0 引言

隨著我國經濟的迅速發展,城市建設正以前所未有的速度進行,城市規劃面臨著新的挑戰和變革,規劃往往滯后于城市發展步伐。招商引資項目作為城市經濟發展的驅動力,其建設時序具有臨時性、突發性、不穩定性等特點,涉及的內容多樣。而城市規劃一般每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劃和土地利用總體規劃,無法與城市規劃做到一一對應,城市發展給電網規劃帶來了新的挑戰^[1]。

電網規劃作為城市規劃的重要組成部分,必須要與城市規劃協調統一^[2]。由于電網規劃無法隨城市規劃調整而頻繁調整,導致電網規劃的科學性、準確性受到一定影響,這也表明傳統的規劃方法已無法滿足新形勢下城市發展的需要。

大數據^[3]和移動互聯技術的應用為提升電網規劃水平創造了條件。應用大數據挖掘技術,借鑒“互聯網+”思維,加強城市規劃數據和電網規劃數據管理,挖掘歷史數據價值,可為提升規劃的科學性和準確性奠定良好基礎。

國網吉林電力多元信息融合的城市電網立體智能規劃系統（以下簡稱“系統”）整合了電網規劃、城市規劃等多元信息,形成空間數據、統計數據兩大數據中心;配套建設了信息安全和標準規范兩套保障體系,保障系統安全性和有效性;運用大數據挖掘、空間地理信息等技術,構建了城市用電地圖、規劃方案運行模擬、智能選擇路徑等三大功能模塊。

 1 城市用電地圖

系統融合城市控規、土地總體利用規劃及營銷用電信息采集系統的電力數據^[4],以建筑物為基本單元,應用建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）空間建模技術進行“顆粒化”立體布局,構建城市用電地圖,直觀展示城市用電信息,動態監測每個建筑物的日、月、年度用電信息,提示用電波動、異常等情況,及時發現城市用電緊張的區域。

1.1 數據來源

用電地圖整合了城市發展和電網發展兩方面的數據^[5-6]。其中,城市數據為城市現狀地形圖中的建筑面積、位置,城市控制性詳細規劃中的用地性質（見圖1）,以及政府統計年鑒中的人口、GDP、產業指標等數據。

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

電力數據包括SG186電力營銷業務應用系統中的電力客戶、業擴報裝信息（見圖2、圖3）;用電信息采集系統中的日、月、年度電量、電流信息（見圖4）;生產PMS系統的電網基礎數據。

圖2 SG186電力營銷業務應用系統中的電力客戶信息Fig.2 Power customer information of SG186 power marketing business application system

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

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

1.2 技術路線

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

2）匯總與鏈接。應用GIS空間地理信息系統中匯總（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空間建模技術和三維格式化,實現建筑信息可視化,立體展示每個建筑物的用電量分布,構建城市用電地圖。

4）負荷預測^[7-8]。根據用電地圖數據,結合氣溫、節假日、大用戶報裝、城市用地性質、經濟社會指標,應用大數據分析技術中的聚類分析和神經網絡分析算法,開展超短期、短期、中期、長期負荷預測。

1.3 功能詳述

用電地圖實現了數據統計、用電實時監測、異常提示、問題預警、負荷預測、輔助決策等6個子功能。

1）數據統計^[9]。對導入的電網數據進行聚類分析,按項目類型、電壓等級、年份、供電區域等分別統計電網基礎信息和用戶信息。電力設施信息統計如圖5所示。

圖5 電力設施信息統計Fig.5 Power facilities information statistics

2）實時監測^[10]。將電量數據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,便于電網規劃人員準確及時地掌握城市用電信息。城市用電信息實時監測如圖6所示。

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

3）異常提示。將用電地圖中的電量數據與去年同期、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,過濾掉季節性用電、生產性用電等因素,對重點異常用戶進行分析和檢查。

4）問題預警。若某一建筑的電量異常存在一段時間仍未消除,則預警周邊電網存在薄弱環節,無法滿足該區域負荷增長的需要,負載的輕重以顏色深淺加以區分展示,輔助規劃人員判斷為其送電的線路載流量、配變容量是否超限,分析電網運行是否存在的問題。長春市南關區電量異常及預警如圖7所示。

圖7 長春市南關區電量異常及預警Fig.7 Abnormal electric quantity and early warning in Nanguan district of Changchun city

5）負荷預測^[11]。根據用電地圖數據,結合氣溫、節假日、重大事件、大用戶報裝情況,開展超短期、短期負荷預測,為進行實時安全分析和經濟調度制定開機、停機計劃和發電計劃。在此基礎上,結合城市用地性質、經濟社會指標,優化中長期負荷預測數據和模型,為電網規劃提供決策依據。長春市重慶路卓展購物中心日電量預測曲線如圖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測、生產檢修計劃制定提供依據;異常用電信息可為用電分析、反竊電工作提供支持;負荷發展趨勢預測可為規劃方案編制、近期電網建設項目提供建議。

 2 規劃方案運行模擬

規劃聯網方案編制完成后,在系統中對方案實施一段時間內的電網運行情況進行模擬,利用用電地圖上的負荷預測結果,通過潮流穩定計算,得出變電站投運后的負載和運行情況。同時,構建電網運行效率評估模型,采用數理統計校驗和網絡分析技術,從供電可靠性、運行經濟性等指標評估方案實施成效,對比分析各種備選方案實施成效,選出最優的變電站聯網方案和建設方案。

2.1 數據來源

1）電網聯網規劃方案;

2）變電站規劃方案;

3）根據系統主接線形式,制定出符合系統安全且經濟、合理的電網正常運行方式及運行檢修、N-1故障等運行方式,明確各設備及元件的運行狀態;

4）通過城市用電地圖獲取到的負荷預測結果。

2.2 構建電網運行效率評估模型

建立電網運行效率評價^[12]指標體系,以方便對電網規劃運行模擬結果進行評價分析以及整體量化。這些指標應遵循數據一致性、時空一致性與可度量性等原則,實現對規劃方案實施成效的多角度評價,從而推薦最優方案。

系統構建的指標體系綜合考慮了電網運行的安全性、可靠性和經濟性,以及電網不同電壓等級之間的協調性;從最大負荷角度考慮了系統安全性、可靠性與協調性,以及系統運行的經濟性。

本系統設定了指標權重,以量化描述同級指標之間的重要程度高低。對于不同地區的規劃方案,綜合考慮不同地區的發展階段、區域功能等,設置不同的權重。比如一個地區目前處于城市發展的中級階段,功能以商辦、教育科研、居住為主,對該地區規劃方案實施評價時則對“經濟性”要求較高,對“協調性”要求較低,因此“經濟性”的權重值最大,“供電安全性”、“供電可靠性”和“協調性”的權重較小。

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

2.3 功能詳述

2.3.1 模擬電網運行情況

規劃方案運行模擬流程^[13]為：首先將配電網規劃拓撲結構圖、電網基礎數據及電力電量預測結果錄入系統中;其次根據現有的系統主接線形式,制定出一種符合系統安全、經濟合理的電網運行方式,并明確各個具體設備及元件的運行狀態;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,動態分析規劃水平年、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,驗證系統運行方式的靈活性、可靠性。2018年長春市綠園區局部潮流如圖9所示。

圖9 2018年長春市綠園區局部潮流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

系統方案成效評估具體流程如下：應用反距離加權算法,對空間用電負荷密度進行計算,與規劃設計用電負荷進行比對;應用決策樹等算法,對規劃成果信息進行綜合分析,給出總體評估結果。

1）從整體評估電網供電能力,將城市規劃、電量預測等多