地理信息技術在配電網(wǎng)中的應用

【摘要】針對地理信息技術在配電網(wǎng)中的應用，介紹了地理信息技術在配電自動化中的應用和在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應用，突出介紹了Voronoi圖技術在配電網(wǎng)中的應用，并指出了未來地理信息技術的應用也將對配電網(wǎng)規(guī)劃運行提出新的要求。

【關鍵詞】地理信息;配電網(wǎng)規(guī)劃;配電自動化

引言

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的主要負荷中心，配電網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，其元件繁多，結(jié)構復雜的特點也愈加突出。地理信息技術可以在計算機軟硬件的支持下，實現(xiàn)對地理分布數(shù)據(jù)的收集管理利用，與配電網(wǎng)中的各種信息具有密切的聯(lián)系。采用地理信息技術與配電網(wǎng)運行規(guī)劃相結(jié)合，應用于配電系統(tǒng)的實時運行維護規(guī)劃中，可以提高配電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的效率和科學性，使配電網(wǎng)的設備設施管理與建設合理科學化，有效提高配電網(wǎng)的工作效率和經(jīng)濟效益。本文將地理信息技術在配電網(wǎng)中的應用分為三個方面：第一方面是地理信息技術在配電自動化建設中的應用，第二方面是地理信息技術在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應用，最后突出詳述Voronoi圖技術在配電網(wǎng)建設中的應用。本文旨在對地理信息技術在配電網(wǎng)中的應用進行全面闡述，推動配電網(wǎng)運行建設的進一步發(fā)展。

1.地理信息技術在配電自動化中的應用

基于地理信息系統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)，可以將實時的地理信息與在線的設備狀態(tài)信息相結(jié)合，為配電網(wǎng)中的應用同時提供地理和設備的各種底層數(shù)據(jù)，同時利用軟件技術對采集到的底層數(shù)據(jù)進行處理和管理，為配電網(wǎng)運行管理建立實時有限，兼顧地理信息的模型，新城既有空間概念又有配電網(wǎng)信息的分層管理數(shù)據(jù)庫，極大地改善配電管理。目前在配電自動化中，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)在以下幾個方面得到了應用：

（1）配電綜合管理

傳統(tǒng)的配電綜合管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，利用CAD技術處理圖形，并不能夠?qū)⒍哂袡C的統(tǒng)一起來，而地理信息技術將數(shù)據(jù)與圖形相結(jié)合，具備了雙向查詢的特點，既可以將配電網(wǎng)底層數(shù)據(jù)地理化，又可以將實時的運行數(shù)據(jù)可視化。將地理信息系統(tǒng)應用于配電綜合管理系統(tǒng)中，將配電網(wǎng)情況生動直觀化，綜合整合了地理信息數(shù)據(jù)，配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，它能夠協(xié)助運行管理人員實時監(jiān)控設備運行狀況，為配電網(wǎng)運行管理提供實時準確的數(shù)據(jù)支持，還可以掌握用戶分布情況和線路設備狀態(tài)，合理調(diào)配資源，提高配電綜合管理效益。

（2）SCADA

地理信息系統(tǒng)與SCADA相結(jié)合，將地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與SCADA的數(shù)據(jù)庫之間建立映射關系，實現(xiàn)SCADA和地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。將SCADA與地理信息系統(tǒng)集成在一起后，SCADA就能夠利用地理信息系統(tǒng)中的圖形作為基礎，與本身數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)相結(jié)合，調(diào)度員利用這一系統(tǒng)就可以直觀實時的監(jiān)督配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，準確的進行網(wǎng)絡分析，制定調(diào)度指令，有效的減少突發(fā)事故帶來的而損失，提高調(diào)度質(zhì)量。

（3）變壓器負荷管理

變壓器負荷管理用來預防變壓器過載損壞的情況和輕載低效運行的情況，利用地理信息技術進行變壓器負荷管理時，變壓器負荷管理的數(shù)據(jù)舊可以從地理信息系統(tǒng)和用戶信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中取得。這種集成圖形數(shù)據(jù)和費圖形數(shù)據(jù)的功能顯著提高了變壓器負荷管理系統(tǒng)的能力。變壓器過載預測功能可以根據(jù)地理信息系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)進行預測，將可能過載和輕載的變壓器顯示在地圖上。配電調(diào)度人員可以利用變壓器過載預測功能獲得這些變壓器的具體信息，并及時對這些變壓器定位采取措施，避免損失。在地理信息技術的幫助下，配電調(diào)度人員可以通過跟蹤負荷變化來將因過載或者輕載而受損的變壓器數(shù)量大大降低。

（4）事故負荷轉(zhuǎn)移

事故轉(zhuǎn)移負荷可以利用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡拓撲相結(jié)合，用于三相潮流的計算，并將存儲在數(shù)地理信息據(jù)庫里的結(jié)果作為開關的屬性值用于事故負荷轉(zhuǎn)移的計算。當網(wǎng)絡中事故發(fā)生時，依照網(wǎng)絡運行管理的規(guī)定，通過及時調(diào)用存貯在數(shù)據(jù)庫的分析計算程序找出應當執(zhí)行操作的開關，對網(wǎng)絡拓撲重新更新。將地理信息數(shù)據(jù)庫應用于事故轉(zhuǎn)移負荷中，可以存儲大量的系統(tǒng)開關狀態(tài)信息和空間坐標，極大的提高了開關定位操作的效率，實現(xiàn)了事故負荷轉(zhuǎn)移的優(yōu)化操作。

2.地理信息技術在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應用

2.1 空間負荷預測

在配電網(wǎng)規(guī)劃中，空間負荷預測是首要步驟，只有對供電區(qū)域規(guī)劃目標水平年的負荷做出合理科學的預測，才能夠做出負荷發(fā)展需要的規(guī)劃方案。將地理信息系統(tǒng)作為負荷預測的基礎，利用地理信息技術處理收集基本數(shù)據(jù)，可以極大地提高減少數(shù)據(jù)收集量，提高數(shù)據(jù)的處理效率。文獻[1]基于地理信息方法的實用性，建立了新的空間負荷預測的理論和模型，并提出了基于地理信息平臺的負荷預測步奏，經(jīng)實例檢驗科學合理。文獻[2]通過對城市電網(wǎng)空間負荷預測的研究，提出了城市空間負荷預測的總體方案，基于地理信息系統(tǒng)的城市電網(wǎng)負荷預測操作平臺。文獻[3]針對空間負荷預測的數(shù)據(jù)需求，利用地理信息系統(tǒng)來收集處理基礎數(shù)據(jù)，并且提出了新的空間負荷預測算法。應用模糊理論來構造配電網(wǎng)空間負荷預測，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡訓練模糊集，并根據(jù)城市發(fā)展需求調(diào)整訓練模糊規(guī)則，在將供電區(qū)域分區(qū)的基礎上，得出徒弟使用決策，計算出分區(qū)的目標年負荷預測值，為地理信息系統(tǒng)在空間負荷預測中的應用提供了新思路。

2.2 變電站的選址及站容優(yōu)化規(guī)劃

變電站規(guī)劃是配電網(wǎng)規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)目標年的負荷需求和城市規(guī)劃的基本要求，在成本最小的前提下合理確定變電站建設的容量和位置。變電站規(guī)劃對電網(wǎng)規(guī)劃的網(wǎng)架結(jié)構建設的合理性有著重要的意義，是電網(wǎng)規(guī)劃中承上啟下的重要環(huán)節(jié)。文獻[4]將微分進化算法引入到變電站規(guī)劃選址中來，并且考慮地理信息系統(tǒng)對規(guī)劃站址的影響，通過判斷待選站址和地理因素的網(wǎng)絡拓撲關系，確定可行的待選站址，通過動態(tài)的參數(shù)運用策略提供計算群體多樣性，從而提高算法運算速度，提高算法性能效率。文獻[5]以地價為例提出了能夠計及地理信息自動進行大范圍搜索的變電站選址模型和相應選址方法，在傳統(tǒng)的單中位選址模型中加入了地塊邊界線性約束條件，將此條件帶入單中位選址目標函數(shù)中，該方法能夠計及地塊價格自動進行無約束大范圍搜索選址，且有效的避讓了不可建站區(qū)域。文獻[6]充分運用了地理信息系統(tǒng)的可視化功能和空間分析功能，借助經(jīng)濟容量的計算公式完成了站址的初選，以滿足不同負荷密度下的經(jīng)濟負荷為前提，通過逐步搜索負荷點進行迭代計算，得出站址和最佳容量，并利用基于層次分析法的多級模糊綜合評價選出最優(yōu)的站址方案。

3.Voronoi圖技術在配電網(wǎng)建設中的應用

Voronoi圖作為地理信息技術中的一種空間劃分方式，已被廣泛應用到空間分析、空間查詢、空間推理等領域的研究中，Voronoi圖建立了一種并不依賴于坐標幾何的空間鄰近模型，對解決空間剖分問題有一定的優(yōu)勢。文獻[8]提出利用Voronoi圖解決變電站規(guī)劃問題，利用Voronoi圖進行了變電站供電區(qū)域的劃分，該方法將配電網(wǎng)劃分成各個變電站的供電區(qū)域，為供電區(qū)域劃分提供了新思路。文獻[9]進一步研究了頂點加權和路徑加權Voronoi圖，并結(jié)合電力系統(tǒng)的實際情況提出了基于平均負荷密度的頂點加權Voronoi圖、基于變電站主變?nèi)萘康捻旤c加權Voronoi圖及基于近似最短路徑的路徑加權Voronoi圖等幾種加權Voronoi圖的構造思路及其在新增變電站站址優(yōu)化規(guī)劃和變電站最佳供電區(qū)域合理劃分中的應用。文獻[11]應用障礙Voronoi 圖實現(xiàn)變電站供電區(qū)域的劃分，可以在變電站位置及障礙因素已知的情況下，在滿足相關技術約束的條件下，以電氣距離之和最短為目標函數(shù)，利用障礙Voronoi圖的幾何特性，實現(xiàn)變電站供電區(qū)域的最佳劃分。

4.總結(jié)

本文以地理信息技術在配電網(wǎng)中的應用為題，從地理信息技術在配電自動化中的應用，在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應用和Voronoi圖技術在配電網(wǎng)中的應用三個方面介紹了地理信息技術在配電網(wǎng)中的應用。從配電網(wǎng)智能化信息化的發(fā)展趨勢來看，在以后的研究中，應當注重將地理信息系統(tǒng)與配電網(wǎng)管理運行系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)應用智能化的在線配電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，利用實時的地理信息和電網(wǎng)運行信息對配電網(wǎng)進行科學合理化的管理。

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作者簡介：劉笠（1990—），男，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃方面的研究。