GIS空间分析变电站空间布局规划研究以北京为例 .docx

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1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习基于 GIS 空间分析的变电站空间布局规划争论以北京为例魏保军【摘要】城市电网规划既是电力系统进展规划的基本内容之一, 也是城市规划的重要组可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结成部分 . 其中 , 变电站空间布局是城市电网规划的主要内容之一. 的理信息系统 GIS 强大的数据处理与分析功能为电力设施科学规划选址供应了可能. 本文利用 GIS 空间分析技术 , 结合经改良的变电站选址模型, 提出了一套较完整的变电站空间布局运算方法. 接受该方法 , 在变电站建设时可以有效防

2、止“站群”冲突, 防止规划与电力行业治理相脱节等问题.【关键词】 GIS。空间布局规划。用的约束。变电站1变电站布局的总体理念1 1争论思路变电站的规划布局问题属多中心选址优化问题.目前变电站选址问题一般以变电站投资 含二次网 和年运行费用最低建立数学模型进行运算 , 这种算法与实际建设情形往往出入较大. 缘由可能有两个方面：其一, 算法求得的变电站往往位于小区、居住区的中心, 基础设施完善 , 环境优越 , 的价 房价 也较高 , 如在这些的区建设变电站开发商不合得, 居民看法也较大。其次, 经这种算法运算确定的变电站供电范畴没有明确的的理界限, 没有考虑自然的势、治理界限等人为或非人为因素

3、造成的偏差.本文利用 GIS 技术, 对变电站选址运算进行了尝试依据各区电力负荷的分布 , 运算各级变配电容量需求。依据已有变电站的规划容量及分布 , 结合本区土的使用规划 , 接受GIS 空间分析技术 , 确定规划变电站位置置及容量 . 本文提出的运算方法能够有效防止以上问题 , 接近实际建设模式 , 符合城市规划治理人员决策思路 , 具有确定有用价值 .1 2 变电站规划布局一般原就(1) 有利于实施分区供电 . 变电站供电分区应经济、合理, 中意负荷需求 .(2) 线路支配便利 .(3) 各级电压的变电总容量与用电负荷之间, 输、变、配电设备容量之间、有功和无功容量之间比例和谐 , 经济

4、合理 .(4) 按饱和负荷预留各类电力设施用的.(5) 缓解进入城市中心区的走廊及线路压力.1 3变电站选址一般原就(1) 符合总体规划及市中心区把握性详细规划用的布局要求.(2) 尽可能不占用或少占用基本农田、定桩绿的等.(3) 500kV变电站应考虑供电区域的合理性,220kV及以下变电站除考虑区域合理外, 仍应尽可能在负荷中心区的工业用的内或产业用的内支配, 以削减对居民生活的影响, 排除居民心理障碍 .(4) 500kV及 220kV 变电站应中意 100 年一遇防洪要求 ,110kV 变电站应中意 50 年一遇防洪要求 .(5) 应有良好的的质条件, 躲开的震断裂带、各类采空区、滑坡

5、泥石流易发区等不良的质构造区 .(6) 躲开军事电台、通讯电台、机场导航台等设施以防止可能造成的强弱电干扰.(7) 躲开危险品仓库、输油管道、高压输气管道等易燃易爆区.(8) 尽可能远离住宅、医院、中学校校等对电磁环境要求较高区域或易引发社会冲突的区域 .(9) 尽可能削减拆迁 .(10) 便利支配变电站进出线路. 2 GIS技术的简要分析GIS是的理信息系统 geographic information system的英文缩写 , 是采集、储备、治理、检索、分析和描述整个或部分的球表面与空间的理分布数据的空间信息系统. 它是一个集运算机科学、的理学、信息学、治理科学等于一体的新兴多学科综合技

6、术领域, 它独具可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的空间的理信息、图形处理才能, 为与空间的理信息有关的领域供应了一种崭新的应用技术手段 .GIS技术的特点是按确定的空间拓扑关系以数据库的势式来储存各种空间的理要素及属性数据 , 以图形方式来描述各种空间的理要素, 并利用关系数据库治理系统的成熟技术, 将的理属性数据治理和空间数据的拓扑关系相结合, 使被描述的事物既直观又生动. 另外,GIS 在属性数据治理上, 运用了关系数据库治理技术, 使 GIS 可直接与外部关系数据库连接.GIS具有强大的空间分析、处理、输出功能, 是一个支持空间的理决策的系统, 它通过对多因素的综合分析,

7、 可以快速的猎取中意应用需要的与的理相关的信息, 并能以的图、图形或数据的势式表示处理的结果.现有 GIS 软件的功能大致划分如下：(1) 数据采集、输出：的图绘制。图形、属性数据的输入、编辑。图形、属性数据的输出。的图治理 .(2) 系统分析、治理数据处理 如数据重构、数据抽取等 。空间数据分析、运算 如空间量测、叠加分析、缓冲区分析、的势分析等 。数据变换 如不同投影、不同坐标系的变换 。网络功能 如优化路径 。空间统计分析 如空间插值 。扩展功能等 .目前 ,GIS已在测绘、制图、统计、资源和环境治理、城市规划、工程与交通设施规划与治理 , 以及军事、商业等领域得到广泛应用.3基于 GI

8、S 空间分析技术的变电站选址决策模型与方法3 1模型分析在城市电网规划过程中, 变电站选址一般经受如下4 步： 1 现有变电站评判。2 负荷需求推测及负荷分布。3 确定新建变电站个数。4 确定新建变电站位置、容量及供电范围.在这 4 步中, 除第一步属定性分析外, 其余 3 步均为定量分析与运算, 涉及到数学模型的选择问题 . 下面结合笔者的工作体会, 从有用便利的角度, 对每步接受的数学模型进行分析.3 11负荷需求推测及负荷分布城市电网规划一般可分为城市供电总体规划及城市供电把握性详细规划两个阶段.总体规划阶段一般解决建设原就、建设规模、系统结构、设施布局、建设方式等问题：把握性详细规划阶

9、段应在总体规划的基础上详细落实场站设施位置, 进出线线路路由、实施策略等 . 不同规划阶段均应对负荷需求进行推测. 但受城市用的规划深度的制约及规划要求的不同 , 不同阶段负荷需求推测的方法是不同的 . 总体规划阶段一般接受人均指标法 , 建设用的负荷密度法、外推法、弹性系数法等方法。详细规划阶段一般接受建筑负荷指标法, 实行的建筑负荷指标一般是城市规划治理部门发布的指标 .两个阶段的运算结果可能不同. 从局部来说 , 对每个的块 , 即便在电力系统实际运行中, 电力负荷的运算值与实际测量值也确定不同. 缘由是不同类型的负荷之间, 或同类负荷的不同设备运行时间存在时差, 使得某个区域最大负荷确

10、定不是该区域各分区域或备用的的块最大负荷的代数和 . 受房屋用途、房屋使用率、使用人生活习惯等因素影响, 要精确算出一个的块的电力负荷是不行能的, 只能平均运算 . 假定一个区域内同类负荷具有大体相像的使用属性 , 那么 , 用建筑负荷指标法运算出来的的块负荷乘以一个系数可以近似模拟最大负荷出现时该的块对最大负荷的贡献值.为便于运算 , 本文引入负荷调整因子及的块运算负荷两个概念. 负荷调整因子即选用的系数 , 的块运算负荷即最大负荷时该的块对最大负荷的贡献值.运算方法如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式1 4 中：为第 i 的块的初始负荷。 m2 为第 i 的块不同性质用

11、的的数目。为第 i 的块第 j 类性质用的总建筑面积。为第 j 类性质用的单位建筑面积负荷初始值 , 即建筑用电负荷指标 , 该指标为统计数值 , 不同城市或同一城市不同进展阶段该数值一般是不一样的。m1 为争论区域内的块数目 , 运算模型中作为负荷点的数目。为争论区域各的块初始负荷之和。为第 i 的块的运算负荷。为负荷调整因子。为争论区域各的块运算负荷之和 .取值可接受迭代运算方法求得 .3 12 确定新建变电站个数目前有不少关于变电站运算方面的文献, 但这些文献中 , 普遍忽视了治理界限、自然的势等的理阻断因素对变电站个数及布局的影响.电力系统的治理、电费的结算一般按行政区进行, 因此 ,

12、 各级电力设施的规划设计应与电力的分区治理相适应, 在本分区内实现治理权限内的电力设施的电力、电量平稳. 比如, 北京朝阳区的 110kV 变电站一般不会供应邻近的海淀区的负荷. 为此在变电站的选址运算时,特别是对于大城市 , 应留意行政界限或治理权限对变电站规划布局的影响.在负荷比较密集的城市中心区域, 中压供电系统多接受10kV 电缆 , 电缆穿越城市快速 路、铁路、河流可能会使工程建设成本大幅度增加, 也给中压系统的治理爱护带来不便. 为此,110kV 及以下电压等级变电站选址运算时应考虑自然的势带来的干扰.本文克服了这一问题. 方法为接受分组团运算的方式. 第一将规划范畴依据治理界限、

13、城市用的规划分区、自然的理条件等划分组团, 变电站运算时按组团进行, 将组团界限作为运算约束条件 , 电力设备的平稳应在组团内进行.这样 , 新建变电站个数运算模型修正如下：式中：为新建变电站个数。 为冗余因子 , 一般取 0 8 12。 t为争论区域内组团个数。为第 i组团总运算负荷。r 为变电站容载比 ,110kV 变电站一般取 18 2 0,220kV 变电站一般取 1 61 8。为第 i组团该电压等级现状变电站主变压器总容量。s 为单座新建变电站主变压器总容量。为第i 组团新建变电站个数 .3 13 确定新建变电站位置、容量及供电范畴变电站选址问题是一个多元连续选址的组合优化过程. 对

14、这类问题 , 国内外已有较多的争论成果 , 但这些成果大部分没能与城市用的属性结合起来, 所确定位置在实际建设中遇到了较多的问题 .本文解决了这一问题：第一在运算中引入 ji 参量 , 表示变电站与用的块之间的供电关系, 以模拟的理阻断因素约束条件。其次, 通过建立运算模型及迭代运算, 确定了变电站的供电范畴以后 , 再接受 GIS 叠加分析技术 , 对新建变电站站址进行调整优化.以负荷矩运算模型为例, 变电站运算的数学模型如下：式6 9 中： M 为负荷矩之和：n 为争论范畴内变电站总个数。m1 为争论区域内的块数目 , 运算模型中作为负荷点的数目。 ji 为标志参量 , 当变电站 j与的块

15、 i位于同一组团且存在供电关系时 , 令 ji =1, 当变电站 j与的块 i位于同一组团但不存在供电关系时, 令ji =0, 当变电站 j 与的块 i不在一个组团时 , 令 ji =+。为第 i的块运算负荷。 Dij 为变电站 j 与的块 i 之间供电线路长度。 s 为单座新建变电站主变压器总容量。r 为变电站容载比 .约束条件式 7 表示每个变电站至少供应一个的块 假定的块大小分得足够合理, 每个的块运算负荷大小不超过一座变电站供电才能 。约束条件式 8 表示每个的块至少有一座变电站为其供电。约束条件式9 表示每座变电站的供电才能不超过商定数值 .对于 Dij , 可以利用变电站 j 与的

16、块 i 之间直线距离近似运算 , 运算公式为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结从线路建设实际看 , 中压干线或高压配电线路一般沿城市道路敷设, 北京市城市道路网一般为横平竖直的方格网, 为运算更加精确 ,D ij 也可以接受以下公式运算：式10 及式 11 中： u j ,v j 为变电站 j的坐标。 x j ,y j 为的块 i的中心点或配电室坐标.式6 为整数规划问题 , 这类问题可用线性规划方法求解, 也可用启示式搜寻方法比如遗传算法 GA 法 等求解 . 文献中有较多实践资料, 本文不再详述 .GIS叠加分析技术对变电站选址的优化不涉及数学模型在下文详细介绍.3 2 运

17、算方法与流程总体来说 , 基于 GIS 的变电站选址共分5 大步、 14 小步 图 1.3 21预备工作详细而言需进行以下工作选定工作基础平台软件 本文以 arcgis软件包 arcinfo软件为例 , 输入 GIS 基础数据 含的图、城市规划图等, 划定争论区域 , 按规范算法算出整个区域内目标年电力负荷总最大需求P1, 输入待争论级别 比如 220kV 全部变电站 共 n1+n2 个 坐标及其目标年主变压器安装容量.5 22 运算每个的块的运算负荷该步利用 GIS 分布运算功能 , 可使运算过程简洁化 .运算前 , 需输入以下现状资料：1 用的把握性详细规划确定的各的块性质 分至建设用的小

18、类类别 、用的面积、建筑面积。2 城市规划治理部门发布的各类建筑物负荷指标 分至建设用的小类类别 。 3 目标年电力负荷最大需求P1.i该步运算负荷调整因子 k1 ,k 1 可接受迭代运算的方法求出：第一赐予 k1 一个较大的值 最大值为 1, 迭代条件为 P2 与 P1 的差值 , 不断减 k 1 取值 , 差值会不断减小 , 当差值中意一个较小数值 时, 运算终止 .运算的返回值为各的块运算负荷 P 2, 并自动将该数值连同位置信息结合作为的块属性之一储备在数据库中 , 以在变电站选址运算中调用 .为便于运算 , 每个的块近似用一个数据点来表示 . 数据点位置为的块中心点坐标 , 数据点负

19、荷即为整个的块负荷 . 由于城市供电是变电站配电室变压器为核心的供电模式 , 数据点位置置可模拟变电站配电室变压器位置 , 因此这种近似在供电系统中是具有实际意义的.3 23 划定组团 , 确定新建变电站个数n2该步第一划定的理阻断因素作为约束条件, 然后调用 GIS 空间数据库中各的块运算负荷,带入数学模型 , 得到各组团需新建变电站个数及争论区域需新建变电站总个数.3 24变电站站址及供电范畴的确定该步是基于 GIS 的变电站选址的重点 , 分两小步进行：第一 , 通过模型运算 , 确定各变电站供电范畴及变电站位置坐标. 该运算需反复调用GIS属性数据库中关于的块运算负荷及负荷所在位置坐标

20、等数据属性.然后 , 利用 GIS 叠加分析功能 , 分析出适合建设变电站的区域, 再对区域与变电站坐标进行叠加 , 得到新建变电站的优化站址. 详细实施方式如下：依据变电站电压等级及布置形式确定变电站所需用的面积.1对用的属性进行搜寻,去除基本农田、定桩绿的、现状永久建筑、道路用的。2 对用的属性进行搜寻, 去除收发信电台、机场导航台、军用电台用的外围15km 以内区域 , 去除综合医院、危险品仓库、燃气场站外围 1.0km 以内区域 , 去除输油管道、高压输气管道外围200m 以内区域 , 去除居住区外围 50m 以内区域。 3 去除防洪标准不中意用的区域,110kV变电站防洪标准为50

21、年一可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结遇,220kV 及以上变电站防洪标准为 100 年一遇。 4 去除用的面积不中意需求区域。 5 叠加以上 1 4 项, 得到可建设变电站区域。 6 叠加运算出来的变电站坐标及供电范畴 , 在某站供电范畴内 , 运算出来的变电站坐标邻近选取变电站位置 .在变电站迭代之前 , 需初始化新建变电站位置置 . 为精确反映变电站与用的属性之间的关系 , 新建变电站的初始化时 , 应以组团为基本的理单元 , 分别输入 .3 25 输出运算结果输出结果主要为选址优化后确定的变电站位置及供电范畴.4 应用实例北京市220kV 变电站空间布局据 负 荷 预 测

22、 , 北 京 的 区 2021年 供 电 负 荷 为 25000 26000MW.扣 除 电 厂 直 供1020MW,220kV容载比取 1 8,2021 年变电容量总需求为44964MVA.北京市城市空间结构为“两轴两带多中心” , 在中心城市四周 , 分布有 11 座新城 , 北京拟实施中心城区与新城联合进展战略 . 为保证这个空间战略的实施 , 在考虑北京市 220kV 供电网络空间布局时 , 应以备新城及城市中心作为分组组团 , 分别进行考虑 . 为此 , 在利用 GIS 运算时 , 设定远郊区县新城界 不愿定是行政边界 为的理阻断因子 , 将全市用的划分为 12 个组团 .经运算 ,

23、2021 年北京市 220kV 变电站布局如4 1 四环路以内2005 年二环路以内有长椿街、王府井 2 座 220kV 变电站 , 规划增加天桥、桃园、内城 3座 220kV 变电站 .2005年二环路至三环路有朝阳门、草桥、西直门、左安门4 座 220kV 变电站 , 规划增加广渠门、南站 2 座 220kV 变电站 .2005年三环路至四环路有知春里、太阳宫、西大望、莲花池、八里庄5 座 220kV 变电站, 规划增加健翔桥、黄寺、CBD、三营门、玉泉营、远大、西苑7 座 220kV 变电站 .这样 ,2005 年四环路以内有 11 座 220kV 变电站 , 到 2021 年规划增加

24、12 座, 四环路以内220kV 变电站总数将达到23 座.4 2四环路至五环路2005年四环路至五环路有220kV变电站 6 座, 即东北郊、王四营、老君堂、南苑、张仪、宝山 . 规划增加八家村、望京、酒仙桥、团结湖、垡头、久敬庄、花乡、张郭庄、乐各庄、西山、祁家村11 座 220kV 变电站 . 至 2021 年, 四环路至五环路 220kV 变电站总数为 17座.4 3 中心区五环路以外2005 年朝阳海淀、丰台、石景山 4 个城区五环路以外有 220kV 变电站 8 座 其中用户站 2 座 ：聂各庄、上庄、清河、电科院 用户站 、孙河、白庙 用户站 , 吕村 , 定福庄 . 规划增加

25、12 座：海淀山后、西北旺、东北旺、奥运村、红军营、东坝、东坝东、古城东、管庄、马各庄、石景山、王佐 . 至 2021 年, 中心区五环路以外 220kV 变电站总数为 20 座.4 4 11 座新城延庆新增 2 座：八达岭、延庆 .怀柔现有 1 座：怀柔：规划增加1 座：怀柔北 .密云规划增加 2 座：密云、密云北 .平谷现有 1 座。规划新增 1 座：马坊 .顺义现有 2 座：高丽营、李遂。规划增加5 座顺义新城北、顺义新城南、仁和、空港城、李桥南 .昌平现有 2 座：下庄、西沙屯。规划增加7 座：昌平东、沙坨、流村、亭子庄、沙河可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结高校城、霍营

26、、回龙观.通州现有 3 座：北寺、老通州、台湖。规划增加6 座：通州东、通州东南、通州西北、梨园、草厂、永乐店.亦庄现有 1 座：荣华。规划增加3 座：亦庄东、亦庄南、京东方.大兴现有 2 座：大兴、卢城。规划增加6 座：青云店、团河、旧宫, 陈留庄、黄村、李家务 .门头沟规划新增 2 座：门城一、门城二 .房山现有 4 座 其中用户站 2 座 ：良乡、韩村河、燕化 用户站 、东风 用户站 。规划增加 3 座：阎村北、良乡南、周口店.综合以上 ,2005年全市拥有 220kV 变电站 41座, 至 2021 年规划新增73 座, 共计 114座, 变电站主变压器总装机容量为56650MVA.2

27、20kV 变电站布局见图 2.5 小结变电站的规划问题属多中心选址优化问题. 北京市电网变电站众多, 占用城市建设用的较多 , 与各类建设用的关系复杂, 在空间布局上将变电站用的落到实处很难. 本文接受 GIS 技术构建了基于 GIS 的变电站选址的运算流程与方法. 该方法在远期总体负荷规模确定的情形下 , 依据各的块用的面积、用的属性、建筑面积等属性, 自动实现规划期末的块电力负荷的分布运算 . 以此为基础 , 输入现状变电站有关参数, 即可运算出规划变电站个数、每座规划变电站的供电范畴和中心点坐标等, 然后利用 GIS 空间叠加分析功能, 输入新建变电站约束条件 , 即可自动识别每座变电站

28、最适合的站址. 基于 GIS 空间分析技术的变电站选址决策模型与方法结构清晰 , 规律严密 , 接近行政治理者决策过程, 具有确定有用价值 .【作者简介】魏保军 硕士 , 中国城市规划设计争论院城市能源规划争论中心副主任, 高级工程师 .参考文献 References1 王成山 , 刘涛 , 谢莹华基于混合遗传算法的变电站选址定容J电力系统自动化,2006,306： 30-54,47 2 杨丽徙 , 朱向前 , 陈根永 , 等基于 Voronoi图的变电站优化规划方法J电力系统及其自动化学报 ,2006 185 ：10-13 3 余 贻 鑫 , 张 永 伍 , 严 雪 飞 高 压 配 电 变

29、电 站 的 优 化 规 划 J 天 津 大 学 学报,2006,398： 889-894 4 冯涛 , 顾洁基于粒子群算法的变电所优化布点争论J供用电 ,2006,255：16-19 5 北京市进展与改革委员会北京“十一五”时期电力进展规划z 2006 6 何晓阳 , 康庆平 , 肖贵申基于牢靠性成本 效益分析的电网规划J继电器,2005,3310： 8-11,407 AlbuywhF JamesJS ATransmissionNetworkPlanningMethodforComparative StudiesJ IEEE Trans on PAS,1982,10111： 1679-1684

30、 8 KnutS H OveS G BjornH B MainGridDevelopmentPlanningina Deregulated Market Regime C Singapore： Proceedings of 2000 IEEE PES Winter Meeting, 2000-02：845-849 注：本栏目文章由中国城市规划学会工程规划学术委员会举荐版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结理。版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text,

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