基于GIS的配电网络规划优化系统的研究

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2013年第2期基于GIS的配电网络规划优化系统的研究王耀华，姚雷，陈金木2(1．上海市南电力(集团)有限公司，上海200233；2．上海市电力公司嘉定供电分公司，上海201800)摘要：介绍了地理信息系统和数据挖掘技术在电力系统中的应用，研究了基于地理信息系统的配电网络规划优化系统。研究了基于该优化系统的变电站选址优化规划和网络规划评价。基于GIS的配电网络规划优化系统提高了电网规划的科学性和合理性，为电网建设决策提供了完善的方案支持，是电网规划工作的发展趋势。关键宇：地理信息系统；数据挖掘；电网规划；负荷中心；网络优化中图分类号：TM715文献标识码：B0引言生产管理系统(PMS)即基于上述平台。该系统覆盖了供电区域内变电站、配电站、线路及线路设随着信息技术在电力系统中的广泛普及，各备的信息，如线路杆塔、导线、变压器、杆刀等，设种类型不一的生产业务系统在企业相继投入使备数据模型包括设备型号、修试时间、额定容量、用，产生了大量不同类型的电子数据，在企业内遮断容量等属性。利用该系统可以了解系统在用部形成了一个庞大、多样的海量数据库。这些海设备的配置情况，对电网运行及规划具有重要的量数据从多个角度刻画了电力系统各种属性，深参考价值【12]。刻描述了电力生产经营的各个环节。1．2空间数据数据库数据结构上海市电力公司下属各供电公司目前广泛随着地理信息技术的发展，空间数据库已经采用了生产管理系统(PMS)、调度监控系统(SCA—逐步取代关系型数据库成为大多数地理信息系DA)及营销管理系统来辅助日常运行维护工作。统的核心存储机构。目前的配电网络规划正向集如何从这些管理系统中充分挖掘有用数据以辅成化、一体化、智能化方向发展『3]。电网规划过程助电网规划决策，对提高区域电网规划合理性及中需依靠大量的设备、负荷、电源等数据来确定投资回报率具有重要意义，是目前研究应用的重最优方案，空间数据库为电网规划提供了完备的点方向。数据支持平台。空间数据库基础数据来源包括PMS、SCADA、SG186、配变实时监i贝0系统等，其数1基于GIS的电网规划空问数据库据真实性及实用性很高。空间数据库首先需要从这些现状数据库中选择性提取数据，并按照空间1．1地理信息系统数据库数据组织形式进行筛选，对不同软件系统地理信息系统(GeographicalInformationSys—下的数据按照一定的物理关系进行关联。tern，GIS)是计算机图形学、计算机地理制图、航空间数据库数据包括区域用户负荷、现状变空摄影测量与遥感、数字图像处理和数据库管理电及线路设备分布、现状设备负荷水平等。其中用技术相结合的产物，它采用地理模型分析方法，电负荷数据来自于SG186系统，现状变电站及线提供多种空间和动态的地理信息的计算机软件路负荷水平来自SCADA系统，变电站及线路地理系统，是一个用于存储、分析、处理和表达地理空分布来自PMS系统，将这些数据与地理信息系统间信息的计算机软件平台，目前上海市电力公司进行组合，形成一个基于GIS的空间数据库。一82一 2013年第2期上海电力2基于空间数据挖掘技术的电网规划支类是单源选址问题，一类是多源选址问题。单持系统源选址问题是对于位置已知的若干个现有设施，找出单一的一个新设施的最优地址；多源数据挖掘(DataMining，DM)，就是从大量、不选址问题是对于已经知道的若干现有设施，找完全、有噪声、模糊、随机的数据中，提取隐含在出两个或更多的新设施的最优地址。单源选址其中、人们事先不知道、但又是潜在有用的信息也可以认为是多源选址的一种特殊情况。利用和知识的过程。数据挖掘不是简单的数据库检GIS空间数据库的地理图形功能及区域内点负索，而是对现有数据的统计、分析、推理和综合，荷信息，可以按照一定的规划模型对规划变电站的站址进行优化。提取有用的信息。空间数据挖掘技术是从空间数据库中提取等负荷矩原则是基于单位电力负荷路径最短目标出发，同时考虑到降低线损，该模型在确有效的、新颖的、潜在有用的知识、空间关系或是非显性存储在空间数据库中的数据，用于理解空定负荷中心的应用较为普遍。设新建变电站的站间数据、发现空间和非空间数据间的关系、构建址坐标是，第个供电点的坐标是，该供电点的有空间知识库、查询优化、空间数据库重组、以简单功负荷是，其中。利用等负荷距原理，选取各负荷精确的方式描述通用特征。从空间数据库中可以点的最大负荷，目标函数可定义为：l发现知识包括：普遍的几何知识、空间分布规律、n—minC=Z只[(u一2+(v．2](1)空间关联规则、空间分类规则等。基于GIS的电其中为各负荷点由该变电站供电而产生的网规划决策系统的空间数据库如图1所示。经济费用，站址规划目标是使经济费用最小。单源选址的的模型求解是一个无约束条件的优化问题。对(1)式求最小值问题，即在用电点位置确定的情况下，规划站址坐标为何值时经济费用最小。对(1)求偏导数，有：0C：—_T：0i[一)+(v一)(2)可以得到：÷芏厶1[(”一)+(v—Y)图1基于GIS的电网规划决策系统中空间数=一据库数据组织方式——(3)【(一t)+(v—Y)】。在该数据库基础上，系统能够实现包括负同理可以得到：荷分析、馈线分析及配电网络优化。利用该系÷统可以确定区域负荷中心、容载比、负荷密度、[@一一)。+(v—Y。)】中长期负荷、最优线路走向等。具备对现状电V=一÷网的供电能力评估以及电网规划优化的功能以l(4)【(一t)。+(v—Y)。】及对配电网络的安全性、可靠性评估，如线路利用公式(3)、(4)，可以使用迭代法来计算负载率分析、负荷转移能力分析、获取双电源新建变电站坐标。选取初值(uo，)，代人上述两能力等分析。式，可以得到一次迭代结果(u。，VI)，依次类推得3基于6IS的变电站优化选址模型到第k次的迭代结果(u，)和第k+1次的迭代结果(u。，yk+)，当连续两次迭代数据充分接近电网规划需要根据区域发展情况确定新建时，可以停止计算，即可得出新建变电站的理论最佳坐标，程序算法流程如图2所示。变电站站址。一般变电站选址可分为两类：一一83— 2013年第2期约束条件包括线路载流量、配电线路供电半径、馈线最大容量等。空间数据库中包含上述参数，通过系统优化计算，可以得到规划方案总费用为最优的方案。在制定电网规划方案时，还包括对原有休止线路的重新使用。起用这部分线路产生费用包括线路大修工程费用，连接至该段线路的费用。对使用年限较长的线路，有可能出现可靠性降低而增加该线路的实际运行成本网。5电网规划方案确认电网规划应达到安全、经济、可靠的三个目标，满足《上海电网若干技术原则的规定》网、《上海中、低压电网配置原则及典型设计》嘲等技术设图2单源站址坐标计算迭代算法流程计标准，对城市电网，其负荷转移能力应满足4经济技术可行性分析“N一1”准则m嗍，重要用户达到“N—N”准则。使电网能够为本区域经济发展提供可靠支撑。网络规划时，需要对不同的规划方案进行评在网络规划中，由于众多因素制约，目前的价，包括技术和经济指标。网架优化规划一般根智能决策系统还不能完全量化规划工作中的非据负荷增长及变电站规划方案，采用净现值最线性问题。实际的电网建设规划时，还需考虑如大、年费用最少、内部收益最高、投资回收最短的区域规划、站址审批、动拆迁成本、投资回报率、方案【4]。因此需对输变电工程在一定使用时间内环境评价等因素。按照目前的经验来看，这类因投资总费用进行评估以确定最佳建设方案。总费素往往起到一定的作用，因此需要规划人员对最用包括建设投资成本及运营成本【5】。建设投资成终方案进行修改。本包括输变电工程基建、设备安装后运行寿命期间内的运行及维护费用。运营成本包括输变电工6结论程的扩展费用，该费用与线路传输损耗及技术条件限制有关。本文介绍了地理信息系统和数据挖掘技术一般在电网规划评价中，采用直流潮流模在电网规划中能够的应用。通过地理信息系统和型，则有．_，功率损耗，其中n为支路电阻数据挖掘技术，可以在公司现有业务平台中获得P=-n×砰，B为支路有功损耗，建立输电网络规划与电网规划相关的生产运行数据，形成基于GIS优化模型：的电力生产运行空间数据库，为配网规划提供完备的现实数据平台。minc=薹喜(+(5)基于GIS空间数据库的电网规划系统将规划算法、约束条件、组合问题统筹考虑，整合了电其中c为规划方案总费用，G为支路设备折网运行信息、规划原则、规划人员经验等条件，使旧维修费用，E为支路投资成本，6i=1表示该支规划方案更加科学合理，为电网建设决策提供了路为新建线路，否则为0。丁～为最大负荷利用小完善的方案支持。因此基于GIS平台的配电网规时数，r为贴现率，n为架设线路总数，划工作将是应用的趋势。㈩⋯上【⋯f)配电网规划中的影响因素较多，规划人员仍，y(j)为第i阶段包含的年数，M为需要根据实际情况变化做必要的调整以符合网规划阶段数，入，、入：为权重系数，且入+入=1。络建设和运行的需要。—。84—— 2013年第2期上海电力E重冒譬基于数据挖掘技术的窃电侦查方法方菁，方众2(1．上海市电力公司松江供电公司，上海201600；2．上海市电力公司检修公司，上海200063)摘要：目前窃电侦查最主要是靠人工巡查的方法，而电力部门已经通过远程或人工抄表掌握了大量用户用电数据，通过对这些数据信息的挖掘分析可为窃电侦查提供更有效的途径。本文从对负荷数据进行挖掘分析的角度设计了一种窃电侦查方法。在对已有用户的历史数据进行聚类分析的基础上，通过用户与质心的偏差比较，缩小疑似窃电用户范围。再由现场侦查确定窃电和不窃电用户，并提取能够有效区分两种用户的特征量，建立一种决策树分类器，学习窃电分类规则，由此根据新用户的用电负荷预测其窃电行为。最后对窃电侦查分类器的准确性进行了计算和分析。关键字：窃电侦查；数据挖掘；决策树算法；属性选择中图分类号：TM93文献标识码：B1传统的反窃电方法及其不足之处的缺点就是不能有效取证、准确定量、及时反馈信息。现阶段窃电主要侦查手段有以下两种形l1：虽然窃电的方法各式各样，除了计电人员这(1)直观检查法。通过人的感官，采用眼看、种管理上的纰漏，其它的窃电行为导致的种种迹鼻闻、耳听、手摸、口问等方法，对电能计量装置象几乎都能反映在计量装置上，不论是计量装置进行检查，从中发现窃电的蛛丝马迹。的慢转、反转和停转，在用户的用电记录上均有(2)仪表检查法。通过有关的电气仪表进行显示，反映在用电量的异常变化，电流电压的异现场定量检测，从中认定是否窃电的方法。常变化等等。如果可以将这些实时采集到的数据类比中可发现，这两类传统窃电侦查方法加以分析和汇总，并结合历史数据，通过分析用普遍耗时耗力，有时需要依据专业人员人工分户用电情况的各种属性，找到判断具有窃电行为析数据进行判断，面对大量的用户，尤其是面对的用户的属性特征和规则，将比较直观实时的反居民小区中的用户，逐个巡查效率很低，最主要映用户用电情况和用电状态。-—-卜-—-卜-—+一-——卜-—卜*—·卜-—-卜参考文献：【5]RafaeldeDiosandPabloMartin，Networkplanning．[1】BenoitdeNEUVILLE，PhillippeSOMMEREYNS，DMS，MethodologyandApplication[C】，CIGRE，2006．ScadaandGISinteractionsredesignedwhilerenewing[6】CIGREWorkingGroup37．27．AGEINGOFTHESYStheGISlegacysystemiC】，CIGRE，2007．TEM—IMPACTONPLANNING[C】．2000．[2]ZmijarevicZ，KrajcarS，SklecD．GISEnhancedLong[7】上海市电力公司．《上海电网若干技术原则的规定(第TermPlanningofMVDistributionNetworks[J]．Procof三版)》[s】，2004．the6thIASTEDMulti—ConferenceTransmissionand[8】上海市电力公司．《上海中、低压电网配置原则及典型DistributionMarinade1Ray(USA)，2002．设计》[s】，2006．[3】陈拥军，姜宪．农村电力需求评价和电网规划[M]．北收稿日期：2013—02—15京：中国水利电力出版社，2009．作者简介：王耀华(1978-)，男，本科，从事设计及安[4]国家电网公司．城市电力网规划设计导则[s】．中国电力保管理工作。出版社，2006．一85—