配电网络规划分析及技术发展研究

顾思庆

[摘要]文章在讨论分析了配电网规划在实践应用中的步骤、方法、关键点及目前存在的主要难点的基础上，对近年来国内基于地理信息系统的配电网规划思路及空间负荷预测方法两大研究热点进行了优势综述和理论成果分析，探讨了配电网规划的GIs平台理论研究方案，运用于工程实际中的急需解决的技术问题及今后的发展前景。

[关键词]配电网规划地理信息系统空间负荷预测网络结构优化

O引言

配电系统的规划是供电企业规划活动中的基本环节，配电网的规划质量直接影响到配网的网络水平及投资效益，其对于降低网损、提高可靠性和保障电能质量的影响不亚于配电网的运行管理，因此说，配电网规划技术的发展对整个电力的发展至关重要。由于配电网规划是非常复杂的工程问题，需要考虑诸多因素，因此实际规划中多数还是依靠人工及CAD制图工具完成，也有部分地区尝试在规划过程中的某些步骤采用软件完成，但依然需要耗费大量的人力物力，而且在众多可选方案及制约因素下，很难找到一个最优方案。

近年来，地理信息系统(Geographic InformationSystem，简称GIS)在我国电力系统中的开发应用，为建立高效、实用的配网规划体系提出了新的课题。另一方面，空间负荷预测方法由于其在预测负荷量的同时，也能预测出负荷的增长位置，使其越来越受到预测者的青睐。目前，已有不少基于GIS的电网规划软件包及智能决策支持系统的产生，这些理论研究对于计算机应用于配电网规划有着重要意义，但由于配电网地理信息系统本身在国内还处于起步阶段，基于该系统的配网规划在实际中尚处于探索、研究及试点阶段。

1配电网规划的发展现状、主要内容及存在问题

配电网规划按照电压等级可以分为高、中、低压三类，其中的中、低压配电网规划在国内开展较晚，相对主网规划而言，配网规划尚待完整。

1.1配电网规划的主要内容

无论以人工为主进行的配网规划还是以软件系统协助参与的配电网规划，其内容必然包括配网现状分析、负荷预算、技术原则的确定、建设改造规划方案确定、投资估算于经济评价几个方面，其细节及关键点如下：

(1)配电网现状分析

该过程主要通过收集配网的设备及运营数据，完成配网现状的分析。主要包括配电网整体营运指标计算及分析、配电网设备的数量及年限统计、配网电源的负载率情况、1OkV出线间隔的利用率情况、中压配网设备运行情况、中压配电网结构等内容。通过以上内容的分析，得出配网的高电压布点是否合理、供电半径是否满足要求、负荷分布是否合理、设备的状况等结论，从而确定规划期的改造目标及方向。

(2)规划期的负荷预算

主要包括电量和最大负荷总量预测、负荷地理分布预测两个方面。前者用于衡量高压电源总量规划的合理性和初步测算规划期内需新建输变电设施的规模；后者确定城市各供电区域规划期内的负荷增长情况，是高压电源供电分区划定、线路布置和供电范围确定的依据，在实践中目前多采用空间负荷预测的思路完成。

(3)规划技术原则的确定

一般以上级确定的技术原则为基础，综合规划区实际情况，从配网的网架结构、架空及电缆线路的选型、变压器及开关设备选型、二次系统应达到的技术要求等方面确定技术细则。

(4)电网建设改造规划

这是目前配电网规划的重中之重，具体要进行高压变电站选址、定容量及供电区域划分，之后进行网架结构的规划和优化，然后提出分年度具体的建设和改造项目，最后进行相应地地理接线图的绘制。

1.2配电网规划中存在的主要问题和难点

(1)规划数据收集的困难

随着电网规模的日益扩大，配网设备数据越来越庞大，更新速度快，每次规划均需要花费大量的时间及人力整理相关资料。配电网规划主要涉及配网设备的装备及运行数据、规划区域的用电及负荷数据、规划区域的市政规划资料、规划区的国民经济类数据等，其中数据量最大的为配网设备的装备及运行数据。该部分数据的收集整理占用大量时间。

(2)空间负荷预测的准确性有待提高

配网规划负荷预测中总量预测的方法和技术经过多年的实践已较为成熟，而作为配网规划核心的空间负荷预测方法由于既要预测负荷的量还要预测负荷的增长位置，在城市用地类型变化频繁、配网负荷发展较为复杂的情况下，其准确性受多种条件制约。

(3)配电网网络结构优化困难

网架规划的目的是根据规划期内的负荷水平及电源规划确定相应的最佳配网结构，同时满足经济性、可靠性要求。因此，配网规划是一个具有多目标性、不确定性、非线性和多阶段性的复杂系统优化问题，求解困难。

2基于GIS平台进行配网规划的优势

配电GIS是利用计算机技术、网络技术将配电网络的分布、属性及实时信息按其实际地理位置描述在地理背景上，形成的集查询、统计、运行、维护、分析、管理等多种功能于一体的应用软件系统。利用GIS强大的空间数据处理和网络分析的拓补功能来处理配电系统与空间有关的信息，不仅能够极大地方便规划数据的获取、处理，提高规划人员的效率，而且规划过程和结果也更加直观、更具交互性。以下是GIS平台上进行配电网规划的主要优势：

2.1配电网规划数据采集优势

面对越来越密集的电网、复杂的电力设备、时刻变化的负荷信息、不断变迁的道路和建筑，GIS为我们提供了各种图形、地图、数据信息统一共享的平台。GIS数据库存储了用于进行系统各部分分析和显示的空间及属性数据，对于配网规划中所需的配电网、变电站及设备、用户等大量数据，如果结合地理环境，采用空间数据结构存储，可以使数据管理更加直观、有效，规划结果更具实际意义，从而大大减轻规划人员的工作量。

2.2配网规划运行情况分析优势

科学的决策在某种程度上依赖于决策者所掌握的信息量的大小。GIS可以最大限度地将有关信息集成起来，从而为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。在规划地址及预测中涉及诸多关联因素，如资源、人口、经济发展、负荷情况、用户报装情况等，它们都与地理系统有关。将GIS作为实现配电网规划的数据分析、管理功能的工具，通过与其他系统，如SCADA、MIS、用电营业系统、配变监测仪等接口有效地组织数据信息，从而方便运行数据的整理、分析，使规划更贴近实际。

2.3配网网络优化、自动布线优势

地理信息系统是配网规划优化得以实现的重要前提：在GIS平台上采用人工智能的搜索算法以求解网架优化问题，由于GIS空间分析功能，在变电站选址寻优过程中，可以有效避开障碍物；另一方面，利用GIS进行配电网规划可以实现配电网规划的可视化、自动化，

而且能直接得到网络规划方案的地理接线图，从而将网络优化与图形输出紧密结合。

近年来，国内很多学者在GIS规划平台理论研究方面取得了一定突破。文献[1]结合地理信息的空间特性与人工智能两者的优点，详细论述了用于配网规划的智能决策支持系统的结构和组合，为GIS平台下配网规划提出了研究方向。文献[2]以文献[1]为基础，讨论了在地理信息系统环境中，采用遗传算法寻找最优布线路径的数学模型及算法。文献[3]采用一种基于空间GIS的变长度符号编码策略来表示线路的结构，以最短路径法形成初始网架；并采用具有禁忌搜索思想的TS算法对初始网架进行优化。文献[4]、[5]、[6]分别运用空间GIS和人工智能优化算法对城市中压配电网辐射型、多分段多联络、带开闭所接线模式下的自动布线进行了深入研究，并通过算例验证了该方法的可行性。在实际城网中，一般是几种接线模式并存的网络结构，在复杂网络结构下的自动布线目前尚未见到解决的有效方式。

3空间负荷预测方法的研究成果

实践表明，空间负荷预测方法是众多预测方法中最适宜于配网规划的方法之一，但由于配网自动化尚未发展成熟，使配网的数据积累基础较差，从而制约了该方法的预测准确性，在这方面很多学者也进行了不同角度的研究和改进。文献[7]将模糊推理方法用于空间负荷预测的小区用地适应性和优劣分析中，建立了能够充分体现专家决策的基于模糊集理论的城市土地开发和土地改造预测的基本原理，为预测中确定小区土地开发时间和使用性质提供了系统的方法。文献[8]对影响空间负荷预测的不确定因素进行了详细分类，将空间负荷分解为基础分布和事件分布的叠加，并针对大事件出现时间和位置的不确定性，提出了多方案预测法，改进了用地最优分配模式，从而解决了城市改造中的不确定性问题。文献[9]通过神经网络参数训练使从专家获取的模糊规则库更符合每个地区的实际地理情况，得出的小区用地评分更加合理。

4基于GIs的配电网规划的实践应用建议

由第三部分介绍的情况来看，目前基于GIS平台的配网规划研究多集中于网架优化、自动布线方面，且在该方面也未能全面应付实际规划中的复杂情况，故研究成果也还未能广泛应用。另一方面，从GIS系统本身的实践情况来看，目前国内部分地区开发的配网GIS系统由于资料量大、更新快等原因，暂时还没有非常成功的例子，要真正应用规划软件进行辅助规划，前提之一是有较为成熟的GIS系统，并能够保证GIS系统数据的及时更新及完整、正确，前提之二是在空间负荷预测及网架优化等开发出较为实用的算法及配套规划软件。

在目前形势下，应该以规划试点的模式对基于GIS平台的配网规划进行尝试，建议可以如下方式展开：

(1)软件的试点必须在开发有GIs系统，并且相对管理应用较为成熟的地区进行。同时规划软件必须能够很好地与GIS系统整合。

(2)由于现阶段还没成熟的基于GIS的规划软件，故建议采用试点的方式，供电部门与科研单位进行合作开发，根据应用情况不断进行软件的改进。

(3)进行软件开发试点的时候，配合相关工作岗位的设置试点及人员的规划理论等培训。

(4)目前中压配电网规划的难点在于准确的空间负荷预测及10kV线路的自动布线。在自动布线不成熟的时候，可以通过GIS平台给出一些布线的走向建议，提供人工布线的工具，重点则实现对规划布线方案的效果分析上。

(5)在基于GIS的规划软件未真正成熟之前，即使不能够利用其进行完整的规划，仍然可以利用规划软件中的成熟部分，辅助进行一部分的规划工作，然后随软件的升级及成熟，逐步加大软件的应用及在规划中的使用比例。

5结束语

本文从配网规划的应用需求出发，从规划平台和预测方法两个配网规划中的关键点切入，着重分析了利用GIS平台进行配网规划的迫切性及已有的理论研究成果，重点讨论了将GIS平台引入实际规划过程的技术准备及应用策略。今后，以配网地理信息为数据基础和开发平台的配网规划方案，应该成为配网规划的方向和主流，而空间负荷预测方法也因其实用性而成为配电网负荷预测的核心方法，这两大主题的成果实践是理论研究人员与规划实践人员共同努力的方向。

6参考文献

[1]吴奇石，邱家驹，配网规划智能决策支持系统的研究，电

力系统自动化，1998，10(3)：15-22，

[2]吴奇石，邱家驹，基于GIS的配电网规划人工智能方法

(二)，电力系统自动化，1998，22(11)：21-23，

[3]王成一，王赛一，基于空间GIS和Tabu搜索技术的城市中

压配电网络规划，电网技术，2004，28(14)：68-73，

[4]王成一，王赛一，基于空间GIS的城市中压配电网络智

能规划(一)辐射接线模式的自动布局，电力系统自动

化，2004，28(5)：45-50，

[5]王成一，王赛一，基于空间GIS的城市中压配电网络智能

规划(三)带开闭所接线模式的自动布局，电力系统自动

化，2004，28(6)：55-59，

[6]王成一，王赛一，基于空间GIS的城市中压配电网络智能规

划(三)带开闭所接线模式的自动布局，电力系统自动化，

2004，28(7)：58-61，

[7]余贻鑫，张崇见等，空间电力负荷预测小区用地分析(一)

模糊推理新方法和小区用地分析原理，电力系统自动

化，2001，25(6)：23-26，

[8]王天华，王平洋等，空间负荷预测中不确定性因素的处理

方法，电网技术，2001，25(1)：22-25，

[9]丁明，李小燕等，基于模糊神经网络的空间负荷预测小区

用地分析，中国电力，2004，37(12)：9-12，