配變負荷熱力圖在電網規劃中的應用

唐炎 孔喬悅 劉光軍

（1.國網常德供電公司 湖南省常德市 415000 2.湖北工業大學電氣工程學院 湖北省武漢省 430068）

熱力圖是一種數據可視化的有效方式，熱力矩陣中的每個值都用相應的顏色來表示，熱力圖在顯示密度方面具備其他可視化工具不具備的優勢，顯示直觀、使用方便。國內市場上主流電子地圖軟件如：百度地圖、高德地圖、騰訊地圖提供了景區熱力圖和城市熱力圖的免費服務。景區熱力圖是針對景區客流的熱力圖，城市熱力圖則是顯示城市各地區人口分布密度的熱力圖。此類熱力圖都是基于大數據分析的成果，目前已經有熱力圖的一些研究成果：城市空間結構研究、基于旅游活動的景點周邊交通改善研究、基于百度熱力圖的職住平衡度量研究等成果。但是，用電負荷熱力圖的相關研究成果較少，本文將介紹一種采用百度地圖開發包進行二次開發的配變負荷熱力圖生成方法，并利用配變負荷熱力圖指導實際電網規劃工作。

1 熱力圖的原理

熱力圖是一種針對一定區域內大量數據點的某一特征的空間態勢及分布狀況的可視化表達方式，即用圖中點的位置來對應地理對象的位置，通過該點的影響因子表示地理對象某要素、特征、屬性的數值，并作線性拉伸，在對應的地理對象空間位置上表達出第三維數據值的大小變化特征的方法。第三維數值可以是某種屬性、特征，也可不設置任何變量用于反映數據點密度。

常規熱力圖的繪制如圖1所示，核心步驟如下：

圖1：熱力圖算法流程

（1）地理映射。將每個地理對象的坐標映射到canvas渲染區域，映射公式為式（1）。

（1）式中：Gwidth和Gheight為屏幕的寬度和高度，以像素為單位；xmax、xmin、ymax和ymin分別為畫布區域的經緯度最值；x、y 分別為對象的經緯度坐標；X、Y 為對象映射在屏幕畫布上的橫、縱坐標。屏幕坐標系中，定義為X 軸向右遞增，Y 軸向下遞增，X 和Y 均為正值；地理坐標系中通常用正負數值區分東經、西經和北緯、南緯，坐標可以有負值。

（2）對象值灰度化，計算公式為式（2）。

式中：v、vmax和vmin分別為所要計算對象的特征值、所有對象特征值的最大值與最小值；V 也可以稱為對象的影響因子。

（3）生成灰度圓并疊加灰度值，即根據每個對象的中心灰度，在給定渲染半徑r 的情況下，由中心至圓周生成一個灰度漸變或者灰度相同的圓。經過灰度值疊加，畫布中每個像素都有了不同灰度值，得到灰度圖。

（4）灰度圖色彩化。第一步定義一個調色板，色彩按照一定的規律變化；第二步由第（3）步得到的灰度圖，根據灰度與調色板的映射關系生成色彩圖。

2 配變負荷熱力圖的繪制算法

本文中的配變熱力圖繪制算法的數據源為常德市25000 臺配電變壓器的地理數據（經度lng、緯度lat）、全市最大負荷時刻的配變負荷數據（額定容量P*負載率β）。其中全局最大負荷時刻的配變負荷數據是在地理對象空間上表達出第三維數據值。

采用百度地圖Web 端JavaScript API 進行二次開發,在網絡瀏覽器中展示常德市的地圖和行政邊界，再利用熱力圖算法，利用配電變壓器的地理數據和負荷數據計算出配變負荷熱力圖canvas 圖層，再將配變負荷熱力圖canvas 圖層和地理圖層疊加顯示在瀏覽器中，得到常德地區的配變負荷熱力圖。配變負荷熱力圖圖層與地理圖層同步的縮放。

圖2 為常德市配變負荷熱力圖?？梢灾庇^的看出，紅色區域為負荷密度高的區域，主要分布在市城區、縣城區、發達的集鎮；顏色透明的區域為負荷密度低的區域，主要集中在石門縣和桃源縣的山區人口稀少的區域；黃色區域為負荷密度適中的區域，主要為丘陵地帶的農村區域。

圖2：常德市配變負荷負荷熱力圖

3 負荷熱力圖在電網規劃中的應用

3.1 確定地區差異化的電網規劃原則

如表1所示，利用配變負荷熱力圖，能直觀反映區域內的負荷分布，采用不同時期數據，能夠展示地區的時空負荷特性。通過配變負荷熱力圖，在電網規劃工作中，最直接的應用是確定電網規劃的技術原則。利用在配變負荷熱力圖中得出的不同區域的負荷分布特點，制定差異化的電網規劃原則：

表1：不同區域類型負荷密度與熱力圖顏色對應關系

紅色區域為負荷密度高的區域，主要分布在市城區、縣城區、發達的集鎮，適合規劃新建110 千伏變電站。

顏色透明的區域為負荷密度低的區域，主要集中在石門縣和桃源縣的山區人口稀少的區域，為35 千伏電網的適宜發展區。

黃色區域為負荷密度適中的區域，主要為丘陵地帶的農村區域，丘陵因地制宜建設35 千伏電站。

3.2 確定負荷中心，優化變電站選址

擬建陳家嘴110kV 變電站位于安鄉縣陳家嘴鎮，其供電范圍為：陳家嘴鎮、下漁口鎮，供電面積約173.8 平方公里，供電人口約8.2萬人。區域內有9條10kV線路供電，分別為下蝦線、下同線、下鎮線、六嘴線、六武線、下刮線、六德線、六成線、安康線。供帶的公用配電變壓器容量45920kVA、專用配電變壓器容量為18830kVA，配電變壓器總容量為64750kVA。

為了確定負荷中心，通過安鄉縣配變負荷熱力圖3 得知陳家嘴鎮附近存在紅色的高負荷密度區和黃色的中負荷密度區。在站址初選過程中，現場查勘前，初選站址在陳家嘴鎮附近1km 處，可以節省10kV配套出線投資，減少供電半徑，提高供電能力和供電質量。

圖3：安鄉縣南部區域配變負荷負荷熱力圖

4 結論

配變負荷熱力圖能夠直觀有效的反映區域內的負荷時空特性，是一種非常高效的電網規劃分析工具，在電網規劃工作中具有重要的作用，對于變電站的選址、10kV 線路廊道優化具有指導意義。同理，電網企業的海量低壓用戶的位置信息和電能質量的信息、用戶服務相關的信息也能夠繪制出相應的熱力圖，能直觀指導電網企業精準投資、優化服務。