电网规划毕业论文

1、.电网110kV变电站优化规划摘 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

2、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 CityAbstract: 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 econo

3、mic 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 capac

4、ity 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 su

5、bstation (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 th

6、e 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

7、；Distribution system；Distribution substation；Neural network.目 录1 绪论11.1 城市电网规划综述11.1.1 城市电网规划的目的和意义11.1.2 城市电网规划的主要内容11.1.3 城市电网规划的基本原则21.2 变电站规划综述21.2.1 变电站规划的内容及意义21.2.2 变电站选址的基本原则21.3 地理信息系统综述21.3.1 概念21.3.2 地理信息系统的构成31.3.3 地理信息系统的功能31.4 国内外研究现状41.5 本文主要研究内容52 濮阳电网现状62.1 濮阳市概况62.1.1濮阳市自然地理概况62.1.

8、2 濮阳市经济发展概况72.2 电网现状73 城市电网规划的主要技术原则83.1 供电可靠性83.2 变压器负荷率取值83.3 容载比83.4 变电站费用93.5 变电站选址104 数学模型114.1 数学模型的建立114.2 用贪心算法求初始可行解124.3 定站址、定供电范围的神经网络法134.4 求解方法164.5 算例175 基于GIS的城市电网规划系统的开发205.1 开发工具的选择205.2 GIS数据库的建立235.2.1 数据库模型235.2.2 数据库管理方法245.2.3 GIS数据库设计265.3 系统的实现275.3.1 面向对象的程序设计275.3.2 软件的界面及功

9、能实现306 结论33参考文献34致谢36附 录37.1 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

10、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

11、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%。通常，城市电网规划工作的内容主要包括以下几个方面: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

12、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：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)

13、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：1) 符合城市总体规划用地布局要求。2) 靠近负荷中心。3)

14、 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GeoInformation 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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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。C

20、raford和Hort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。RamirezRosado和BernalAgustin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

21、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,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

22、。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

23、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114520-11654，北纬35200-361223。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

24、（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4858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。

25、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500600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

26、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

27、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

28、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：图2-1 濮阳市实际功

29、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“

30、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 （3-1）变电站有2台主变时,安全运行率取65%，有3

31、台主变时,取87%，有4台主变时,取100%。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

32、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： (3-2)式中：变电站容载比； 功率因数； 变压器的运行率； 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

33、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

34、，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，因此变电站的投资费用可以表示为： (3-3)式中：变电站的容量；变压器的综合造价；断路器的综合造价；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

35、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

36、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： （4-1） s.t. （4-2） （4-3） （4-4） （4-5） （4-6） （4-7）式中： 变电站的建设投资及运行费用；线路网损费用；等年值系数；变电站i的带载容量；负荷点j的负荷值；N规划后变电站数；变电站i计及土地费用后的投资；变电站i的年运行费用；变电站i所供负荷点编号的集合；地理复杂系数；变电站i和负荷点j之间的直线距离；和对应的变电站出线单位长度建设费用；电价；和对应的变电站出线的单位长度电阻；年损耗小时数；U线电压；功率因数；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

37、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

38、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：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

39、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NY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 图4-1 贪心算法计算示意图图4-1中各带载容量所对应的价性比为，式中 （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

40、求的最小值，即近似等效为求的最小值。显然，这和供电范围密切相关。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。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YN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

41、的矩阵。在表4-1中，至表示n个变电站。至表示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。表4-1 负荷点分配表 100001010利用个神经元构成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与负荷点负荷之积作为一组约束信息，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： （4-9）式中：；与

42、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，第二项表示使达到最小，第三项表示各变电站应不发生过负荷。第三项中，取较小的实数，实际计算表明，当小于最小的千分之一时计算结果较理想，即有 （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： (4-11)式中 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，可导出神经元的动态方程为： （4-12）式中，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，

43、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中至代表n个已有变电站。至代表m个负荷点。代表变电站和负荷点之间的直线距离。表4-3 变电站与负荷点距离表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4-4 负荷点分配表1000010101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，当i给j供电时为1，当

44、i不给j供电时为0。将与相比较，如果，则符合供电情况。如果，则将离变电站最远的负荷点去除，直到。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：上式中，和为未被供电的负荷点j的坐标值，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图4-3 濮阳市实际功能区分图根据

45、濮阳电网的情况，取新建变电站可选容量集合为231.5, 331.5, 240, 340。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240，2、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)1402401.652号变电站(胡村站)231.5未扩建1.66 3号变电站(赵村站)231.5未扩建1.624号变电站(尧舜站)231.5未扩建1.575号变电站(国

46、庆站)1402402.576号变电站(化北站)231.5未扩建3.71号新建站(7号站)331.51.242号新建站(8号站)331.51.53号新建站(9号站)2401.86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N1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，

47、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

48、、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。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

49、GIS系统的优势是各项功能已形成独立的完整系统，提供了强大的数据输入输出功能、空间分析功能、良好的图形平台和可靠性能，缺点是系统复杂、庞大和成本较高，并且难于与其它应用系统集成。2） 模块化GIS模块化GIS系统是把GIS系统按功能划分成一系列模块，运行于统一的基础环中。Intergraph公司的MGE具有代表性的模块化GIS系统。模块化GIS系统具有较强的工程针对性，便于开发和应用。3） 组件式GIS组件式GIS是随着近年来计算机软件技术的发展而产生的，代表了GIS系统的发展潮流。组件式GIS具有标准的组件式平台，各个组件不但可以进行自由、灵活的重组，而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口

50、。组件式GIS平台的核心技术是Microsoft的组件对象模型（Component Object Model，简称COM）技术9,新一代组件式GIS大都是采用ActiveX控件技术来实现的，如Intergraph公司推出的Geomedia，ESRI公司推出的MapObjeccts，MapInfo公司推出的MapX，中科院地理信息产业发展中心开发的ActiveMap，北京灵图公司开发的三维虚拟现实地理信息系统VRMap等。这类GIS系统提供的是为完成GIS系统而推出的各种标准ActiveX控件和类型库（Type Library），使GIS系统开发者不必掌握专门的GIS系统开发语言，只需要熟悉基于

51、Windows 平台并且支持ActiveX控件技术的通用集成开发环境，了解组件式GIS各个控件（包括对象）的属性、方法和事件，就可以实现GIS系统。所以，组件式GIS在系统的无缝集成和灵活方面具有优势，从一定意义上讲，它代表了GIS系统的发展方向。在以上的开发工具中，组件式GIS是随着计算机软件技术的发展而产生的，代表了GIS系统的发展潮流。组件式GIS具有标准的组件式平台，各个组件不但可以进行自由、灵活的重组，而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。最主要的组件式GIS平台就是Microsoft的COM。Microsoft推出了基于COM的ActiveX控件技术。新一代的组件式GIS大都是

52、采用ActiveX控件来实现的。其具有制图功能强大、适应性强、二次开发方便、使用灵活、易于集成等特点。典型的GIS软件平台有美国MapInfo公司推出的Mapx，全球最大的GIS供应商ESRI推出的MapObjects，InterGraph公司的GeoMedia系列产品等。本文选用的是Mapx。Mapx组供应用开发人员使用的制图与GIS功能的组件。在诸多GIS组件中，MapX由于良好的二次开发性和易于嵌入性应用最为广泛。它是基于Mapinfo Professional地图化技术，能够实现Professional95%以上的功能，它是由一个叫MapX控件的ActiveX控件和一系列可编程的Act

53、iveX对象组成，它们可以在标准的Windows编程环境下使用，它以组件的方式提供了真正的对象链接和嵌入式的开发方案。它可以被快速集成到通用的高级语言环境中，如Visual Basic、PowerBuilder、Delphi、C+等，用户能够很容易地利用面向对象技术对其二次开发。MapX的主要特点包括以下几个方面：1） 方便快捷地将地图添加到应用中。支持方便快捷地将地图功能集成到新的或已有的应用中。可以使用标准的编程语言（如Delphi等）对其开发，MapX含有大量的方法和事件、高效的属性页和默认值以及其他向导，从而简化了应用开发。2） 数据访问和数据库支持MapX支持连接企业级空间服务器中的

54、动态数据，支持与ODBC，DAO，ADO，RDO等数据源链接，支持有效的SQL查询。3） 对象处理和编辑支持对象合并、创建缓冲区、对象擦除等图形功能。节点编辑功能允许用户通过删除和移动单个节点来编辑几何图形，如多边形。4） 专题制图允许用户指定颜色、符号来在地图上表达数据值，包括范围渲染、独立值、点密度、饼图和柱状图、符号等级图。5） 查找可以快速地定位和显示任何地图对象。6) 可视的空间选择可以用多种方式灵活地选择数据：通过单个点，在给定多边形中，或者通过绘制一个圆周或矩形来选择数据。7) 对地理信息进行地理编码。8) 图层控制允许用户管理多个图层的地理信息，例如图层对象样式、缩放设置、填充和可视性。动态图层存储数据并自动重绘移动的对象，支持