基于地理信息的變電站選址問題研究

朱子涵　黃敬

摘要：地理信息系統廣泛應用在電力系統中，變電站選址問題也將地理信息納入評價體系以增加選址的準確性。本文針對變電站在規劃期和工程期不同的選址需求，構建基于地理信息和現場勘察的地塊排序評價指標體系，闡述地理信息在變電站選址過程中的應用流程，該方法不僅適用于變電站選址，也對其他計及地理信息的選址工作提供一些借鑒。

關鍵字：地理信息，變電站，選址

1. 引言

科學的電網規劃工作對于提高電網的供電能力和供電質量至關重要，變電站選址是電網規劃中重要內容，選址好壞直接關系到電網的網絡結構、供電可靠性以及投資回報率。變電站選址恰當，可以保證電力系統的穩定運行，否則較小干擾就可能引起電網故障，影響人們的生產生活。傳統的變電站選址算法沒有考慮地理信息，導致選出的地址經常落在山川湖泊等不可建站區域，還需要專家進行結果干預調整站址，而利用地理信息系統可以實現自動大范圍地址搜索，并能有效避開不可建站區域，為電力規劃提供精確數據。

1. 電力地理信息概述

地理信息系統（GIS）是使用計算機建立有關地理空間的數字表達、空間分析和可視化的信息系統，可以采集、分析、輸出多種地理空間信息，具有區域空間分析和動態預測功能。地理空間信息包括基礎性地理空間信息、專業信息、綜合信息以及專題地理信息等。

GIS在電力系統中被廣泛應用在電力營銷、輸變電、配電和發電等環節，如利用GIS選擇線路路徑、變電站選址;在電力調度中將雷電、臺風信息展示在GIS地圖上，以便調度員掌握電網態勢;在電力營銷中利用GIS快速掌握配電網運行、快速受理用戶故障報修、電力搶修人員利用GIS快速到位等。在電網輸變電中，利用GIS技術將電網結構、布局與空間地理環境相結合，直接服務于輸變電工程的勘測設計、系統規劃及施工建設中，將電力系統規劃實施中涉及到的大面積區域空間圖形及相關地形地貌、建筑物、桿塔等的屬性數據一并采集管理，進行綜合量化評價，共同為電力系統決策提供數據支持，提高電力系統管理質量和生產效率。

1. 基于地理信息的變電站選址應用

3.1變電站規劃期選址

變電站作為上級輸電線路的接入端和下級輸電線路的供應端，其位置優劣直接對上下級輸電線路的長度和成本產生影響。變電站的位置也是影響電網系統經濟性和穩定可靠性的重要因素，變電站地址應盡量選擇在電力負荷中心，使變電站所帶負荷可以覆蓋變電站供電區域，即保持線路長度適中，又可以避免端電壓過低，降低網損，滿足系統經濟運行。變電站規劃選址時，除了考慮負荷分布、出現等技術指標，還要將地理信息指標納入評價函數中，以獲得真實可信的選址結果。根據規劃期選址特點，GIS信息可以分為不可建站區域信息，如山川、湖泊河流、不可拆除建筑物等;影響類信息，如拆遷補償、交通狀況、工程條件、水源等對建站費用產生影響的信息。這些信息在GIS系統中生產若干屬性圖層，一類信息為一個圖層。

變電站站址位置為待選區域中的一個坐標點，地理信息因素可以轉化為多邊形的面模型來表示，將山川湖泊、帶有地價信息的地塊等不可建站區域以及標定的適合建站區域等使用可數字化表達的方式表現出來，給予不同的地塊多邊形頂點坐標數據。GIS采集的信息在每個圖層中分別進行讀取，將不可建站區域信息和影響類信息轉化為屬性因子帶入變電站選址模型中進行計算，獲得最佳選址信息。

3.2變電站工程選址

在規劃部門初步選址的基礎上，確定最適宜變電站建站的位置地塊。變電站選址中需要考慮的地理信息主要有工程建設、周邊影響、水文情況、線路影響及其他因素。與工程建設相關的地理信息有工程地質情況、地基處理難易、建站道路長度、施工條件、土石方工程量等;周邊影響要考慮變電站對通信、臨近設施的影響，建站區域內拆遷補償的情況以及與民房的距離等;水文情況包括水源、水文地質、站區排水能力等;線路影響有與新建站相連的線路長度、已有線路的交叉數量以及線路轉角數量等。

很多變電站選址是由設計人員和變電站所在地相關部門商議后決定，這種方式不僅效率低，確定的站址也不一定是最優位置，在變電站建設中容易造成線路投資過大。精準的變電站站址定位需要大量的地理信息數據作為基礎，且地理信息一般要涵蓋至少5-10公里的區域面積，GIS信息的應用不僅保證了工程選址定位的準確，也減少了勘察人員的工作量。一些指標信息如土石方工程量、拆遷補償情況等仍需要進行現場勘察，將勘察結果與GIS信息相結合，得到最終推薦站址。

3.3建立選址模型

考慮到建設投資、線路投資、運營成本及網損等因素均對變電站選址產生較大影響，以變電站年化建設運營費用、網絡損耗費用和低壓饋線建設費用三者之和最小為目標函數建立變電站綜合選址數學模型，同時將地理信息中的影響類信息和不可建站區域信息分類處理，納入模型中，使模型更加精確。常用的分析模型有差分進化算法、粒子群優化算法等，最終得出優化選址結果和投資費用，為變電站選址提供決策數據。

3.4地理信息系統在變電站沉降觀測中的應用

基于GIS系統，可以進行完整的變電站及周邊區域的地圖繪制、顯示和輸出等功能，不僅可以按照要素屬性編輯和表現圖形，還可以生成要素數據并直接繪制，有全面的用于系統分析的地圖符號、線形、字體庫和輸出格式，自動生成坐標格網和經緯網。利用獲取的地理信息數據建立數字高程模型，利用監測點數據提取等高線并自動賦以高程值，繪制出沉降等值線圖，可以直觀的看到整體以及不同時段的沉降狀況，為決策施工人員提供準確可靠的信息。

1. 變電站工程選址評價

4.1評價指標

變電站選址涉及了土建、電氣、通信等多個專業，是一個綜合性選址問題。首先基于GIS信息系統將所有地塊按照以一定的評價指標進行排序，然后由設計人員根據排序結果進行現場勘察調研，再將勘察結果與GIS信息進行綜合，得到最終推薦站址。評價指標根據影響變電站選址的地理信息和現場勘察信息進行整理和分類，最終選擇了工程建設、線路評價、周邊影響、水文情況、其他因素幾個大類，每個大類又包含多個具體評價指標，內容如下：

這些信息都可以通過GIS系統獲取，通過層次分析法和專家評分獲得相應權重，計算出地塊排名，這種量化的排名次序具有一定說服力，選擇到GIS條件較好的地塊建站，使規劃更加科學合理。

4.2評價流程

網格化待選區域：以規劃部門初步選擇的變電站站址為中心，確定待選區域及區域大小，將區域劃分成m個方格;

網格信息讀取：利用GIS系統讀取每個方格中的不可建站信息，包括山川、河流、地震斷裂帶、地下光纜、易滑坡區域、不可拆遷建筑物等，如果發現方格中含有這類信息，則該地塊被否決;

基于GIS信息的地塊自動排序，在可行的網格中利用GIS信息構建層次分析模型，進行地塊排序，勘察人員選擇排名靠前的地塊進行現場勘察。

基于GIS信息和勘察結果，根據變電站選址綜合評價指標體系再次通過層次分析法進行排序，將評分最高的地塊作為最優推薦站址。

根據以上評價流程，首先利用GIS信息進行地塊初步篩選，選擇出若干比較適宜的建站地塊，然后進行現場勘察，再將現場勘察結果納入評價體系，進行綜合排序得出最優建站位置。

1. 總結

本文對變電站基于GIS信息的選址問題進行研究，變電站選址是一個多指標綜合評價問題。在選址規劃時，不僅考慮建設投資、線路投資、運營成本及網損等因素，還將GIS信息以不可建站和影響類信息分別處理并作用于選址模型，建立變電站選址綜合評價指標體系進行排序，將評分最高的地塊作為最優推薦站址。利用GIS強大的數據處理和分析能力實現變電站科學選址，可以進一步提高電網的運行穩定性和經濟性，保障電網供電能力。

參考文獻

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