关键词：GIS 配电网规划 引言 早期的配电网规划以方案比较为基础，主要以经验为主，多采用手工计算，六十年代起，随着数学优化技术的引入，逐渐发展成为优化规划，近几年，随着计算机技术的飞速发展，人工智能（Artificial Intelligence，缩写为AI）方法的深入研究以及地理信息系统（Geographic Infmation System，缩写为GIS）的迅速发展与广泛应用，为配电网管理自动化带来了生机，也为配网规划研究提供了挈机，使配网规划进入全新的阶段。 在配电网规划中引入GIS的必要性 首先，用GIS管理规划所需的空间数据和属性数据，将需规划的电网直观地显示于规划人员面前，使规划过程更具交互性； 其次，利用GIS的空间分析、资源分配和最佳路径选择等功能，可以缩小进行配网规划时优化规划程序的搜索空间，从而辅助规划人员避开山地、河流等不适宜的位置方便地选择变电站站址和架空线走廊，使规划结果更符合实际。 基于GIS的配电网自动规划系统 3．1基于GIS的配电网自动规划系统的总体结构 在国外，多数情形是电力由高压输电网络（400，220或110kV）送至中压配电网（10或20kV）即初级配电系统（Distribution primary system），再由低压配电网（0.4kV）即次级配电系统（Distribution second system）到用户[1]；在我国，一般是先送至高压配电网（35kV和66kV，也可称之为初级配电系统），再到中压配电网（10kV,称之为次级配电网）最后到低压配电网（0.4kV）至用户。 根据已有的专业知识，配网规划（设计）过程一般分为三个相互独立的部分[1，2]：变电站定位和容量选择（transfmer placement，transfmer sizing）；次级布线和导线截面选择（secondary runs routing sizing）；初级布线和导线截面选择（primary conducts routing sizing）。这三个相互独立的子问题实际上又相互作用，如变电站（变压器）的设置将影响次级布线，次级布线又将影响初级布线。处理这其中的相互联系通过置入约束来实现。本文将综合考虑这三方面的因素，提出由地理信息（GIS）数据预处理模块、变电站定位模块、次级布线模块、初级布线模块组成的配电网自动规划系统。其总体结构如图1： 图1 基于GIS的配电网自动规划系统总体结构 3．2基于GIS的配电网自动规划系统中各模块的功能 GIS数据预处理模块 数据库在配网规划中起着重要作用，它存储、查询和修改配电系统的数据。电力信息系统与其它信息系统不同之处在于它需要在数据库中记录地理信息，而且有两种类型的地理信息：电力设施的详细位置信息和设施之间的空间关系信息。GIS是一个软件环境，它集成了数据库管理、计算机图形和空间模型，用于管理地理特征信息[3]。GIS处理两种基本类型的地理信息：一是空间信息（spatial infmation）用于描述地理特征（空间目标points、arcs、polygon）的位置和形状以及地理特征（空间目标）之间的空间关系，又称空间数据或地理数据或图形数据；二是关于地理特征（空间目标）的描述性（或主题）信息（descriptive thematic infmation），又称属性数据。地理数据包括：地形图（栅格图象，1:50000），环境信息、土地信息数据（公路、铁路、河流、湖泊、高度……）[1，4]，以及可能的拓扑关系等[5]。 GIS中数据结构主要有两种基本类型[63]：矢量数据（vect data）结构和栅格数据（raster data）结构。矢量数据应用最为广泛。在矢量数据结构中，几何特征（空间目标）的数据有点、线、面三种基本类型，每种类型均可用采样点的坐标对来表示： 点：记为（x,y） 线：一系列有序的点，记为（x1,y1），（x2,y2），…（xn,yn） 面：封闭一块区域的线，记为（x1,y1），（x2,y2），…（xn,yn），且（x1,y1）=（xn,yn） 农村电网具有上述三类特征数据，如变压器、开关及杆位等可以用一个点的坐标数来表示其空间位置，属于“点”数据类型，而它的属性可以有多种描述，例如，对于一个变压器来说可以有几十个属性，包括变压器额定容量、最大负荷等；配电线路的空间数据可以是一线状的坐标串，也可以是一封闭坐标串，属于“线”数据类型，其属性数据以线段为描述单元，如配电线路的负荷、导线截面等；而供电区域则属于“面”数据类型，其属性数据有三类：自然地理要素的属性数据包括地貌等；社会经济和人文要素的属性数据包括行政隶属、人口、工业、农业等；配电工程的属性数据有工程规模、特征等[3，6，7]。 GIS系统除了记录地理特征（空间目标）的几何图形数据外，还要记录与目标有关的属性或主题数据，以及地理特征（空间目标）之间的相互关系，如变压器的安装位置、容量等数据。空间数据与属性数据二者一一对应，以利用GIS软件对地理数据进行空间分析、空间查询以及网络分析。如在几何方面，涉及几何目标的坐标、角度、方向、距离、面积等；在空间关系方面，采用拓扑几何来描述，涉及的术语有“相邻”、“相连”、“在里面”、“在外面”等[5]，以及利用网络分析模块进行最佳路径选择等。 GIS系统中数据的组织方式是这样的：地理信息是以层（layers）或主题信息逻辑组织的，每一层称为一个coverage，而且每一层的所有信息内都具有共同的属性。例如，线代表一块区域的所有道路，多边形代表规划区域中的若干供电区域。多数情况下，空间数据存储于GIS环境中，描述地理特征属性的数据可存储于GIS系统环境，也可存储于外部关系数据库中，如SQL、ORACLE、FOXPRO、ACCESS等。 引入GIS，首先能以层的形式管理规划所需的空间数据和属性数据，将需规划的电网直观地显示于规划人员面前，使规划过程更具高效性；其次利用GIS的空间分析功能及资源分配和最佳路径选择等功能，可以缩小进行进行配网规划时优化规划程序的搜索空间，从而辅助规划人员方便地选择变电站站址和架空线走廊，使规划结果更符合实际。 本系统中数据的组织方式初步设计是这样的[8-10]： 图形数据需要使用1：20000的城镇（电子）地图作为底图，（以变电站的供电范围为图幅单位，即一个变电站的供电范围为一幅图，每幅图号唯一）根据描述对象的属性不同，将对象分层输入，即所谓不同要素分层录入。本系统的底图由以下几个图层组成： 公（道）路分布图层； 主要河流山脉图层； 主要乡镇地理分布图； 高压（35kV或66kV）配电线路分布图层； 中压（10kV）配电线路分布图层； 高压（110/35kV）变电站分布图层； 中压（35/10kV）变电站分布图曾层； 高压（110/35kV）变电站供电区域图层； 中压（35/10kV）变电站供电区域图层 上述图形（空间）数据存储于GIS环境中。 对于属性数据，后台（或Server端）数据库中存储描述对象的属性信息及其所在的图号，前台（Client端）存储图形对象（空间目标）基本属性，以便使前台的图形对象与后台描述对象的记录建立一一对应的关系。初步将属性数据储于外部数据库Access 中。 2． 变电站定位（substation allocation size）模块 确定变电站的位置和容量。在GIS环境下充分利用其内置的宏语言或用VB,VC，PB，Delphi等开发工具以及其强大的空间分析和网络分析功能来确定变电站（变压器）的位置。根据最小准则原理，变压器（变电站）的最优位置应选在整个用户群容量重心附近。为此，首先确定用户群（cluster of lots ），然后在数据预处理过程中初步确定的变电站可能的位置中，选择用户容量重心附近的位置[3, 5]。 3． 次级布线 （secondary circuitry routes sizing）模块 次级布线首先是利用变电站的位置、允许的走廊找到一条从各终端用户群负荷中心到变电站的最优路径，即10kV配电线路的最优路径，然后基于特定的线路长度和期望的负荷预测值确定其线路容量及导线截面[3, 5]。 4． 初级布线 （primary circuitry routes sizing）模块 初级布线是一个将规划区内所有变电站（变压器）连接起来并使线路投资和网络损耗为最小的优化问题，同时应充分利用次级布线的线路空间资源。识别和绕过地面障碍物（如山地、河流等），以确定高压配电线路即35kV或66kV线路的最佳路径，然后基于特定的线路长度和负荷预测值确定线路的输送容量和导线截面[3,5]。 3．3基于GIS的配电网自动规划的大致过程 整体而言，利用GIS实现农村电网规划自动化规划的思路大致如下： 首先，在负荷预测的基础上，即确定了各供电区域的负荷峰值，将地理图和农村配电系统网络图数字化，并将地理元件和网络的属性数据以及负荷数据输入到数据库； 接着，对用户进行分区，即直接在地理图上将供电区域分成若干个小区； 然后，调用变电站定位、次级布线、初级布线优化程序模块，得到规划区规划水平年的网络规划方案，并显示、打印规划结果。 GIS应用于配电网规划的前景展望 利用GIS进行配电网规划可以实现配网规划的可视化、自动化及地理图形化；使规划的交互性更强；不仅能得出规划网络方案，而且能直接得到网络规划方案的地理接线图；另外，由于地理信息引入规划中，加之GIS的网络分析功能，使得规划过程更有效、规划结果更准确。
