基于GIS的配電網(wǎng)智能評(píng)估規(guī)劃系統(tǒng)

姚 剛，張海彪，李滿(mǎn)堂

(1.上海電力學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 200090;2.湖州電力局，浙江 湖州 313013)

隨著電力行業(yè)廣泛引入應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)，電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)資產(chǎn)的管理;大量的設(shè)備資料和數(shù)據(jù)得以有效存儲(chǔ)和利用.但是從目前的應(yīng)用來(lái)看，該系統(tǒng)的管理應(yīng)用仍然局限于基層技術(shù)人員對(duì)設(shè)備的靜態(tài)屬性查看和對(duì)個(gè)體設(shè)備的操作管理，缺乏對(duì)GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步應(yīng)用，對(duì)上層管理人員的輔助決策作用的功能不強(qiáng).

目前，在國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)資金還不太充裕的情況下，電網(wǎng)建設(shè)面臨以下幾類(lèi)問(wèn)題:一是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，存在較多安全隱患［1］;二是供電部門(mén)沒(méi)有統(tǒng)一、規(guī)范、長(zhǎng)期實(shí)施的項(xiàng)目決策依據(jù)，電網(wǎng)近期的建設(shè)改造缺乏具體的目標(biāo);三是規(guī)劃過(guò)程中有很多不可預(yù)知的因素，規(guī)劃內(nèi)容需不斷修改.因此，對(duì)當(dāng)前配電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)、合理的評(píng)估，指出電網(wǎng)中存在的問(wèn)題，明確近期建設(shè)改造的方向，同時(shí)根據(jù)經(jīng)濟(jì)和負(fù)荷的發(fā)展情況，對(duì)規(guī)劃及時(shí)地進(jìn)行修編，有效指導(dǎo)配電網(wǎng)今后的建設(shè)顯得尤為重要.

以國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于城市電網(wǎng)規(guī)劃的技術(shù)要求及電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)為基礎(chǔ)，并結(jié)合浙江省城市電網(wǎng)評(píng)估報(bào)告指導(dǎo)意見(jiàn)，同時(shí)根據(jù)電力企業(yè)的實(shí)際工作需要及現(xiàn)有系統(tǒng)軟件的應(yīng)用情況，以及上海昌泰求實(shí)電力新技術(shù)有限公司多年的城市電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)、“基于GIS的配電網(wǎng)評(píng)估系統(tǒng)”和“基于實(shí)時(shí)負(fù)荷的高壓電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)”中的相關(guān)功能，構(gòu)建適合用戶(hù)需求的數(shù)據(jù)采集體系和功能分析模塊.

1 系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

將成熟的配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)和已成功應(yīng)用的城市配電網(wǎng)評(píng)估與輔助決策系統(tǒng)、高壓電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)相結(jié)合，建立基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)，賦予GIS系統(tǒng)更新、更強(qiáng)的生命力.配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)作為電網(wǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)平臺(tái)，我們能夠動(dòng)態(tài)地獲取到配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)等，為配電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).配電網(wǎng)評(píng)估規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)主要利用GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，不僅可去除數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè)和維護(hù)，而且可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，擴(kuò)展配電GIS系統(tǒng)的功能，使其更強(qiáng)大、全面、實(shí)用.

要求系統(tǒng)以量化評(píng)估的形式展示電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展水平:一是可以與兄弟供電單位進(jìn)行橫向?qū)Ρ?二是可以對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)的建設(shè)水平進(jìn)行縱向比較;三是可以在本地區(qū)的不同分區(qū)或同一分區(qū)的不同變電所之間進(jìn)行定量比較.基于GIS的配電網(wǎng)評(píng)估規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)將配電網(wǎng)的評(píng)估、規(guī)劃、改造、新建等項(xiàng)目有機(jī)地整合，是一套新穎的、現(xiàn)代供電企業(yè)宏觀管理不可缺少的軟件工具，可以有效地指導(dǎo)配電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃、建設(shè)和改造，將有限的資金投入到電網(wǎng)建設(shè)最需要的地方.

2 系統(tǒng)指標(biāo)及技術(shù)架構(gòu)

2.1 指標(biāo)體系與層次結(jié)構(gòu)

基于GIS的配電網(wǎng)評(píng)估規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)相關(guān)評(píng)估指標(biāo)體系及層次結(jié)構(gòu)［2-7］如圖1所示.

圖1 指標(biāo)體系及層次結(jié)構(gòu)

2.2 評(píng)估得分

根據(jù)詳細(xì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算得出配電網(wǎng)評(píng)估的各項(xiàng)指標(biāo)得分，按照層次分析法(AHP)［1］，計(jì)入各項(xiàng)指標(biāo)所占的權(quán)重，并將其納入上一級(jí)，各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)分為100分.公式如下:

式中:s(k+1)——層次結(jié)構(gòu)中第k+1層得分;

n——第k層子屬性的個(gè)數(shù);

sj(k)——第k層中第j個(gè)屬性的得分;

wj(k)——第 k 層中第 j個(gè)屬性的權(quán)重［4，5］.

2.3 技術(shù)架構(gòu)

基于GIS的配電網(wǎng)智能評(píng)估規(guī)劃系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)主要包括:系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理;專(zhuān)業(yè)評(píng)估、分析計(jì)算及輔助決策模型的構(gòu)建;基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)的應(yīng)用.

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

基于GIS的配電網(wǎng)智能評(píng)估規(guī)劃系統(tǒng)提供了配電網(wǎng)評(píng)估、配電網(wǎng)規(guī)劃、配電網(wǎng)問(wèn)題嚴(yán)重程度分析，以及其他相關(guān)計(jì)算等功能.該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)體系功能結(jié)構(gòu)

3.2 配電網(wǎng)評(píng)估功能

3.2.1 配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)估的作用

(1)通過(guò)該軟件，可以綜合評(píng)估規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)的發(fā)展情況，量化配電網(wǎng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，明確規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)與不足，為日后縱向?qū)Ρ却蛳禄A(chǔ);

(2)通過(guò)分析與評(píng)估，可以對(duì)規(guī)劃區(qū)目前電網(wǎng)發(fā)展階段進(jìn)行定位，指導(dǎo)后續(xù)規(guī)劃與建設(shè)工作的順利進(jìn)行;

(3)通過(guò)分析與評(píng)估，可以形成詳細(xì)的現(xiàn)狀問(wèn)題報(bào)表，并按其嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)，為后續(xù)電網(wǎng)的建設(shè)工作提供重要的參考資料.

3.2.2 配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)估流程

配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)估流程如圖3所示.

該系統(tǒng)內(nèi)置的評(píng)估指標(biāo)體系和打分規(guī)則可形成專(zhuān)家?guī)?(現(xiàn)有打分規(guī)則主要面向城市電網(wǎng)，與城市電網(wǎng)有差距的電力企業(yè)或農(nóng)網(wǎng)用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際情況，在軟件中設(shè)置適當(dāng)?shù)拇蚍謽?biāo)準(zhǔn).)通過(guò)專(zhuān)家?guī)旃δ埽瑢?shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的綜合評(píng)估，并對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行顯示;通過(guò)分析評(píng)估結(jié)果所存在的問(wèn)題，可對(duì)配電網(wǎng)未來(lái)的整改和建設(shè)提出參考意見(jiàn).

圖3 配電網(wǎng)評(píng)估流程

3.2.3 配電網(wǎng)評(píng)估數(shù)據(jù)來(lái)源

配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)估流程數(shù)據(jù)主要來(lái)源于配電網(wǎng)GIS中現(xiàn)有的屬性數(shù)據(jù)，由配電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)定時(shí)產(chǎn)生一個(gè)配電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像，由后臺(tái)服務(wù)程序利用數(shù)據(jù)庫(kù)空閑時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步(其中個(gè)別數(shù)據(jù)需手動(dòng)維護(hù)).

3.3 配電網(wǎng)規(guī)劃功能

本模型功能塊主要服務(wù)于電力企業(yè)管理層、決策層用戶(hù)，可完成配電網(wǎng)的電力需求預(yù)測(cè)、電力電量的平衡、容載比校驗(yàn)、實(shí)時(shí)負(fù)荷和最大負(fù)荷的獲取等.

通過(guò)與PI系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)接口，規(guī)劃工程師可以校核規(guī)劃方案與電網(wǎng)發(fā)展的滿(mǎn)足程度，以便定期修編電網(wǎng)規(guī)劃方案，為決策者提供實(shí)時(shí)、有效的信息，為規(guī)劃、管理人員提供科學(xué)的規(guī)劃依據(jù).

3.3.1 配電網(wǎng)規(guī)劃流程

配電網(wǎng)規(guī)劃的具體流程見(jiàn)圖4.

圖4 配電網(wǎng)規(guī)劃流程

3.3.2 配電網(wǎng)規(guī)劃內(nèi)容

配電網(wǎng)的規(guī)劃內(nèi)容包括以下6個(gè)方面.

(1)負(fù)荷數(shù)據(jù)讀取 充分應(yīng)用供電企業(yè)現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)，與PI系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)接口，取得變電站的實(shí)時(shí)負(fù)荷、歷史負(fù)荷、年最大負(fù)荷、實(shí)測(cè)日負(fù)荷等數(shù)據(jù)，為電力規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源共享;

(2)負(fù)荷預(yù)測(cè) 采用不同數(shù)學(xué)模型，多種預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)未來(lái)5年、10年、20年的負(fù)荷發(fā)展情況，為電網(wǎng)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)［8］;

(3)空間負(fù)荷預(yù)測(cè) 根據(jù)規(guī)劃區(qū)不同的土地利用性質(zhì)及相應(yīng)的負(fù)荷密度指標(biāo)，進(jìn)行空間負(fù)荷預(yù)測(cè)，進(jìn)而可以對(duì)規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè);

(4)電力平衡及規(guī)劃 基于負(fù)荷預(yù)測(cè)方案，對(duì)電網(wǎng)分電壓等級(jí)進(jìn)行電力電量平衡，并預(yù)測(cè)規(guī)劃所需的變電容量［9］;

(5)規(guī)劃各變電站的供電范圍 在負(fù)荷預(yù)測(cè)及電力電量平衡的基礎(chǔ)上，通過(guò)最優(yōu)模型計(jì)算出變電站初步布局方案，并結(jié)合規(guī)劃區(qū)的實(shí)際建設(shè)情況，對(duì)部分結(jié)果進(jìn)行修正，反復(fù)迭代后得出最優(yōu)的變電站(所)位置及各變電站的供電范圍［10］;

(6)目標(biāo)網(wǎng)架與年度規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模 在高壓變電站(所)位置和供電范圍確定的情況下，根據(jù)中壓配電網(wǎng)線路供電能力、接線方式等，形成配電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架供電方案，在確定目標(biāo)網(wǎng)架的基礎(chǔ)上，結(jié)合電網(wǎng)現(xiàn)狀以及規(guī)劃區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)情況，合理安排配電網(wǎng)的年度建設(shè)方案，以保證區(qū)域電網(wǎng)平穩(wěn)地過(guò)渡到目標(biāo)網(wǎng)架.

4 結(jié)語(yǔ)

基于GIS的配電網(wǎng)智能評(píng)估規(guī)劃系統(tǒng)中采用的指標(biāo)體系和算法模型是以國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于城市電網(wǎng)評(píng)估內(nèi)容的有關(guān)文件為依據(jù)，與配網(wǎng)規(guī)劃及配網(wǎng)管理緊密結(jié)合，首先對(duì)規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，然后在評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)規(guī)劃區(qū)的電網(wǎng)進(jìn)行合理規(guī)劃.系統(tǒng)可以根據(jù)評(píng)估的實(shí)際情況，靈活設(shè)置評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃以實(shí)時(shí)負(fù)荷和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，核心算法以Web Service接口形式實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)，也可被不同的軟件系統(tǒng)調(diào)用，具有很好的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性.

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