基于GIS的配电网智能评估规划系统

姚 刚，张海彪，李满堂

(1.上海电力学院 计算机科学与技术学院，上海 200090;2.湖州电力局，浙江 湖州 313013)

随着电力行业广泛引入应用地理信息系统(Geographic Information System，GIS)，电力企业实现了对电网资产的管理;大量的设备资料和数据得以有效存储和利用.但是从目前的应用来看，该系统的管理应用仍然局限于基层技术人员对设备的静态属性查看和对个体设备的操作管理，缺乏对GIS基础数据的进一步应用，对上层管理人员的辅助决策作用的功能不强.

目前，在国家电网建设资金还不太充裕的情况下，电网建设面临以下几类问题:一是电网结构薄弱，存在较多安全隐患［1］;二是供电部门没有统一、规范、长期实施的项目决策依据，电网近期的建设改造缺乏具体的目标;三是规划过程中有很多不可预知的因素，规划内容需不断修改.因此，对当前配电网进行科学、合理的评估，指出电网中存在的问题，明确近期建设改造的方向，同时根据经济和负荷的发展情况，对规划及时地进行修编，有效指导配电网今后的建设显得尤为重要.

以国家电网公司关于城市电网规划的技术要求及电网评价指标为基础，并结合浙江省城市电网评估报告指导意见，同时根据电力企业的实际工作需要及现有系统软件的应用情况，以及上海昌泰求实电力新技术有限公司多年的城市电网规划经验、“基于GIS的配电网评估系统”和“基于实时负荷的高压电网规划辅助决策系统”中的相关功能，构建适合用户需求的数据采集体系和功能分析模块.

1 系统主要创新点

将成熟的配电网GIS系统和已成功应用的城市配电网评估与辅助决策系统、高压电网规划辅助决策系统相结合，建立基于GIS的配电网规划辅助决策系统，赋予GIS系统更新、更强的生命力.配电网GIS系统作为电网数据的基础平台，我们能够动态地获取到配电网的拓扑结构、技术参数等，为配电网规划辅助决策系统提供良好的数据基础.配电网评估规划辅助决策系统主要利用GIS系统的数据平台，不仅可去除数据的重复建设和维护，而且可以保证数据的准确性和一致性，扩展配电GIS系统的功能，使其更强大、全面、实用.

要求系统以量化评估的形式展示电网建设发展水平:一是可以与兄弟供电单位进行横向对比;二是可以对本地区电网的建设水平进行纵向比较;三是可以在本地区的不同分区或同一分区的不同变电所之间进行定量比较.基于GIS的配电网评估规划辅助决策系统将配电网的评估、规划、改造、新建等项目有机地整合，是一套新颖的、现代供电企业宏观管理不可缺少的软件工具，可以有效地指导配电网进行科学合理的规划、建设和改造，将有限的资金投入到电网建设最需要的地方.

2 系统指标及技术架构

2.1 指标体系与层次结构

基于GIS的配电网评估规划辅助决策系统相关评估指标体系及层次结构［2-7］如图1所示.

图1 指标体系及层次结构

2.2 评估得分

根据详细的评价指标，计算得出配电网评估的各项指标得分，按照层次分析法(AHP)［1］，计入各项指标所占的权重，并将其纳入上一级，各项指标满分为100分.公式如下:

式中:s(k+1)——层次结构中第k+1层得分;

n——第k层子属性的个数;

sj(k)——第k层中第j个属性的得分;

wj(k)——第 k 层中第 j个属性的权重［4，5］.

2.3 技术架构

基于GIS的配电网智能评估规划系统的技术架构主要包括:系统的数据管理;专业评估、分析计算及辅助决策模型的构建;基于GIS的配电网规划辅助决策系统的应用.

3 功能实现

3.1 系统结构及功能

基于GIS的配电网智能评估规划系统提供了配电网评估、配电网规划、配电网问题严重程度分析，以及其他相关计算等功能.该系统的功能结构如图2所示.

图2 系统体系功能结构

3.2 配电网评估功能

3.2.1 配电网现状评估的作用

(1)通过该软件，可以综合评估规划区配电网的发展情况，量化配电网各项运行参数，明确规划区配电网的优势与不足，为日后纵向对比打下基础;

(2)通过分析与评估，可以对规划区目前电网发展阶段进行定位，指导后续规划与建设工作的顺利进行;

(3)通过分析与评估，可以形成详细的现状问题报表，并按其严重程度进行分级，为后续电网的建设工作提供重要的参考资料.

3.2.2 配电网现状评估流程

配电网现状评估流程如图3所示.

该系统内置的评估指标体系和打分规则可形成专家库.(现有打分规则主要面向城市电网，与城市电网有差距的电力企业或农网用户可根据实际情况，在软件中设置适当的打分标准.)通过专家库功能，实现对配电网的综合评估，并对评估结果进行显示;通过分析评估结果所存在的问题，可对配电网未来的整改和建设提出参考意见.

图3 配电网评估流程

3.2.3 配电网评估数据来源

配电网现状评估流程数据主要来源于配电网GIS中现有的属性数据，由配电网GIS数据库定时产生一个配电网GIS数据库镜像，由后台服务程序利用数据库空闲时间进行数据同步(其中个别数据需手动维护).

3.3 配电网规划功能

本模型功能块主要服务于电力企业管理层、决策层用户，可完成配电网的电力需求预测、电力电量的平衡、容载比校验、实时负荷和最大负荷的获取等.

通过与PI系统、SCADA系统进行实时接口，规划工程师可以校核规划方案与电网发展的满足程度，以便定期修编电网规划方案，为决策者提供实时、有效的信息，为规划、管理人员提供科学的规划依据.

3.3.1 配电网规划流程

配电网规划的具体流程见图4.

图4 配电网规划流程

3.3.2 配电网规划内容

配电网的规划内容包括以下6个方面.

(1)负荷数据读取 充分应用供电企业现有的软件系统，与PI系统、SCADA系统实时信息系统接口，取得变电站的实时负荷、历史负荷、年最大负荷、实测日负荷等数据，为电力规划负荷预测提供基础的数据源，实现企业资源共享;

(2)负荷预测 采用不同数学模型，多种预测方法预测未来5年、10年、20年的负荷发展情况，为电网规划提供科学依据［8］;

(3)空间负荷预测 根据规划区不同的土地利用性质及相应的负荷密度指标，进行空间负荷预测，进而可以对规划区配电网目标网架规模进行预测;

(4)电力平衡及规划 基于负荷预测方案，对电网分电压等级进行电力电量平衡，并预测规划所需的变电容量［9］;

(5)规划各变电站的供电范围 在负荷预测及电力电量平衡的基础上，通过最优模型计算出变电站初步布局方案，并结合规划区的实际建设情况，对部分结果进行修正，反复迭代后得出最优的变电站(所)位置及各变电站的供电范围［10］;

(6)目标网架与年度规划建设项目规模 在高压变电站(所)位置和供电范围确定的情况下，根据中压配电网线路供电能力、接线方式等，形成配电网目标网架供电方案，在确定目标网架的基础上，结合电网现状以及规划区开发建设情况，合理安排配电网的年度建设方案，以保证区域电网平稳地过渡到目标网架.

4 结语

基于GIS的配电网智能评估规划系统中采用的指标体系和算法模型是以国家电网公司关于城市电网评估内容的有关文件为依据，与配网规划及配网管理紧密结合，首先对规划区配电网的现状进行评估，然后在评估的基础上，对规划区的电网进行合理规划.系统可以根据评估的实际情况，灵活设置评估标准，规划以实时负荷和空间负荷预测为基础，核心算法以Web Service接口形式实现，可以实现跨平台开发，也可被不同的软件系统调用，具有很好的适应性和可扩展性.

［1］肖峻，崔艳妍，王建民，等.配电网规划的综合评价指标体系与方法［J］.电力系统自动化，2008，32(15):36-40.

［2］邱生，张焰，陶鹏，等.配电网可靠性定量评估及成本/效益分析软件包研究［J］.华东电力，2004，32(12):18-21.

［3］王成山，谢莹华，崔坤台.基于区域非序贯仿真的配电系统可靠性评估［J］.电力系统自动化，2005，29(14):39-43.

［4］刘伟，郭志忠.配电网安全性指标的研究［J］.中国电机工程学报 2003，23(8):85-90.

［5］唐会智，彭建春.基于模糊理论的电能质量综合量化指标研究［J］.电网技术，2003，27(12):85-88.

［6］李连结，姚建刚，龙立波，等.组合赋权法在电能质量模糊综合评价中的应用［J］.电力系统自动化，2007，31(4);56-60.

［7］胡蓉，张焰.配电网规划后评估指标体系的研究［J］.华东电力，2007，35(8):70-73.

［8］赵希正.中国电力负荷特性分析与预测［M］.北京:中国电力出版社，2002:52-55.

［9］陈章潮.城市电网规划与改造［M］.北京:中国电力出版社，1998:48-53.

［10］高炜欣，罗先觉，朱颖.贪心算法结合Hopfield神经网络优化配电变电站规划［J/OL］.电网技术，［2004-07-01］.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DWJS200407017.htm.