0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,城市建設(shè)正以前所未有的速度進(jìn)行,城市規(guī)劃面臨著新的挑戰(zhàn)和變革,規(guī)劃往往滯后于城市發(fā)展步伐。招商引資項(xiàng)目作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力,其建設(shè)時(shí)序具有臨時(shí)性、突發(fā)性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn),涉及的內(nèi)容多樣。而城市規(guī)劃一般每5年修編一次,項(xiàng)目實(shí)際落位情況常常不符合已編制的城市控制性詳細(xì)規(guī)劃和土地利用總體規(guī)劃,無(wú)法與城市規(guī)劃做到一一對(duì)應(yīng),城市發(fā)展給電網(wǎng)規(guī)劃帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)^[1]。

電網(wǎng)規(guī)劃作為城市規(guī)劃的重要組成部分,必須要與城市規(guī)劃協(xié)調(diào)統(tǒng)一^[2]。由于電網(wǎng)規(guī)劃無(wú)法隨城市規(guī)劃調(diào)整而頻繁調(diào)整,導(dǎo)致電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性、準(zhǔn)確性受到一定影響,這也表明傳統(tǒng)的規(guī)劃方法已無(wú)法滿足新形勢(shì)下城市發(fā)展的需要。

大數(shù)據(jù)^[3]和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用為提升電網(wǎng)規(guī)劃水平創(chuàng)造了條件。應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),借鑒“互聯(lián)網(wǎng)+”思維,加強(qiáng)城市規(guī)劃數(shù)據(jù)和電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)管理,挖掘歷史數(shù)據(jù)價(jià)值,可為提升規(guī)劃的科學(xué)性和準(zhǔn)確性奠定良好基礎(chǔ)。

國(guó)網(wǎng)吉林電力多元信息融合的城市電網(wǎng)立體智能規(guī)劃系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”）整合了電網(wǎng)規(guī)劃、城市規(guī)劃等多元信息,形成空間數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)兩大數(shù)據(jù)中心;配套建設(shè)了信息安全和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范兩套保障體系,保障系統(tǒng)安全性和有效性;運(yùn)用大數(shù)據(jù)挖掘、空間地理信息等技術(shù),構(gòu)建了城市用電地圖、規(guī)劃方案運(yùn)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(tǒng)融合城市控規(guī)、土地總體利用規(guī)劃及營(yíng)銷用電信息采集系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)^[4],以建筑物為基本單元,應(yīng)用建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）空間建模技術(shù)進(jìn)行“顆粒化”立體布局,構(gòu)建城市用電地圖,直觀展示城市用電信息,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)每個(gè)建筑物的日、月、年度用電信息,提示用電波動(dòng)、異常等情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)城市用電緊張的區(qū)域。

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

用電地圖整合了城市發(fā)展和電網(wǎng)發(fā)展兩方面的數(shù)據(jù)^[5-6]。其中,城市數(shù)據(jù)為城市現(xiàn)狀地形圖中的建筑面積、位置,城市控制性詳細(xì)規(guī)劃中的用地性質(zhì)（見(jiàn)圖1）,以及政府統(tǒng)計(jì)年鑒中的人口、GDP、產(chǎn)業(yè)指標(biāo)等數(shù)據(jù)。

圖1 城市控制性詳細(xì)規(guī)劃圖Fig.1 Detailed urban control plan

電力數(shù)據(jù)包括SG186電力營(yíng)銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的電力客戶、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝信息（見(jiàn)圖2、圖3）;用電信息采集系統(tǒng)中的日、月、年度電量、電流信息（見(jiàn)圖4）;生產(chǎn)PMS系統(tǒng)的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖2 SG186電力營(yíng)銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的電力客戶信息Fig.2 Power customer information of SG186 power marketing business application system

圖3 營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)報(bào)裝信息Fig.3 Information on the expansion of marketing industry

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

1.2 技術(shù)路線

1）信息采集。每日從SG186系統(tǒng)接口獲取電力用戶信息,按日、月、年從用電信息采集系統(tǒng)接口獲取電量、電流、電壓、無(wú)功數(shù)據(jù),由抄表員將電力客戶編號(hào)與建筑物地理信息一一對(duì)應(yīng)。

2）匯總與鏈接。應(yīng)用GIS空間地理信息系統(tǒng)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(gè)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(yè)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(shù)和三維格式化,實(shí)現(xiàn)建筑信息可視化,立體展示每個(gè)建筑物的用電量分布,構(gòu)建城市用電地圖。

4）負(fù)荷預(yù)測(cè)^[7-8]。根據(jù)用電地圖數(shù)據(jù),結(jié)合氣溫、節(jié)假日、大用戶報(bào)裝、城市用地性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo),應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中的聚類分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析算法,開展超短期、短期、中期、長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

1.3 功能詳述

用電地圖實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、用電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常提示、問(wèn)題預(yù)警、負(fù)荷預(yù)測(cè)、輔助決策等6個(gè)子功能。

1）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)^[9]。對(duì)導(dǎo)入的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,按項(xiàng)目類型、電壓等級(jí)、年份、供電區(qū)域等分別統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)基礎(chǔ)信息和用戶信息。電力設(shè)施信息統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5 電力設(shè)施信息統(tǒng)計(jì)Fig.5 Power facilities information statistics

2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)^[10]。將電量數(shù)據(jù)空間映射到具體的建筑物中,清晰觀測(cè)城市每棟建筑的實(shí)時(shí)用電量,便于電網(wǎng)規(guī)劃人員準(zhǔn)確及時(shí)地掌握城市用電信息。城市用電信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)如圖6所示。

圖6 城市用電信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Fig.6 Real-time monitoring of urban electricity information

3）異常提示。將用電地圖中的電量數(shù)據(jù)與去年同期、上次抄表、指定年月、平均電量等進(jìn)行對(duì)比分析,可判斷每個(gè)建筑的電量突增、突減、零電量等異常情況,過(guò)濾掉季節(jié)性用電、生產(chǎn)性用電等因素,對(duì)重點(diǎn)異常用戶進(jìn)行分析和檢查。

4）問(wèn)題預(yù)警。若某一建筑的電量異常存在一段時(shí)間仍未消除,則預(yù)警周邊電網(wǎng)存在薄弱環(huán)節(jié),無(wú)法滿足該區(qū)域負(fù)荷增長(zhǎng)的需要,負(fù)載的輕重以顏色深淺加以區(qū)分展示,輔助規(guī)劃人員判斷為其送電的線路載流量、配變?nèi)萘渴欠癯?分析電網(wǎng)運(yùn)行是否存在的問(wèn)題。長(zhǎng)春市南關(guān)區(qū)電量異常及預(yù)警如圖7所示。

圖7 長(zhǎng)春市南關(guān)區(qū)電量異常及預(yù)警Fig.7 Abnormal electric quantity and early warning in Nanguan district of Changchun city

5）負(fù)荷預(yù)測(cè)^[11]。根據(jù)用電地圖數(shù)據(jù),結(jié)合氣溫、節(jié)假日、重大事件、大用戶報(bào)裝情況,開展超短期、短期負(fù)荷預(yù)測(cè),為進(jìn)行實(shí)時(shí)安全分析和經(jīng)濟(jì)調(diào)度制定開機(jī)、停機(jī)計(jì)劃和發(fā)電計(jì)劃。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合城市用地性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo),優(yōu)化中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和模型,為電網(wǎng)規(guī)劃提供決策依據(jù)。長(zhǎng)春市重慶路卓展購(gòu)物中心日電量預(yù)測(cè)曲線如圖8所示。

圖8 長(zhǎng)春市重慶路卓展購(gòu)物中心日電量預(yù)測(cè)曲線Fig.8 The forecast curve of shopping center daily power of Zhuozhan road in Changchun city

6）輔助決策。實(shí)時(shí)電量信息可為售電量預(yù)測(cè)、生產(chǎn)檢修計(jì)劃制定提供依據(jù);異常用電信息可為用電分析、反竊電工作提供支持;負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)可為規(guī)劃方案編制、近期電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目提供建議。

 2 規(guī)劃方案運(yùn)行模擬

規(guī)劃聯(lián)網(wǎng)方案編制完成后,在系統(tǒng)中對(duì)方案實(shí)施一段時(shí)間內(nèi)的電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬,利用用電地圖上的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果,通過(guò)潮流穩(wěn)定計(jì)算,得出變電站投運(yùn)后的負(fù)載和運(yùn)行情況。同時(shí),構(gòu)建電網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)估模型,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù),從供電可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)評(píng)估方案實(shí)施成效,對(duì)比分析各種備選方案實(shí)施成效,選出最優(yōu)的變電站聯(lián)網(wǎng)方案和建設(shè)方案。

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1）電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃方案;

2）變電站規(guī)劃方案;

3）根據(jù)系統(tǒng)主接線形式,制定出符合系統(tǒng)安全且經(jīng)濟(jì)、合理的電網(wǎng)正常運(yùn)行方式及運(yùn)行檢修、N-1故障等運(yùn)行方式,明確各設(shè)備及元件的運(yùn)行狀態(tài);

4）通過(guò)城市用電地圖獲取到的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.2 構(gòu)建電網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)估模型

建立電網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)^[12]指標(biāo)體系,以方便對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析以及整體量化。這些指標(biāo)應(yīng)遵循數(shù)據(jù)一致性、時(shí)空一致性與可度量性等原則,實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)劃方案實(shí)施成效的多角度評(píng)價(jià),從而推薦最優(yōu)方案。

系統(tǒng)構(gòu)建的指標(biāo)體系綜合考慮了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,以及電網(wǎng)不同電壓等級(jí)之間的協(xié)調(diào)性;從最大負(fù)荷角度考慮了系統(tǒng)安全性、可靠性與協(xié)調(diào)性,以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

本系統(tǒng)設(shè)定了指標(biāo)權(quán)重,以量化描述同級(jí)指標(biāo)之間的重要程度高低。對(duì)于不同地區(qū)的規(guī)劃方案,綜合考慮不同地區(qū)的發(fā)展階段、區(qū)域功能等,設(shè)置不同的權(quán)重。比如一個(gè)地區(qū)目前處于城市發(fā)展的中級(jí)階段,功能以商辦、教育科研、居住為主,對(duì)該地區(qū)規(guī)劃方案實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)則對(duì)“經(jīng)濟(jì)性”要求較高,對(duì)“協(xié)調(diào)性”要求較低,因此“經(jīng)濟(jì)性”的權(quán)重值最大,“供電安全性”、“供電可靠性”和“協(xié)調(diào)性”的權(quán)重較小。

在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中,需要對(duì)電網(wǎng)的“N-1”校驗(yàn)通過(guò)率、系統(tǒng)平均供電可用度、線路負(fù)載率等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。確保各項(xiàng)指標(biāo)在特定范圍內(nèi),以保障電網(wǎng)運(yùn)行效果。

2.3 功能詳述

2.3.1 模擬電網(wǎng)運(yùn)行情況

規(guī)劃方案運(yùn)行模擬流程^[13]為：首先將配電網(wǎng)規(guī)劃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖、電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及電力電量預(yù)測(cè)結(jié)果錄入系統(tǒng)中;其次根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)主接線形式,制定出一種符合系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)合理的電網(wǎng)運(yùn)行方式,并明確各個(gè)具體設(shè)備及元件的運(yùn)行狀態(tài);最后按照每個(gè)月的典型日針對(duì)正常運(yùn)行方式、運(yùn)行檢修方式、N-1故障方式進(jìn)行潮流計(jì)算,動(dòng)態(tài)分析規(guī)劃水平年、投運(yùn)后第5年和第10年的變電站負(fù)荷及線路潮流變化情況,驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行方式的靈活性、可靠性。2018年長(zhǎng)春市綠園區(qū)局部潮流如圖9所示。

圖9 2018年長(zhǎng)春市綠園區(qū)局部潮流Fig.9 The power flow trend map of Green Park in Changchun city, 2018

2.3.2 評(píng)估方案實(shí)施成效

系統(tǒng)方案成效評(píng)估具體流程如下：應(yīng)用反距離加權(quán)算法,對(duì)空間用電負(fù)荷密度進(jìn)行計(jì)算,與規(guī)劃設(shè)計(jì)用電負(fù)荷進(jìn)行比對(duì);應(yīng)用決策樹等算法,對(duì)規(guī)劃成果信息進(jìn)行綜合分析,給出總體評(píng)估結(jié)果。

1）從整體評(píng)估電網(wǎng)供電能力,將城市規(guī)劃、電量預(yù)測(cè)等多