基于GIS系统的配电网规划设计探讨

基于GIS系统的配电网规划设计探讨
配电网的规划，具有大规模性、多阶段性、多目标性、不确定性、不精细因素多、制约因素多和涉及领域广等特点，是一项复杂的系统性工程，其规划质量将直接影响配电网的投资效益和网络水平，关系到广大用户的用电质量。

一个科学有效的规划，不仅需要大量历史数据和对现有配电网的深入分析，还要对未来发展情况有比较全面的认识和科学预测。

传统规划方式，既费时又费力，其结果往往还并不能令人满意，远远不能满足经济和社会发展的需要。

随着科学与时代的发展，将GIS系统应用于配电网络规划工作，利用GIS系统强大的功能，能够大大提高规划人员的效率，使得规划方案更灵活，规划结果更科学。

标签：GIS系统；配电网规划设计；优势
1、配电网规划
1.1配电网规划的主要内容
配电网规划主要包括以下内容：负荷预测、变电所优化、网络结构规划、短路容量分析、无功规划等。

1）负荷预测包含两个方面的含义，即对未来需求量（功率）的预测和对未来用电量的预测。

2）变电所优化是变电所所址及站容规划，在满足诸如负荷需求、线路容量、变电所容量等约束条件的情况下，优化新建变电所的位置和容量。

3）网络结构的优化规划，是根据系统未来的电源及负荷水平，确定一个可行的网络建设方案，满足投资限额和运行要求的约束条件，并且使投资及运行费用最少。

4）短路容量分析，是从网络的设计、电压等级、变压器的容量、阻抗的选择、运行方式等方面进行控制，使各等级电压断路器的开断电流以及设备的动稳定电流得到配合。

5）无功规划，是确定新增无功补偿设备的最佳位置、容量、类型及投入时间。

1.2配电网规划的基本要求
配电网规划的目的是以最好的方法找到最佳的投资决策方案，因此对配电网规划的基本要求是：1）保证供电质量。

2）满足负荷增长的需要。

3）经济性。

4）同环境协调一致。

2、基于GIS系统的配电网规划方法
用GIS系统对配电网进行规划时，主要涉及空间负荷预测、变电所所址、容量的选择、网络结构的优化规划这几个部分。

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；接着在地图上对配电网的现状进行分析；然后直接在地理图上将供电区域分成若干小区，利用空间负荷预测到的结果，形成负荷分布图及未来发展的趋势；最后调用变电所选址和网络结构优化程序，得到最佳的规划方案，并将规划结果显示在配电网络地理接线图上。

2.1空间负荷预测
空间负荷预测是配电网规划的基础，主要包括总电量和分类电量预测、总负荷和分类负荷预测、负荷分布预测。

（1）空间负荷预测通常按用地类型和负荷性质将供电区域划分为若干个小区，再分别对每个小区的负荷进行预测，该方法依据规划部门的区域发展规划从下到上进行，重点是对负荷密度的预测，不足是取值容易受人为主观因素影响。

分类分区预测法通过修正来弥补采用同一负荷密度所带来的误差，该方法操作简单，计算量小，但结果不够细致，比较粗略。

基于模糊算法和神经网络的聚类分析方法，则能够较好地考虑不同因素对同一类负荷的影响，其规划结果具有较高的精度，在缺乏历史数据的新建小區尤为适用。

（2）基于GIS的预测方法的例子。

GIS系统所引进的GIS空间负荷预测系统，可以大大减少数据收集，分析和处理的难度和工作量。

以基于GIS系统的负荷密度法为例。

首先，将可将负荷分为商业负荷、城市居民负荷、农村负荷、工业负荷、城市公共负荷和其他负荷。

然后利用GIS系统的功能，将规划区域划分为为多个小分区，并全面收集各分区内各种负荷的历史数据和未来的分布情况。

其后对收集到的数据按照分类进行分析，并参照地方规划部门提供的用地规划来提取数据，最后通过修正量计算，求得相应的分区负荷密度。

2.2变电所的地理位置及容量优化规划
在进行过负荷空间预测，己知各小区负荷值及分布的基础上，为满足未来负荷发展的需要，就需要利用GIS系统，进行变电所的地理位置及容量优化规划。

最终确定出目标年及中间阶段各年待建变电所的地理位置及容量，同时使配电网投资及运行费用最小。

具体操作来说，可以利用己得到的空间负荷预测信息，在GIS系统的帮助下，在规划区域的电子地图上搜索所有可能的所址，从而大范围地确定出待建的候选变电所的地理位置。

考虑到配电网规划设计的多阶段性以及动态特性，则可先算出满足目标年负荷目标的目标年所有变电所的地理位置和容量，作为候选所址和容量；然后把建设周期划分为若干个阶段，排列优选出既满足投资限额下总投资费用与运行费用最小又能满足中间各相应阶段负荷需要的中长期建设方案。

2.3网络结构优化规划
网络结构优化规划是在完成负荷预测，并确定了所需投建或增容的变压器的地理位置和容量的基础上进行的。

网络结构优化是要规划出各规划年度高压（110kV、35kV）和中压（10kV）配电线路网架结构。

优化模型通常采用非线性混合整数规划模型。

其目标函数取为规划水平年配电网扩展的投资费用与年损耗费用之和最小，以负荷需求、变压器和线路的容量限制、功率平衡和配电网的放射状条件为约束。

系统采用基于最优化算法和基于专家规划相结合的方法。

这一部分规划结束后，可以在地图上显示各个规划年度的网络结构，以及相应的线
路信息包括线路型号、线路回数、线路长度、所属供电变电所、投建（改建）年份等，并可以在地图上直观地看到网络的扩展。

3、GIS系统在配电网规划设计中的优势
（1）GIS系统具有强大的运算功能、直观的图文查询功能，大量减少了规划人员工作量，在确保规划成果质量的情况下，极大提高了设计工作效率，实现了质量和效率的同步提升。

（2）依托GIS系统进行配电网规划，可以将传统规划过程中的许多定性指标加以量化，提高了配电网规划工作的精益化。

提高了规划成果的科学性和实用性。

（3）基于GIS系统的配电网规划进一步提高了规划工作流程的标准化，对企业整体规划设计水平和管理水平的提高起到促进作用。

（4）有助于GIS系统数据库相关数据的积累，便于随经济、社会的发展，对配电网实施滚动规划。

使配电网规划与城市规划同步，与环境协调一致。

4、结束语
将GIS平台引入到配电网规划系统中，能够极大地方便规划数据的管理，同时规划过程也更直接、更具有交互性。

其次，GIS可以方便地辅助规划人员确定被选的变电所所址和架空线路走廊或电缆通道，这不仅可以缩小优化规划程序的搜索范围，而且使得规划的结果更加符合实际。

最后，GIS平台的引入可以使配电网规划与城市规划同步。

参考文献：
[1]GIS绝缘故障的监测与诊断[J].邱翠婷.山东工业技术.2017（02）.
[2]配网规划中GIS系统的实践应用[J].龙国良.科技创新与应用.2015（27）.。