【摘要】針對(duì)地理信息技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，介紹了地理信息技術(shù)在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用和在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用，突出介紹了Voronoi圖技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，并指出了未來(lái)地理信息技術(shù)的應(yīng)用也將對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行提出新的要求。

【關(guān)鍵詞】地理信息;配電網(wǎng)規(guī)劃;配電自動(dòng)化

引言

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的主要負(fù)荷中心，配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其元件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)也愈加突出。地理信息技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shù)與配電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃相結(jié)合，應(yīng)用于配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行維護(hù)規(guī)劃中，可以提高配電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的效率和科學(xué)性，使配電網(wǎng)的設(shè)備設(shè)施管理與建設(shè)合理科學(xué)化，有效提高配電網(wǎng)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。本文將地理信息技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用分為三個(gè)方面：第一方面是地理信息技術(shù)在配電自動(dòng)化建設(shè)中的應(yīng)用，第二方面是地理信息技術(shù)在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用，最后突出詳述Voronoi圖技術(shù)在配電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用。本文旨在對(duì)地理信息技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行全面闡述，推動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.地理信息技術(shù)在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用

基于地理信息系統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可以將實(shí)時(shí)的地理信息與在線的設(shè)備狀態(tài)信息相結(jié)合，為配電網(wǎng)中的應(yīng)用同時(shí)提供地理和設(shè)備的各種底層數(shù)據(jù)，同時(shí)利用軟件技術(shù)對(duì)采集到的底層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和管理，為配電網(wǎng)運(yùn)行管理建立實(shí)時(shí)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(kù)，極大地改善配電管理。目前在配電自動(dòng)化中，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)在以下幾個(gè)方面得到了應(yīng)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(kù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，利用CAD技術(shù)處理圖形，并不能夠?qū)⒍哂袡C(jī)的統(tǒng)一起來(lái)，而地理信息技術(shù)將數(shù)據(jù)與圖形相結(jié)合，具備了雙向查詢的特點(diǎn)，既可以將配電網(wǎng)底層數(shù)據(jù)地理化，又可以將實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可視化。將地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于配電綜合管理系統(tǒng)中，將配電網(wǎng)情況生動(dòng)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(yùn)行管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況，為配電網(wǎng)運(yùn)行管理提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，還可以掌握用戶分布情況和線路設(shè)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(kù)與SCADA的數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立映射關(guān)系，實(shí)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(chǔ)，與本身數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)的監(jiān)督配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，制定調(diào)度指令，有效的減少突發(fā)事故帶來(lái)的而損失，提高調(diào)度質(zhì)量。

（3）變壓器負(fù)荷管理

變壓器負(fù)荷管理用來(lái)預(yù)防變壓器過(guò)載損壞的情況和輕載低效運(yùn)行的情況，利用地理信息技術(shù)進(jìn)行變壓器負(fù)荷管理時(shí)，變壓器負(fù)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(kù)中取得。這種集成圖形數(shù)據(jù)和費(fèi)圖形數(shù)據(jù)的功能顯著提高了變壓器負(fù)荷管理系統(tǒng)的能力。變壓器過(guò)載預(yù)測(cè)功能可以根據(jù)地理信息系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，將可能過(guò)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(guò)載預(yù)測(cè)功能獲得這些變壓器的具體信息，并及時(shí)對(duì)這些變壓器定位采取措施，避免損失。在地理信息技術(shù)的幫助下，配電調(diào)度人員可以通過(guò)跟蹤負(fù)荷變化來(lái)將因過(guò)載或者輕載而受損的變壓器數(shù)量大大降低。

（4）事故負(fù)荷轉(zhuǎn)移

事故轉(zhuǎn)移負(fù)荷可以利用地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嘟Y(jié)合，用于三相潮流的計(jì)算，并將存儲(chǔ)在數(shù)地理信息據(jù)庫(kù)里的結(jié)果作為開(kāi)關(guān)的屬性值用于事故負(fù)荷轉(zhuǎn)移的計(jì)算。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中事故發(fā)生時(shí)，依照網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理的規(guī)定，通過(guò)及時(shí)調(diào)用存貯在數(shù)據(jù)庫(kù)的分析計(jì)算程序找出應(yīng)當(dāng)執(zhí)行操作的開(kāi)關(guān)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲匦赂?。將地理信息?shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用于事故轉(zhuǎn)移負(fù)荷中，可以存儲(chǔ)大量的系統(tǒng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息和空間坐標(biāo)，極大的提高了開(kāi)關(guān)定位操作的效率，實(shí)現(xiàn)了事故負(fù)荷轉(zhuǎn)移的優(yōu)化操作。

2.地理信息技術(shù)在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)

在配電網(wǎng)規(guī)劃中，空間負(fù)荷預(yù)測(cè)是首要步驟，只有對(duì)供電區(qū)域規(guī)劃目標(biāo)水平年的負(fù)荷做出合理科學(xué)的預(yù)測(cè)，才能夠做出負(fù)荷發(fā)展需要的規(guī)劃方案。將地理信息系統(tǒng)作為負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，利用地理信息技術(shù)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(xiàn)[1]基于地理信息方法的實(shí)用性，建立了新的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的理論和模型，并提出了基于地理信息平臺(tái)的負(fù)荷預(yù)測(cè)步奏，經(jīng)實(shí)例檢驗(yàn)科學(xué)合理。文獻(xiàn)[2]通過(guò)對(duì)城市電網(wǎng)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究，提出了城市空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的總體方案，基于地理信息系統(tǒng)的城市電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)操作平臺(tái)。文獻(xiàn)[3]針對(duì)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)需求，利用地理信息系統(tǒng)來(lái)收集處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且提出了新的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)算法。應(yīng)用模糊理論來(lái)構(gòu)造配電網(wǎng)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模糊集，并根據(jù)城市發(fā)展需求調(diào)整訓(xùn)練模糊規(guī)則，在將供電區(qū)域分區(qū)的基礎(chǔ)上，得出徒弟使用決策，計(jì)算出分區(qū)的目標(biāo)年負(fù)荷預(yù)測(cè)值，為地理信息系統(tǒng)在空間負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)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(biāo)年的負(fù)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(shè)的容量和位置。變電站規(guī)劃對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)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(xiàn)[4]將微分進(jìn)化算法引入到變電站規(guī)劃選址中來(lái)，并且考慮地理信息系統(tǒng)對(duì)規(guī)劃站址的影響，通過(guò)判斷待選站址和地理因素的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，確定可行的待選站址，通過(guò)動(dòng)態(tài)的參數(shù)運(yùn)用策略提供計(jì)算群體多樣性，從而提高算法運(yùn)算速度，提高算法性能效率。文獻(xiàn)[5]以地價(jià)為例提出了能夠計(jì)及地理信息自動(dòng)進(jìn)行大范圍搜索的變電站選址模型和相應(yīng)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(biāo)函數(shù)中，該方法能夠計(jì)及地塊價(jià)格自動(dòng)進(jìn)行無(wú)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(xiàn)[6]充分運(yùn)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(jì)容量的計(jì)算公式完成了站址的初選，以滿足不同負(fù)荷密度下的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為前提，通過(guò)逐步搜索負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行迭代計(jì)算，得出站址和最佳容量，并利用基于層次分析法的多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)選出最優(yōu)的站址方案。

3.Voronoi圖技術(shù)在配電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

Voronoi圖作為地理信息技術(shù)中的一種空間劃分方式，已被廣泛應(yīng)用到空間分析、空間查詢、空間推理等領(lǐng)域的研究中，Voronoi圖建立了一種并不依賴于坐標(biāo)幾何的空間鄰近模型，對(duì)解決空間剖分問(wèn)題有一定的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[8]提出利用Voronoi圖解決變電站規(guī)劃問(wèn)題，利用Voronoi圖進(jìn)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(gè)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(xiàn)[9]進(jìn)一步研究了頂點(diǎn)加權(quán)和路徑加權(quán)Voronoi圖，并結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況提出了基于平均負(fù)荷密度的頂點(diǎn)加權(quán)Voronoi圖、基于變電站主變?nèi)萘康捻旤c(diǎn)加權(quán)Voronoi圖及基于近似最短路徑的路徑加權(quán)Voronoi圖等幾種加權(quán)Voronoi圖的構(gòu)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(yīng)用。文獻(xiàn)[11]應(yīng)用障礙Voronoi 圖實(shí)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(guān)技術(shù)約束的條件下，以電氣距離之和最短為目標(biāo)函數(shù)，利用障礙Voronoi圖的幾何特性，實(shí)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(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用為題，從地理信息技術(shù)在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用，在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用和Voronoi圖技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用三個(gè)方面介紹了地理信息技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用。從配電網(wǎng)智能化信息化的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在以后的研究中，應(yīng)當(dāng)注重將地理信息系統(tǒng)與配電網(wǎng)管理運(yùn)行系統(tǒng)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)應(yīng)用智能化的在線配電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，利用實(shí)時(shí)的地理信息和電網(wǎng)運(yùn)行信息對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)合理化的管理。

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作者簡(jiǎn)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。