城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃方法及應(yīng)用

岳昕

摘要：本文對城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃方法及應(yīng)用進行了研究，運用了資料收集法、文獻調(diào)查法以及個案分析法等研究方法，介紹了城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺架構(gòu)，探究了架構(gòu)建設(shè)方法，并分析了該三維可視化規(guī)劃平臺在城市電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，以為相關(guān)工作人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：城市電網(wǎng);三維可視化;規(guī)劃平臺;應(yīng)用

一、前言

城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃重點是構(gòu)建平臺架構(gòu)，并且規(guī)劃平臺架構(gòu)是否合理直接影響著平臺后期應(yīng)用效果，所以在規(guī)劃設(shè)計中，首先要明確平臺基礎(chǔ)功能，比如現(xiàn)狀網(wǎng)分析、變電站定容選址、負荷預(yù)測、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及規(guī)劃網(wǎng)評估等。為有效整合各模塊和相關(guān)地理信息，要深入探究平臺整體架構(gòu)，關(guān)注在架構(gòu)中構(gòu)建3S系統(tǒng)、圖形管理軟件平臺以及綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，規(guī)劃平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要選擇C/S-B/S結(jié)合于一體的結(jié)構(gòu)形式。為有效突破不同電網(wǎng)系統(tǒng)間的壁壘，所設(shè)計平臺還采用多模型相結(jié)合方式來存儲數(shù)據(jù)。平臺規(guī)劃過程中，所運用的關(guān)鍵技術(shù)有視景仿真、集成虛擬現(xiàn)實以及三維建模等。

二、城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺架構(gòu)

1、平臺功能

構(gòu)建城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺重點是設(shè)計多個子模塊，包括現(xiàn)狀網(wǎng)分析、負荷預(yù)測、變電站定容選址、網(wǎng)架規(guī)劃以及規(guī)劃網(wǎng)評估等，不同模塊之間相互分離，保持獨立，同時各模塊之間可共享和交換數(shù)據(jù)。此外，平臺還設(shè)計有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入、空間分析、菜單管理、數(shù)據(jù)查詢、三維地圖編輯及繪制等功能。接下來重點介紹幾個子系統(tǒng)：①現(xiàn)狀網(wǎng)分析。該系統(tǒng)主要是以三維可視化平臺為基礎(chǔ)，通過收集電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)實現(xiàn)三維建模，經(jīng)線路過載集散、電壓越限、N-1分析和容載比、短路計算、潮流計算等計算綜合評估現(xiàn)狀電網(wǎng)，明確問題和后續(xù)規(guī)劃方向;②負荷預(yù)測。城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃當(dāng)中，一個重要基礎(chǔ)就是以三維可視化空間為基礎(chǔ)進行負荷預(yù)測，具體是在電力部門目前及未來供電范圍之內(nèi)，結(jié)合規(guī)劃城市電網(wǎng)壓力水平，基于一定原則把城市用地劃分成多個小區(qū)，經(jīng)分析與預(yù)測明確規(guī)劃年城市小區(qū)所體現(xiàn)出的土地利用特征及后續(xù)發(fā)展趨勢，在此基礎(chǔ)上預(yù)測有關(guān)小區(qū)內(nèi)部電力用戶以及具體的負荷分布位置、產(chǎn)生時間及數(shù)量。本文在設(shè)計城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺期間，對于負荷預(yù)測子模塊主要通過多Anget小區(qū)負荷預(yù)測對目標年電量以及負荷做出預(yù)測，具體包含歷史數(shù)據(jù)錄入、地塊信息查詢、預(yù)測、預(yù)測結(jié)果顯示以及負荷分配等內(nèi)容;③變電站選址。該模塊是以負荷預(yù)測結(jié)果為基礎(chǔ)，利用優(yōu)化算法明確新建變電站位置、所帶負荷及容量，計算結(jié)果可顯示于城市三維圖形當(dāng)中，之后結(jié)合部分規(guī)劃原則和城市建筑現(xiàn)狀通過專家干預(yù)法合理修正規(guī)劃結(jié)果。該模塊主要包含變電站選址定容計算、變電站數(shù)據(jù)查詢、專家干預(yù)、變電站規(guī)劃三維圖形顯示和輸出等操作;④網(wǎng)架規(guī)劃。此模塊主要功能是基于變電站選址定容，通過在三維地圖當(dāng)中手動連線實現(xiàn)網(wǎng)架設(shè)計，以獲得更準確的線路造價數(shù)據(jù)。此模塊運行中首先需要準備數(shù)據(jù)，其次選擇電壓等級，之后在專家干預(yù)基礎(chǔ)上顯示三維圖網(wǎng)架;⑤規(guī)劃網(wǎng)評估。該模塊主要是對多個規(guī)劃方案進行評估，包含N-1分析以及利用潮流計算方法對節(jié)點電壓、可靠性分析、線路負載情況、容載比、短路容量、經(jīng)濟性指標等進行評估[1]。

2、總體結(jié)構(gòu)

城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺整體結(jié)構(gòu)，主要包含小區(qū)負荷預(yù)測、圖形管理軟件平臺、綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)、3S系統(tǒng)等架構(gòu)。3S系統(tǒng)以及3D系統(tǒng)是以綜合信息管理和服務(wù)平臺所集成的，能夠?qū)τ跋駡D形庫、設(shè)備庫、矢量圖形庫等實現(xiàn)共享[2]。此外，3S系統(tǒng)還具有模型維護、參數(shù)維護等功能，支持3D系統(tǒng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)，尤其在線路新建以及改造過程中，3S系統(tǒng)能夠在維護線路以及桿塔數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上使3D系統(tǒng)線路模型同步更新。

3、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺主要選擇C/S-B/S結(jié)構(gòu)形式，同步支持網(wǎng)絡(luò)模式和單機模式。對于服務(wù)器端，主要選擇數(shù)據(jù)大集中方案，統(tǒng)一管理空間數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)更新和維護更加方便?？蛻舳酥饕x擇標準模塊化設(shè)計方法，面向不同業(yè)務(wù)部門分別布局差異化軟件模塊。平臺瀏覽器則選擇網(wǎng)絡(luò)瀏覽器客戶端，提供漫游服務(wù)，并支持WEB3D信息訪問。

4、總體數(shù)據(jù)流

在城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺架構(gòu)中，集成化設(shè)計信息綜合服務(wù)平臺，并對各類空間信息統(tǒng)一管理，突破之前電網(wǎng)規(guī)劃各項數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)相互獨立的局限性，支持共享綜合信息及三維圖形信息等。平臺在數(shù)據(jù)存儲過程中，選擇多模型相結(jié)合的方式，包括面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)模型以及文件模型等，由此統(tǒng)一管理空間屬性信息以及三維圖形，還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[3]。

平臺的變電站層設(shè)備具備一體化建模功能，主要包含電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型以及單體設(shè)備三維空間模型。若要將一個設(shè)備建立于變電站場景當(dāng)中，平臺會同步構(gòu)建相應(yīng)設(shè)備數(shù)學(xué)模型及空間模型。對于城市電網(wǎng)層，其基于三維空間圖形以及二維GIS圖形構(gòu)建了電纜線走廊、輸配電架空線模型，可發(fā)揮電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型以及空間模型相關(guān)功能。在上述模型建立之后，平臺會自動化的生成電網(wǎng)單線圖以及電網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系圖，同時可發(fā)揮模型校驗與糾錯功能。此外，基于空間信息模型可對城市電網(wǎng)規(guī)劃實現(xiàn)多切片和多維度的查詢。

5、規(guī)劃計算架構(gòu)

在城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺架構(gòu)當(dāng)中，負荷預(yù)測模塊需要先從數(shù)據(jù)集成平臺當(dāng)中獲取城市規(guī)劃與電網(wǎng)歷史等信息，進而得出電網(wǎng)負荷預(yù)測信息，然后繼續(xù)返回數(shù)據(jù)集成平臺當(dāng)中。在變電站電容選擇模塊當(dāng)中，需要先讀入地理空間以及負荷分布等信息，由此獲得變電站站址、供電范圍和容量，后返回結(jié)果[4]。在網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃模塊當(dāng)中，結(jié)合數(shù)據(jù)平臺當(dāng)中所顯示的待選線路信息、變電站容量信息以及負荷預(yù)測信息等，明確變電站線路走向以及出線回路信息等。在網(wǎng)絡(luò)分析模塊，先評估電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果，之后得出電壓分布以及潮流分布等指標，最后返回數(shù)據(jù)平臺。在圖形管理軟件平臺當(dāng)中，可分階段的把數(shù)據(jù)平臺模塊內(nèi)信息結(jié)果轉(zhuǎn)化成直觀圖形信息，使規(guī)劃人員可清晰的了解變電站站址以及出線走廊有無落入河流、湖泊、建筑物以及道路等不可行區(qū)域。此外，規(guī)劃人員可結(jié)合自身經(jīng)驗合理修正規(guī)劃結(jié)果，同步更新數(shù)據(jù)集成平臺。在相關(guān)模塊出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化時，或者需要修正規(guī)劃結(jié)果或目標時，可重新返回有關(guān)模塊進行規(guī)劃。

三、應(yīng)用分析

在某城市電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用上文所設(shè)計平臺，并以2020年該城市電網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對城市電網(wǎng)作出規(guī)劃。在該城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃當(dāng)中，空間信息平臺包含兩個層面，分別為變電站層和城市電網(wǎng)層。城市電網(wǎng)層通過空間地理信息顯示平臺，能獨立展示電網(wǎng)布局、各級變電站和輸配電走廊，還可顯示出重要的城市建筑信息以及地貌信息。規(guī)劃中基于地理背景圖構(gòu)建變電站三維模型，通過展示平臺，可從多個角度定位、瀏覽或查詢。變電站層主要借助三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)動態(tài)巡視變電站的物理信息，并可實時進行信息檢測，在站內(nèi)可任意漫游。

四、結(jié)束語

文章主要提出城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺架構(gòu)，并將該規(guī)劃平臺應(yīng)用在某城市電網(wǎng)規(guī)劃中。根據(jù)該城市設(shè)計出的規(guī)劃效果圖，驗證了上文城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃方法是有效的，整體規(guī)劃結(jié)果相對準確，在后續(xù)不斷衍生新規(guī)劃技術(shù)以及數(shù)學(xué)模型持續(xù)改進過程中，可使相應(yīng)規(guī)劃平臺更加完善，并能更廣泛的應(yīng)用在電力領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]張亞迪，王紅杰，周泓，譚明倫.基于三維GIS平臺的電網(wǎng)數(shù)據(jù)資產(chǎn)可視化系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用研究[J].電測與儀表，2018，55（07）：41-46.

[2]徐敏，吳彥偉，邱海江，郭付翔，曹雯琳.基于智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的三維可視化管理系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[J].電力勘測設(shè)計，2021（11）：55-60+67.

[3]林漢云.電網(wǎng)三維可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018，15（15）：60-61.

[4]艾林.輸電線路規(guī)劃中三維全景可視化技術(shù)探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018，15（36）：42-43.