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基于地理信息系统的农村电网规划方法的研究

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2010-08-30 01:52:33

摘要　本文针对目前农村电网（以下间称农网）规划难以满足规划人员实用要求之现状，提出应用地理信息系统（Geo－graphicalInformation System，简称GIS）技术改进农网规划之设想[阳光电子学校维修专家友情提示]。基于中心地理论之应用模型，提出基于GIS之子系统模型及算法，将配网规划这一NP－hard问题转化为无约束之线性凸规划问题，并使问题规模大为减小[阳光电子学校维修专家友情提示]。研究结果表明借助GIS无需复杂之算法便可实现规划过程更具交互性、规划结果更具直观性、方案调整更具灵活性[阳光电子学校维修专家友情提示]。基于GIS之农网规划可作为农网规划人员之得力工具[阳光电子学校维修专家友情提示]。
关键词　GIS　农网规划　变电站选址　路径优化

1　引言

　　配电网规划问题在数学上是一个NP—hard问题，近几年，虽然采用现代启发式算法，如遗传算法、模拟褪火算法、Tabu搜索等，在解决配电网规划之全局优问题上也取得了一些突出之成果[阳光电子学校维修专家友情提示]。但是还存在如下不足：1）求解规模和变电站位置优化之局限[阳光电子学校维修专家友情提示]。2）由于规划模型及寻优过程中难以考虑地理因素，致使规划之结果不适宜[阳光电子学校维修专家友情提示]。3）规划不直观、不可视[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　鉴于上述不足，并考虑到农网规划有其自身特点，因其变电站位置和10 kV路径选择有更多之任意性，致使问题规模更大，求解更难，本文提出利用GIS技术改进农网规划之设想，并提出基于GIS之子系统模型及算法，使问题规模大为缩小，实例验证该方法能够解决大规模之农网规划问题[阳光电子学校维修专家友情提示]。

2　基于GIS之农网规划应用系统之总体结构设计

2．1　在农网规划中引入GIS之优越性
　　从农网规划本身来看，利用GIS有如下几点优越性：
　　（1）GIS是结合CAD技术和数据库技术之空间数据库系统，在进行农网规划时，能够通过数据访问方便地获得变电所、负荷点之位置坐标[阳光电子学校维修专家友情提示]。GIS还具有空间分析之功能，在变电站选址寻优过程中，能够利用其避开障碍物[阳光电子学校维修专家友情提示]。（2）借助GIS，避免了烦琐之节点编号、支路编号[阳光电子学校维修专家友情提示]。（3）利用GIS便于规划人员进行前期分析：提供地理背景便于确定待选变电站、待选线路之长度和路径（不需再作测量）；图形数据和属性数据之双向检索[阳光电子学校维修专家友情提示]。（4）方案调整灵活[阳光电子学校维修专家友情提示]。（5）可视、交互[阳光电子学校维修专家友情提示]。
2．2　基于GIS之农网规划应用系统之总体结构设计
2．2．1　总体设计思想
　　基于GIS之农网规划应用系统之总体设计思想是：主功能界面基于通用GIS软件（如GeoMediaPro 3．0、ARC／INFO、MapInfo等），研究与GIS相结合之农网规划模型及算法，针对研究提出之模型和算法，编制相应之程序模块[阳光电子学校维修专家友情提示]。将各模块与GIS集成[阳光电子学校维修专家友情提示]。
2．2．2　总体结构
　　本文设计之“基于GIS之农网规划应用系统”由如下几个模块构成：农网规划GIS数据库、变电所优化布局模块、10 kV线路优化规划模块等[阳光电子学校维修专家友情提示]。系统之总体结构如图1所示[阳光电子学校维修专家友情提示]。

3　基于GIS之农网子系统规划模型及算法

3．1　基于GIS之变电站优化布局模型和算法
　　在中心地理论之应用模型中，有离散型多场址选择模型、离散型单场址选择模型、连续型多场址选择模型和联系型单场址选择模型［1，2］[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　解决变电站优化布局问题可采用离散型多场址选择模型和连续型多场址选择模型[阳光电子学校维修专家友情提示]。本文采用连续型多场址选择模型[阳光电子学校维修专家友情提示]。具体到每一个变电站之位置选择又需要用单场址选择模型[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　本文中，先把变电所合理布点问题看作是一个连续性问题，借助GIS之空间分析功能，优化出之变电所位置若是居民区或林地、水域等不适宜之位置，则重新进行负荷分配，进而重新确立变电所之位置[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    基于此，本文将变电所合理布点问题描述为：
    已知：（1）n个负荷点之位置（xj，yj），（j＝1，2Λn）
　　（2）各负荷点之负荷为Pj
    求负荷非均匀分布条件下：
    （1）变电所之优化数目m，
    （2）各变电所之优区位（ui，vi），（i＝1，2Λm）
　　（3）确定各变电所之优化供电区域，为此，设置决策变量Xij

　　为解决这一问题，本文在连续型多场址选择模型之基础上，建立了变电所布局之空间优化模型[阳光电子学校维修专家友情提示]。用NF表示农网之年费用，则有

约束条件：1）保证对所有负荷点供电，一个负荷点只能由一个变电站供电；
          2）满足变电所容量约束：容载比不低于1．8－2．1[阳光电子学校维修专家友情提示]。
式中β——农网单位距离、单位负荷之年费用系数；
　　Pj——负荷点j之规划年负荷（MW）[阳光电子学校维修专家友情提示]。
其中β＝NF／PlLjj                        （2）

式中NF——经济供电半径下之农网年费用，其计算式详见文献［3］；
    Pl——10 kV线路之传输功率[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    Ljj——经济供电半径（km），对文献［4］之计算结果进行处理而得[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    ml——10 kV线路出线条数（ml＝6）[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    ms——平均负荷密度下优化变电站数量[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　上述模型在GIS软件系统

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