配變負(fù)荷熱力圖在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

唐炎 孔喬悅 劉光軍

（1.國網(wǎng)常德供電公司 湖南省常德市 415000 2.湖北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院 湖北省武漢省 430068）

熱力圖是一種數(shù)據(jù)可視化的有效方式，熱力矩陣中的每個(gè)值都用相應(yīng)的顏色來表示，熱力圖在顯示密度方面具備其他可視化工具不具備的優(yōu)勢，顯示直觀、使用方便。國內(nèi)市場上主流電子地圖軟件如：百度地圖、高德地圖、騰訊地圖提供了景區(qū)熱力圖和城市熱力圖的免費(fèi)服務(wù)。景區(qū)熱力圖是針對景區(qū)客流的熱力圖，城市熱力圖則是顯示城市各地區(qū)人口分布密度的熱力圖。此類熱力圖都是基于大數(shù)據(jù)分析的成果，目前已經(jīng)有熱力圖的一些研究成果：城市空間結(jié)構(gòu)研究、基于旅游活動的景點(diǎn)周邊交通改善研究、基于百度熱力圖的職住平衡度量研究等成果。但是，用電負(fù)荷熱力圖的相關(guān)研究成果較少，本文將介紹一種采用百度地圖開發(fā)包進(jìn)行二次開發(fā)的配變負(fù)荷熱力圖生成方法，并利用配變負(fù)荷熱力圖指導(dǎo)實(shí)際電網(wǎng)規(guī)劃工作。

1 熱力圖的原理

熱力圖是一種針對一定區(qū)域內(nèi)大量數(shù)據(jù)點(diǎn)的某一特征的空間態(tài)勢及分布狀況的可視化表達(dá)方式，即用圖中點(diǎn)的位置來對應(yīng)地理對象的位置，通過該點(diǎn)的影響因子表示地理對象某要素、特征、屬性的數(shù)值，并作線性拉伸，在對應(yīng)的地理對象空間位置上表達(dá)出第三維數(shù)據(jù)值的大小變化特征的方法。第三維數(shù)值可以是某種屬性、特征，也可不設(shè)置任何變量用于反映數(shù)據(jù)點(diǎn)密度。

常規(guī)熱力圖的繪制如圖1所示，核心步驟如下：

圖1：熱力圖算法流程

（1）地理映射。將每個(gè)地理對象的坐標(biāo)映射到canvas渲染區(qū)域，映射公式為式（1）。

（1）式中：Gwidth和Gheight為屏幕的寬度和高度，以像素為單位；xmax、xmin、ymax和ymin分別為畫布區(qū)域的經(jīng)緯度最值；x、y 分別為對象的經(jīng)緯度坐標(biāo)；X、Y 為對象映射在屏幕畫布上的橫、縱坐標(biāo)。屏幕坐標(biāo)系中，定義為X 軸向右遞增，Y 軸向下遞增，X 和Y 均為正值；地理坐標(biāo)系中通常用正負(fù)數(shù)值區(qū)分東經(jīng)、西經(jīng)和北緯、南緯，坐標(biāo)可以有負(fù)值。

（2）對象值灰度化，計(jì)算公式為式（2）。

式中：v、vmax和vmin分別為所要計(jì)算對象的特征值、所有對象特征值的最大值與最小值；V 也可以稱為對象的影響因子。

（3）生成灰度圓并疊加灰度值，即根據(jù)每個(gè)對象的中心灰度，在給定渲染半徑r 的情況下，由中心至圓周生成一個(gè)灰度漸變或者灰度相同的圓。經(jīng)過灰度值疊加，畫布中每個(gè)像素都有了不同灰度值，得到灰度圖。

（4）灰度圖色彩化。第一步定義一個(gè)調(diào)色板，色彩按照一定的規(guī)律變化；第二步由第（3）步得到的灰度圖，根據(jù)灰度與調(diào)色板的映射關(guān)系生成色彩圖。

2 配變負(fù)荷熱力圖的繪制算法

本文中的配變熱力圖繪制算法的數(shù)據(jù)源為常德市25000 臺配電變壓器的地理數(shù)據(jù)（經(jīng)度lng、緯度lat）、全市最大負(fù)荷時(shí)刻的配變負(fù)荷數(shù)據(jù)（額定容量P*負(fù)載率β）。其中全局最大負(fù)荷時(shí)刻的配變負(fù)荷數(shù)據(jù)是在地理對象空間上表達(dá)出第三維數(shù)據(jù)值。

采用百度地圖Web 端JavaScript API 進(jìn)行二次開發(fā),在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中展示常德市的地圖和行政邊界，再利用熱力圖算法，利用配電變壓器的地理數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)計(jì)算出配變負(fù)荷熱力圖canvas 圖層，再將配變負(fù)荷熱力圖canvas 圖層和地理圖層疊加顯示在瀏覽器中，得到常德地區(qū)的配變負(fù)荷熱力圖。配變負(fù)荷熱力圖圖層與地理圖層同步的縮放。

圖2 為常德市配變負(fù)荷熱力圖。可以直觀的看出，紅色區(qū)域?yàn)樨?fù)荷密度高的區(qū)域，主要分布在市城區(qū)、縣城區(qū)、發(fā)達(dá)的集鎮(zhèn)；顏色透明的區(qū)域?yàn)樨?fù)荷密度低的區(qū)域，主要集中在石門縣和桃源縣的山區(qū)人口稀少的區(qū)域；黃色區(qū)域?yàn)樨?fù)荷密度適中的區(qū)域，主要為丘陵地帶的農(nóng)村區(qū)域。

圖2：常德市配變負(fù)荷負(fù)荷熱力圖

3 負(fù)荷熱力圖在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1 確定地區(qū)差異化的電網(wǎng)規(guī)劃原則

如表1所示，利用配變負(fù)荷熱力圖，能直觀反映區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷分布，采用不同時(shí)期數(shù)據(jù)，能夠展示地區(qū)的時(shí)空負(fù)荷特性。通過配變負(fù)荷熱力圖，在電網(wǎng)規(guī)劃工作中，最直接的應(yīng)用是確定電網(wǎng)規(guī)劃的技術(shù)原則。利用在配變負(fù)荷熱力圖中得出的不同區(qū)域的負(fù)荷分布特點(diǎn)，制定差異化的電網(wǎng)規(guī)劃原則：

表1：不同區(qū)域類型負(fù)荷密度與熱力圖顏色對應(yīng)關(guān)系

紅色區(qū)域?yàn)樨?fù)荷密度高的區(qū)域，主要分布在市城區(qū)、縣城區(qū)、發(fā)達(dá)的集鎮(zhèn)，適合規(guī)劃新建110 千伏變電站。

顏色透明的區(qū)域?yàn)樨?fù)荷密度低的區(qū)域，主要集中在石門縣和桃源縣的山區(qū)人口稀少的區(qū)域，為35 千伏電網(wǎng)的適宜發(fā)展區(qū)。

黃色區(qū)域?yàn)樨?fù)荷密度適中的區(qū)域，主要為丘陵地帶的農(nóng)村區(qū)域，丘陵因地制宜建設(shè)35 千伏電站。

3.2 確定負(fù)荷中心，優(yōu)化變電站選址

擬建陳家嘴110kV 變電站位于安鄉(xiāng)縣陳家嘴鎮(zhèn)，其供電范圍為：陳家嘴鎮(zhèn)、下漁口鎮(zhèn)，供電面積約173.8 平方公里，供電人口約8.2萬人。區(qū)域內(nèi)有9條10kV線路供電，分別為下蝦線、下同線、下鎮(zhèn)線、六嘴線、六武線、下刮線、六德線、六成線、安康線。供帶的公用配電變壓器容量45920kVA、專用配電變壓器容量為18830kVA，配電變壓器總?cè)萘繛?4750kVA。

為了確定負(fù)荷中心，通過安鄉(xiāng)縣配變負(fù)荷熱力圖3 得知陳家嘴鎮(zhèn)附近存在紅色的高負(fù)荷密度區(qū)和黃色的中負(fù)荷密度區(qū)。在站址初選過程中，現(xiàn)場查勘前，初選站址在陳家嘴鎮(zhèn)附近1km 處，可以節(jié)省10kV配套出線投資，減少供電半徑，提高供電能力和供電質(zhì)量。

圖3：安鄉(xiāng)縣南部區(qū)域配變負(fù)荷負(fù)荷熱力圖

4 結(jié)論

配變負(fù)荷熱力圖能夠直觀有效的反映區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷時(shí)空特性，是一種非常高效的電網(wǎng)規(guī)劃分析工具，在電網(wǎng)規(guī)劃工作中具有重要的作用，對于變電站的選址、10kV 線路廊道優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。同理，電網(wǎng)企業(yè)的海量低壓用戶的位置信息和電能質(zhì)量的信息、用戶服務(wù)相關(guān)的信息也能夠繪制出相應(yīng)的熱力圖，能直觀指導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)精準(zhǔn)投資、優(yōu)化服務(wù)。