基于地理信息的變電站選址問題研究

朱子涵　黃敬

摘要：地理信息系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，變電站選址問題也將地理信息納入評(píng)價(jià)體系以增加選址的準(zhǔn)確性。本文針對(duì)變電站在規(guī)劃期和工程期不同的選址需求，構(gòu)建基于地理信息和現(xiàn)場(chǎng)勘察的地塊排序評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，闡述地理信息在變電站選址過程中的應(yīng)用流程，該方法不僅適用于變電站選址，也對(duì)其他計(jì)及地理信息的選址工作提供一些借鑒。

關(guān)鍵字：地理信息，變電站，選址

1. 引言

科學(xué)的電網(wǎng)規(guī)劃工作對(duì)于提高電網(wǎng)的供電能力和供電質(zhì)量至關(guān)重要，變電站選址是電網(wǎng)規(guī)劃中重要內(nèi)容，選址好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、供電可靠性以及投資回報(bào)率。變電站選址恰當(dāng)，可以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，否則較小干擾就可能引起電網(wǎng)故障，影響人們的生產(chǎn)生活。傳統(tǒng)的變電站選址算法沒有考慮地理信息，導(dǎo)致選出的地址經(jīng)常落在山川湖泊等不可建站區(qū)域，還需要專家進(jìn)行結(jié)果干預(yù)調(diào)整站址，而利用地理信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)大范圍地址搜索，并能有效避開不可建站區(qū)域，為電力規(guī)劃提供精確數(shù)據(jù)。

1. 電力地理信息概述

地理信息系統(tǒng)（GIS）是使用計(jì)算機(jī)建立有關(guān)地理空間的數(shù)字表達(dá)、空間分析和可視化的信息系統(tǒng)，可以采集、分析、輸出多種地理空間信息，具有區(qū)域空間分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)功能。地理空間信息包括基礎(chǔ)性地理空間信息、專業(yè)信息、綜合信息以及專題地理信息等。

GIS在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用在電力營銷、輸變電、配電和發(fā)電等環(huán)節(jié)，如利用GIS選擇線路路徑、變電站選址;在電力調(diào)度中將雷電、臺(tái)風(fēng)信息展示在GIS地圖上，以便調(diào)度員掌握電網(wǎng)態(tài)勢(shì);在電力營銷中利用GIS快速掌握配電網(wǎng)運(yùn)行、快速受理用戶故障報(bào)修、電力搶修人員利用GIS快速到位等。在電網(wǎng)輸變電中，利用GIS技術(shù)將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、布局與空間地理環(huán)境相結(jié)合，直接服務(wù)于輸變電工程的勘測(cè)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)規(guī)劃及施工建設(shè)中，將電力系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)施中涉及到的大面積區(qū)域空間圖形及相關(guān)地形地貌、建筑物、桿塔等的屬性數(shù)據(jù)一并采集管理，進(jìn)行綜合量化評(píng)價(jià)，共同為電力系統(tǒng)決策提供數(shù)據(jù)支持，提高電力系統(tǒng)管理質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1. 基于地理信息的變電站選址應(yīng)用

3.1變電站規(guī)劃期選址

變電站作為上級(jí)輸電線路的接入端和下級(jí)輸電線路的供應(yīng)端，其位置優(yōu)劣直接對(duì)上下級(jí)輸電線路的長度和成本產(chǎn)生影響。變電站的位置也是影響電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定可靠性的重要因素，變電站地址應(yīng)盡量選擇在電力負(fù)荷中心，使變電站所帶負(fù)荷可以覆蓋變電站供電區(qū)域，即保持線路長度適中，又可以避免端電壓過低，降低網(wǎng)損，滿足系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變電站規(guī)劃選址時(shí)，除了考慮負(fù)荷分布、出現(xiàn)等技術(shù)指標(biāo)，還要將地理信息指標(biāo)納入評(píng)價(jià)函數(shù)中，以獲得真實(shí)可信的選址結(jié)果。根據(jù)規(guī)劃期選址特點(diǎn)，GIS信息可以分為不可建站區(qū)域信息，如山川、湖泊河流、不可拆除建筑物等;影響類信息，如拆遷補(bǔ)償、交通狀況、工程條件、水源等對(duì)建站費(fèi)用產(chǎn)生影響的信息。這些信息在GIS系統(tǒng)中生產(chǎn)若干屬性圖層，一類信息為一個(gè)圖層。

變電站站址位置為待選區(qū)域中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，地理信息因素可以轉(zhuǎn)化為多邊形的面模型來表示，將山川湖泊、帶有地價(jià)信息的地塊等不可建站區(qū)域以及標(biāo)定的適合建站區(qū)域等使用可數(shù)字化表達(dá)的方式表現(xiàn)出來，給予不同的地塊多邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。GIS采集的信息在每個(gè)圖層中分別進(jìn)行讀取，將不可建站區(qū)域信息和影響類信息轉(zhuǎn)化為屬性因子帶入變電站選址模型中進(jìn)行計(jì)算，獲得最佳選址信息。

3.2變電站工程選址

在規(guī)劃部門初步選址的基礎(chǔ)上，確定最適宜變電站建站的位置地塊。變電站選址中需要考慮的地理信息主要有工程建設(shè)、周邊影響、水文情況、線路影響及其他因素。與工程建設(shè)相關(guān)的地理信息有工程地質(zhì)情況、地基處理難易、建站道路長度、施工條件、土石方工程量等;周邊影響要考慮變電站對(duì)通信、臨近設(shè)施的影響，建站區(qū)域內(nèi)拆遷補(bǔ)償?shù)那闆r以及與民房的距離等;水文情況包括水源、水文地質(zhì)、站區(qū)排水能力等;線路影響有與新建站相連的線路長度、已有線路的交叉數(shù)量以及線路轉(zhuǎn)角數(shù)量等。

很多變電站選址是由設(shè)計(jì)人員和變電站所在地相關(guān)部門商議后決定，這種方式不僅效率低，確定的站址也不一定是最優(yōu)位置，在變電站建設(shè)中容易造成線路投資過大。精準(zhǔn)的變電站站址定位需要大量的地理信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，且地理信息一般要涵蓋至少5-10公里的區(qū)域面積，GIS信息的應(yīng)用不僅保證了工程選址定位的準(zhǔn)確，也減少了勘察人員的工作量。一些指標(biāo)信息如土石方工程量、拆遷補(bǔ)償情況等仍需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，將勘察結(jié)果與GIS信息相結(jié)合，得到最終推薦站址。

3.3建立選址模型

考慮到建設(shè)投資、線路投資、運(yùn)營成本及網(wǎng)損等因素均對(duì)變電站選址產(chǎn)生較大影響，以變電站年化建設(shè)運(yùn)營費(fèi)用、網(wǎng)絡(luò)損耗費(fèi)用和低壓饋線建設(shè)費(fèi)用三者之和最小為目標(biāo)函數(shù)建立變電站綜合選址數(shù)學(xué)模型，同時(shí)將地理信息中的影響類信息和不可建站區(qū)域信息分類處理，納入模型中，使模型更加精確。常用的分析模型有差分進(jìn)化算法、粒子群優(yōu)化算法等，最終得出優(yōu)化選址結(jié)果和投資費(fèi)用，為變電站選址提供決策數(shù)據(jù)。

3.4地理信息系統(tǒng)在變電站沉降觀測(cè)中的應(yīng)用

基于GIS系統(tǒng)，可以進(jìn)行完整的變電站及周邊區(qū)域的地圖繪制、顯示和輸出等功能，不僅可以按照要素屬性編輯和表現(xiàn)圖形，還可以生成要素?cái)?shù)據(jù)并直接繪制，有全面的用于系統(tǒng)分析的地圖符號(hào)、線形、字體庫和輸出格式，自動(dòng)生成坐標(biāo)格網(wǎng)和經(jīng)緯網(wǎng)。利用獲取的地理信息數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取等高線并自動(dòng)賦以高程值，繪制出沉降等值線圖，可以直觀的看到整體以及不同時(shí)段的沉降狀況，為決策施工人員提供準(zhǔn)確可靠的信息。

1. 變電站工程選址評(píng)價(jià)

4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)

變電站選址涉及了土建、電氣、通信等多個(gè)專業(yè)，是一個(gè)綜合性選址問題。首先基于GIS信息系統(tǒng)將所有地塊按照以一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序，然后由設(shè)計(jì)人員根據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察調(diào)研，再將勘察結(jié)果與GIS信息進(jìn)行綜合，得到最終推薦站址。評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)影響變電站選址的地理信息和現(xiàn)場(chǎng)勘察信息進(jìn)行整理和分類，最終選擇了工程建設(shè)、線路評(píng)價(jià)、周邊影響、水文情況、其他因素幾個(gè)大類，每個(gè)大類又包含多個(gè)具體評(píng)價(jià)指標(biāo)，內(nèi)容如下：

這些信息都可以通過GIS系統(tǒng)獲取，通過層次分析法和專家評(píng)分獲得相應(yīng)權(quán)重，計(jì)算出地塊排名，這種量化的排名次序具有一定說服力，選擇到GIS條件較好的地塊建站，使規(guī)劃更加科學(xué)合理。

4.2評(píng)價(jià)流程

網(wǎng)格化待選區(qū)域：以規(guī)劃部門初步選擇的變電站站址為中心，確定待選區(qū)域及區(qū)域大小，將區(qū)域劃分成m個(gè)方格;

網(wǎng)格信息讀?。豪肎IS系統(tǒng)讀取每個(gè)方格中的不可建站信息，包括山川、河流、地震斷裂帶、地下光纜、易滑坡區(qū)域、不可拆遷建筑物等，如果發(fā)現(xiàn)方格中含有這類信息，則該地塊被否決;

基于GIS信息的地塊自動(dòng)排序，在可行的網(wǎng)格中利用GIS信息構(gòu)建層次分析模型，進(jìn)行地塊排序，勘察人員選擇排名靠前的地塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察。

基于GIS信息和勘察結(jié)果，根據(jù)變電站選址綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系再次通過層次分析法進(jìn)行排序，將評(píng)分最高的地塊作為最優(yōu)推薦站址。

根據(jù)以上評(píng)價(jià)流程，首先利用GIS信息進(jìn)行地塊初步篩選，選擇出若干比較適宜的建站地塊，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，再將現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果納入評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行綜合排序得出最優(yōu)建站位置。

1. 總結(jié)

本文對(duì)變電站基于GIS信息的選址問題進(jìn)行研究，變電站選址是一個(gè)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)問題。在選址規(guī)劃時(shí)，不僅考慮建設(shè)投資、線路投資、運(yùn)營成本及網(wǎng)損等因素，還將GIS信息以不可建站和影響類信息分別處理并作用于選址模型，建立變電站選址綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行排序，將評(píng)分最高的地塊作為最優(yōu)推薦站址。利用GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力實(shí)現(xiàn)變電站科學(xué)選址，可以進(jìn)一步提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，保障電網(wǎng)供電能力。

參考文獻(xiàn)

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