电网规划毕业论文

时间：2020-08-14 12:53:56 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　— 网 电网 110kV 变电站优化规划

　 摘 摘

　：

　要：城市电网规划是电力系统规划和城市规划的重要组成部分，科学合理地进行城市电网规划是实现未来城市电网经济性和安全性的先决条件，可以给国家建设和城市发展带来巨大的经济和社会效益。变电站的规划是城市电网规划工作中的重要环节，变电站的位置直接影响着整个系统的网络结构、供电质量和经济运行性，变电站的容量直接影响着供电的可靠性，因此，做好城市配网变电站的规划工作对电力企业和用户都有重要的意义。

　首先利用贪心算法快速求解新建变电站的座数及各变电站的容量，利用Hopfield神经网络校核新建变电站的位置和各变电站的供电范围，后确定各变电站的真实容量。在求解过程中，该方法考虑了已有变电站的改造问题。从全局最优的原则出发，可求得具有实际价值的最优或近似最优解。

　关键词: :城市电网规划；配电系统；变电站；神经网络

　The 110kV Distribution Substation Planning

　in Puyang City

　 Abstract: City power distribution planning is the main part of power system planning and city planning,so doing it reasonably is the prerequisite condition of realizing the economic and social benefit to country construction and city development.The substation planning is very important in the city power network planning.The substation position is affecting the network construction,the power supply quality and the efficiency of the power system directly.The substation capacity is affecting the power supply reliability directly.To make a good substaion plan for the city power network has important meaning to the electric power business enterprise and customers.

　The algorithm uses the greedy algorithm to work out the number of new substations and the capacity of each substation (including the existing substation) , then the Hopfield neural is used to determine the position of new substations and the service region of each substation,finally,according to the service region of each substation,the real capacity of each substation is decided while the renovation of the existent substation is considered.Start from the principle of global optimization the optimum solution or approximate optimum solution can be obtained.Using this algorithm the data need not normalize in the working-out of the service regions of the substations.

　Key words:City Power Network Planning；Distribution system；Distribution substation；Neural network

　— 目

　录

　1

　绪论 ......................................................................................................................... 1

　1.1

　城市电网规划综述 ...................................................................................... 1

　1.1.1

　 城市电网规划的目的和意义 ......................................................... 1

　1.1.2

　城市电网规划的主要内容 ............................................................... 1

　1.1.3

　城市电网规划的基本原则 ............................................................... 2

　1.2

　变电站规划综述 .......................................................................................... 2

　1.2.1

　变电站规划的内容及意义 ............................................................... 2

　1.2.2

　变电站选址的基本原则 ................................................................... 2

　1.3

　地理信息系统综述 ...................................................................................... 2

　1.3.1

　概念 ................................................................................................... 2

　1.3.2

　地理信息系统的构成 ....................................................................... 3

　1.3.3

　地理信息系统的功能 ....................................................................... 3

　1.4

　国内外研究现状 .......................................................................................... 4

　1.5

　本文主要研究内容 ...................................................................................... 5

　2

　濮阳电网现状 ......................................................................................................... 6

　2.1

　濮阳市概况 .................................................................................................. 6

　2.1.1 濮阳市自然地理概况 .......................................................................... 6

　2.1.2

　濮阳市经济发展概况 ....................................................................... 7

　2.2

　电网现状 ...................................................................................................... 7

　3

　城市电网规划的主要技术原则 ............................................................................. 8

　3.1

　供电可靠性 .................................................................................................. 8

　3.2

　变压器负荷率取值 ...................................................................................... 8

　3.3

　容载比 .......................................................................................................... 8

　3.4

　变电站费用 .................................................................................................. 9

　3.5

　变电站选址 ................................................................................................ 10

　4

　数学模型 ............................................................................................................... 11

　4.1

　数学模型的建立 ........................................................................................ 11

　4.2

　用贪心算法求初始可行解 ........................................................................ 12

　4.3

　定站址、定供电范围的神经网络法 ........................................................ 13

　4.4

　求解方法 .................................................................................................... 16

　4.5

　算例 ............................................................................................................ 17

　5

　基于 GIS 的城市电网规划系统的开发 ............................................................... 20

　5.1

　开发工具的选择 ........................................................................................ 20

　— 5.2

　GIS 数据库的建立 ..................................................................................... 23

　5.2.1

　数据库模型 ..................................................................................... 23

　5.2.2

　数据库管理方法 ............................................................................. 24

　5.2.3

　GIS 数据库设计 .............................................................................. 26

　5.3

　系统的实现 ................................................................................................ 27

　5.3.1

　面向对象的程序设计 ..................................................................... 27

　5.3.2

　软件的界面及功能实现 ................................................................. 30

　6

　结论 ....................................................................................................................... 33

　参考文献 ..................................................................................................................... 34

　致谢 ................................................................................................ 错误! 未定义书签。

　附 附

　录 ......................................................................................................................... 36

　— 1

　绪论 1.1

　城市电网规划综述 1.1.1

　 城市电 网规划的目的和意义] 1 [ 城市电网是城市范围内为城市供电的各级电网的总称。城市电网是电力系统的重要组成部分，又是其主要负荷中心，具有用电量大、负荷密度高、安全可靠和供电质量要求高等特点。我国城市电网经过几十年的发展，随着经济建设的快速发展，电力负荷的快速增长，为了解决电力供应不足，各地纷纷加大发电厂的建设，但是由于配电网络的建设滞后，使得电力供应出现有电送不出的现象，如何对城市电网进行优化规划成为当前迫切需要解决的问题。我国由于长期习惯于缺电局面和垄断经营，使得电网建设速度明显滞后于发电和用电的增长速度，成为把电能从电厂送到用户的" 瓶颈"。因此为了满足不断增长的电力需求必须改变目前电力供应中发电、输电、配电比例失调的局面，加快电网的优化规划工作。

　城市电网规划的目的是采用科学的方法确定何时何地在规划区内新建或改建何种电力设施，使得未来的电网能够满足以下要求：

　1)

　能够满足负荷的发展和各种电网技术要求，安全可靠地为电力用户提供客户所需要质量的电能； 2)

　能够满足城市规划的环保，美观等公众要求； 3)

　在满足上述两者的基础上为电力企业追求最大的经济效益和社会效益。

　城市电网规划的意义：

　1)

　配电系统的优化规划是提高系统投资效益的最有效途径，它可以降低系统的网络损耗，改进未来电网的运行效益； 2)

　配电网络结构的优化规划，可以大大提高系统同的供电可靠性； 3)

　科学合理地确定变电站的容量，位置及供电范围，有利于系统的运行管理，提高系统管理和运行效率。

　1.1.2

　城市电网规划的主要内容 城市电网建设项目涉及面广，投资巨大。其投资占整个供电系统投资的 60%，运行成本占到 20%。配电系统造成的电能损失占全部电能损失的 13%] 2 [。

　通常，城市电网规划工作的内容主要包括以下几个方面] 3 [: l)

　分析电网布局与负荷分布的现状，进行负荷需求预测； 2)

　分别进行总体、分层、分区的电力电量平衡； 3)

　进行电源点(电厂、变电站)的容量、数量规划和布点工作； 4)

　对城市电网结构进行整体规划—分输电网、配电网网络规划； 5)

　对规划水平年的城市电网进行经济性、可靠性、安全性分析。

　— 1.1.3

　城市电网规划的基本原则 随着用电负荷的不断增加，输电网络的不断发展，配电网电压等级的不断升高，配电网自动化程度的不断提高，城市规划和环境的制约，以及社会、经济、政治、工业和人民生活水平等的发展变化因素，都对城市电网会产生深远的影响。但是城市电网的规划不可能将所有的因素进行全面地同等地考虑。因此，城市电网规划的基本原则，是在保证将电力安全可靠的输送到负荷中心的前提下，使电网的建设和运行费用最小。这里的可靠性要求包括] 4 [：

　1) 正常运行要求：在电力系统设备完好的情况下，保证各项运行指标，如系统的电压水平，线路输送功率等在给定的允许范围之内。

　2) 安全运行要求：在某些设备故障或负荷波动的情况下，满足给定的供电可靠性要求。

　1.2

　变电站规划综述 1.2.1

　变电站规划的内容及意义 在城市配网规划中，变电站规划的内容主要是指变电站位置的确定以及容量的选择，此外，还包括容载比的选择、无功补偿容量的确定以及变电站自动化等。

　要保证电力系统的安全、优质、经济、高效运行和对用户的正常供电，必须要有合理的网络结构及优化的电源配置，其中变电站的位置及容量的优化规划是极其重要的环节，它直接影响着未来中低压配电网的结构和运行的经济性与供电可靠性。

　1.2.2

　变电站选址的基本原则 变电站选址的基本原则如下] 5 [：

　1) 符合城市总体规划用地布局要求。

　2) 靠近负荷中心。

　3) 节约用地。

　4) 便于进出线。

　5) 交通运输方便。

　6) 应考虑对周围环境和邻近工程设施的影响和协调。

　7) 宜避开易燃、易爆区和大气严重污秽区及严重盐雾区。

　8) 应有良好的地质条件，避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和易发生滚石场所等不良地质构造。

　1.3

　地理信息系统综述 1.3.1

　概念 地理信息系统(Geographic Information System 或 Geo—Information system，GIS)有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要

　— 的空间信息系统，是建立在地理科学、计算机科学、遥感与卫星通讯技术等学科基础之上的现代信息应用技术。它首先是以地理科学作为基础的，任何 GIS 都离不开一定的地理空问，是对一个地区某一地理特征的定性／定量的描述与分析。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。它是建立在数据库基础之上的，有自己独特的计算机硬件和软件支持，动态直观地分析和显示某一方面计算数据的实用信息技术。GIS 又吸纳了卫星遥感技术、全球卫星定位系统(GPS)等相关技术使它成为建立在高科技基础之上，引起世人广泛关注的应用信息科学技术。

　1.3.2

　地理信息系统的构成 1）

　应用系统构成 从系统论和应用的角度出发，地理信息系统被分为 4 个子系统，即计算机硬件和系统软件，数据库系统，数据库管理系统，应用人员和组织机构。

　（1）

　计算机硬件和系统软件：这是开发、应用地理信息系统的基础。其中，硬件主要包括计算机、打印机、绘图仪、数字化仪；系统软件主要指操作系统。

　（2）

　数据库系统：系统的功能是完成对数据的存储，它又包括几何(图形)数据和属性数据库。几何和属性数据库也可以合二为一，即属性数据存在于几何数据中。

　（3）

　数据库管理系统：这是地理信息系统的核心。通过数据库管理系统，可以完成对地理数据的输入、处理、管理、分析和输出。

　（4）

　应用人员和组织机构：专业人员，特别是那些复合人才(既懂专业又熟悉地理信息系统)是地理信息系统成功应用的关键，而强有力的组织是系统运行的保障。

　2）

　数据系统构成 从数据处理的角度出发，地理信息系统又被分为数据输入子系统，数据存储与检索子系统，数据分析和处理子系统，数据输出子系统。

　（1）

　数据输入子系统：负责数据的采集、预处理和数据的转换。

　（2）

　数据存储与检索子系统：负责组织和管理数据库中的数据，以便于数据查询、更新与编辑处理； （3）

　数据分析与处理子系统：负责对数据库中的数据进行计算和分析、处理。如面积计算，储量计算，体积计算，缓冲区分析，空间叠置分析等。

　（4）

　数据输出子系统：以表格、图形、图象方式将数据库中的内容和计算、分析结果输出到显示器、绘图纸或透明胶片上。

　1.3.3

　地理信息系统的功能 地理信息系统的功能包括地理数据的采集、输入、处理、存储、组织、管理空间

　— 分析、查询以及结果的可视化输出。数据的采集包括野外数据的采集、现有数据的数字化输入以及利用遥感技术产生地理信息系统(GIS)的数据；野外数据采集是指利用测量仪器以及 GPS 在野外采集数据，并将所采集的数据建成地理信息系统(GIS)的数据库；已有纸质数据的输入通常是利用数字化仪或扫描仪进行输入；数据处理，主要包括数据的检验与编辑及数据转换，如：坐标转换和不同数据格式之间的转换；数据的存储、组织和管理空间分析和查询，空间分析是地理信息系统的核心功能，空间分析包括三个不同层次，有空间查询检索、可视化的空间分析功能及其他的空间模型分析。可视化是它的基本功能。

　1.4

　国内外研究现状 城市电网规划是电力系统规划的重要组成部分。配电变电站规划优化是城市电网规划中起着承上启下作用的重要环节。长期以来, 各国学者对此做了大量研究。

　配电变电站规划方法总的来说可以分为传统运筹学的规划方法和各种智能优化算法。

　基于运筹学的规划方法出现的较早。1974 年 Masud] 6 [就提出采用线性整数规划法优化变电站容量，但这一算法要求负荷均等，并假设各变电站的供电范围是正多边形。Craford 和 Hort] 7 [采用最小路径算法和运输问题模型求解，所求出的新建变电站都具有相同的规模。Thompson 和 Wall] 8 [采用分支定界法，最短路径表和运输问题模型来求解。在求解中采用了穷举法解决一系列运输子问题。Sun 和 Farris] 9 [采用隐式穷举法和分支定界法求解。

　在各种智能优化算法中，遗传算法是大多数学者采用的方法。Ramirez−Rosado和 Bernal−Agustin] 10 [就较早提出用遗传算法进行规划。遗传算法是一种全局优化算法，它通过编码进行计算。用遗传算法进行求解需要对所有变量进行编码，求解的时间较长，无效解多。文献[11]对编码的方案作出重大改进，将有效解的比例提高 5‟。

　我国学者在配电网变电站规划领域也开展了富有成效的研究, 提出了很多模型和算法。如运用运输问题模型来校核变电站的最佳位置、容量和供电范围] 12 [,采用混合整数规划法和分枝定界法求解规划问题, 而且提出了无需提供待选站址的变电站选址、定容的算法方案。

　配电网规划是一个十分复杂的问题, 由于其包括大量地理位置各异的配电设备、配电网络、负荷等, 涉及数据庞大, 使得规划工作量繁重。地理信息系统(GIS)因为其强大的数据分析功能和空间拓扑功能已被广泛应用于与空间地理信息关系密切的电力系统各个方面。文献[13] 基于中心地理论的应用模型, 提出基于 GIS 的配电网子系统模型及算法。文献[14] 将空间 GIS 和 Tabu 搜索技术相结合进行配电网络规划。文献[15] 介绍了一个基于地理信息系统(GIS)的配电网优化规划软件包的设计。

　— 1.5

　本文主要研究内容 1）

　利用贪心算法确定新建变电站的座数及各座变电站的容量, 将其作为初始可行解, 进而利用 Hopfield 神经网络求解新建变电站的位置及各变电站的供电范围, 再根据各变电站的实际供电情况对变电站容量进行减容, 同时进一步校核各变电站的容量, 将定容、定供电范围、定新建站站址联系起来同时确定。

　2）

　用 Delphi 语言进行算法的编程和求解。

　3）

　根据油田电网 gis 系统所定义的接口，将规划程序嵌入油田电网 gis 系统，并将结果直观的显示。

　— 2

　濮阳电网现状 电网的规划与发展关系到民生的基础行业，与当地的自然地理环境和经济发展息息相关。因此，电网的合理规划可以给国家建设和城市发展带来巨大的经济和社会效益。基于上述观点，我们将濮阳市的大体概况介绍如下。

　2.1

　濮阳市概况] 16 [ 2.1.1 濮阳市自然地理概况 濮阳市位于中国河南省的东北部，黄河下游北岸，冀、鲁、豫三省交界处。地理坐标为东经 114°52†0〞-116°5†4〞，北纬 35°20†0〞-36°12†23〞。东北部与山东省的聊城毗邻，东、南部与山东省济宁、菏泽隔河相望，西南部与河南省的新乡市相倚，西部与河南省的安阳市，北部与河北省的邯郸市相连。东西长 125 千米，南北宽 100 千米；城市建成区面积 49.5 平方千米，总面积 4266 平方千米（约占全省面积的 2.5%）。总人口 387 万人（2008 年末），城镇化率达到了 32.2%；其中城镇人口96.93 万人。

　地貌系中国第三级阶梯的中后部，属于黄河冲积平原的一部分。地势较为平坦，自西南向东北略有倾斜，海拔一般在 48～58 米之间。濮阳县西南滩区局部高达 61.8米，清丰县巩营乡里直集西南仅 44.2 米。平地约占全市面积的 70％，洼地约占 20％，沙丘约占 7％，水域约占 3％。濮阳境内有河流 97 条，多为中小河流，分属于黄河、海河两大水系。过境河主要有黄河、金堤河和卫河。另外，较大的河流还有天然文岩渠、马颊河、潴龙河、徒骇河等。

　濮阳市位于中纬地带,常年受东南季风环流的控制和影响,四季分明，春季干旱多风沙，夏季炎热雨量大，秋季晴和日照长，冬季干旱少雨雪。年平均气温为 13℃左右，曾出现过的极端最高气温达 43.1℃，极端最低气温有-21℃。无霜期一般有 200天。年平均降水量为 500～600 毫米。

　1983 年 9 月 1 日，经国务院批准，撤销安阳地区，建立濮阳市，并将原安阳地区所辖滑县、长垣、濮阳、内黄、清丰、南乐、范县、台前 8 个县划归濮阳市。1984年 2 月，撤销濮阳县成立濮阳市郊区。1986 年 3 月 22 日，濮阳市所辖滑县、内黄县划归安阳市，长垣县划归新乡市。5 月 28 日，划濮阳市郊区胡村乡、孟轲乡、王助乡、城关镇、岳村乡及清河头乡一部分置濮阳市市区。1987 年 6 月 12 日，撤销市郊区恢复濮阳县建置，并将市区城关镇划归濮阳县，同时把城关镇的马呼屯、辛庄、辛庙、贾庄、申庄 5 个村划归市区孟轲乡。2003 年 2 月 14 日，经国务院批准，市区更名为华龙区。至 2008 年底，濮阳市辖五县一区，即濮阳县、清丰县、南乐县、范县、台前和华龙区，下辖 61 个乡，17 个镇，7 个办事处，共有 2946 个村民委员会，84个居民委员会。濮阳市辖 1 个市区、5 个县，即华龙区、濮阳县、清丰县、南乐县、

　— 范县、台前县。濮阳市面积 4266 平方千米，人口 387 万（2008 年）。

　2.1.2

　濮阳市经济发展概况 2008 年全市生产总值达到 657 亿元（居河南地市第 14 位），比上年增长 13%，是 2003 年的 2.52 倍。人均生产总值达到 18803 元，是 2003 年的 2.54 倍。按可比价格增长 14.5%，高于计划 3.5 个百分点。其中，第一、二、三产业分别增长 7.5%、17.4%和 11.5%。全市工业完成增加值 217.5 亿元，比上年增长 17.9%。全市规模以上工业完成增加值 177.5 亿元，增长 19.5%。经济效益综合指数达到 217%，比上年提高 57个百分点；实现销售收入 500 亿元，比上年增长 34.5%；实现利税 71 亿元，增长 73.2%；盈亏相抵后实现利润 46.3 亿元，增长 94.5%。年初确定的 116 个重点工业项目，完成投资 78.2 亿元，占计划的 117%。全市粮食总产达到 202.4 万吨，比上年增长 3%。农业结构调整成效显著，完成 160 万亩优质专用小麦、40 万亩优质水稻、90 万亩优质玉米。经济作物面积达到 213.7 万亩，建成了尖椒、冬枣、食用菌、鲜切花等一批名优特新农产品基地。畜牧养殖业健康发展，全市肉类总产达到 22.5 万吨、禽蛋总产达到 28.2 万吨、奶类总产达到 2.5 万吨，分别比上年增长 13.4%、8.3%和 47.9%。农业产业化经营发展迅速，全市各类产业化龙头企业达到 376 家，带动农户 38 万户。重点项目建设实现突破，经济发展后劲增强。全社会固定资产投资完成 145 亿元，比上年增长 23.3%，高于计划 5.3 个百分点。其中市地方固定资产投资累计完成 110 亿元，增长 44%。全市 150 个重点项目，完成投资 92.5 亿元，有 106 个项目竣工投产。

　2.2

　电网现状 濮阳市实际功能分区图见图 2-1：

　12345678910121329 30 3132 33 34 3536183176172171173 174175170177 178179180 181182184 185186187 1881891903738394041424344 191 192 193 196197 198199200194 195 201202203 2042051145 4647 48495051525354555657206 207 208 209 210 211212213 214215 216217 218 219 220 228227 226225 224 223 222 221 71236237234235232233231230 22914151658 59 60 61 626364 656667 6869 707273 74 75 767779 80 8182 238239 24017 1819 83 84 85868788241242 24324420 212223 24258990245 24624791 92 939495969798991001011021032627104105106107112 113 114115116117 118 119120121 122123 124125 12628127 128 129 130 132～134135140～～～144 136～～139145～～～～～～～～～153154～～～～159161 162160 163～～～167168169 图 图 2-1

　濮阳市实际功能分区图 濮阳市功能分区信息见附录一；濮阳市电网节点信息见附录二。

　— 3

　城市电网规划的主要技术原则 城市电网规划以城市总体发展规划为依据，强调其整体及长期的合理性和适应性。一些影响整个电网结构的技术原则，如电压等级、可靠性、变压器负载率、变电所最佳容量等，都应遵循既定原则，同时在具体条件下应有适当的灵活性。因为我国城市规模和经济发展程度相差悬殊，情况各有不同，另外，技术原则本身也受时间、地域、社会经济、科技文化和电力工业状况诸因素的影响和制约，所以，要强调原则，但还要把原则看成随时代而进步、发展的结果。

　3.1

　供电可靠性 在城市电网规划中，应从满足电网供电安全的方面来考核。我国规定城市配电网必须满足“N-1”准则，具体是指：

　（1）

　高压变电所中失去任一回线或一组降压变压器时，必须保证向下一级配电网供电； （2）

　高压配电网中一条架空线或一条电缆，变电所中一组降压变压器发生故障停运时，在正常情况下，除故障段外不停电，不得发生电压过低，不允许设备过负荷，在计划停运情况下，又发生故障停运时，允许部分停电，但应在规定时间内恢复供电； （3）

　低压电网中当一台变压器或电网发生故障时，允许部分停电，但应尽快将完好的区段在规定时间内切换至邻近电网恢复供电。

　3.2

　变压器负荷率取值 变压器负荷率又称运行率，是影响变压器容量、台数和电网结构的重要参数。其值为 % 100) () ( KVAKVAT变压器额定容量变压器实际最大负荷

　（3-1）

　变电站有 2 台主变时,安全运行率取 65%，有 3 台主变时,取 87%，有 4 台主变时,取 100%] 17 [。

　根据变压器负荷能力中的绝缘老化理论，允许变压器短时间过负荷而不会影响变压器的使用寿命，大体取过负荷倍数 1.3 时，延续时间 2 小时。按照“N-1”准则，当变电所中有一台变压器因故障停运时，剩余变压器必须承担全部负荷而过负荷运行，过负荷率为 1.3。所以，不同变压器台数的负荷率值不同，台数增多，负荷率增大。

　3.3

　容载比 容载比是城网变电容量在满足供电可靠性基础上与对应的负荷的比值,在城区配

　— 网规划中,容载比是确定变电站容量的重要参数。容载比取值是否合理直接影响到电网运行的可靠性以及建设投资的经济型。容载比过大,变电站容量储备大,电网建设早期投资增大；容载比过小,变电站容量储备不足,电网适应性差,影响供电。因此,在城网规划中选取合理的变电容载比是规划结果满足经济合理要求的必要保证。

　根据城市电力网规划导则的计算公式，将负荷分散系数设为 1，即得到单个变电站容载比计算公式：

　3 24K KKK S 

　 (3-2) 式中：sK ——变电站容载比；

　 2K ——功率因数；

　 3K ——变压器的运行率；

　 4K ——储备系数。

　功率因数是指变电站负荷的功率因数。按照《电力系统电压质量和无功电力管理规定》：变电站应配置足够容量的无功补偿及必要的调压手段,在最大负荷时,一次侧功率因数不低于 0.95，在最小负荷时,相应一次侧功率因数不宜高于 0.95（110kV 及以下变电站不高于 0.98）。因此,功率因数取 0.95-0.98 比较合理。另外,也可以通过统计变电站的有功和无功的历史情况来确定。

　变压器的运行率是在满足电网可靠供电的情况下变压器的安全运行率。它与变电站的变压器台数和电网结构都有密切的关系。变电站有 2 台主变时,安全运行率取65%，有 3 台主变时,取 87%，有 4 台主变时,取 100%。

　为了满足负荷增长需要一定的储备容量,它跟负荷的增长率有直接的关系。目前还没有一个定量的计算公式来确定储备系数,相关文献也只对这个系数进行了尝试性的取值。实际上,储备容量就是为了满足负荷增长的需要,对于具体某一个变电站如果负荷增长率(通过负荷预测)确定了,其最佳储备容量也是确定的,它们之间有一种必然的关系。

　3.4

　变电站费用 一个城市中的主变压器类型不超过 3 种，每座变电站的主变 2 到 4 台。变电站的可选带载容量构成其可选带载容量集合，该集合中元素的个数不超过 9 种。参加规划的已有变电站可选带载容量集合可能各不相同,但新建变电站的可选带载容量集合是相同的。

　变电站内的变压器综合造价、断路器综合造价和无功补偿装置的综合造价占变电站总投资的 60％，其他固定费用占 40％] 18 [，因此变电站的投资费用可以表示为：

　         i i i iS f S f S f S f3 2 16 . 01  

　(3-3)

　— 式中：iS ——变电站的容量； ) (1 iS f ——变压器的综合造价； ) (2 iS f ——断路器的综合造价； ) (3 iS f ——无功补偿装置的综合造价 3.5

　变电站选址 变电站选址的基本要求如下 ：

　（1）符合城市总体规划用地布局要求； （2）靠近负荷中心； （3）节约用地； （4）便于进出线； （5）交通运输方便； （6）应考虑对周围环境和邻近工程设施的影响和协调； （7）宜避开易燃、易爆区和大气严重污秽区及严重盐雾区； （8）应有良好的地质条件，避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和易发生滚石场所等不良地质构造。

　—

　 4

　数学模型 本文中对于变电站规划优化的算法是基于 Hopfield 的神经网络算法。先用贪心算法求解目标年新建变电站的座数和各变电站(包括已有变电站)的目标年容量，再利用Hopfield 神经网络算法计算新建变电站的位置和各变电站（包括已有变电站）的供电范围，最后确定各变电站真实容量及投建计划。在求解过程中，该方法考虑了已有变电站的改造问题。从全局最优的原则出发，可求得具有实际价值的最优解或近似最优解。

　4.1

　数学模型的建立 本文中要用一种数学模型对濮阳当地的变电站做出规划，其数学模型为：L SC C C   min

　（4-1）

　 s.t.iJ jJ iW s

　 （4-2）

　  Nii i SS S f C1) ( ) (  

　（4-3）

　ijNi J jj ij jNi J ji Ld W L d W Ci i    ) (121     

　（4-4）

　  2 23 2 1cos  Ujj

　 （4-5）

　 1 ) 1 () 1 (020 0Trr r

　 （4-6）

　 cos ) (i i iS e S s 

　（4-7）

　式中：

　sC ——变电站的建设投资及运行费用； LC ——线路网损费用；  ——等年值系数； is ——变电站 i 的带载容量； jW ——负荷点 j 的负荷值； N——规划后变电站数； ) (iS f ——变电站 i 计及土地费用后的投资； ) (iS u ——变电站 i 的年运行费用； iJ ——变电站 i 所供负荷点编号的集合；

　—  ——地理复杂系数； ijd ——变电站 i 和负荷点 j 之间的直线距离； ) (jW L ——和jW 对应的变电站出线单位长度建设费用； 1 ——电价； j 2 ——和jW 对应的变电站出线的单位长度电阻； 3 ——年损耗小时数； U——线电压；  cos ——功率因数； 0r ——贴现率； T——折旧年限；

　变电站的费用中包含土地费用, 情况十分复杂。本文假设各点单位面积的土地费用一致。这样, 变电站费用的差别就取决于其主变的情况。从实际情况出发, 可约定：一个城市中的主变压器类型不超过 3 种, 每座变电站的主变 2 至 4 台。变电站的可选带载容量构成其可选带载容量集合, 该集合中元素的个数不超过 9 种。参加规划的已有变电站可选带载容量集合可能各不相同,但新建变电站的可选带载容量集合是相同的。

　如果直接求解式（4-1）和（4-2），则必须同时考虑集合量、连续量、离散量和整数, 但目前尚无完善的数学方法。因此, 本文确定的规划策略为：首先利用贪心算法确定新建变电站的座数及各座变电站的容量, 将其作为初始可行解, 进而利用Hopfield 神经网络求解新建变电站的位置及各变电站的供电范围, 根据各变电站的实际供电情况对变电站容量进行减容, 最终求得满足式（4-1）和（4-2）的最优解或近似最优解。

　4.2

　用贪心算法求初始可行解 贪心算法是指在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说，不从整体最优上加以考虑，他所作出的仅是在某种意义上的局部最优解。贪心算法不是对所有问题都能得到整体最优解，但对范伟相当广泛的许多问题他能产生整体最优解或者是整体最优解的近似解。

　贪心算法是一种在数学上每步都按照最优度量法取局部最优，最后求解的方法。本文利用贪心算法求变电站容量问题的初始可行解。具体计算步骤如图 4-1 所示：

　—

　图 图 4-1

　贪心算法计算示意图

　图 4-1 中各带载容量is 所对应的价性比csiC 为icsicsisCC  ，式中 ) ( ) (i i siS u S f C   

　 （4-8）

　显然，以图4-1所示方法求得的解是刚好满足容量要求的总价性比最优的可行解。在此基础上, 利用 Hopfield 神经网络求解各变电站供电范围及新建变电站站址, 同时进一步校核各变电站的容量, 将定容、定供电范围、定新建站站址联系起来同时确定。

　4.3

　定站址、定供电范围的神经网络法 初始可行解已经大致知道新建变电站的个数和各个变电站的容量。此时，规划的目标是求LC 的最小值，即近似等效为求  Ni J jij j dW1的最小值。显然，这和供电范围开始 将已有变电站容量定为其可选站容集合中具有最小价性比的容量 初始化新建变电站数为 0 变电站带载容量之和大于全城负荷总量？ 记录当前各变电站情况并作为初始可行解 N Y 新建站数加 1，取新建站容量为其可选站容集合中具有小性比的容量

　— 密切相关。用常规方法划分变电站的供电范围是比较困难的，因此本文利用Hopfield神经网络来求解各变电站的供电范围，通过反复迭代计算最终求得新建站的位置及其供电范围和容量。具体的算法框图见图4-2。

　图 图4-2

　求解供电范围算法示意图 为了用 Hopfield 神经网络求解各变电站的供电范围，必须建立表明规划状态的神经网络模型。本文建立如表 4-1 所示的矩阵。在表 4-1 中，1A 至nA 表示 n 个变电站。1B 至mB 表示 m 个负荷点。表中每一列有且仅有一个元素为 1，它表明该负荷点由那一个变电站给其供电。列中其余元素为 0 保证各负荷点有且仅有一个变电站给其供电。

　开始 定新建变电站的初始地址 利用神经网络求各变电站的供电范围 求新建站所供负荷点的重心 将所求得的重心作为新建电站的位置 各新建变电站的位置有何变化？ 通过负荷转移消除孤立负荷点 根据供电范围最终确定各变电站容量 Y N

　— 表 表 4-1

　负荷点分配表

　 1B

　2B

　„ mB

　1A

　1 0 „ 0 2A

　0 0 „ 1 „ „ „ „ „ nA

　0 1 „ 0 利用 m n 个神经元构成 Hopfield 人工神经网络。网络达到稳定时，各神经元状态即由表 4-1 中对应元素表示。各负荷点到变电站的距离ijd 与负荷点负荷jW 之积ij j dW 作为一组约束信息，以确定各神经元之间的突触连接强度。能量函数的建立应该满足两个要求：

　1）

　在最低能量状态时神经元得输出符合表 4-1 的形式。

　2）

　在最低能量状态时各变电站不出现过负荷情况。

　为此，建立的能量函数为：

　21 1 1 1 12) 111(2 2) 1 (2          niu smjniij ij jmjniijs ieCV d WBVAE

　（4-9）

　式中：

　  mjij j i iV W s s1； ijV ——与各神经元对应的输出； A、B 和 C——权重系数； 式（4-9）中，右边第一项表示各神经元得输出应符合表 4-1 的形式，第二项表示使LC 达到最小，第三项表示各变电站应不发生过负荷。第三项中，su 取较小的实数，实际计算表明，当su 小于最小jW 的千分之一时计算结果较理想，即有

　min001 . 0j sW u  

　（4-10）

　由于原 Hopfield 模型求解中会经常出现陷入无效解的情况，因此文献进行了改进并提出将动态方程变为：

　ijijVEdtdu 

　(4-11) 式中

　iju ——与各神经元对应的输入 在已建立能量函数式（4-9）的情况下，可导出神经元 ) , ( j i 的动态方程为：

　—          5 . 0 5 . 0 ) tanh() 1 () 111(2) 1 (21vijiju ssju su sniij j ijijuuVe uW eeCd WBV Adtdus is is i

　（4-12）

　式中 ，vu 取值可以参考有关神经网络计算的参考资料，一般可以取 0.01。

　利用欧拉法求解式（4-12），即可得到各变电站的供电范围，再按图 4-2 算法进行迭代计算即可求得最终解。

　若某一变电站位置选在不允许建站的地方，只需将该变电站拖至距当前位置最近的允许建站的地方，再将该变电站定为一个已有变电站，重新按图 4-2 所示进行迭代计算即可。

　4.4

　求解方法 1）

　根据已有变电站位置和已知负荷点位置可以做出表 4-3。表 4-3 中1A 至nA 代表 n 个已有变电站。1B 至mB 代表 m 个负荷点。ijd 代表变电站iA 和负荷点jB 之间的直线距离。

　表 表 4-3

　变电站与负荷点距离表

　1B

　2B

　„ mB

　1A

　11d

　12d

　„ md 1

　2A

　„

　 nA

　1 nd

　nmd

　 2）

　每一个负荷点由最近的变电站供电，于是可以得到下表 4-4：

　表 表 4 4- - 4

　负荷点分配表

　 1B

　2B

　„ mB

　1A

　1 0 „ 0 2A

　0 0 „ 1 „ „ „ „ „ nA

　0 1 „ 0 1表示对应行变电站给对应列负荷点供电,0表示对应行变电站不给对应列负荷点供电。

　— 3）

　设ijV ，当 i 给 j 供电时ijV 为 1，当 i 不给 j 供电时ijV 为 0。将iS 与 mjj ijW V1相比较，如果 mjj ij iW V S1，则符合供电情况。如果 mjj ij iW V S1，则将离变电站最远的负荷点去除，直到 mjj ij iW V S1。

　4）

　那些没有被供电的符合点，我们求取其重心，求取重心的公式为：

　jj jloadload xx

　jj jloadload yy

　上式中，jx 和jy 为未被供电的负荷点 j 的坐标值，jload 为负荷点的负荷值。

　5）

　将求取的重心作为新建站的地址，然后将负荷点分配表新增加一行，转步骤（1）继续执行。

　6）

　若有新建变电站的位置处于地理条件不允许的地方，则将其移至距当前位置最近的条件允许的地方，然后重新计算各变电站的供电范围及容量。

　由此我们可以得到新建站的地址和变电站的供电范围。记录当前的规划方案，计算相应的费用。

　4.5

　算例 下图 4-3 为濮阳市实际功能分区图

　— 12345678910121329 30 3132 33 34 3536183176172171173 174175170177 178179180 181182184 185186187 1881891903738394041424344 191 192 193 196197 198199200194 195 201202203 2042051145 4647 48495051525354555657206 207 208 209 210 211212213 214215 216217 218 219 220 228227 226225 224 223 22222171236237234235232233231230 22914151658 59 60 6162 6364 656667 6869707273 74 75 767779 80 8182 238239 24017 1819 83 84 85868788241242 24324420 212223 24258990245 24624791 92 939495969798991001011021032627104105106107112113 114115116117118119120121 122123 124125 12628127 128 129 130 132～134135140～～～144 136～～139145～～～～～～～～～153154～～～～159161 162160 163～～～167168169 图 图 4-3

　濮阳市实际功能区分图 根据濮阳电网的情况，取新建变电站可选容量集合为{2×31.5, 3×31.5, 2×40, 3×40}。濮阳市在现状年有 6 座已有变电站，具体情况见表 4-5。1、5 号变电站允许扩建为 2×40，2、3、4、6 号变电站不允许扩建。在按本节所介绍的算法计算后，目标年(2010 年)将新建 3 座变电站。各变电站的供电范围见图 4-4，各变电站的容量及容载比见表 4-5：

　表 表 4-5

　目标年变电站情况表

　现状年主变情况 2010 年主变情况 2010 年容载比 1 号变电站(中原站) 1×40 2×40 1.65 2 号变电站(胡村站) 2×31.5 未扩建 1.66

　3 号变电站(赵村站) 2×31.5 未扩建 1.62 4 号变电站(尧舜站) 2×31.5 未扩建 1.57 5 号变电站(国庆站) 1×40 2×40 2.57 6 号变电站(化北站) 2×31.5 未扩建 3.7 1 号新建站(7 号站) × 3×31.5 1.24 2 号新建站(8 号站) × 3×31.5 1.5 3 号新建站(9 号站) × 2×40 1.86

　—

　图 图 4-4

　目标年变电站供电范围图 分析图 4-4 及表 4-5 可知，各个变电站(5、6 号变电站除外)的容载比均比较理想，各变电站基本都在所供负荷点的重心处。新建变电站的容量各不相同，而且并非都取最大容量。

　5 号变电站的容载比相对较高是因为它在现状年只有一台 40MVA 的主变，这不满足 N－1 校验，因此必须增加一台主变。由于现状年主变容量为 40MVA，目标年只能增加 40MVA 的主变，造成其容载比相对较高。

　6 号变电站的容载比之所以不太理想，与其所处的位置有关，河南省电力局工作人员介绍，6 号变电站还担负给周围农村供电的任务。然而城市电网的规划中并未将农村负荷考虑进来，因此造成容载比较高。将农村负荷考虑后，6 号变电站的容载比将有大的下降。

　濮阳市电力局的规划结果是，目标年共有 13 座变电站，其中新建 7 座。本文所介绍算法计算出的结果是 9 座变电站，新建 3 座，而且新建变电站并非都取最大容量。

　从变电站的费用考虑，本文算法所求出解的费用显然更低。而且还更加全面地考虑了已有变电站的扩容问题，求出的结果更为合理。

　— 5

　基于 GIS 的城市电网规划系统的开发 5.1

　开发工具的选择 配电网规划是一个十分复杂的问题, 由于其包括大量地理位置各异的配电设备、配电网络、负荷等, 涉及数据庞大, 使得规划工作量繁重。地理信息系统(GIS)因为其强大的数据分析功能和空间拓扑功能已被广泛应用于与空间地理信息关系密切的电力系统各个方面。

　在地里信息系统的发展过程中，目前已出现了大量的 GIS 系统专业开发工具。从这些专业开发工具的组件结构上，可以归纳为集成 GIS、模块化 GIS、组件式 GIS等几个主要类别] 19 [。

　1）

　集成式 GIS 集成式 GIS 指集合各种功能模块的大型 GIS 系统软件包。ESRI 公司推出的Arc/Info，Genasys 公司的 GenaMap，AutoDesk 公司的 AutoMap，Maptitude，MapGIS，MapEngine 等都是集成式的 GIS 开发工具。集成式 GIS 系统的优势是各项功能已形成独立的完整系统，提供...