基于GIS的配电网自动规划系统的研究与设计

吴迪 王宏 杨旭

摘要：本文在分析了配电网规划的内容、方法并详细讨论了基于用地仿真的空间负荷预测方法的基础上提出了基于GIS的配电网自动规划系统的设计方法，并简要分析了各个子系统的功能。对配电网规划方法的发展方向提出了一些建议。

关键词：配电网规划;地理信息系统;空间负荷预测;用地仿真法

引言

近年来，在电力供应日趋紧张的背景下，我国电力工业发展很快，各地不断投入的电源建设对输配电领域提出了更高的要求，因此有必要寻求更有效的配电网规划方法。实际的配电网规划是极为复杂的工程问题，需要考虑的因素很多[1]，如果仅靠人工或借助于简单的CAD制图工具来完成，不仅费时费力，而且要在众多可选设计方案中，兼顾各方面的制约因素，很难找出一个最优方案。本文将着重介绍一种用于电力系统的空间负荷预测方法，并给出具体的预测步骤。

1.空间负荷预测

配电网规划要求负荷预测不仅能预测负荷的量，而且要预测未来负荷增长的位置。空间负荷预测正是针对配电规划这一特定需求而产生的。它又称小区负荷预测，将供电区域分成若干小区，再预测每个小区的负荷。目前应用最广的空间负荷预测方法是用地仿真法。用地仿真法是一种自上而下的预測方法，它通过建立用地仿真模型来模拟小区的未来发展情况，最终将系统负荷预测结果分配到每个小区。用地仿真法具有较高的精度，尤其适用于长期预测，但它需要大量的空间数据，这也是以前仿真法没有得到很好利用的原因。

1.1 用地仿真原理

由于电力系统总量负荷预测的方法很多，精度也比较好，因此空间负荷预测应该直接利用总量预测结果，在此基础上将总量负荷预测分配到各供电小区，从而预测出未来配电网的负荷空间分布。

用户可以按照用地特性和用电特性分成若干类，称为用地类型。不同用地类型的用电特性由负荷密度曲线给出。因此，空间负荷预测可以转化为土地分布预测，只要预测出了各用地类型的空间分布，简单的负荷叠加运算就可以求出负荷的空间分布。这个求解用地空间分布的过程就称为用地仿真过程。

1.2 具体预测步骤

1.2.1准备负荷历史数据，环境历史数据和城市规划方案，可从GIS中提取;

1.2.2进行总量负荷预测;

1.2.3根据不同的用电特性和用地特性将电力用户分成若干类型（如：工业，商业，居民，市政和学校）;

1.2.4将待预测区域划分成若干小区，一般是大小一致的方格;

1.2.5进行终端用电预测，目的是预测各类用户未来用电特性，特别是典型负荷曲线的变化。方法是采用负荷曲线叠加：对用地类型进一步细分，从下至上进行叠加，就可以求出未来各用地类型的典型负荷密度曲线;

1.2.6进行分类土地预测。目的是确定未来年份内各用地类型的土地增长量。利用社会各行业间固有的比例关系，从总量负荷预测中推导出分类预测负荷，然后利用典型负荷密度曲线计算出各用地类型的预测面积。

2.基于GIS的配电网规划方法

用GIS对配电网进行规划时，规划人员首先应将地理图和配电系统网络图数字化，并将地理元件和网络的属性数据输入到数据库;然后在地图上将供电区域分成网格，调用空间负荷预测程序预测后，得到负荷分布图及未来发展趋势;最后调用网架规划程序，得到最优网架规划方案，并将规划结果显示在配电网络地理接线图上[4]。

电网规划的方法有很多，数学优化方法、遗传算法、蚁群算法、禁忌搜索法等等都可以对电网进行规划分析。其中遗传算法应用较广，但是遗传算法有着运算速度较慢和容易陷入局部最优解的缺点。考虑到禁忌算法的高效性和全局寻优能力，可以将遗传算法和禁忌算法结合使用。根据配电网的特性，运用网格法将待规划区域划分为若干方格，调用空间负荷预测程序预测出负荷分布后，调用禁忌遗传算法规划出最优网架方案。

3.基于GIS的配电网自动规划系统的总体设计

自动规划系统以GIS为平台，采用C/S体系结构。将规划数据集中存储在服务器上。同时，规划数据库服务器与MIS（管理信息系统）、CIS（用户信息系统） 和SCADA等系统相连。负荷测量数据和网络数据从SCADA获取，而用于负荷分析和估计所需的用户的用电量和用电特性等信息则可以从CIS获取，规划数据从GIS系统中自动提取[5]。客户端包括三个应用系统：负荷分析子系统、馈线分析子系统和优化规划子系统。

4.结论

配电网规划是一个复杂的组合优化问题，涉及的因素多，需要的数据量大，各子系统相互影响制约，有必要对其组成结构进行分析，建立统一的总体设计架构。本文在分析了配电网规划的内容、方法并详细讨论了空间负荷预测方法的基础上提出了基于GIS系统的配电网自动规划系统的设计方法，并简要分析了各子系统的功能。

配电网规划系统不仅需要大量的空间信息，而且待决策的变量大部分与空间有关。因此，在设计中将配电规划系统建立在GIS平台上，由GIS平台提供良好的人机接口和空间分析能力，从而提高了配电网规划工作的质量，使规划时间大大缩短，减轻了规划人员的计算、分析和绘图的负担。

参考文献：

[1]杨丽徙.GIS与模糊模式识别理论在变电站选址中的应用.电力系统自动化化，2003.27 （18）87一89.

[2]王天华.配电规划系统的空间负荷预测Gsi平台与总体设计框.电网技术，1998.22（12）： 6-10

[3]孙才新.电力地理信息系统及其在配电网中的应用tMI.北京：科学出版社，2003.

[4]方兴配电网规划研究述评.电力自动化设备，2003.23（：5）71一74.

[5]张宪，苑津莎.基于GSI的配电网自动规划系统的设计.仪器仪表用户，2005.12（5）：30 -32.

作者简介：

吴迪（1983-）男，汉族，工程硕士研究生，河北廊坊人，廊坊供电公司工作，工程师，从事继电保护、自动化专业工作。