城市電網三維可視化規劃方法及應用

岳昕

摘要：本文對城市電網三維可視化規劃方法及應用進行了研究，運用了資料收集法、文獻調查法以及個案分析法等研究方法，介紹了城市電網三維可視化規劃平臺架構，探究了架構建設方法，并分析了該三維可視化規劃平臺在城市電網領域的應用，以為相關工作人員提供一定參考。

關鍵詞：城市電網;三維可視化;規劃平臺;應用

一、前言

城市電網三維可視化規劃重點是構建平臺架構，并且規劃平臺架構是否合理直接影響著平臺后期應用效果，所以在規劃設計中，首先要明確平臺基礎功能，比如現狀網分析、變電站定容選址、負荷預測、網架結構以及規劃網評估等。為有效整合各模塊和相關地理信息，要深入探究平臺整體架構，關注在架構中構建3S系統、圖形管理軟件平臺以及綜合數據系統等，規劃平臺的網絡結構主要選擇C/S-B/S結合于一體的結構形式。為有效突破不同電網系統間的壁壘，所設計平臺還采用多模型相結合方式來存儲數據。平臺規劃過程中，所運用的關鍵技術有視景仿真、集成虛擬現實以及三維建模等。

二、城市電網三維可視化規劃平臺架構

1、平臺功能

構建城市電網三維可視化規劃平臺重點是設計多個子模塊，包括現狀網分析、負荷預測、變電站定容選址、網架規劃以及規劃網評估等，不同模塊之間相互分離，保持獨立，同時各模塊之間可共享和交換數據。此外，平臺還設計有數據轉換、地圖數據導入、空間分析、菜單管理、數據查詢、三維地圖編輯及繪制等功能。接下來重點介紹幾個子系統：①現狀網分析。該系統主要是以三維可視化平臺為基礎，通過收集電網結構數據實現三維建模，經線路過載集散、電壓越限、N-1分析和容載比、短路計算、潮流計算等計算綜合評估現狀電網，明確問題和后續規劃方向;②負荷預測。城市電網三維可視化規劃當中，一個重要基礎就是以三維可視化空間為基礎進行負荷預測，具體是在電力部門目前及未來供電范圍之內，結合規劃城市電網壓力水平，基于一定原則把城市用地劃分成多個小區，經分析與預測明確規劃年城市小區所體現出的土地利用特征及后續發展趨勢，在此基礎上預測有關小區內部電力用戶以及具體的負荷分布位置、產生時間及數量。本文在設計城市電網三維可視化規劃平臺期間，對于負荷預測子模塊主要通過多Anget小區負荷預測對目標年電量以及負荷做出預測，具體包含歷史數據錄入、地塊信息查詢、預測、預測結果顯示以及負荷分配等內容;③變電站選址。該模塊是以負荷預測結果為基礎，利用優化算法明確新建變電站位置、所帶負荷及容量，計算結果可顯示于城市三維圖形當中，之后結合部分規劃原則和城市建筑現狀通過專家干預法合理修正規劃結果。該模塊主要包含變電站選址定容計算、變電站數據查詢、專家干預、變電站規劃三維圖形顯示和輸出等操作;④網架規劃。此模塊主要功能是基于變電站選址定容，通過在三維地圖當中手動連線實現網架設計，以獲得更準確的線路造價數據。此模塊運行中首先需要準備數據，其次選擇電壓等級，之后在專家干預基礎上顯示三維圖網架;⑤規劃網評估。該模塊主要是對多個規劃方案進行評估，包含N-1分析以及利用潮流計算方法對節點電壓、可靠性分析、線路負載情況、容載比、短路容量、經濟性指標等進行評估[1]。

2、總體結構

城市電網三維可視化規劃平臺整體結構，主要包含小區負荷預測、圖形管理軟件平臺、綜合數據系統、3S系統等架構。3S系統以及3D系統是以綜合信息管理和服務平臺所集成的，能夠對影像圖形庫、設備庫、矢量圖形庫等實現共享[2]。此外，3S系統還具有模型維護、參數維護等功能，支持3D系統動態更新數據，尤其在線路新建以及改造過程中，3S系統能夠在維護線路以及桿塔數據基礎上使3D系統線路模型同步更新。

3、網絡架構

城市電網三維可視化規劃平臺主要選擇C/S-B/S結構形式，同步支持網絡模式和單機模式。對于服務器端，主要選擇數據大集中方案，統一管理空間數據，使系統更新和維護更加方便?？蛻舳酥饕x擇標準模塊化設計方法，面向不同業務部門分別布局差異化軟件模塊。平臺瀏覽器則選擇網絡瀏覽器客戶端，提供漫游服務，并支持WEB3D信息訪問。

4、總體數據流

在城市電網三維可視化規劃平臺架構中，集成化設計信息綜合服務平臺，并對各類空間信息統一管理，突破之前電網規劃各項數據信息系統相互獨立的局限性，支持共享綜合信息及三維圖形信息等。平臺在數據存儲過程中，選擇多模型相結合的方式，包括面向對象數據模型、關系數據模型以及文件模型等，由此統一管理空間屬性信息以及三維圖形，還可實現數據共享[3]。

平臺的變電站層設備具備一體化建模功能，主要包含電網數學模型以及單體設備三維空間模型。若要將一個設備建立于變電站場景當中，平臺會同步構建相應設備數學模型及空間模型。對于城市電網層，其基于三維空間圖形以及二維GIS圖形構建了電纜線走廊、輸配電架空線模型，可發揮電網數學模型以及空間模型相關功能。在上述模型建立之后，平臺會自動化的生成電網單線圖以及電網絡拓撲關系圖，同時可發揮模型校驗與糾錯功能。此外，基于空間信息模型可對城市電網規劃實現多切片和多維度的查詢。

5、規劃計算架構

在城市電網三維可視化規劃平臺架構當中，負荷預測模塊需要先從數據集成平臺當中獲取城市規劃與電網歷史等信息，進而得出電網負荷預測信息，然后繼續返回數據集成平臺當中。在變電站電容選擇模塊當中，需要先讀入地理空間以及負荷分布等信息，由此獲得變電站站址、供電范圍和容量，后返回結果[4]。在網架優化規劃模塊當中，結合數據平臺當中所顯示的待選線路信息、變電站容量信息以及負荷預測信息等，明確變電站線路走向以及出線回路信息等。在網絡分析模塊，先評估電網規劃結果，之后得出電壓分布以及潮流分布等指標，最后返回數據平臺。在圖形管理軟件平臺當中，可分階段的把數據平臺模塊內信息結果轉化成直觀圖形信息，使規劃人員可清晰的了解變電站站址以及出線走廊有無落入河流、湖泊、建筑物以及道路等不可行區域。此外，規劃人員可結合自身經驗合理修正規劃結果，同步更新數據集成平臺。在相關模塊出現數據變化時，或者需要修正規劃結果或目標時，可重新返回有關模塊進行規劃。

三、應用分析

在某城市電網規劃中應用上文所設計平臺，并以2020年該城市電網數據為基礎對城市電網作出規劃。在該城市電網三維可視化規劃當中，空間信息平臺包含兩個層面，分別為變電站層和城市電網層。城市電網層通過空間地理信息顯示平臺，能獨立展示電網布局、各級變電站和輸配電走廊，還可顯示出重要的城市建筑信息以及地貌信息。規劃中基于地理背景圖構建變電站三維模型，通過展示平臺，可從多個角度定位、瀏覽或查詢。變電站層主要借助三維虛擬現實技術動態巡視變電站的物理信息，并可實時進行信息檢測，在站內可任意漫游。

四、結束語

文章主要提出城市電網三維可視化規劃平臺架構，并將該規劃平臺應用在某城市電網規劃中。根據該城市設計出的規劃效果圖，驗證了上文城市電網三維可視化規劃方法是有效的，整體規劃結果相對準確，在后續不斷衍生新規劃技術以及數學模型持續改進過程中，可使相應規劃平臺更加完善，并能更廣泛的應用在電力領域。

參考文獻：

[1]張亞迪，王紅杰，周泓，譚明倫.基于三維GIS平臺的電網數據資產可視化系統設計及其應用研究[J].電測與儀表，2018，55（07）：41-46.

[2]徐敏，吳彥偉，邱海江，郭付翔，曹雯琳.基于智能電網大數據的三維可視化管理系統及其應用研究[J].電力勘測設計，2021（11）：55-60+67.

[3]林漢云.電網三維可視化系統設計與實現研究[J].科技創新導報，2018，15（15）：60-61.

[4]艾林.輸電線路規劃中三維全景可視化技術探究[J].科技創新導報，2018，15（36）：42-43.