城市电网三维可视化规划方法及应用

岳昕

摘要：本文对城市电网三维可视化规划方法及应用进行了研究，运用了资料收集法、文献调查法以及个案分析法等研究方法，介绍了城市电网三维可视化规划平台架构，探究了架构建设方法，并分析了该三维可视化规划平台在城市电网领域的应用，以为相关工作人员提供一定参考。

关键词：城市电网;三维可视化;规划平台;应用

一、前言

城市电网三维可视化规划重点是构建平台架构，并且规划平台架构是否合理直接影响着平台后期应用效果，所以在规划设计中，首先要明确平台基础功能，比如现状网分析、变电站定容选址、负荷预测、网架结构以及规划网评估等。为有效整合各模块和相关地理信息，要深入探究平台整体架构，关注在架构中构建3S系统、图形管理软件平台以及综合数据系统等，规划平台的网络结构主要选择C/S-B/S结合于一体的结构形式。为有效突破不同电网系统间的壁垒，所设计平台还采用多模型相结合方式来存储数据。平台规划过程中，所运用的关键技术有视景仿真、集成虚拟现实以及三维建模等。

二、城市电网三维可视化规划平台架构

1、平台功能

构建城市电网三维可视化规划平台重点是设计多个子模块，包括现状网分析、负荷预测、变电站定容选址、网架规划以及规划网评估等，不同模块之间相互分离，保持独立，同时各模块之间可共享和交换数据。此外，平台还设计有数据转换、地图数据导入、空间分析、菜单管理、数据查询、三维地图编辑及绘制等功能。接下来重点介绍几个子系统：①现状网分析。该系统主要是以三维可视化平台为基础，通过收集电网结构数据实现三维建模，经线路过载集散、电压越限、N-1分析和容载比、短路计算、潮流计算等计算综合评估现状电网，明确问题和后续规划方向;②负荷预测。城市电网三维可视化规划当中，一个重要基础就是以三维可视化空间为基础进行负荷预测，具体是在电力部门目前及未来供电范围之内，结合规划城市电网压力水平，基于一定原则把城市用地划分成多个小区，经分析与预测明确规划年城市小区所体现出的土地利用特征及后续发展趋势，在此基础上预测有关小区内部电力用户以及具体的负荷分布位置、产生时间及数量。本文在设计城市电网三维可视化规划平台期间，对于负荷预测子模块主要通过多Anget小区负荷预测对目标年电量以及负荷做出预测，具体包含历史数据录入、地块信息查询、预测、预测结果显示以及负荷分配等内容;③变电站选址。该模块是以负荷预测结果为基础，利用优化算法明确新建变电站位置、所带负荷及容量，计算结果可显示于城市三维图形当中，之后结合部分规划原则和城市建筑现状通过专家干预法合理修正规划结果。该模块主要包含变电站选址定容计算、变电站数据查询、专家干预、变电站规划三维图形显示和输出等操作;④网架规划。此模块主要功能是基于变电站选址定容，通过在三维地图当中手动连线实现网架设计，以获得更准确的线路造价数据。此模块运行中首先需要准备数据，其次选择电压等级，之后在专家干预基础上显示三维图网架;⑤规划网评估。该模块主要是对多个规划方案进行评估，包含N-1分析以及利用潮流计算方法对节点电压、可靠性分析、线路负载情况、容载比、短路容量、经济性指标等进行评估[1]。

2、总体结构

城市电网三维可视化规划平台整体结构，主要包含小区负荷预测、图形管理软件平台、综合数据系统、3S系统等架构。3S系统以及3D系统是以综合信息管理和服务平台所集成的，能够对影像图形库、设备库、矢量图形库等实现共享[2]。此外，3S系统还具有模型维护、参数维护等功能，支持3D系统动态更新数据，尤其在线路新建以及改造过程中，3S系统能够在维护线路以及杆塔数据基础上使3D系统线路模型同步更新。

3、网络架构

城市电网三维可视化规划平台主要选择C/S-B/S结构形式，同步支持网络模式和单机模式。对于服务器端，主要选择数据大集中方案，统一管理空间数据，使系统更新和维护更加方便。客户端主要选择标准模块化设计方法，面向不同业务部门分别布局差异化软件模块。平台浏览器则选择网络浏览器客户端，提供漫游服务，并支持WEB3D信息访问。

4、总体数据流

在城市电网三维可视化规划平台架构中，集成化设计信息综合服务平台，并对各类空间信息统一管理，突破之前电网规划各项数据信息系统相互独立的局限性，支持共享综合信息及三维图形信息等。平台在数据存储过程中，选择多模型相结合的方式，包括面向对象数据模型、关系数据模型以及文件模型等，由此统一管理空间属性信息以及三维图形，还可实现数据共享[3]。

平台的变电站层设备具备一体化建模功能，主要包含电网数学模型以及单体设备三维空间模型。若要将一个设备建立于变电站场景当中，平台会同步构建相应设备数学模型及空间模型。对于城市电网层，其基于三维空间图形以及二维GIS图形构建了电缆线走廊、输配电架空线模型，可发挥电网数学模型以及空间模型相关功能。在上述模型建立之后，平台会自动化的生成电网单线图以及电网络拓扑关系图，同时可发挥模型校验与纠错功能。此外，基于空间信息模型可对城市电网规划实现多切片和多维度的查询。

5、规划计算架构

在城市电网三维可视化规划平台架构当中，负荷预测模块需要先从数据集成平台当中获取城市规划与电网历史等信息，进而得出电网负荷预测信息，然后继续返回数据集成平台当中。在变电站电容选择模块当中，需要先读入地理空间以及负荷分布等信息，由此获得变电站站址、供电范围和容量，后返回结果[4]。在网架优化规划模块当中，结合数据平台当中所显示的待选线路信息、变电站容量信息以及负荷预测信息等，明确变电站线路走向以及出线回路信息等。在网络分析模块，先评估电网规划结果，之后得出电压分布以及潮流分布等指标，最后返回数据平台。在图形管理软件平台当中，可分阶段的把数据平台模块内信息结果转化成直观图形信息，使规划人员可清晰的了解变电站站址以及出线走廊有无落入河流、湖泊、建筑物以及道路等不可行区域。此外，规划人员可结合自身经验合理修正规划结果，同步更新数据集成平台。在相关模块出现数据变化时，或者需要修正规划结果或目标时，可重新返回有关模块进行规划。

三、应用分析

在某城市电网规划中应用上文所设计平台，并以2020年该城市电网数据为基础对城市电网作出规划。在该城市电网三维可视化规划当中，空间信息平台包含两个层面，分别为变电站层和城市电网层。城市电网层通过空间地理信息显示平台，能独立展示电网布局、各级变电站和输配电走廊，还可显示出重要的城市建筑信息以及地貌信息。规划中基于地理背景图构建变电站三维模型，通过展示平台，可从多个角度定位、浏览或查询。变电站层主要借助三维虚拟现实技术动态巡视变电站的物理信息，并可实时进行信息检测，在站内可任意漫游。

四、结束语

文章主要提出城市电网三维可视化规划平台架构，并将该规划平台应用在某城市电网规划中。根据该城市设计出的规划效果图，验证了上文城市电网三维可视化规划方法是有效的，整体规划结果相对准确，在后续不断衍生新规划技术以及数学模型持续改进过程中，可使相应规划平台更加完善，并能更广泛的应用在电力领域。

参考文献：

[1]张亚迪，王红杰，周泓，谭明伦.基于三维GIS平台的電网数据资产可视化系统设计及其应用研究[J].电测与仪表，2018，55（07）：41-46.

[2]徐敏，吴彦伟，邱海江，郭付翔，曹雯琳.基于智能电网大数据的三维可视化管理系统及其应用研究[J].电力勘测设计，2021（11）：55-60+67.

[3]林汉云.电网三维可视化系统设计与实现研究[J].科技创新导报，2018，15（15）：60-61.

[4]艾林.输电线路规划中三维全景可视化技术探究[J].科技创新导报，2018，15（36）：42-43.