基于GIS的配電網(wǎng)自動規(guī)劃系統(tǒng)的研究與設(shè)計

吳迪 王宏 楊旭

摘要：本文在分析了配電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容、方法并詳細(xì)討論了基于用地仿真的空間負(fù)荷預(yù)測方法的基礎(chǔ)上提出了基于GIS的配電網(wǎng)自動規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計方法，并簡要分析了各個子系統(tǒng)的功能。對配電網(wǎng)規(guī)劃方法的發(fā)展方向提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)規(guī)劃;地理信息系統(tǒng);空間負(fù)荷預(yù)測;用地仿真法

引言

近年來，在電力供應(yīng)日趨緊張的背景下，我國電力工業(yè)發(fā)展很快，各地不斷投入的電源建設(shè)對輸配電領(lǐng)域提出了更高的要求，因此有必要尋求更有效的配電網(wǎng)規(guī)劃方法。實際的配電網(wǎng)規(guī)劃是極為復(fù)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(shè)計方案中，兼顧各方面的制約因素，很難找出一個最優(yōu)方案。本文將著重介紹一種用于電力系統(tǒng)的空間負(fù)荷預(yù)測方法，并給出具體的預(yù)測步驟。

1.空間負(fù)荷預(yù)測

配電網(wǎng)規(guī)劃要求負(fù)荷預(yù)測不僅能預(yù)測負(fù)荷的量，而且要預(yù)測未來負(fù)荷增長的位置?？臻g負(fù)荷預(yù)測正是針對配電規(guī)劃這一特定需求而產(chǎn)生的。它又稱小區(qū)負(fù)荷預(yù)測，將供電區(qū)域分成若干小區(qū)，再預(yù)測每個小區(qū)的負(fù)荷。目前應(yīng)用最廣的空間負(fù)荷預(yù)測方法是用地仿真法。用地仿真法是一種自上而下的預(yù)測方法，它通過建立用地仿真模型來模擬小區(qū)的未來發(fā)展情況，最終將系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果分配到每個小區(qū)。用地仿真法具有較高的精度，尤其適用于長期預(yù)測，但它需要大量的空間數(shù)據(jù)，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(tǒng)總量負(fù)荷預(yù)測的方法很多，精度也比較好，因此空間負(fù)荷預(yù)測應(yīng)該直接利用總量預(yù)測結(jié)果，在此基礎(chǔ)上將總量負(fù)荷預(yù)測分配到各供電小區(qū)，從而預(yù)測出未來配電網(wǎng)的負(fù)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(fù)荷密度曲線給出。因此，空間負(fù)荷預(yù)測可以轉(zhuǎn)化為土地分布預(yù)測，只要預(yù)測出了各用地類型的空間分布，簡單的負(fù)荷疊加運算就可以求出負(fù)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(yù)測步驟

1.2.1準(zhǔn)備負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，環(huán)境歷史數(shù)據(jù)和城市規(guī)劃方案，可從GIS中提取;

1.2.2進行總量負(fù)荷預(yù)測;

1.2.3根據(jù)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(yè)，商業(yè)，居民，市政和學(xué)校）;

1.2.4將待預(yù)測區(qū)域劃分成若干小區(qū)，一般是大小一致的方格;

1.2.5進行終端用電預(yù)測，目的是預(yù)測各類用戶未來用電特性，特別是典型負(fù)荷曲線的變化。方法是采用負(fù)荷曲線疊加：對用地類型進一步細(xì)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(fù)荷密度曲線;

1.2.6進行分類土地預(yù)測。目的是確定未來年份內(nèi)各用地類型的土地增長量。利用社會各行業(yè)間固有的比例關(guān)系，從總量負(fù)荷預(yù)測中推導(dǎo)出分類預(yù)測負(fù)荷，然后利用典型負(fù)荷密度曲線計算出各用地類型的預(yù)測面積。

2.基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃方法

用GIS對配電網(wǎng)進行規(guī)劃時，規(guī)劃人員首先應(yīng)將地理圖和配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)字化，并將地理元件和網(wǎng)絡(luò)的屬性數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫;然后在地圖上將供電區(qū)域分成網(wǎng)格，調(diào)用空間負(fù)荷預(yù)測程序預(yù)測后，得到負(fù)荷分布圖及未來發(fā)展趨勢;最后調(diào)用網(wǎng)架規(guī)劃程序，得到最優(yōu)網(wǎng)架規(guī)劃方案，并將規(guī)劃結(jié)果顯示在配電網(wǎng)絡(luò)地理接線圖上[4]。

電網(wǎng)規(guī)劃的方法有很多，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、遺傳算法、蟻群算法、禁忌搜索法等等都可以對電網(wǎng)進行規(guī)劃分析。其中遺傳算法應(yīng)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(yōu)解的缺點?？紤]到禁忌算法的高效性和全局尋優(yōu)能力，可以將遺傳算法和禁忌算法結(jié)合使用。根據(jù)配電網(wǎng)的特性，運用網(wǎng)格法將待規(guī)劃區(qū)域劃分為若干方格，調(diào)用空間負(fù)荷預(yù)測程序預(yù)測出負(fù)荷分布后，調(diào)用禁忌遺傳算法規(guī)劃出最優(yōu)網(wǎng)架方案。

3.基于GIS的配電網(wǎng)自動規(guī)劃系統(tǒng)的總體設(shè)計

自動規(guī)劃系統(tǒng)以GIS為平臺，采用C/S體系結(jié)構(gòu)。將規(guī)劃數(shù)據(jù)集中存儲在服務(wù)器上。同時，規(guī)劃數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIS（用戶信息系統(tǒng)） 和SCADA等系統(tǒng)相連。負(fù)荷測量數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)從SCADA獲取，而用于負(fù)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(guī)劃數(shù)據(jù)從GIS系統(tǒng)中自動提取[5]?？蛻舳税ㄈ齻€應(yīng)用系統(tǒng)：負(fù)荷分析子系統(tǒng)、饋線分析子系統(tǒng)和優(yōu)化規(guī)劃子系統(tǒng)。

4.結(jié)論

配電網(wǎng)規(guī)劃是一個復(fù)雜的組合優(yōu)化問題，涉及的因素多，需要的數(shù)據(jù)量大，各子系統(tǒng)相互影響制約，有必要對其組成結(jié)構(gòu)進行分析，建立統(tǒng)一的總體設(shè)計架構(gòu)。本文在分析了配電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容、方法并詳細(xì)討論了空間負(fù)荷預(yù)測方法的基礎(chǔ)上提出了基于GIS系統(tǒng)的配電網(wǎng)自動規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計方法，并簡要分析了各子系統(tǒng)的功能。

配電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)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(guān)。因此，在設(shè)計中將配電規(guī)劃系統(tǒng)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(wǎng)規(guī)劃工作的質(zhì)量，使規(guī)劃時間大大縮短，減輕了規(guī)劃人員的計算、分析和繪圖的負(fù)擔(dān)。

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(yīng)用.電力系統(tǒng)自動化化，2003.27 （18）87一89.

[2]王天華.配電規(guī)劃系統(tǒng)的空間負(fù)荷預(yù)測Gsi平臺與總體設(shè)計框.電網(wǎng)技術(shù)，1998.22（12）： 6-10

[3]孫才新.電力地理信息系統(tǒng)及其在配電網(wǎng)中的應(yīng)用tMI.北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]方興配電網(wǎng)規(guī)劃研究述評.電力自動化設(shè)備，2003.23（：5）71一74.

[5]張憲，苑津莎.基于GSI的配電網(wǎng)自動規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)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(yè)工作。