智能電網(wǎng)線路規(guī)劃與設(shè)計探究

（國網(wǎng)上海浦東供電公司，上海 200122）

據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2019年上半年我國電網(wǎng)工程累積完成投資額高達(dá)1644億元，全國基建新增220kV及以上變電設(shè)備容量為1.32億kV·A，新增220kV及以上輸電線路1.63萬km。電網(wǎng)建設(shè)項目數(shù)量的增加對于電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性提出了更高的要求，因此還需針對其輸電線路運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

1 智能電網(wǎng)線路規(guī)劃的基本思路分析

1．1 總體調(diào)度目標(biāo)

智能電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)是促使電力系統(tǒng)由分散供應(yīng)朝向高度整合方向轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)電網(wǎng)各項核心業(yè)務(wù)的協(xié)同交互，使電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、動態(tài)監(jiān)測、決策控制等功能得以顯著提升，通過提高廣域范圍內(nèi)的狀態(tài)感知測量精度，便于實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)運行故障的有效預(yù)判與風(fēng)險評估，進(jìn)一步推動電網(wǎng)的穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)。在線路規(guī)劃設(shè)計層面，需采用雙向通訊智能電表控制負(fù)荷的連接或斷開、記錄波形數(shù)據(jù)、監(jiān)測電流電壓變化情況，借助供電線路重構(gòu)、保護(hù)裝置整定等方式進(jìn)行線路規(guī)劃，并綜合考察無功優(yōu)化、分布式電源接入、電能質(zhì)量等因素，實現(xiàn)智能電網(wǎng)線路的科學(xué)規(guī)劃。

1．2 規(guī)劃設(shè)計原則

采用先進(jìn)設(shè)計理念與技術(shù)手段進(jìn)行智能電網(wǎng)輸電線路的規(guī)劃設(shè)計，需遵循以下四項原則：其一是智能化原則，應(yīng)綜合運用衛(wèi)星定位、激光三維測量等先進(jìn)勘測技術(shù)構(gòu)建三維地理信息平臺，借此開展輸電線路的規(guī)劃設(shè)計，利用不同功能模塊進(jìn)行基礎(chǔ)、導(dǎo)地線、絕緣子等構(gòu)件的設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果予以直觀呈現(xiàn)，依托網(wǎng)絡(luò)化平臺實現(xiàn)重要數(shù)據(jù)、技術(shù)資料的移交與共享。其二是可控化原則，依托在線監(jiān)測、數(shù)字化巡檢等模式實現(xiàn)對輸電線路運行狀態(tài)的監(jiān)測，動態(tài)評估運行風(fēng)險，實現(xiàn)線路運行的可控化。其三是標(biāo)準(zhǔn)化原則，基于全生命周期管理理念實現(xiàn)對輸電線路、輸電設(shè)備的一體化管理，保障實踐結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范性。其四是現(xiàn)代化原則，基于互聯(lián)網(wǎng)搭建輸電線路規(guī)劃設(shè)計的共享平臺，將線路規(guī)劃設(shè)計、建成運行過程中涉及的重要信息進(jìn)行實時共享，為智能電網(wǎng)的現(xiàn)代化建設(shè)提供有力支持。

2 智能電網(wǎng)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的具體規(guī)劃設(shè)計策略探討

2．1 系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計

本文基于GIS技術(shù)進(jìn)行輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，配合PMS系統(tǒng)實現(xiàn)對輸電線路運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，進(jìn)而針對其運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以此為電力調(diào)度、電力運行等決策的制定提供參考依據(jù)。同時，電力工作人員可以利用輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)獲取到線路狀態(tài)參數(shù)等信息，依據(jù)反饋信息開展系統(tǒng)檢修維護(hù)工作，不僅可以提高線路運行的穩(wěn)定性與可靠性，還能夠為電力生產(chǎn)、信息統(tǒng)計分析與管理部門工作的開展提供有價值的信息。此外，在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的過程中涉及電力調(diào)度、電力需求等信息的統(tǒng)計分析，結(jié)合線路實際運行情況進(jìn)行后續(xù)輸電線路規(guī)劃方案的制定，進(jìn)一步為后續(xù)輸電線路規(guī)劃設(shè)計、預(yù)警工作提供實時參考信息。

2．2 功能模塊設(shè)計

（1）狀態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)整模塊?；趨^(qū)域范圍內(nèi)實際用電需求進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，負(fù)責(zé)在系統(tǒng)運行過程中采集氣象條件、導(dǎo)線溫度、桿塔傾斜度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的共享，依托反饋結(jié)果實現(xiàn)對輸電線路的合理規(guī)劃，并且在接入狀態(tài)數(shù)據(jù)的同時調(diào)用區(qū)域范圍內(nèi)的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而預(yù)先規(guī)避雷電對輸電線路運行狀態(tài)的影響，保障輸電線路的運行效能。

（2）狀態(tài)信息輸出模塊。該模塊用于收集系統(tǒng)運行過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)由統(tǒng)計分析后將分析結(jié)果連同輔助數(shù)據(jù)共同輸入到PMS模塊內(nèi)，依據(jù)狀態(tài)信息生成反饋結(jié)果，以此保障輸電線路的穩(wěn)定運行。

（3）診斷結(jié)果顯示模塊。該模塊主要用于展示各類監(jiān)測信號結(jié)果，基于無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸，利用OMSD模塊進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，生成數(shù)據(jù)診斷結(jié)果，并利用PMS系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測信息的實時顯示，供監(jiān)控中心查詢有關(guān)設(shè)備的位置、運行狀態(tài)圖像等信息，結(jié)合具體故障類型、特征定位故障所處位置，進(jìn)而提高設(shè)備檢修維護(hù)效率，保障智能電網(wǎng)輸電線路的安全高效運行。

2．3 GIS 技術(shù)的應(yīng)用

利用GIS技術(shù)進(jìn)行輸電線路運行狀態(tài)監(jiān)測，可實現(xiàn)對輸電線路覆蓋區(qū)域的地理特征、地形條件的實時查詢，并綜合收集區(qū)域范圍內(nèi)的雷電、大風(fēng)、冰雹等氣象信息，以此為智能電網(wǎng)線路的規(guī)劃設(shè)計與施工建設(shè)提供重要參考信息，進(jìn)而實現(xiàn)對變電站及電氣設(shè)備的一體化管理。具體來說，利用GIS技術(shù)掃描輸電線路覆蓋區(qū)域的地形地貌圖像，配合電網(wǎng)開發(fā)部門構(gòu)建GIS系統(tǒng)平臺，平臺內(nèi)部涵蓋激光掃描、區(qū)域開發(fā)、直升飛機(jī)等系統(tǒng)，其中激光掃描系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)收集所在區(qū)域的地形三維信息，將信息進(jìn)行綜合統(tǒng)計分析后存儲在系統(tǒng)內(nèi)部；區(qū)域開發(fā)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將收集到的GIS數(shù)據(jù)、可視化數(shù)據(jù)應(yīng)用在地理模型中，生成動態(tài)地理信息，為線路規(guī)劃設(shè)計提供重要參考依據(jù)；直升飛機(jī)系統(tǒng)主要為線路規(guī)劃設(shè)計提供必要的儀器設(shè)備與人員，發(fā)揮空中載體對地面線路敷設(shè)的支持作用。

2．4 通信線路敷設(shè)方法

（1）通信線路設(shè)計。在智能電網(wǎng)通信線路規(guī)劃方面，應(yīng)綜合考慮區(qū)域地形、使用材料、使用設(shè)備等因素，并加強(qiáng)對施工人員技能水平、綜合素質(zhì)的考察，確保符合線路建設(shè)需求，通過針對上述信息進(jìn)行綜合分析，編制出高質(zhì)量、低成本、安全性強(qiáng)的通信線路設(shè)計方案，進(jìn)而為智能電網(wǎng)建設(shè)提供重要的數(shù)據(jù)支持。同時，還應(yīng)加強(qiáng)對通信線路施工環(huán)節(jié)的把控，由管理人員結(jié)合線路建設(shè)情況進(jìn)行施工進(jìn)度、施工成本、安全質(zhì)量等要素的控制，完成施工組織計劃的編制，明確重點工序與關(guān)鍵目標(biāo)，避免因外界環(huán)境干擾或施工過程操作不當(dāng)?shù)纫蛩赜绊懲ㄐ啪€路的規(guī)劃設(shè)計質(zhì)量。

（2）敷設(shè)方式選取。通常在架空線路工程通信線路起點的設(shè)計上，主要選取終端桿位置設(shè)為起點，并在施工流向選擇方面選取一端到另一端或由兩端到中間的設(shè)計方式。在正式開展線路敷設(shè)時，還應(yīng)結(jié)合不同線路的設(shè)計方法選取敷設(shè)方式，例如當(dāng)利用直埋工程法進(jìn)行線路設(shè)計時，可以選取終端位置作為施工起點，該方法既具有良好的靈活性，還可以選取多種不同的架空方式，有助于進(jìn)一步提高光纜配置精度，從而加強(qiáng)線路設(shè)計的合理性。

2．5 仿真策略與評估結(jié)果

（1）仿真策略?；谙伻核惴ㄟM(jìn)行輸電線路規(guī)劃仿真策略的設(shè)計，以位于輸電線路上的負(fù)荷節(jié)點作為起點，每一負(fù)荷節(jié)點對應(yīng)一條主干線路，經(jīng)由螞蟻釋放、爬行實現(xiàn)各線路上遺留信息素的共享，在多次反復(fù)循環(huán)后即可得出全局最優(yōu)結(jié)果，并以此作為線路規(guī)劃設(shè)計的方案。設(shè)螞蟻m在t時刻出發(fā)，由起始點i向其相鄰節(jié)點j做運動，則其狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的計算公式為：

（2）仿真結(jié)果。選取某容量為2×40MVA的高壓變電站作為研究對象，該變電站供電區(qū)域的主干線路為LGJ-240設(shè)每一窩蟻群的規(guī)模為40、各路徑的信息素數(shù)值為1、迭代次數(shù)為500，通過輸入不同負(fù)荷節(jié)點的坐標(biāo)數(shù)值計算出其負(fù)荷變化，其中負(fù)荷最大值為712kW、最小值為267kW。通過觀察其仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，采用蟻群算法進(jìn)行線路規(guī)劃設(shè)計具備良好的收斂性，經(jīng)由500次迭代后可以有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化，依據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)的對比分析選出最優(yōu)規(guī)劃線路，為線路規(guī)劃設(shè)計方案的編制提供重要參考。

（3）系統(tǒng)評估。為進(jìn)一步檢驗線路規(guī)劃設(shè)計的合理性，在此選取5項一級指標(biāo)與14項二級指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)評估，其中一級指標(biāo)主要包含供電可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性與協(xié)調(diào)性，基于各一級指標(biāo)進(jìn)行二級指標(biāo)設(shè)計，包含平均停電頻率、停電持續(xù)時間、電網(wǎng)擴(kuò)展裕度等信息，以此構(gòu)建綜合評價指標(biāo)體系，并采用AHP逐層計算方式進(jìn)行評估算法的設(shè)計，其計算公式為：

通過分析系統(tǒng)評估數(shù)據(jù)可以預(yù)測到，其規(guī)劃方案實施后將有效減少單輻射線路數(shù)量，提高區(qū)域范圍內(nèi)線路的環(huán)網(wǎng)化率與可轉(zhuǎn)供電率，依靠科學(xué)合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高區(qū)域范圍內(nèi)的負(fù)荷供應(yīng)能力，為供電可靠性提供有力保障。

3 結(jié)語

智能電網(wǎng)線路的規(guī)劃設(shè)計是一項復(fù)雜工程，涉及輸電線路、通信線路等多種建設(shè)項目，電力企業(yè)管理人員務(wù)必要加強(qiáng)對電路運行實際狀況的調(diào)查，綜合收集環(huán)境、地形、人流量等信息，實現(xiàn)對輸電線路運行狀態(tài)的有效監(jiān)測，進(jìn)一步提高線路規(guī)劃設(shè)計的合理性與可行性，推動電網(wǎng)建設(shè)的智能化、健康長效發(fā)展。