配电网的网架结构优化中GIS的运用
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摘要:随着国家各行各业的快速发展，对电力能源的需求也在快速增长，如何解决用电需求与供电能力之间的矛盾，既保证供电质量与安全性、可靠性，又能最大程度上满足用户的需求，是我国需要解决的难题。电力系统是资金投入量大、技术要求高、系统复杂的工程，是关系到人民的生产生活中的方方面面，因此，做好供电工作对我国的经济发展有着重大意义。社会的发展，使得电力的供应方面不断在变化，在大力加强工程建设的同时，我们更应该搞好配电网的网架结构优化工作，使配电网的使用率提高，工程的成本降低，适应该区域的供电特点与发展趋势。
关键词: 网架结构优化；GIS；运用方式
GIS（Geographic Information System）---地理信息系统是将自然环景及人类活动的信息在计算机中进行数字化的分析、管理、应用的信息技术，是管理和研究数据的计算机系统。在处理数据时，能够快速的获取信息，以表格、图像、地图等形式生成，较为直观的呈现出来。在电力领域里，GIS有着广泛的应用，在优化配电网网架结构方面，可以有着较为出色的优化能力。配电网是指电力系统中二次降压变电站低压端直接或者降压后向用户供电的网络称为配电网络。主要由架空线或者是电缆配电线路、配电所或者降压变压器等组成。
1. 配电网优化及目的
配电网网架结构优化是将配电网在一点时间内根据负荷的变化趋势而进行的调整，目的是使网架结构的最合理化，使配电网既能满足供电需求，又能满足配电网资源的使用率的最大化，在后期建设中，优化配电网可以使投入以及运行支出的最小化，增加企业的经济效益，在突发事故情况中，优化的配电网能够较快的进行反应，第一时间恢复供电。
2. GIS系统的构成与功能
GIS系统主要有计算机系统和地理数据库系统。
计算机系统又分为硬件部分与软件部分。硬件部分包括处理器、数据存储器以及输出输入设备等。软件部分包括数据处理、管理、空间分析和地图建立等组成。
地理数据库系统主要包括几何数据和属性数据。几何数据由点、线、面组成，表现地理空间的位置、大小、方向等几何关系。地理数据库系统由数据及数据库管理系统组成，数据库管理系统用来进行查询、维护、操作等内容。在电力的GIS系统中，配电网优化GIS系统是利用数据库技术将配电网中的电力设备与数据对应起来，分析和定位数据，建立相应的拓扑机构，同时实现空间数据分析，从而进行配电网中的数据计算、统计、搜索等功能。
GIS系统中，配电网优化的内容较多，信息处理量大，变电站、杆塔等附属信息占用较多空间，通常情况下，可以通过GIS系统将配电网分成几大层，例如配电网的地理图层、配电网变电设施功能及分布图层、配电网线路铺设图层、配电网的负载分布图层等，通过对各个图层的综合分析，将配电网的实际使用情况进行调整，达到优化目的。
3. GIS在优化分区中的使用
在配电网优化中，GIS系统能够实现配电网的分区优化，利用启发式算法在地图上进行分区，然后将负荷的位置、大小、变化趋势、道路分布等情况输入到系统中，为了方便后续的线路优化，可以采取生成负荷图层和街区图层的方法。GIS系统根据街区图层生成地理图，分别计算各个部分的负载情况。利用街道的分布以及相邻点的最短距离或次短距离的计算判定是否是同一街区。将不合理的街区划分去除掉，使得相应的负荷划分到相应的区间内。避免街区不封闭以及负荷不能分布其中的现象。在这种优化方式中，如何判断是否是相邻的关系，关键是要将街区进行合理的标记，利用空间部分是否有交叉部分既可以判断出来。如果操作者认为分区优化不合理，可以在相应的区域进行手动调节或者重新手动布置。
4.GIS在线路优化中的使用
线路是将配电网中所有的负荷点连接起来， 线路优化时会在计算机系统中显示出所有适合的线路，在线路中，常常要设计到三类点,即负荷点、交叉点、电源点。负荷点通常是变压器等设施，交叉点是街道的交汇处，如十字路口、丁字路口等交叉路口。电源点是提供电能的位置。在优化时，通常是选电能的位置开始。负荷点、交叉点、电源点通常是相互独立的部分，将相关数据输入计算机系统，按照判断相邻点的计算方法进行计算，找出架线线路，初始的线路设计与揉入运行中的线路有一定的偏差，这与负荷有关，可以根据投资费用与发点费用或者投资费用与运行费用的优化方式，分别对线路进行优化，前者考虑了前期投入与电力的供应问题，但是在后期发展方面以及相关的设备使用率的情况的考虑较少，后者考虑投资费用与运行费用，针对性较强，长期适应性相对较低。优化方式还可以利用GIS的分析处理能力，将线路分层，针对不同的饿层次分别进行最优化的处理，使每部分达到优化，需要注意的是，每部分的优化条件可以适当的放松，使线路拥有一定的发展能力。针对不同地区供电特点的不同，以及发展趋势的不同，有针对性的进行调整，使线路达到与地区的发展特点相适应，同时又使经济利益最大化。在确定了第一块分区的线路后，该干线的末端又是另一个区域的起始端，重复上诉的过程并有针对性的改变，就可以形成整个区域的优化管理。
5.GIS编程优化配电网络的应用
GIS系统中的软件应用有两种方式，一种是利用GIS系统来处理相应数据，但是GIS的数据处理往往具有局限性，配电网架结构优化是一项复杂的工程，因此，可以在GIS的基础上，利用他的开发函数库开发出适合用户需求的软件。MapX控件作为GIS的开发软件能够使配电网的优化在地图上进行，变得非常直观、方便。在在关键中要特别注意地图坐标问题，MapX氛围显示坐标和计算坐标，在GIS系统中要设置好两者的参数，才能准确的计算出坐标情况并且显示出来。MapX软件可利用GIS系统的分层技术，将不同的内容按类别进行分层，用户可以根据需要分别对不同的内容进行相应的编辑、分析。
6. 最优线路抢修应用
在GIS系统中，改变了人为的配电网管理模式，使配电网的运行更加的安全、可靠、快速、高效、便捷。不仅提高了配电网设备的使用率，也提高了系统的整体供电质量。GIS系统提供了正常工作时配电网架优化功能，同时，也提供了在供电系统故障时的应急优化措施。其中最为典型的是故障发生时，到达故障地点的时间优化。
在城市中，每个区域与每条道路的交通状况不同，利用GIS系统可以对街道分布、车流量、行驶方向分别进行图层标示，到达的时间长短不同，合理的选择路线将为故障点的排除争取时间，故障地点是随机的，在道路优化过程中，采用不同的模式进行优化，例如时间最快、道路最短、手动设置等。这些模式可以根据得到的相关数据分别进行优化设计，方法与配电网架优化类似。
总结
配电网是电力系统中的重要组成部分，是直接面向用户的终端部分，直接关系到用户用电的安全性、可靠性。加强配电网的优化工作可以减少停电，提高供电质量与供电能力。随着经济的高速发展，电力的供应也将进一步加大，复杂性也会加剧，配电网的优化功能显现的会更加明显。在优化中，运用GIS系统技术能够将配电网与数据管理合并处理，通过相关的数学模型从而使配电网的结构更加合理，也为优化提供根本性的参考和决策性的意见，是优化的重要环节，也将有利于优化的顺利进行。
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