工控摘要：電網的建設和電網的規劃是相互推進，相輔相成的。在智能電網成為未來電網的發展方向的前提下，常規的電網規劃方法必須加以改進，適應智能電網的發展需要。
　　
　　近幾年，隨著信息技術的發展，地理信息系統（GSI）和人工智能（AI）方法逐步引入規劃系統，以計算機為工具，結合新技術和新手段已成為電網規劃的發展方向。本文主要分析了目前配電網規劃中存在的問題，提出了配電網的智能規劃，并加以介紹。
　　
　　引言
　　
　　未來的電網必須能夠提供更加安全、可靠、清潔、的電力供應，能夠適應多種能源類型發電方式的需要，能夠更加適應高度市場化的電力交易的需要，能夠更加適應客戶的自主選擇需要，進一步提高龐大的電網資產利用效率和效益，提供更加的服務。為此，以美國和歐盟為代表的不同國家和組織不約而同地提出要建設靈活、清潔、安全、經濟、友好的智能電網，將智能電網視為未來電網的發展方向。
　　
　　我國電網正處于高速發展階段，特高壓電網骨干網架的形成和智能電網的建設以及各類清潔能源的接入，對電網規劃設計提出了更高的要求。因此必須要構建一個能夠適應電網未來面臨的各種挑戰、體現智能電網的各種特征，而且能夠隨著規劃環境的變化加入新的內容的電網規劃體系。由于電壓等級低，涉及面相對不廣，網架層級簡單清晰等原因，配電網規劃更容易實現“智能化”。
　　
　　1配電網規劃及其目前存在的問題
　　
　　配電網規劃是指在分析和研究未來負荷增長情況以及城市配電網現狀的基礎上，設計一套系統擴建和改造的計劃。在盡可能滿足未來用戶容量和電能質量的情況下，對可能的各種接線形式、不同的線路數和不同的導線截面，以運行經濟性為指標，選擇*或次優方案作為規劃改造方案，使電力公司及其有關部門獲得zui大利益的過程。
　　
　　1.1配電網規劃的內容和目標
　　
　　配電網規劃是以電網中的中壓配電網為研究對象的規劃，包括中壓變電站和饋線系統。通常，配電網系統規劃需要考慮子輸電系統、中壓變電站和饋線這三個系統費用的協調和平衡。因此，配電網規劃的基本功能和主要研究內容包含三個方面：負荷預測、長期配電規劃和短期配電規劃。一般是以長期規劃指導短期規劃，以短期規劃落實和調整長期規劃。
　　
　　隨著負荷的不斷增長，輸電網絡的發展，配電網電壓等級的升高，配電網自動化的要求，城市規劃和環境的制約，以及社會、政治、經濟、工業和人民生活水平的發展變化等因素，都會對配電網的發展產生深遠的影響。事實上，任何一種規劃不可能同等地考慮所有的因素。目前，計算機上實現的配電網規劃都只能使在保證可靠安全的供電前提下，優化規劃期內配電網總投資和運行維修等費用，即以經濟指標的優化為目標進行規劃。對配電網規劃工作的基本要求有：（1）要有穩定可靠的供電能力;（2）要有較大的靈活性和適應性;（3）經濟性;（4）網架結構分層分片;（5）簡化接線增大容量。
　　
　　1.2配電網規劃中存在的普遍性問題
　　
　　1.2.1規劃資料不準確
　　
　　規劃資料是規劃人員對電網進行分析計算的基礎，但是部分地區對配電網現狀的分析不夠透徹、全面、深入，從而使得所收集的資料中存在文字表述不清、基礎數據收集不全、數據不準確、數據更新不及時、前后數據不對應、專業名詞概念混淆的等問題。這些問題的存在使得規劃人員手中掌握的數據不能切合實際地反映出當前配電網存在的問題，在此基礎上所做的規劃就失去了科學性和準確性。而且，電網規劃涉及多方面的利益協調，其過程是各方意愿、利益、認識達成“共識”的過程，而現實問題是規劃人員與電網維護人員溝通不足，導致實際問題考慮不足。
　　
　　1.2.2計算準確性不高
　　
　　配電網規劃中，由于缺乏負荷預測方面的專業知識和科學的計算軟件，歷史數據又不全，導致負荷預測結果不準確，造成電源點分布、線路路徑等網架結構方案誤差大;電氣潮流計算、短路電流、無功電壓等計算偏差較大;線損率、電壓、短路水平等沒有按照要求進行校驗，甚至有些地區的規劃方案沒有進行電氣計算，缺乏必要的理論依據，造成規劃的科學性和可行性較差。
　　
　　1.2.3缺乏前瞻性
　　
　　規劃涉及電網本身信息的管理、地理信息勘測與圖像處理以及數據統計與分析等多方面內容，研究對象及相關數據規模龐大、結構復雜、不確定和未知因素多，并且規劃往往局限于局部范圍，因此難以驗證所規劃電網對大電網穩定性的影響，對各區域電網之間的協調問題預測不足，缺乏前瞻性。致使所形成的規劃方案可能只能在近期有較好的效果，這樣的規劃方案的經濟性和科學性較低。
　　
　　1.2.4城市配電網技術落后
　　
　　與世界其它發達國家相比，我國的配電系統發展起步較晚，發展水平較低，建設相對落后。城市配電網，特別是老城網，已或多或少滯后于城市經濟發展，成為制約城市發展的瓶頸。配電網結構不合理，電力設備數量多但性能落后、免維護水平低且不適合自動化要求等，導致停電事故頻繁發生，可靠性較低，嚴重影響了人民的生活水平和經濟建設的發展。有些地區的*在配網自動化的建設規劃方面以介紹系統為主，對具體工程、對一次設備的選擇及有關技術要求上缺乏統籌規劃，沒有與實際情況相結合，缺乏完善統一的管理模式。
　　
　　1.2.5配電網與主網的建設發展不協調
　　
　　主網規劃對配電網規劃起著導向作用，配電網規劃是主網規劃的基礎，也是配網改造和建設的關鍵環節，對電網后期工作起著主導作用。由于近幾年資金主要投入了主網，對中低壓配電網投入較少，使得中低壓配電網建設一直處于落后狀態，地區城市配網規劃與主網規劃沒有統籌協調發展，造成了局部地區供電半徑大、損耗高、電壓低、可靠性差等問題[5]。
　　
　　1.2.6配電網建設與城市發展建設不協調
　　
　　城市配電網是城市的重要基礎設施之一，與城市的發展密切相關。城市配電網規劃是城市發展規劃的重要組成部分，并且電網的網架結構建設周期較長，建成后短期內一般不會有大的變動，所以城市配電網必須與城市建設緊密配合，同步實施，并要有一定的超前意識且與城市景觀相協調。城市規劃引導著負荷的發展，配電網的建設要隨之進行相應的調整和改變。由于配網規劃部門與地方經濟管理部門、城市規劃部門溝通不力，地方政府沒有將城市配網規劃納入城市整體規劃當中。造成了城市配網規劃與地區經濟發展、城市建設規劃相互脫節，甚至落后于地區經濟發展、城市建設規劃，不能很好地為地方經濟建設服務，與市政建設協調發展[5]。
　　
　　2配電網的智能規劃
　　
　　由以上分析可以看出，配電網規劃工作是一項復雜的系統工程，其復雜性突出地表現在其具有規模大、不確定、不精細因素多和涉及領域廣的特點。它不僅需要大量有關城市發展的歷史數據，還需要對現狀網進行分析，同時，更要對城市未來發展情況有比較全面的了解，*依靠規劃工作者的規劃經驗規劃未來城市的電力系統，已經遠遠不能滿足現代城市配電網規劃的要求。故需緊密結合實際研究解決這些問題的新理論、新模型和新方法，并將研究成果實用化和工程化，指導實際的電網規劃建設工程，這是一件具有重大社會經濟意義和理論價值的工作。
　　
　　2.1智能規劃的概念
　　
　　電網智能規劃則是將地理信息系統（GIS）技術、計算機技術以及電網規劃理論研究成果和實際電網規劃工作結合形成的新型規劃系統，具有信息化、可視化、交互性、智能化的功能特點，能夠超前應對不斷變化的內外部形勢，提高電網規劃的適應性和科學性，是建設統一堅強智能電網的重要保障。現階段提升電網規劃能力的總體思路,按照規劃體系電網性能、效率、社會效益和成本四方面要求，華東公司已重點加強核心技術攻關，開展了相關課題研究。
　　
　　2.2智能規劃的特點
　　
　　智能規劃有別于常規的規劃，綜合目前電網智能規劃的研究發展情況，電網智能規劃必須具備以下5個功能特點。
　　
　　（1）地理信息系統平臺。電網規劃需兼顧經濟性和可靠性，而經濟性和地理信息緊密相關。因此，電網規劃不但需要考慮電網拓撲結構，更需要考慮電網地理信息。而且多年的工程實踐和研究論證表明，建設電網規劃GIS平臺能夠為電網資產全壽命周期管理、項目后評估等功能任務的實現奠定基礎，電網智能規劃必須基于電網地理信息系統[7]。
　　
　　（2）電網規劃信息系統。電力系統具有海量數據、廣域分布的特點。電網規劃涉及面很廣，要考慮的各方面的問題繁多，信息量更加龐大;另一方面，電力市場化改革給電網規劃工作帶來的挑戰，“廠網分開、競價上網”，發電公司和電網公司都已經成為獨立的市場經營主體，供應側的電源和電網協調難度加大，電網規劃面對的不確定性不斷增加。
　　
　　智能規劃是一個開放的系統，具備充分的數據和龐大的設備架構體系，具有信息高度融合集中的特點，能夠快速獲得和應對現有各類信息和各方面問題，也能夠不斷更新獲取新信息和新問題[7]。
　　
　　（3）可視化。和電網運行不同，電網規劃設計需要更加的電網接線圖，并且對未來各個水平年的電網進行統一規劃。目前，我國電網處于快速發展階段，電網滾動規劃周期加快。每次規劃的優化調整給測繪工作、計劃規劃管理工作帶來了困難。智能規劃一個顯著功能是實現地圖和數據的結合，實現包括電氣計算結果在內的各類信息的數字化、可視化。智能規劃系統不僅能夠自動生成所需的電網地理接線圖和系統方案圖，供規劃人員設計研討使用，而且能夠提供一個可視化的平臺，輔助規劃人員實現方案設計，并完成系統方案的電氣計算校驗和經濟技術比較[7]。
　　
　　（4）交互性——建立統一的協議和模型標準。電網是不斷發展的，各類新技術新理念也是不斷發展的，電網規劃面臨的問題也是隨著發展不斷變化的;另一方面，各類開發平臺、開發軟件表現形式各不相同，各有特點、優勢。因此，電網智能規劃必須是一個開放的、具有交互性的平臺。交互性就意味著智能規劃系統必須建立統一的協議和模型標準，以保證不同參與者開發的軟硬件模塊的無縫結合[7]。
　　
　　（5）智能化。將地理信息系統技術、計算機技術和傳統的電網規劃領域結合，即初步形成了電網智能規劃的實現基礎，能夠初步對規劃技術人員進行輔助，大大提高電網規劃集約化、標準化程度。在信息化的基礎上實現智能化，則是智能規劃系統的成熟階段。屆時，在標準的數據模型和統一開放的系統平臺的基礎上，開發研究人員能夠采用各類開發語言，建設相應功能，加快各類電網規劃研究成果的實際應用轉化，以取代現有的電網規劃的各項實際工作。電網規劃的理念、方法、流程機制、研究成果都將達到一個更高的層次[7]。
　　
　　電網規劃是現有電網的擴展，必須建立在對現有電網、設備運行情況等大量信息的分析基礎上。所以智能規劃系統和智能電網建設相輔相成的。智能電網的建設能夠為智能規劃提供豐富的現狀數據，將是電網智能規劃的重要數據信息來源;另一方面，智能規劃能夠更加快速應對各類變化的邊界條件，及時獲取新技術、各類新能源、可再生能源的信息，加快智能電網的建設，提高電網整體的信息化程度。
　　
　　2.3智能規劃所引入的方法和技術
　　
　　2.3.1地理信息系統
　　
　　現在的電網規劃涉及多方面的利益協調，其過程是各方意愿、利益、認識達成“共識”的過程，而現實問題是規劃人員與電網維護人員溝通不足，導致實際問題考慮不足;另外，規劃涉及電網本身信息的管理、地理信息勘測與圖像處理以及數據統計與分析等多方面內容，研究對象及相關數據規模龐大、結構復雜、不確定和未知因素多，并且規劃往往局限于局部范圍，因此難以驗證所規劃電網對大電網穩定性的影響，對各區域電網之間的協調問題預測不足，缺乏前瞻性。如果沒有行之有效的規劃手段，沒有足夠的超前意識，正在建設的電網不具備未來智能電網所需的一些擴展和升級條件，那將來實現智能電網時不僅會帶來繁重的電網改造任務，還將帶來巨大的額外投入。
　　
　　地理信息系統（GIS）可充分整合利用地理信息數據，方便對空間地理數據進行查詢、加工以及分析處理，其主要工作領域是地理空間數據的處理。由于電網線路具有典型的線形地理特征，所以可應用GIS對電網進行可視化、形象化的管理。地理信息系統（GIS）的主要工作領域是地理空間數據的處理，而電網規劃中所處理的對象也具有廣闊的時間和空間分布的特點，這使得電網規劃方面的信息化工作越來越多地依托于GIS平臺。
　　
　　基于GIS的電網規劃平臺，旨在提高電網發展規劃的信息化水平和規劃人員的工作效率。電網規劃平臺一般分為用戶層、應用層和數據層三層。用戶層主要是為電網規劃用戶提供友好的圖形化界面及權限控制;應用層主要是集成了電網規劃所需要的各種功能，如：電網屬性信息與地理信息的查詢和瀏覽、電網信息更新、電網圖層管理、電網屬性信息管理、地理信息管理、系統配置管理、線路增減、變電站布點等;數據層為整個平臺提供數據支持，這一層實際就是GIS。
　　
　　簡而言之，GIS系統就是電網規劃平臺的數據庫，它為電網規劃提供地理信息和電網信息，支撐電網規劃的負荷預測、布點定容、影響分析、效果評估等功能。
　　
　　2.3.2智能決策支持系統
　　
　　配電網規劃作為一項系統工程，涉及到越來越多的人為因素和半結構化因素，需要大量的有關配電網發展的歷史數據，對現有配電網進行深人的分析，同時還需對城市的未來發展情況有比較全面的了解，其復雜性為智能決策支持系統的應用提供了廣闊的舞臺。配電網規劃智能決策支持系統是通過綜合電網規劃的基本理論、原則和方法，并利用計算機科學手段，對現有電網的相關數據信息進行處理，綜合歸納得出各種模型并加以應用，得到科學規劃的決策方案，為決策者提供科學的依據。
　　
　　配電網規劃的特點決定了配電網規劃智能決策支持系統是一個復雜的系統。為適應配電網規劃的特點，提高配電網規劃智能決策支持系統的功能和效率，系統建立在GIS基礎上，并采用基于人工智能與決策支持系統的功能集成和技術集成的，各庫并列型多庫協同的總體結構方案，以面向對象中的消息通信為接口技術，以面向對象的表示方法為廣義模型。
　　
　　基于GIS的配電網規劃智能決策支持系統的結構圖如圖2.1所示。專家決策模塊是智能決策支持系統的核心部分，它通過利用與配電網規劃相關的各種信息進行綜合分析決策后得出配電網規劃的*方案;知識庫中存儲有與配電網規劃相關的一些難以用數學方法描述的人的知識和經驗;專家決策模塊利用知識庫里的知識進行推理判斷;模型庫中有以標準形式存儲的通用模型、模型和用戶模型等各種模型，可為決策者提供推理、比較、選擇和分析整個問題的模型;方法庫存儲有解決配電網規劃問題所需的數學和運籌學方法，能對各種模型的求解分析提供必要的算法;GIS系統平臺為配電網規劃提供了強大的空間分析和顯示功能，配電網規劃中的空間負荷預測、變電站選址、饋線的合理布局等功能都離不開GIS系統的支持;配電網規劃數據庫上集中存儲有地理、經濟、負荷、網絡、費用和可靠性等配電網規劃所需的數據，并與MIS、SCADA系統和用戶信息系統（ClientInformat*tem，CIS）等系統相連，從SCADA系統可獲取負荷測量數據，從CIS系統獲得用戶的用電量和用電特性等信息用于負荷分析，從GIS系統中可自動提取配電網規劃所需的空間數據。
　　
　　建立在GIS平臺上的配電網規劃智能決策支持系統，實現了地圖的讀入、漫游、查詢、縮放、標注等功能，并建立了良好的操作界面，可以直觀地顯示各個規劃年份的規劃結果，反映網絡結構的變化。本系統也有助于規劃人員對規劃相關的數據的積累，便于不斷地對配電網實施滾動規劃。
　　
　　2.3.2基于多種智能算法的電網規劃系統
　　
　　在配電網規劃過程中需要涉及到電力系統分析、運籌學、人工智能等多學科的理論與方法，如電網計算理論包括潮流計算、短路計算、線損計算、可靠性分析、經濟性分析等;對于不同的規劃問題，需要運用運籌學方法對問題進行數學建模，并求解以經濟成本或可靠性為目標的優化問題;在負荷預測及求解優化問題的過程中，包括神經網絡、遺傳算法在內的人工智能方法又是解決問題的主要途徑。
　　
　　基于多種智能算法的規劃系統是一個電網規劃的通用平臺，能夠模擬電網規劃專家的工作思路,按照向導式的應用流程，系統包含現狀網分析、負荷預測、變電站規劃、網架規劃和規劃網評估等幾個主要功能模塊，具有智能型的特點，把優化計算和智能化的專家干預相結合，使規劃方案的形成靈活方便。
　　
　　該系統在算法設計上采用當前比較*的智能優化算法，使其具有一定的超前性，同時兼顧通用的、成熟的算法，可以通過計算結果的比較和加權取得更好的計算效果。系統的智能性體現在各種計算的自動化程度高，多種方案的自動比較，并且能夠與地理信息（GIS）相結合的變電站自動選址，供電方案的確定，并提供人性化的圖形操作界面。
　　
　　除了上述介紹的地理信息系統、智能決策支持系統、基于多種智能算法的電網規劃系統，智能規劃中還采用其它大量的技術和方法。如：面向電網的多適應性智能規劃體系，可視化電力系統規劃平臺，基于商業化組件的配電網智能規劃平臺等。另外，人工智能在配電網規劃中的廣泛應用，雖然存在一些局限性，但針對特定的問題，這些方法都取到了較好的效果。這些科學的手段和方法的采用，能保證電網建設能夠合理利用資源、節能降損、提高供電質量、保證供電安全、提升可靠性水平。
　　
　　3結語
　　
　　配電網智能規劃系統為規劃人員提供了科學決策的依據工具。科學、實用的規劃方案為配電網電力供應能力、供電可靠性和電能質量的改善提供了根本的保證。我國將要建設統一堅強的智能電網，電網智能規劃是保證這一宏偉藍圖實現的重要手段和前提保障。但是要實現智能規劃也面臨著一些問題，如：規劃平臺多樣、數據格式不統一、電網地理信息的安全性等。規劃人員應該正視這些問題并加以解決，不斷完善和發展智能規劃，使智能規劃為當今電網的快速發展做貢獻。