岳昕

摘要：本文對(duì)城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃方法及應(yīng)用進(jìn)行了研究，運(yùn)用了資料收集法、文獻(xiàn)調(diào)查法以及個(gè)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(tái)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(tái)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(tái);應(yīng)用

一、前言

城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃重點(diǎn)是構(gòu)建平臺(tái)架構(gòu)，并且規(guī)劃平臺(tái)架構(gòu)是否合理直接影響著平臺(tái)后期應(yīng)用效果，所以在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，首先要明確平臺(tái)基礎(chǔ)功能，比如現(xiàn)狀網(wǎng)分析、變電站定容選址、負(fù)荷預(yù)測(cè)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及規(guī)劃網(wǎng)評(píng)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(tái)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(tái)以及綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，規(guī)劃平臺(tái)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(jì)平臺(tái)還采用多模型相結(jié)合方式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。平臺(tái)規(guī)劃過(guò)程中，所運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)有視景仿真、集成虛擬現(xiàn)實(shí)以及三維建模等。

二、城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)架構(gòu)

1、平臺(tái)功能

構(gòu)建城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)多個(gè)子模塊，包括現(xiàn)狀網(wǎng)分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)、變電站定容選址、網(wǎng)架規(guī)劃以及規(guī)劃網(wǎng)評(píng)估等，不同模塊之間相互分離，保持獨(dú)立，同時(shí)各模塊之間可共享和交換數(shù)據(jù)。此外，平臺(tái)還設(shè)計(jì)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(xún)、三維地圖編輯及繪制等功能。接下來(lái)重點(diǎn)介紹幾個(gè)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(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)收集電網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維建模，經(jīng)線(xiàn)路過(guò)載集散、電壓越限、N-1分析和容載比、短路計(jì)算、潮流計(jì)算等計(jì)算綜合評(píng)估現(xiàn)狀電網(wǎng)，明確問(wèn)題和后續(xù)規(guī)劃方向;②負(fù)荷預(yù)測(cè)。城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃當(dāng)中，一個(gè)重要基礎(chǔ)就是以三維可視化空間為基礎(chǔ)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，具體是在電力部門(mén)目前及未來(lái)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(gè)小區(qū)，經(jīng)分析與預(yù)測(cè)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(shì)，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)有關(guān)小區(qū)內(nèi)部電力用戶(hù)以及具體的負(fù)荷分布位置、產(chǎn)生時(shí)間及數(shù)量。本文在設(shè)計(jì)城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)期間，對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)子模塊主要通過(guò)多Anget小區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)目標(biāo)年電量以及負(fù)荷做出預(yù)測(cè)，具體包含歷史數(shù)據(jù)錄入、地塊信息查詢(xún)、預(yù)測(cè)、預(yù)測(cè)結(jié)果顯示以及負(fù)荷分配等內(nèi)容;③變電站選址。該模塊是以負(fù)荷預(yù)測(cè)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(fù)荷及容量，計(jì)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(guò)專(zhuān)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(jì)算、變電站數(shù)據(jù)查詢(xún)、專(zhuān)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(guò)在三維地圖當(dāng)中手動(dòng)連線(xiàn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架設(shè)計(jì)，以獲得更準(zhǔn)確的線(xiàn)路造價(jià)數(shù)據(jù)。此模塊運(yùn)行中首先需要準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，其次選擇電壓等級(jí)，之后在專(zhuān)家干預(yù)基礎(chǔ)上顯示三維圖網(wǎng)架;⑤規(guī)劃網(wǎng)評(píng)估。該模塊主要是對(duì)多個(gè)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)估，包含N-1分析以及利用潮流計(jì)算方法對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓、可靠性分析、線(xiàn)路負(fù)載情況、容載比、短路容量、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)等進(jìn)行評(píng)估[1]。

2、總體結(jié)構(gòu)

城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)，主要包含小區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)、圖形管理軟件平臺(tái)、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(tái)所集成的，能夠?qū)τ跋駡D形庫(kù)、設(shè)備庫(kù)、矢量圖形庫(kù)等實(shí)現(xiàn)共享[2]。此外，3S系統(tǒng)還具有模型維護(hù)、參數(shù)維護(hù)等功能，支持3D系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)，尤其在線(xiàn)路新建以及改造過(guò)程中，3S系統(tǒng)能夠在維護(hù)線(xiàn)路以及桿塔數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上使3D系統(tǒng)線(xiàn)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(tái)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(jī)模式。對(duì)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(hù)更加方便。客戶(hù)端主要選擇標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)方法，面向不同業(yè)務(wù)部門(mén)分別布局差異化軟件模塊。平臺(tái)瀏覽器則選擇網(wǎng)絡(luò)瀏覽器客戶(hù)端，提供漫游服務(wù)，并支持WEB3D信息訪(fǎng)問(wèn)。

4、總體數(shù)據(jù)流

在城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)架構(gòu)中，集成化設(shè)計(jì)信息綜合服務(wù)平臺(tái)，并對(duì)各類(lèi)空間信息統(tǒng)一管理，突破之前電網(wǎng)規(guī)劃各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)相互獨(dú)立的局限性，支持共享綜合信息及三維圖形信息等。平臺(tái)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[3]。

平臺(tái)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(gè)設(shè)備建立于變電站場(chǎng)景當(dāng)中，平臺(tái)會(huì)同步構(gòu)建相應(yīng)設(shè)備數(shù)學(xué)模型及空間模型。對(duì)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(xiàn)走廊、輸配電架空線(xiàn)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(tái)會(huì)自動(dòng)化的生成電網(wǎng)單線(xiàn)圖以及電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系圖，同時(shí)可發(fā)揮模型校驗(yàn)與糾錯(cuò)功能。此外，基于空間信息模型可對(duì)城市電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)多切片和多維度的查詢(xún)。

5、規(guī)劃計(jì)算架構(gòu)

在城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)架構(gòu)當(dāng)中，負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊需要先從數(shù)據(jù)集成平臺(tái)當(dāng)中獲取城市規(guī)劃與電網(wǎng)歷史等信息，進(jìn)而得出電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)信息，然后繼續(xù)返回?cái)?shù)據(jù)集成平臺(tái)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(fù)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(tái)當(dāng)中所顯示的待選線(xiàn)路信息、變電站容量信息以及負(fù)荷預(yù)測(cè)信息等，明確變電站線(xiàn)路走向以及出線(xiàn)回路信息等。在網(wǎng)絡(luò)分析模塊，先評(píng)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(biāo)，最后返回?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)。在圖形管理軟件平臺(tái)當(dāng)中，可分階段的把數(shù)據(jù)平臺(tái)模塊內(nèi)信息結(jié)果轉(zhuǎn)化成直觀(guān)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(xiàn)走廊有無(wú)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(yàn)合理修正規(guī)劃結(jié)果，同步更新數(shù)據(jù)集成平臺(tái)。在相關(guān)模塊出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化時(shí)，或者需要修正規(guī)劃結(jié)果或目標(biāo)時(shí)，可重新返回有關(guān)模塊進(jìn)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(jì)平臺(tái)，并以2020年該城市電網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)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(tái)包含兩個(gè)層面，分別為變電站層和城市電網(wǎng)層。城市電網(wǎng)層通過(guò)空間地理信息顯示平臺(tái)，能獨(dú)立展示電網(wǎng)布局、各級(jí)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(guò)展示平臺(tái)，可從多個(gè)角度定位、瀏覽或查詢(xún)。變電站層主要借助三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)動(dòng)態(tài)巡視變電站的物理信息，并可實(shí)時(shí)進(jìn)行信息檢測(cè)，在站內(nèi)可任意漫游。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章主要提出城市電網(wǎng)三維可視化規(guī)劃平臺(tái)架構(gòu)，并將該規(guī)劃平臺(tái)應(yīng)用在某城市電網(wǎng)規(guī)劃中。根據(jù)該城市設(shè)計(jì)出的規(guī)劃效果圖，驗(yàn)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(duì)準(zhǔn)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(jìn)過(guò)程中，可使相應(yīng)規(guī)劃平臺(tái)更加完善，并能更廣泛的應(yīng)用在電力領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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