基于GIS的城市配电网规划设计分析①

龙泉涌

(湖南华晨工程设计咨询有限公司 湖南长沙 410000)

现代城市配电网规划设计面临的环境较为复杂，相应的规划设计要求高、难度大，传统规划设计方法下，相关工作人员任务重、效率低，积极引用先进科学技术，对于提高配电网规划设计效率与水平而言具有重要意义。本文以地理信息系统的应用为研究对象展开分析，其实现了地图、图像、属性数据集成管理，可提供全面的、精确的数据分析结果，为配电网规划设计提供可靠决策支撑。

1 地理信息系统（GIS）概述

地理信息系统（GIS），是一门综合学科，涉及到地理、空间、遥感以及信息学科等等诸多领域，主要是对地球表面空间与地理分布相关的数据进行采集分析与处理。

基于我国电力系统的发展，城市配电网结构越加复杂，整个网络系统纵横交错，具有复杂的空间、非空间属性。基于传统工作方法下，此类信息均是通过图纸、图表进行描述，采取人工管理方法，工作任务重、效率低，给城市配电网规划设计带来较大难度，极易因为资料不全、调用难度大，导致整个规划设计优化力不从心。

目前，我国已经开始积极开发地理信息系统（GIS），并将其应用于城市配电网规划设计中，将GIS分析、模拟、预测等功能与专业理论方法充分结合，可为配电网规划设计、建设施工、运用调度等工作提供可靠的决策支撑。

2 配电网GIS系统基本功能及其规划设计应用要点

2.1 配电网GIS系统基本功能

将GIS系统引入城市配电网规划设计中，GIS可以提供什么样的功能、发挥什么样的作用是十分重要的，下文主要将其基本功能归纳如下：

（1）地理形貌地图显示：此功能下，GIS系统不仅为配电网规划提供地理外貌地图，也可将其转换为可矢量化的分层电子信息图形，如：曲线地形图、道路曲线图、房屋规划图等等，为地形地物查看提供直观图像。

（2）线路与设备统计、查询：GIS系统地图显示有各地区的电压等级电网分布、设备分布情况，并提供相关设计查询功能：①可搜索设备名称、编码，实现地图上设备定位，并显示相关属性信息；②用户可选择需统计目标，如：变压器总容量、电网线路总长度等，可对统计数据进行图形化显示。

（3）用户自动查询：GIS系统提供各种查询功能，如：街区、主要交通道路等，同时可显示相关属性信息；

（4）用户自动制图：用户可在GIS系统选取相关数据参数，自动生成电力专题图形；

（5）设备高级应用：基于GIS与电力系统的全面集成，可实现相关高级功能，如：配电网规划空间负荷预测、潮流分析以及人工智能等等。

2.2 规划设计应用要点

基于GIS开展城市配电网规划设计，是现代电力系统信息化、智能化发展的重要组成部分，其主要是利用GIS开展空间负荷预测、地理位置与容量预测、网络结构优化等等工作，根据实践经验分析可知，GIS的应用不仅可为城市配电网规划设计提供精确的数据支撑，也有利于提高规划设计效率，减小相关设计人员的负担。

2.2.1 空间负荷预测

空间负荷预测是所有规划设计工作开展的基础，包括总电量/分类电量预测、总负荷/分类负荷预测、负荷分布预测。其主要预测方法如下：根据用地类型、负荷性质划分供电区域，得到若干小区；预测小区分类负荷。根据实践可知，在明确小区负荷后，可对变电站站址/站容、线路路径/型号以及开关设备等等进行选择与规划。

小区负荷预测有较多方法，包括：（1）负荷密度法：容易受人为因素干扰；（2）分类分区预测法：可修正负荷密度误差，结果总体还是较为粗略；（3）基于模糊聚类分析和神经网络代数算法的短期负荷预测方法，考虑因素全面，预测结果精确，贴近实际。

基于GIS开展空间负荷预测工作，在数据分析处理方面具有显著优势，可利用数据库、系统功能，对空间负荷进行自动划分，并全面收集各个小区负荷历史数据以及天气、温度、日类型等数据进行归一化处理，建立模糊等价矩阵开展聚类分析、神经网络训练，由此实现电力负荷预测，效率高、结果精确。

2.2.2 变电站选址、站容设计

根据空间负荷预测结果，可通过初步确定目标年/中间年待建变电站站址、容量，在满足符合需求与节省相关投资方面取得一个最优结果。

基于GIS的变电站选址、站容设计方法，主要是利用GIS的电子地图，自动搜索所有可能的站址，经由实地考察后，选择最优方案。配电网规划设计具有多级、动态性的特点，因此初步确定的是目标年变电站规划方案，此后根据负荷实际增长情况、项目投资与成本情况，分阶段进行变电站建设，在满足实际负荷需求的同时，有效节约相关投资成本。

2.2.3 网络结构优化

城市配电网网络结构优化，主要是以上述规划设计结果为支撑，构建相应的非线性规划模型：（1）目标函数：取规划水平年配电网扩展投资费用+年损耗费用；（2）约束条件：负荷需求、变压器（线路）容量限制、功率平衡等等。

通过GIS分析软件，可计算获得目标年短路容量、无功电压，使用短路容量校核系统校正相关参数，明确设备容量要求。制定好各阶段设计规范方案后，GIS可直观展现各规划网络结构，并可自动查询相关线路属性信息等。

3 案例分析

3.1 项目背景

本文仅以某城市配电网规划设计为例展开分析，本项目选用SuperMap GIS 软件、SQLServer 关系数据库管理系统、Windows 操作系统，整个系统通用性、操作性良好，使用简单方便。

3.2 基于GIS的配电网规划设计方法

本项目基于GIS的配电网规划设计主要包括以下步骤：

（1）地形图处理：本项目使用扫描仪扫描纸质地图，栅格矢量化后导入系统，并进行拓扑处理；

（2）配电线路图绘制：利用GPS对配电设备坐标进行测量，并将其导入地形图中，并按照变电站、杆塔、变压器、开关、线路等分层制图；

（3）根据已有地形图、配电线路图开展空间负荷预测、变电站选址与容量设计、网络结构优化工作；

（4）基于GIS构建配电网规划模型，涵盖各类空间信息、配电设备信息以及位置信息等等，为配电网建设、运行监测提供可靠依据。

4 结语

综上所述，基于我国城市的快速发展，用电需求不断增加，科学开展配电网规划设计工作具有重要意义。通过GIS的应用，促进了城市配电网规划设计的信息化、自动化发展，实现了大量的地形地貌信息、电力设备信息、用户数据以及规划数据集成管理，通过相关软件计算分析功能的应用，可精确预测空间负荷、优化变电站选址、站容以及网络结构，应用效果显著，值得推广应用。