基于地理信息系統(tǒng)的農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃方法的研究

摘要　本文針對目前農(nóng)村電網(wǎng)（以下間稱農(nóng)網(wǎng)）規(guī)劃難以滿足規(guī)劃人員實用要求之現(xiàn)狀，提出應用地理信息系統(tǒng)（Geo－graphicalInformation System，簡稱GIS）技術改進農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃之設想[陽光電子學校維修專家友情提示]。基于中心地理論之應用模型，提出基于GIS之子系統(tǒng)模型及算法，將配網(wǎng)規(guī)劃這一NP－h(huán)ard問題轉(zhuǎn)化為無約束之線性凸規(guī)劃問題，并使問題規(guī)模大為減小[陽光電子學校維修專家友情提示]。研究結(jié)果表明借助GIS無需復雜之算法便可實現(xiàn)規(guī)劃過程更具交互性、規(guī)劃結(jié)果更具直觀性、方案調(diào)整更具靈活性[陽光電子學校維修專家友情提示]。基于GIS之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃可作為農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃人員之得力工具[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    關鍵詞　GIS　農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃　變電站選址　路徑優(yōu)化

1　引言

　　配電網(wǎng)規(guī)劃問題在數(shù)學上是一個NP—hard問題，近幾年，雖然采用現(xiàn)代啟發(fā)式算法，如遺傳算法、模擬褪火算法、Tabu搜索等，在解決配電網(wǎng)規(guī)劃之全局優(yōu)問題上也取得了一些突出之成果[陽光電子學校維修專家友情提示]。但是還存在如下不足：1）求解規(guī)模和變電站位置優(yōu)化之局限[陽光電子學校維修專家友情提示]。2）由于規(guī)劃模型及尋優(yōu)過程中難以考慮地理因素，致使規(guī)劃之結(jié)果不適宜[陽光電子學校維修專家友情提示]。3）規(guī)劃不直觀、不可視[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　鑒于上述不足，并考慮到農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃有其自身特點，因其變電站位置和10 kV路徑選擇有更多之任意性，致使問題規(guī)模更大，求解更難，本文提出利用GIS技術改進農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃之設想，并提出基于GIS之子系統(tǒng)模型及算法，使問題規(guī)模大為縮小，實例驗證該方法能夠解決大規(guī)模之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃問題[陽光電子學校維修專家友情提示]。

2　基于GIS之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃應用系統(tǒng)之總體結(jié)構(gòu)設計

2．1　在農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃中引入GIS之優(yōu)越性
　　從農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃本身來看，利用GIS有如下幾點優(yōu)越性：
　　（1）GIS是結(jié)合CAD技術和數(shù)據(jù)庫技術之空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在進行農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃時，能夠通過數(shù)據(jù)訪問方便地獲得變電所、負荷點之位置坐標[陽光電子學校維修專家友情提示]。GIS還具有空間分析之功能，在變電站選址尋優(yōu)過程中，能夠利用其避開障礙物[陽光電子學校維修專家友情提示]。（2）借助GIS，避免了煩瑣之節(jié)點編號、支路編號[陽光電子學校維修專家友情提示]。（3）利用GIS便于規(guī)劃人員進行前期分析：提供地理背景便于確定待選變電站、待選線路之長度和路徑（不需再作測量）；圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之雙向檢索[陽光電子學校維修專家友情提示]。（4）方案調(diào)整靈活[陽光電子學校維修專家友情提示]。（5）可視、交互[陽光電子學校維修專家友情提示]。
2．2　基于GIS之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃應用系統(tǒng)之總體結(jié)構(gòu)設計
2．2．1　總體設計思想
　　基于GIS之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃應用系統(tǒng)之總體設計思想是：主功能界面基于通用GIS軟件（如GeoMediaPro 3．0、ARC／INFO、MapInfo等），研究與GIS相結(jié)合之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃模型及算法，針對研究提出之模型和算法，編制相應之程序模塊[陽光電子學校維修專家友情提示]。將各模塊與GIS集成[陽光電子學校維修專家友情提示]。
2．2．2　總體結(jié)構(gòu)
　　本文設計之“基于GIS之農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃應用系統(tǒng)”由如下幾個模塊構(gòu)成：農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)庫、變電所優(yōu)化布局模塊、10 kV線路優(yōu)化規(guī)劃模塊等[陽光電子學校維修專家友情提示]。系統(tǒng)之總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[陽光電子學校維修專家友情提示]。

3　基于GIS之農(nóng)網(wǎng)子系統(tǒng)規(guī)劃模型及算法

3．1　基于GIS之變電站優(yōu)化布局模型和算法
　　在中心地理論之應用模型中，有離散型多場址選擇模型、離散型單場址選擇模型、連續(xù)型多場址選擇模型和聯(lián)系型單場址選擇模型［1，2］[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　解決變電站優(yōu)化布局問題可采用離散型多場址選擇模型和連續(xù)型多場址選擇模型[陽光電子學校維修專家友情提示]。本文采用連續(xù)型多場址選擇模型[陽光電子學校維修專家友情提示]。具體到每一個變電站之位置選擇又需要用單場址選擇模型[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　本文中，先把變電所合理布點問題看作是一個連續(xù)性問題，借助GIS之空間分析功能，優(yōu)化出之變電所位置若是居民區(qū)或林地、水域等不適宜之位置，則重新進行負荷分配，進而重新確立變電所之位置[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    基于此，本文將變電所合理布點問題描述為：
    已知：（1）n個負荷點之位置（xj，yj），（j＝1，2Λn）
　　（2）各負荷點之負荷為Pj
    求負荷非均勻分布條件下：
    （1）變電所之優(yōu)化數(shù)目m，
    （2）各變電所之 優(yōu)區(qū)位（ui，vi），（i＝1，2Λm）
　　（3）確定各變電所之優(yōu)化供電區(qū)域，為此，設置決策變量Xij

　　為解決這一問題，本文在連續(xù)型多場址選擇模型之基礎上，建立了變電所布局之空間優(yōu)化模型[陽光電子學校維修專家友情提示]。用NF表示農(nóng)網(wǎng)之年費用，則有

約束條件：1）保證對所有負荷點供電，一個負荷點只能由一個變電站供電；
          2）滿足變電所容量約束：容載比不低于1．8－2．1[陽光電子學校維修專家友情提示]。
式中β——農(nóng)網(wǎng)單位距離、單位負荷之年費用系數(shù)；
　　Pj——負荷點j之規(guī)劃年負荷（MW）[陽光電子學校維修專家友情提示]。
其中β＝NF／PlLjj                        （2）

式中NF——經(jīng)濟供電半徑下之農(nóng)網(wǎng)年費用，其計算式詳見文獻［3］；
    Pl——10 kV線路之傳輸功率[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    Ljj——經(jīng)濟供電半徑（km），對文獻［4］之計算結(jié)果進行處理而得[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    ml——10 kV線路出線條數(shù)（ml＝6）[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    ms——平均負荷密度下優(yōu)化變電站數(shù)量[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　上述模型在GIS軟件系統(tǒng)

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