國已經(jīng)開始積極開發(fā)地理信息系統(tǒng)（GIS），并將其應(yīng)用于城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中，將GIS分析、模擬、預(yù)測等功能與專業(yè)理論方法充分結(jié)合，可為配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、運用調(diào)度等工作提供可靠的決策支撐。

2 配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)基本功能及其規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用要點

2.1 配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)基本功能

將GIS系統(tǒng)引入城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中，GIS可以提供什么樣的功能、發(fā)揮什么樣的作用是十分重要的，下文主要將其基本功能歸納如下：

（1）地理形貌地圖顯示：此功能下，GIS系統(tǒng)不僅為配電網(wǎng)規(guī)劃提供地理外貌地圖，也可將其轉(zhuǎn)換為可矢量化的分層電子信息圖形，如：曲線地形圖、道路曲線圖、房屋規(guī)劃圖等等，為地形地物查看提供直觀圖像。

（2）線路與設(shè)備統(tǒng)計、查詢：GIS系統(tǒng)地圖顯示有各地區(qū)的電壓等級電網(wǎng)分布、設(shè)備分布情況，并提供相關(guān)設(shè)計查詢功能：①可搜索設(shè)備名稱、編碼，實現(xiàn)地圖上設(shè)備定位，并顯示相關(guān)屬性信息；②用戶可選擇需統(tǒng)計目標(biāo)，如：變壓器總?cè)萘俊㈦娋W(wǎng)線路總長度等，可對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示。

（3）用戶自動查詢：GIS系統(tǒng)提供各種查詢功能，如：街區(qū)、主要交通道路等，同時可顯示相關(guān)屬性信息；

（4）用戶自動制圖：用戶可在GIS系統(tǒng)選取相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，自動生成電力專題圖形；

（5）設(shè)備高級應(yīng)用：基于GIS與電力系統(tǒng)的全面集成，可實現(xiàn)相關(guān)高級功能，如：配電網(wǎng)規(guī)劃空間負(fù)荷預(yù)測、潮流分析以及人工智能等等。

2.2 規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用要點

基于GIS開展城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)信息化、智能化發(fā)展的重要組成部分，其主要是利用GIS開展空間負(fù)荷預(yù)測、地理位置與容量預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等等工作，根據(jù)實踐經(jīng)驗分析可知，GIS的應(yīng)用不僅可為城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計提供精確的數(shù)據(jù)支撐，也有利于提高規(guī)劃設(shè)計效率，減小相關(guān)設(shè)計人員的負(fù)擔(dān)。

2.2.1 空間負(fù)荷預(yù)測

空間負(fù)荷預(yù)測是所有規(guī)劃設(shè)計工作開展的基礎(chǔ)，包括總電量/分類電量預(yù)測、總負(fù)荷/分類負(fù)荷預(yù)測、負(fù)荷分布預(yù)測。其主要預(yù)測方法如下：根據(jù)用地類型、負(fù)荷性質(zhì)劃分供電區(qū)域，得到若干小區(qū)；預(yù)測小區(qū)分類負(fù)荷。根據(jù)實踐可知，在明確小區(qū)負(fù)荷后，可對變電站站址/站容、線路路徑/型號以及開關(guān)設(shè)備等等進(jìn)行選擇與規(guī)劃。

小區(qū)負(fù)荷預(yù)測有較多方法，包括：（1）負(fù)荷密度法：容易受人為因素干擾；（2）分類分區(qū)預(yù)測法：可修正負(fù)荷密度誤差，結(jié)果總體還是較為粗略；（3）基于模糊聚類分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代數(shù)算法的短期負(fù)荷預(yù)測方法，考慮因素全面，預(yù)測結(jié)果精確，貼近實際。

基于GIS開展空間負(fù)荷預(yù)測工作，在數(shù)據(jù)分析處理方面具有顯著優(yōu)勢，可利用數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)功能，對空間負(fù)荷進(jìn)行自動劃分，并全面收集各個小區(qū)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)以及天氣、溫度、日類型等數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，建立模糊等價矩陣開展聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，由此實現(xiàn)電力負(fù)荷預(yù)測，效率高、結(jié)果精確。

2.2.2 變電站選址、站容設(shè)計

根據(jù)空間負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，可通過初步確定目標(biāo)年/中間年待建變電站站址、容量，在滿足符合需求與節(jié)省相關(guān)投資方面取得一個最優(yōu)結(jié)果。

基于GIS的變電站選址、站容設(shè)計方法，主要是利用GIS的電子地圖，自動搜索所有可能的站址，經(jīng)由實地考察后，選擇最優(yōu)方案。配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計具有多級、動態(tài)性的特點，因此初步確定的是目標(biāo)年變電站規(guī)劃方案，此后根據(jù)負(fù)荷實際增長情況、項目投資與成本情況，分階段進(jìn)行變電站建設(shè)，在滿足實際負(fù)荷需求的同時，有效節(jié)約相關(guān)投資成本。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

城市配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要是以上述規(guī)劃設(shè)計結(jié)果為支撐，構(gòu)建相應(yīng)的非線性規(guī)劃模型：（1）目標(biāo)函數(shù)：取規(guī)劃水平年配電網(wǎng)擴(kuò)展投資費用+年損耗費用；（2）約束條件：負(fù)荷需求、變壓器（線路）容量限制、功率平衡等等。

通過GIS分析軟件，可計算獲得目標(biāo)年短路容量、無功電壓，使用短路容量校核系統(tǒng)校正相關(guān)參數(shù)，明確設(shè)備容量要求。制定好各階段設(shè)計規(guī)范方案后，GIS可直觀展現(xiàn)各規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并可自動查詢相關(guān)線路屬性信息等。

3 案例分析

3.1 項目背景

本文僅以某城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計為例展開分析，本項目選用SuperMap GIS 軟件、SQLServer 關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、Windows 操作系統(tǒng)，整個系統(tǒng)通用性、操作性良好，使用簡單方便。

3.2 基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方法

本項目基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計主要包括以下步驟：

（1）地形圖處理：本項目使用掃描儀掃描紙質(zhì)地圖，柵格矢量化后導(dǎo)入系統(tǒng)，并進(jìn)行拓?fù)涮幚恚?/p>

（2）配電線路圖繪制：利用GPS對配電設(shè)備坐標(biāo)進(jìn)行測量，并將其導(dǎo)入地形圖中，并按照變電站、桿塔、變壓器、開關(guān)、線路等分層制圖；

（3）根據(jù)已有地形圖、配電線路圖開展空間負(fù)荷預(yù)測、變電站選址與容量設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作；

（4）基于GIS構(gòu)建配電網(wǎng)規(guī)劃模型，涵蓋各類空間信息、配電設(shè)備信息以及位置信息等等，為配電網(wǎng)建設(shè)、運行監(jiān)測提供可靠依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，基于我國城市的快速發(fā)展，用電需求不斷增加，科學(xué)開展配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計工作具有重要意義。通過GIS的應(yīng)用，促進(jìn)了城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的信息化、自動化發(fā)展，實現(xiàn)了大量的地形地貌信息、電力設(shè)備信息、用戶數(shù)據(jù)以及規(guī)劃數(shù)據(jù)集成管理，通過相關(guān)軟件計算分析功能的應(yīng)用，可精確預(yù)測空間負(fù)荷、優(yōu)化變電站選址、站容以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用效果顯著，值得推廣應(yīng)用。