0 引言

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,城市建設(shè)正以前所未有的速度進行,城市規(guī)劃面臨著新的挑戰(zhàn)和變革,規(guī)劃往往滯后于城市發(fā)展步伐。招商引資項目作為城市經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動力,其建設(shè)時序具有臨時性、突發(fā)性、不穩(wěn)定性等特點,涉及的內(nèi)容多樣。而城市規(guī)劃一般每5年修編一次,項目實際落位情況常常不符合已編制的城市控制性詳細規(guī)劃和土地利用總體規(guī)劃,無法與城市規(guī)劃做到一一對應(yīng),城市發(fā)展給電網(wǎng)規(guī)劃帶來了新的挑戰(zhàn)^[1]。

電網(wǎng)規(guī)劃作為城市規(guī)劃的重要組成部分,必須要與城市規(guī)劃協(xié)調(diào)統(tǒng)一^[2]。由于電網(wǎng)規(guī)劃無法隨城市規(guī)劃調(diào)整而頻繁調(diào)整,導(dǎo)致電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性、準(zhǔn)確性受到一定影響,這也表明傳統(tǒng)的規(guī)劃方法已無法滿足新形勢下城市發(fā)展的需要。

大數(shù)據(jù)^[3]和移動互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用為提升電網(wǎng)規(guī)劃水平創(chuàng)造了條件。應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),借鑒“互聯(lián)網(wǎng)+”思維,加強城市規(guī)劃數(shù)據(jù)和電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)管理,挖掘歷史數(shù)據(jù)價值,可為提升規(guī)劃的科學(xué)性和準(zhǔn)確性奠定良好基礎(chǔ)。

國網(wǎng)吉林電力多元信息融合的城市電網(wǎng)立體智能規(guī)劃系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”）整合了電網(wǎng)規(guī)劃、城市規(guī)劃等多元信息,形成空間數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)兩大數(shù)據(jù)中心;配套建設(shè)了信息安全和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范兩套保障體系,保障系統(tǒng)安全性和有效性;運用大數(shù)據(jù)挖掘、空間地理信息等技術(shù),構(gòu)建了城市用電地圖、規(guī)劃方案運行模擬、智能選擇路徑等三大功能模塊。

 1 城市用電地圖

系統(tǒng)融合城市控規(guī)、土地總體利用規(guī)劃及營銷用電信息采集系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)^[4],以建筑物為基本單元,應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）空間建模技術(shù)進行“顆?；?rdquo;立體布局,構(gòu)建城市用電地圖,直觀展示城市用電信息,動態(tài)監(jiān)測每個建筑物的日、月、年度用電信息,提示用電波動、異常等情況,及時發(fā)現(xiàn)城市用電緊張的區(qū)域。

1.1 數(shù)據(jù)來源

用電地圖整合了城市發(fā)展和電網(wǎng)發(fā)展兩方面的數(shù)據(jù)^[5-6]。其中,城市數(shù)據(jù)為城市現(xiàn)狀地形圖中的建筑面積、位置,城市控制性詳細規(guī)劃中的用地性質(zhì)（見圖1）,以及政府統(tǒng)計年鑒中的人口、GDP、產(chǎn)業(yè)指標(biāo)等數(shù)據(jù)。

圖1 城市控制性詳細規(guī)劃圖Fig.1 Detailed urban control plan

電力數(shù)據(jù)包括SG186電力營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的電力客戶、業(yè)擴報裝信息（見圖2、圖3）;用電信息采集系統(tǒng)中的日、月、年度電量、電流信息（見圖4）;生產(chǎn)PMS系統(tǒng)的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖2 SG186電力營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的電力客戶信息Fig.2 Power customer information of SG186 power marketing business application system

圖3 營銷業(yè)擴報裝信息Fig.3 Information on the expansion of marketing industry

圖4 用電信息采集系統(tǒng)中的每日電量信息Fig.4 Daily electricity information in the electricity information acquisition system

1.2 技術(shù)路線

1）信息采集。每日從SG186系統(tǒng)接口獲取電力用戶信息,按日、月、年從用電信息采集系統(tǒng)接口獲取電量、電流、電壓、無功數(shù)據(jù),由抄表員將電力客戶編號與建筑物地理信息一一對應(yīng)。

2）匯總與鏈接。應(yīng)用GIS空間地理信息系統(tǒng)中匯總（sum）、鏈接（join）算法,將每棟建筑所有用戶電量、電流信息分類匯總,鏈接到建筑物上,使每個矢量建筑物屬性表中包含總電量、總電流、居民生活用電量及電流、商業(yè)辦公用電量及電流等信息。

3）立體展示。以建筑物為基本單元,采用BIM空間建模技術(shù)和三維格式化,實現(xiàn)建筑信息可視化,立體展示每個建筑物的用電量分布,構(gòu)建城市用電地圖。

4）負荷預(yù)測^[7-8]。根據(jù)用電地圖數(shù)據(jù),結(jié)合氣溫、節(jié)假日、大用戶報裝、城市用地性質(zhì)、經(jīng)濟社會指標(biāo),應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中的聚類分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析算法,開展超短期、短期、中期、長期負荷預(yù)測。

1.3 功能詳述

用電地圖實現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計、用電實時監(jiān)測、異常提示、問題預(yù)警、負荷預(yù)測、輔助決策等6個子功能。

1）數(shù)據(jù)統(tǒng)計^[9]。對導(dǎo)入的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行聚類分析,按項目類型、電壓等級、年份、供電區(qū)域等分別統(tǒng)計電網(wǎng)基礎(chǔ)信息和用戶信息。電力設(shè)施信息統(tǒng)計如圖5所示。

圖5 電力設(shè)施信息統(tǒng)計Fig.5 Power facilities information statistics

2）實時監(jiān)測^[10]。將電量數(shù)據(jù)空間映射到具體的建筑物中,清晰觀測城市每棟建筑的實時用電量,便于電網(wǎng)規(guī)劃人員準(zhǔn)確及時地掌握城市用電信息。城市用電信息實時監(jiān)測如圖6所示。

圖6 城市用電信息實時監(jiān)測Fig.6 Real-time monitoring of urban electricity information

3）異常提示。將用電地圖中的電量數(shù)據(jù)與去年同期、上次抄表、指定年月、平均電量等進行對比分析,可判斷每個建筑的電量突增、突減、零電量等異常情況,過濾掉季節(jié)性用電、生產(chǎn)性用電等因素,對重點異常用戶進行分析和檢查。

4）問題預(yù)警。若某一建筑的電量異常存在一段時間仍未消除,則預(yù)警周邊電網(wǎng)存在薄弱環(huán)節(jié),無法滿足該區(qū)域負荷增長的需要,負載的輕重以顏色深淺加以區(qū)分展示,輔助規(guī)劃人員判斷為其送電的線路載流量、配變?nèi)萘渴欠癯?分析電網(wǎng)運行是否存在的問題。長春市南關(guān)區(qū)電量異常及預(yù)警如圖7所示。

圖7 長春市南關(guān)區(qū)電量異常及預(yù)警Fig.7 Abnormal electric quantity and early warning in Nanguan district of Changchun city

5）負荷預(yù)測^[11]。根據(jù)用電地圖數(shù)據(jù),結(jié)合氣溫、節(jié)假日、重大事件、大用戶報裝情況,開展超短期、短期負荷預(yù)測,為進行實時安全分析和經(jīng)濟調(diào)度制定開機、停機計劃和發(fā)電計劃。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合城市用地性質(zhì)、經(jīng)濟社會指標(biāo),優(yōu)化中長期負荷預(yù)測數(shù)據(jù)和模型,為電網(wǎng)規(guī)劃提供決策依據(jù)。長春市重慶路卓展購物中心日電量預(yù)測曲線如圖8所示。

圖8 長春市重慶路卓展購物中心日電量預(yù)測曲線Fig.8 The forecast curve of shopping center daily power of Zhuozhan road in Changchun city

6）輔助決策。實時電量信息可為售電量預(yù)測、生產(chǎn)檢修計劃制定提供依據(jù);異常用電信息可為用電分析、反竊電工作提供支持;負荷發(fā)展趨勢預(yù)測可為規(guī)劃方案編制、近期電網(wǎng)建設(shè)項目提供建議。

 2 規(guī)劃方案運行模擬

規(guī)劃聯(lián)網(wǎng)方案編制完成后,在系統(tǒng)中對方案實施一段時間內(nèi)的電網(wǎng)運行情況進行模擬,利用用電地圖上的負荷預(yù)測結(jié)果,通過潮流穩(wěn)定計算,得出變電站投運后的負載和運行情況。同時,構(gòu)建電網(wǎng)運行效率評估模型,采用數(shù)理統(tǒng)計校驗和網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù),從供電可靠性、運行經(jīng)濟性等指標(biāo)評估方案實施成效,對比分析各種備選方案實施成效,選出最優(yōu)的變電站聯(lián)網(wǎng)方案和建設(shè)方案。

2.1 數(shù)據(jù)來源

1）電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃方案;

2）變電站規(guī)劃方案;

3）根據(jù)系統(tǒng)主接線形式,制定出符合系統(tǒng)安全且經(jīng)濟、合理的電網(wǎng)正常運行方式及運行檢修、N-1故障等運行方式,明確各設(shè)備及元件的運行狀態(tài);

4）通過城市用電地圖獲取到的負荷預(yù)測結(jié)果。

2.2 構(gòu)建電網(wǎng)運行效率評估模型

建立電網(wǎng)運行效率評價^[12]指標(biāo)體系,以方便對電網(wǎng)規(guī)劃運行模擬結(jié)果進行評價分析以及整體量化。這些指標(biāo)應(yīng)遵循數(shù)據(jù)一致性、時空一致性與可度量性等原則,實現(xiàn)對規(guī)劃方案實施成效的多角度評價,從而推薦最優(yōu)方案。

系統(tǒng)構(gòu)建的指標(biāo)體系綜合考慮了電網(wǎng)運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性,以及電網(wǎng)不同電壓等級之間的協(xié)調(diào)性;從最大負荷角度考慮了系統(tǒng)安全性、可靠性與協(xié)調(diào)性,以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

本系統(tǒng)設(shè)定了指標(biāo)權(quán)重,以量化描述同級指標(biāo)之間的重要程度高低。對于不同地區(qū)的規(guī)劃方案,綜合考慮不同地區(qū)的發(fā)展階段、區(qū)域功能等,設(shè)置不同的權(quán)重。比如一個地區(qū)目前處于城市發(fā)展的中級階段,功能以商辦、教育科研、居住為主,對該地區(qū)規(guī)劃方案實施評價時則對“經(jīng)濟性”要求較高,對“協(xié)調(diào)性”要求較低,因此“經(jīng)濟性”的權(quán)重值最大,“供電安全性”、“供電可靠性”和“協(xié)調(diào)性”的權(quán)重較小。

在對電網(wǎng)進行綜合評價過程中,需要對電網(wǎng)的“N-1”校驗通過率、系統(tǒng)平均供電可用度、線路負載率等各項指標(biāo)進行評價。確保各項指標(biāo)在特定范圍內(nèi),以保障電網(wǎng)運行效果。

2.3 功能詳述

2.3.1 模擬電網(wǎng)運行情況

規(guī)劃方案運行模擬流程^[13]為：首先將配電網(wǎng)規(guī)劃拓撲結(jié)構(gòu)圖、電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及電力電量預(yù)測結(jié)果錄入系統(tǒng)中;其次根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)主接線形式,制定出一種符合系統(tǒng)安全、經(jīng)濟合理的電網(wǎng)運行方式,并明確各個具體設(shè)備及元件的運行狀態(tài);最后按照每個月的典型日針對正常運行方式、運行檢修方式、N-1故障方式進行潮流計算,動態(tài)分析規(guī)劃水平年、投運后第5年和第10年的變電站負荷及線路潮流變化情況,驗證系統(tǒng)運行方式的靈活性、可靠性。2018年長春市綠園區(qū)局部潮流如圖9所示。

圖9 2018年長春市綠園區(qū)局部潮流Fig.9 The power flow trend map of Green Park in Changchun city, 2018

2.3.2 評估方案實施成效

系統(tǒng)方案成效評估具體流程如下：應(yīng)用反距離加權(quán)算法,對空間用電負荷密度進行計算,與規(guī)劃設(shè)計用電負荷進行比對;應(yīng)用決策樹等算法,對規(guī)劃成果信息進行綜合分析,給出總體評估結(jié)果。

1）從整體評估電網(wǎng)供電能力,將城市規(guī)劃、電量預(yù)測等多