GIS在电网规划中的应用研究综述

张刚

摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国社会对于电力的用电需求日益旺盛，电力行业与国民经济建设和人民生活密切相关，合理的电网规划设计是电网稳定运行的重要保证。随着智能电网和城市建设步伐的推进，我国电网规划过程开始引进地理信息系统。本文主要对GIS在电网规划中的应用研究进行论述，详情如下。

关键词：GIS;电网规划;应用

引言

目前GIS在电网规划中的应用主要集中在空间负荷预测、变电站的选址定容和输电线路的路径优化与选择等方面；负荷预测是电网规划工作的基础，由于大量移动充电的电动汽车和分布式电源的接入，使得电网负荷变化的随机性越来越大，依托GIS中的电网信息和地理空间属性信息进行空间负荷预，是提高空间负荷预测准确性的有力手段。在空间负荷预测结果的基础上，根据各区域的负荷信息及空间地理信息，GIS系统可以对变电站的位置进行优化；同时依托GIS平台结合各类优化算法为电网架构设计和输电线路的路径优化选择提供了可视化表达平台。

1配电网拓扑分析的概念

在地理空间中，网络是通过无数“通道”互相连接的一系列地理空间位置。抽象来说，网络系统由很多互相连接的线段组成。许多常见的实际地理事物都能组成网络，比如公路网、通信网络、电力网络等。把这些实际的网络抽象后进行表达，那就是网络数据模型。对抽象后的网络数据模型进行分析的行为称为网络拓扑分析。网络拓扑分析是在网络数据集的基础上开展的，其他种类的数据集都不能开展网络拓扑分析。分析的方法包括网络路径查询、最短路径分析、网络节点查询、最佳路径分析等。当前GIS系统平台拥有强大的拓扑分析功能，比如：搜索相邻的所有节点功能、连接的所有边功能、连接的所有节点功能、关键点功能、关键边功能、路径分析功能等。只要充分发挥上述强大功能，就能在GIS平台上高效开展配电网拓扑分析。

2 GIS在电网规划中的应用

2.1空间负荷预测

空间负荷预测是指对供电区域内负荷大小及其位置分布的预测。空间负荷预测不仅可以预测负荷大小，还可以较为精准地预测负荷空间位置。因此空间负荷预测需要大量的空间数据，精准的空间负荷预测离不开GIS技术的支持。GIS系统不仅可以为空间负荷预测提供数据和平台支持，其自身具备的强大运算和可视化图文对照功能，可以有效提高工作效率减轻工作量。数据的整合主要涉及相关空间信息的收集整合，涉及到区域内的地理空间信息和电网信息。不同的待预测区对空间负荷预测的相关信息收集有所不同。如待预测区域为无历史负荷数据的新建小区或历史区域严重匮乏区域时，考虑计及城市发展程度，整合待预测区域的市政规划方案、业扩报装计划及同类型负荷历史数据进行预测；对于有大量移动充电的电动汽车的接入的区域，可以通过收集电动汽车的时空分布信息评估移动充电设施对空间负荷可能造成的强烈空间变化影响。现有的空间负荷预测方法按照预测原理来分类，大致可分为多变量法、用地仿真法、趋势外推法和负荷密度法。多变量法对数据质量要求高、空间分辨率低，对于发展程度低、无法获得原始数据的区域，很难使用此方法进行预测，因此国内外学者对其研究较少。用地仿真法通过分析土地利用的空间信息及发展规律，对用地类型的发展程度进行预测，此方法适用于用地规划尚未确定的地区，对于城市规划成熟，用地性质成熟的区域并不适用。趋势外推法是一系列基于负荷历史数据外推负荷发展趋势的方法的总称。趋势外推法因受负荷转移、非平稳增长等不利情况的影响，在实际情况中应用较少。负荷密度法通过将对待测区域元胞的负荷进行分类，通过预测分类负荷密度及用地信息进行空间负荷预测，因我国政府用地使用性质明确，用地决策不再是突出问题，分类负荷密度受到广泛关注，因此近年来基于负荷密度法的空间负荷预测相关研究得到广泛应用。

2.2 GIS设备图像预处理

在变电站的相关GIS点固定拍摄支架时，为了保证拍摄到的照片的清晰度，都是由有一定经验的工作人员调节角度，但是在长期的拍摄过程中，理论上支架会有所偏移，且变电站环境多变、GIS设备内部情况也无法保证一致。所以，对获得的图像首先要预处理，主要包括灰度变换、二值化、滤波去噪、图像增强等。

2.3配电GIS网络拓扑分析

当前，配电GIS网络拓扑分析主要是分析各线路中各设备之间的连通关系以及设备与线路的连通关系。把设备元件的空间数据和属性数据关联起来，也就是把设备的状态信息与点、线元素的连接关系结合起来，最终形成配网的拓扑关系。配电GIS分析是利用从智能电网调度系统（SG-OSS）、南网新安全生产管理系统、南网计量自动化系统以及SCADA系统等采集的设备参数和运行参数等信息在GIS平台上开展定位。实际运行中，线路的联络开关是断开的，各线路的分支负荷呈辐射状，可以以电源侧为起点按照其拓扑网络结构顺序依次进行搜索进而得到地理位置。

3气体绝缘开关设备（GIS）的运行连续性和模块设计

3.1配电开关设备

目前市场上大多数110kV的配电用GIS都是三相共箱设计，这种设计的优点是紧凑，同时也把一些功能模块组合起来，如隔离开关和接地开关组合在一起成为三工位开关。通常每个间隔的宽度小于1m，每个间隔由少量几个模块组成。

3.2输电开关设备

输电用开关设备不同于配电用开关设备，通常为220kV及以上，接线方式往往更复杂，常用的有双母线和一个半断路器的接线方式，开关设备主要是单相外壳的设计。与配电开关设备不同的是输电用开关设备的功能模块基本都是独立的，很少有结合的。接线方式的选择以最高水平的可靠性和可用性为目的，一个双母线带分段的开关设备提供了一定程度的冗余，即使一条母线退出运行，另外一条母线仍然可以继续工作。

3.3三相外壳GIS

目前52~170kV的GIS通常采用三相外壳设计，优点是高度紧凑、成本优，模块组成灵活。很多制造商都采用了隔离开关和检修接地开关一体的三工位开关模块。每个模块只需要一个机构就可以执行全部操作，另外接地开关可以实现对外壳绝缘，这种绝缘可以实现不同的试验功能，如电流互感器(CT)试验。

4模块化、轻量化的设计

主要模块构其设计理念是优化布置核心组件模块，尽量减少不必要的功能组件来实现平台的轻量化。其中户外安装的主变压器模块中整合了一台辅助接地变压器以及中、低压避雷器；GIS模块标配时无断路器，但可依据客户需求选配；中压模块中还配有一台树脂浇注式辅助降压变压器(输出电压400V用于平台日常用电)；

5结语

电网规划工作与GIS技术的结合，是实现电网规划工作高效性、科学性和实用性的重要手段，并且可以在电网规划阶段充分考虑不同的气象灾害的时空分布，从而提升电网针对气象灾害的远期防御水平。

参考文献：

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