配電網絡規劃分析及技術發展研究

顧思慶

[摘要]文章在討論分析了配電網規劃在實踐應用中的步驟、方法、關鍵點及目前存在的主要難點的基礎上，對近年來國內基于地理信息系統的配電網規劃思路及空間負荷預測方法兩大研究熱點進行了優勢綜述和理論成果分析，探討了配電網規劃的GIs平臺理論研究方案，運用于工程實際中的急需解決的技術問題及今后的發展前景。

[關鍵詞]配電網規劃地理信息系統空間負荷預測網絡結構優化

O引言

配電系統的規劃是供電企業規劃活動中的基本環節，配電網的規劃質量直接影響到配網的網絡水平及投資效益，其對于降低網損、提高可靠性和保障電能質量的影響不亞于配電網的運行管理，因此說，配電網規劃技術的發展對整個電力的發展至關重要。由于配電網規劃是非常復雜的工程問題，需要考慮諸多因素，因此實際規劃中多數還是依靠人工及CAD制圖工具完成，也有部分地區嘗試在規劃過程中的某些步驟采用軟件完成，但依然需要耗費大量的人力物力，而且在眾多可選方案及制約因素下，很難找到一個最優方案。

近年來，地理信息系統(Geographic InformationSystem，簡稱GIS)在我國電力系統中的開發應用，為建立高效、實用的配網規劃體系提出了新的課題。另一方面，空間負荷預測方法由于其在預測負荷量的同時，也能預測出負荷的增長位置，使其越來越受到預測者的青睞。目前，已有不少基于GIS的電網規劃軟件包及智能決策支持系統的產生，這些理論研究對于計算機應用于配電網規劃有著重要意義，但由于配電網地理信息系統本身在國內還處于起步階段，基于該系統的配網規劃在實際中尚處于探索、研究及試點階段。

1配電網規劃的發展現狀、主要內容及存在問題

配電網規劃按照電壓等級可以分為高、中、低壓三類，其中的中、低壓配電網規劃在國內開展較晚，相對主網規劃而言，配網規劃尚待完整。

1.1配電網規劃的主要內容

無論以人工為主進行的配網規劃還是以軟件系統協助參與的配電網規劃，其內容必然包括配網現狀分析、負荷預算、技術原則的確定、建設改造規劃方案確定、投資估算于經濟評價幾個方面，其細節及關鍵點如下：

(1)配電網現狀分析

該過程主要通過收集配網的設備及運營數據，完成配網現狀的分析。主要包括配電網整體營運指標計算及分析、配電網設備的數量及年限統計、配網電源的負載率情況、1OkV出線間隔的利用率情況、中壓配網設備運行情況、中壓配電網結構等內容。通過以上內容的分析，得出配網的高電壓布點是否合理、供電半徑是否滿足要求、負荷分布是否合理、設備的狀況等結論，從而確定規劃期的改造目標及方向。

(2)規劃期的負荷預算

主要包括電量和最大負荷總量預測、負荷地理分布預測兩個方面。前者用于衡量高壓電源總量規劃的合理性和初步測算規劃期內需新建輸變電設施的規模；后者確定城市各供電區域規劃期內的負荷增長情況，是高壓電源供電分區劃定、線路布置和供電范圍確定的依據，在實踐中目前多采用空間負荷預測的思路完成。

(3)規劃技術原則的確定

一般以上級確定的技術原則為基礎，綜合規劃區實際情況，從配網的網架結構、架空及電纜線路的選型、變壓器及開關設備選型、二次系統應達到的技術要求等方面確定技術細則。

(4)電網建設改造規劃

這是目前配電網規劃的重中之重，具體要進行高壓變電站選址、定容量及供電區域劃分，之后進行網架結構的規劃和優化，然后提出分年度具體的建設和改造項目，最后進行相應地地理接線圖的繪制。

1.2配電網規劃中存在的主要問題和難點

(1)規劃數據收集的困難

隨著電網規模的日益擴大，配網設備數據越來越龐大，更新速度快，每次規劃均需要花費大量的時間及人力整理相關資料。配電網規劃主要涉及配網設備的裝備及運行數據、規劃區域的用電及負荷數據、規劃區域的市政規劃資料、規劃區的國民經濟類數據等，其中數據量最大的為配網設備的裝備及運行數據。該部分數據的收集整理占用大量時間。

(2)空間負荷預測的準確性有待提高

配網規劃負荷預測中總量預測的方法和技術經過多年的實踐已較為成熟，而作為配網規劃核心的空間負荷預測方法由于既要預測負荷的量還要預測負荷的增長位置，在城市用地類型變化頻繁、配網負荷發展較為復雜的情況下，其準確性受多種條件制約。

(3)配電網網絡結構優化困難

網架規劃的目的是根據規劃期內的負荷水平及電源規劃確定相應的最佳配網結構，同時滿足經濟性、可靠性要求。因此，配網規劃是一個具有多目標性、不確定性、非線性和多階段性的復雜系統優化問題，求解困難。

2基于GIS平臺進行配網規劃的優勢

配電GIS是利用計算機技術、網絡技術將配電網絡的分布、屬性及實時信息按其實際地理位置描述在地理背景上，形成的集查詢、統計、運行、維護、分析、管理等多種功能于一體的應用軟件系統。利用GIS強大的空間數據處理和網絡分析的拓補功能來處理配電系統與空間有關的信息，不僅能夠極大地方便規劃數據的獲取、處理，提高規劃人員的效率，而且規劃過程和結果也更加直觀、更具交互性。以下是GIS平臺上進行配電網規劃的主要優勢：

2.1配電網規劃數據采集優勢

面對越來越密集的電網、復雜的電力設備、時刻變化的負荷信息、不斷變遷的道路和建筑，GIS為我們提供了各種圖形、地圖、數據信息統一共享的平臺。GIS數據庫存儲了用于進行系統各部分分析和顯示的空間及屬性數據，對于配網規劃中所需的配電網、變電站及設備、用戶等大量數據，如果結合地理環境，采用空間數據結構存儲，可以使數據管理更加直觀、有效，規劃結果更具實際意義，從而大大減輕規劃人員的工作量。

2.2配網規劃運行情況分析優勢

科學的決策在某種程度上依賴于決策者所掌握的信息量的大小。GIS可以最大限度地將有關信息集成起來，從而為電力系統決策人員提供一個多元化的決策依據。在規劃地址及預測中涉及諸多關聯因素，如資源、人口、經濟發展、負荷情況、用戶報裝情況等，它們都與地理系統有關。將GIS作為實現配電網規劃的數據分析、管理功能的工具，通過與其他系統，如SCADA、MIS、用電營業系統、配變監測儀等接口有效地組織數據信息，從而方便運行數據的整理、分析，使規劃更貼近實際。

2.3配網網絡優化、自動布線優勢

地理信息系統是配網規劃優化得以實現的重要前提：在GIS平臺上采用人工智能的搜索算法以求解網架優化問題，由于GIS空間分析功能，在變電站選址尋優過程中，可以有效避開障礙物；另一方面，利用GIS進行配電網規劃可以實現配電網規劃的可視化、自動化，

而且能直接得到網絡規劃方案的地理接線圖，從而將網絡優化與圖形輸出緊密結合。

近年來，國內很多學者在GIS規劃平臺理論研究方面取得了一定突破。文獻[1]結合地理信息的空間特性與人工智能兩者的優點，詳細論述了用于配網規劃的智能決策支持系統的結構和組合，為GIS平臺下配網規劃提出了研究方向。文獻[2]以文獻[1]為基礎，討論了在地理信息系統環境中，采用遺傳算法尋找最優布線路徑的數學模型及算法。文獻[3]采用一種基于空間GIS的變長度符號編碼策略來表示線路的結構，以最短路徑法形成初始網架；并采用具有禁忌搜索思想的TS算法對初始網架進行優化。文獻[4]、[5]、[6]分別運用空間GIS和人工智能優化算法對城市中壓配電網輻射型、多分段多聯絡、帶開閉所接線模式下的自動布線進行了深入研究，并通過算例驗證了該方法的可行性。在實際城網中，一般是幾種接線模式并存的網絡結構，在復雜網絡結構下的自動布線目前尚未見到解決的有效方式。

3空間負荷預測方法的研究成果

實踐表明，空間負荷預測方法是眾多預測方法中最適宜于配網規劃的方法之一，但由于配網自動化尚未發展成熟，使配網的數據積累基礎較差，從而制約了該方法的預測準確性，在這方面很多學者也進行了不同角度的研究和改進。文獻[7]將模糊推理方法用于空間負荷預測的小區用地適應性和優劣分析中，建立了能夠充分體現專家決策的基于模糊集理論的城市土地開發和土地改造預測的基本原理，為預測中確定小區土地開發時間和使用性質提供了系統的方法。文獻[8]對影響空間負荷預測的不確定因素進行了詳細分類，將空間負荷分解為基礎分布和事件分布的疊加，并針對大事件出現時間和位置的不確定性，提出了多方案預測法，改進了用地最優分配模式，從而解決了城市改造中的不確定性問題。文獻[9]通過神經網絡參數訓練使從專家獲取的模糊規則庫更符合每個地區的實際地理情況，得出的小區用地評分更加合理。

4基于GIs的配電網規劃的實踐應用建議

由第三部分介紹的情況來看，目前基于GIS平臺的配網規劃研究多集中于網架優化、自動布線方面，且在該方面也未能全面應付實際規劃中的復雜情況，故研究成果也還未能廣泛應用。另一方面，從GIS系統本身的實踐情況來看，目前國內部分地區開發的配網GIS系統由于資料量大、更新快等原因，暫時還沒有非常成功的例子，要真正應用規劃軟件進行輔助規劃，前提之一是有較為成熟的GIS系統，并能夠保證GIS系統數據的及時更新及完整、正確，前提之二是在空間負荷預測及網架優化等開發出較為實用的算法及配套規劃軟件。

在目前形勢下，應該以規劃試點的模式對基于GIS平臺的配網規劃進行嘗試，建議可以如下方式展開：

(1)軟件的試點必須在開發有GIs系統，并且相對管理應用較為成熟的地區進行。同時規劃軟件必須能夠很好地與GIS系統整合。

(2)由于現階段還沒成熟的基于GIS的規劃軟件，故建議采用試點的方式，供電部門與科研單位進行合作開發，根據應用情況不斷進行軟件的改進。

(3)進行軟件開發試點的時候，配合相關工作崗位的設置試點及人員的規劃理論等培訓。

(4)目前中壓配電網規劃的難點在于準確的空間負荷預測及10kV線路的自動布線。在自動布線不成熟的時候，可以通過GIS平臺給出一些布線的走向建議，提供人工布線的工具，重點則實現對規劃布線方案的效果分析上。

(5)在基于GIS的規劃軟件未真正成熟之前，即使不能夠利用其進行完整的規劃，仍然可以利用規劃軟件中的成熟部分，輔助進行一部分的規劃工作，然后隨軟件的升級及成熟，逐步加大軟件的應用及在規劃中的使用比例。

5結束語

本文從配網規劃的應用需求出發，從規劃平臺和預測方法兩個配網規劃中的關鍵點切入，著重分析了利用GIS平臺進行配網規劃的迫切性及已有的理論研究成果，重點討論了將GIS平臺引入實際規劃過程的技術準備及應用策略。今后，以配網地理信息為數據基礎和開發平臺的配網規劃方案，應該成為配網規劃的方向和主流，而空間負荷預測方法也因其實用性而成為配電網負荷預測的核心方法，這兩大主題的成果實踐是理論研究人員與規劃實踐人員共同努力的方向。

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