李若愚 张浩
国网河北省电力有限公司盐山县分公司 河北 沧州 061300
摘要：基于我国城市的快速发展，用电需求不断增加，科学开展配电网规划设计工作具有重要意义。通过GIS的应用，促进了城市配电网规划设计的信息化、自动化发展，实现了大量的地形地貌信息、电力设备信息、用户数据以及规划数据集成管理，通过相关软件计算分析功能的应用，可精确预测空间负荷、优化变电站选址、站容以及网络结构，应用效果显著，值得推广应用。
关键词：GIS技术；配电网规划；应用
1GIS技术的特点
GIS技术能够实现一系列复杂的功能，包括地理空间分析、快速空间定位、复杂多重查询、图形处理、三维空间模拟和空间决策支持等。这一系列功能的实现可将大量抽象的数据，如地理坐标数据、地形数据、点线面几何数据及挂接的属性数据等，全部转换为形象、具体的图像信息，直观地进行展示，同时实现便捷的数据查询和编辑，通过功能定制和二次开发，还可实现数据的自动更新和个性化的数据响应预警。在配电网中融合应用GIS技术，将进一步提升配电网系统信息化、智能化水平，为泛在电力物联网建设的顺利推进奠定良好的基础。
2配电网GIS系统基本功能及其规划设计应用要点
2.1配电网GIS系统基本功能
将GIS系统引入城市配电网规划设计中，GIS可以提供什么样的功能、发挥什么样的作用是十分重要的，下文主要将其基本功能归纳如下：（1）地理形貌地图显示：此功能下，GIS系统不仅为配电网规划提供地理外貌地图，也可将其转换为可矢量化的分层电子信息图形，如：曲线地形图、道路曲线图、房屋规划图等等，为地形地物查看提供直观图像。（2）线路与设备统计、查询：GIS系统地图显示有各地区的电压等级电网分布、设备分布情况，并提供相关设计查询功能：①可搜索设备名称、编码，实现地图上设备定位，并显示相关属性信息；②用户可选择需统计目标，如：变压器总容量、电网线路总长度等，可对统计数据进行图形化显示。（3）用户自动查询：GIS系统提供各种查询功能，如：街区、主要交通道路等，同时可显示相关属性信息；（4）用户自动制图：用户可在GIS系统选取相关数据参数，自动生成电力专题图形；（5）设备高级应用：基于GIS与电力系统的全面集成，可实现相关高级功能，如：配电网规划空间负荷预测、潮流分析以及人工智能等等。
2.2规划设计应用要点
基于GIS开展城市配电网规划设计，是现代电力系统信息化、智能化发展的重要组成部分，其主要是利用GIS开展空间负荷预测、地理位置与容量预测、网络结构优化等等工作，根据实践经验分析可知，GIS的应用不仅可为城市配电网规划设计提供精确的数据支撑，也有利于提高规划设计效率，减小相关设计人员的负担。
2.2.1空间负荷预测
空间负荷预测是所有规划设计工作开展的基础，包括总电量/分类电量预测、总负荷/分类负荷预测、负荷分布预测。其主要预测方法如下：根据用地类型、负荷性质划分供电区域，得到若干小区；预测小区分类负荷。根据实践可知，在明确小区负荷后，可对变电站站址/站容、线路路径/型号以及开关设备等等进行选择与规划。小区负荷预测有较多方法，包括：（1）负荷密度法：容易受人为因素干扰；（2）分类分区预测法：可修正负荷密度误差，结果总体还是较为粗略；（3）基于模糊聚类分析和神经网络代数算法的短期负荷预测方法，考虑因素全面，预测结果精确，贴近实际。基于GIS开展空间负荷预测工作，在数据分析处理方面具有显著优势，可利用数据库、系统功能，对空间负荷进行自动划分，并全面收集各个小区负荷历史数据以及天气、温度、日类型等数据进行归一化处理，建立模糊等价矩阵开展聚类分析、神经网络训练，由此实现电力负荷预测，效率高、结果精确。
2.2.2变电站选址、站容设计
根据空间负荷预测结果，可通过初步确定目标年/中间年待建变电站站址、容量，在满足符合需求与节省相关投资方面取得一个最优结果。基于GIS的变电站选址、站容设计方法，主要是利用GIS的电子地图，自动搜索所有可能的站址，经由实地考察后，选择最优方案。配电网规划设计具有多级、动态性的特点，因此初步确定的是目标年变电站规划方案，此后根据负荷实际增长情况、项目投资与成本情况，分阶段进行变电站建设，在满足实际负荷需求的同时，有效节约相关投资成本。
2.2.3网络结构优化
城市配电网网络结构优化，主要是以上述规划设计结果为支撑，构建相应的非线性规划模型：（1）目标函数：取规划水平年配电网扩展投资费用+年损耗费用；（2）约束条件：负荷需求、变压器（线路）容量限制、功率平衡等等。通过GIS分析软件，可计算获得目标年短路容量、无功电压，使用短路容量校核系统校正相关参数，明确设备容量要求。制定好各阶段设计规范方案后，GIS可直观展现各规划网络结构，并可自动查询相关线路属性信息等。
3GIS技术在配电网中的应用实例
为进一步提升配电网管理水平，某县供电公司进行了将GIS技术的先进功能融合应用到配电网管理的尝试，开发了基于GIS技术的配电网规划运维平台，通过实际应用积累了一定经验，现对其应用过程进行介绍供参考。
3.1数据采集
首先依法获取该县供电公司电网供电区域分辨率较高的卫星地图，清晰度达到可看清街道，然后采集辖区内所有变电站和10kV线路的名称、坐标、负载、投运时间、所属变电站等信息，最后进行数据处理，主要包括卫星地图矢量栅格转换、数据编码和投影转化等处理。
3.2模型建立
导入地图信息，将实际地理坐标信息与地图建立连接，形成一一对应关系。将采集的变电站和线路信息分别以点和线的形式投影至卫星地图上，并设置依据负载水平给点、线着色的规则：负载率低于20%着深绿色，负载率20%—60%着浅绿，负载率60%—80%着浅红，负载率高于80%着深红。建立负荷预测算法模型，算法模型采用了感知连接的技术理念，即先通过智能电能表和自动化设备感知收集配电变压器负载和实际供区，自动划分绘制形成配电变压器供区范围，然后结合栅格提取的地块性质对收集的历史数据按设定算法进行计算分析，反算出每台配电变压器供区范围实际的负荷密度、负荷增速及不同配电变压器供区间同时率等指标，进而依据精准的指标进行精准负荷预测。
3.3应用效果
通过以该县供电公司电网为基础进行应用初试，检验了GIS技术在配电网中融合应用的可行性，取得了良好的测试效果。（1）通过融合应用GIS系统，实现了配电网配电变压器、线路运行状况的实时可视化反馈，管理和运维人员可便捷、直观地掌握配电网运行情况。（2）在配电自动化装备和GIS系统的支撑下，实现了电网设备故障点的精准定位，可快捷查询配电变压器、线路的坐标信息，既提升了设备抢修的效率，也提高了设备信息台账的准确性。（3）实际应用中，通过对各个配电变压器供区进行供区自动绘制划分，以配电变压器供区为最小单位分析历史负荷数据，并结合栅格自动提取的地块性质计算出各类型地块负荷密度和负荷增速等指标。经比较，负荷预测偏差较以往的传统负荷预测方法降低超过10%。
结束语
GIS全称为地理信息系统，借助GIS技术，可将地理信息、属性信息、几何信息、时间信息等多维空间数据整合，实现对空间数据的综合管理应用。探索GIS技术在配电网规划中的融合应用，有助于解决配电网管理中存在的数据抽象、电网问题隐晦难找、全局性不足等问题，进而显著提升配电网规划管理水平。
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