電網(wǎng)規(guī)劃畢業(yè)設計論文

1、西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）PAGE 電網(wǎng)110kV變電站優(yōu)化規(guī)劃摘 要：城市電網(wǎng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃和城市規(guī)劃的重要組成部分，科學合理地進行城市電網(wǎng)規(guī)劃是實現(xiàn)未來城市電網(wǎng)經濟性和安全性的先決條件，可以給國家建設和城市發(fā)展帶來巨大的經濟和社會效益。變電站的規(guī)劃是城市電網(wǎng)規(guī)劃工作中的重要環(huán)節(jié)，變電站的位置直接影響著整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構、供電質量和經濟運行性，變電站的容量直接影響著供電的可靠性，因此，做好城市配網(wǎng)變電站的規(guī)劃工作對電力企業(yè)和用戶都有重要的意義。首先利用貪心算法快速求解新建變電站的座數(shù)及各變電站的容量，利用Hopfield神經網(wǎng)絡校核新建變電站的位置和各變電站的供電圍，后確定各變電站

2、的真實容量。在求解過程中，該方法考慮了已有變電站的改造問題。從全局最優(yōu)的原則出發(fā)，可求得具有實際價值的最優(yōu)或近似最優(yōu)解。關鍵詞:城市電網(wǎng)規(guī)劃；配電系統(tǒng)；變電站；神經網(wǎng)絡The 110kV Distribution Substation Planning in Puyang CityAbstract: City power distribution planning is the main part of power system planning and city planning,so doing it reasonably is the prerequisite condition of

3、realizing the economic and social benefit to country construction and city development.The substation planning is very important in the city power network planning.The substation position is affecting the network construction,the power supply quality and the efficiency of the power system directly.T

4、he substation capacity is affecting the power supply reliability directly.To make a good substaion plan for the city power network has important meaning to the electric power business enterprise and customers. The algorithm uses the greedy algorithm to work out the number of new substations and the

5、capacity of each substation (including the existing substation) , then the Hopfield neural is used to determine the position of new substations and the service region of each substation,finally,according to the service region of each substation,the real capacity of each substation is decided while t

6、he renovation of the existent substation is considered.Start from the principle of global optimization the optimum solution or approximate optimum solution can be obtained.Using this algorithm the data need not normalize in the working-out of the service regions of the substations.Key words:City Pow

7、er Network Planning；Distribution system；Distribution substation；Neural networkPAGE II目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294731436 1 緒論 PAGEREF _Toc294731436 h 1 HYPERLINK l _Toc294731437 1.1 城市電網(wǎng)規(guī)劃綜述 PAGEREF _Toc294731437 h 1 HYPERLINK l _Toc294731438 1.1.1 城市電網(wǎng)規(guī)劃的目的和意義 PAGEREF _Toc294731438 h 1 HY

8、PERLINK l _Toc294731439 1.1.2 城市電網(wǎng)規(guī)劃的主要容 PAGEREF _Toc294731439 h 1 HYPERLINK l _Toc294731440 1.1.3 城市電網(wǎng)規(guī)劃的基本原則 PAGEREF _Toc294731440 h 2 HYPERLINK l _Toc294731441 1.2 變電站規(guī)劃綜述 PAGEREF _Toc294731441 h 2 HYPERLINK l _Toc294731442 1.2.1 變電站規(guī)劃的容及意義 PAGEREF _Toc294731442 h 2 HYPERLINK l _Toc294731443 1.2.

9、2 變電站選址的基本原則 PAGEREF _Toc294731443 h 2 HYPERLINK l _Toc294731444 1.3 地理信息系統(tǒng)綜述 PAGEREF _Toc294731444 h 2 HYPERLINK l _Toc294731445 1.3.1 概念 PAGEREF _Toc294731445 h 2 HYPERLINK l _Toc294731446 1.3.2 地理信息系統(tǒng)的構成 PAGEREF _Toc294731446 h 3 HYPERLINK l _Toc294731447 1.3.3 地理信息系統(tǒng)的功能 PAGEREF _Toc294731447 h 3

10、 HYPERLINK l _Toc294731448 1.4 國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294731448 h 4 HYPERLINK l _Toc294731449 1.5 本文主要研究容 PAGEREF _Toc294731449 h 5 HYPERLINK l _Toc294731450 2 電網(wǎng)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294731450 h 6 HYPERLINK l _Toc294731451 2.1 市概況 PAGEREF _Toc294731451 h 6 HYPERLINK l _Toc294731452 2.1.1市自然地理概況 PAGEREF _Toc29

11、4731452 h 6 HYPERLINK l _Toc294731453 2.1.2 市經濟發(fā)展概況 PAGEREF _Toc294731453 h 7 HYPERLINK l _Toc294731454 2.2 電網(wǎng)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294731454 h 7 HYPERLINK l _Toc294731455 3 城市電網(wǎng)規(guī)劃的主要技術原則 PAGEREF _Toc294731455 h 8 HYPERLINK l _Toc294731456 3.1 供電可靠性 PAGEREF _Toc294731456 h 8 HYPERLINK l _Toc294731457 3.2 變

12、壓器負荷率取值 PAGEREF _Toc294731457 h 8 HYPERLINK l _Toc294731458 3.3 容載比 PAGEREF _Toc294731458 h 8 HYPERLINK l _Toc294731459 3.4 變電站費用 PAGEREF _Toc294731459 h 9 HYPERLINK l _Toc294731460 3.5 變電站選址 PAGEREF _Toc294731460 h 10 HYPERLINK l _Toc294731461 4 數(shù)學模型 PAGEREF _Toc294731461 h 11 HYPERLINK l _Toc29473

13、1462 4.1 數(shù)學模型的建立 PAGEREF _Toc294731462 h 11 HYPERLINK l _Toc294731463 4.2 用貪心算法求初始可行解 PAGEREF _Toc294731463 h 12 HYPERLINK l _Toc294731464 4.3 定站址、定供電圍的神經網(wǎng)絡法 PAGEREF _Toc294731464 h 13 HYPERLINK l _Toc294731465 4.4 求解方法 PAGEREF _Toc294731465 h 16 HYPERLINK l _Toc294731466 4.5 算例 PAGEREF _Toc29473146

14、6 h 17 HYPERLINK l _Toc294731467 5 基于GIS的城市電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā) PAGEREF _Toc294731467 h 20 HYPERLINK l _Toc294731468 5.1 開發(fā)工具的選擇 PAGEREF _Toc294731468 h 20 HYPERLINK l _Toc294731469 5.2 GIS數(shù)據(jù)庫的建立 PAGEREF _Toc294731469 h 23 HYPERLINK l _Toc294731470 5.2.1 數(shù)據(jù)庫模型 PAGEREF _Toc294731470 h 23 HYPERLINK l _Toc2947314

15、71 5.2.2 數(shù)據(jù)庫管理方法 PAGEREF _Toc294731471 h 24 HYPERLINK l _Toc294731472 5.2.3 GIS數(shù)據(jù)庫設計 PAGEREF _Toc294731472 h 26 HYPERLINK l _Toc294731473 5.3 系統(tǒng)的實現(xiàn) PAGEREF _Toc294731473 h 27 HYPERLINK l _Toc294731474 5.3.1 面向對象的程序設計 PAGEREF _Toc294731474 h 27 HYPERLINK l _Toc294731475 5.3.2 軟件的界面及功能實現(xiàn) PAGEREF _Toc2

16、94731475 h 30 HYPERLINK l _Toc294731476 6 結論 PAGEREF _Toc294731476 h 33 HYPERLINK l _Toc294731477 參考文獻 PAGEREF _Toc294731477 h 34 HYPERLINK l _Toc294731478 致 PAGEREF _Toc294731478 h 36 HYPERLINK l _Toc294731479 附 錄 PAGEREF _Toc294731479 h 37PAGE 491 緒論1.1 城市電網(wǎng)規(guī)劃綜述1.1.1 城市電網(wǎng)規(guī)劃的目的和意義城市電網(wǎng)是城市圍為城市供電的各級電網(wǎng)

17、的總稱。城市電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，又是其主要負荷中心，具有用電量大、負荷密度高、安全可靠和供電質量要求高等特點。我國城市電網(wǎng)經過幾十年的發(fā)展，隨著經濟建設的快速發(fā)展，電力負荷的快速增長，為了解決電力供應不足，各地紛紛加大發(fā)電廠的建設，但是由于配電網(wǎng)絡的建設滯后，使得電力供應出現(xiàn)有電送不出的現(xiàn)象，如何對城市電網(wǎng)進行優(yōu)化規(guī)劃成為當前迫切需要解決的問題。我國由于長期習慣于缺電局面和壟斷經營，使得電網(wǎng)建設速度明顯滯后于發(fā)電和用電的增長速度，成為把電能從電廠送到用戶的 瓶頸。因此為了滿足不斷增長的電力需求必須改變目前電力供應中發(fā)電、輸電、配電比例失調的局面，加快電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃工作。城市電網(wǎng)規(guī)劃的

18、目的是采用科學的方法確定何時何地在規(guī)劃區(qū)新建或改建何種電力設施，使得未來的電網(wǎng)能夠滿足以下要求：1) 能夠滿足負荷的發(fā)展和各種電網(wǎng)技術要求，安全可靠地為電力用戶提供客戶所需要質量的電能；2) 能夠滿足城市規(guī)劃的環(huán)保，美觀等公眾要求；3) 在滿足上述兩者的基礎上為電力企業(yè)追求最大的經濟效益和社會效益。城市電網(wǎng)規(guī)劃的意義：1) 配電系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃是提高系統(tǒng)投資效益的最有效途徑，它可以降低系統(tǒng)的網(wǎng)絡損耗，改進未來電網(wǎng)的運行效益；2) 配電網(wǎng)絡結構的優(yōu)化規(guī)劃，可以大大提高系統(tǒng)同的供電可靠性；3) 科學合理地確定變電站的容量，位置及供電圍，有利于系統(tǒng)的運行管理，提高系統(tǒng)管理和運行效率。1.1.2 城市電

19、網(wǎng)規(guī)劃的主要容城市電網(wǎng)建設項目涉及面廣，投資巨大。其投資占整個供電系統(tǒng)投資的60%，運行成本占到20%。配電系統(tǒng)造成的電能損失占全部電能損失的13%。通常，城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的容主要包括以下幾個方面:l) 分析電網(wǎng)布局與負荷分布的現(xiàn)狀，進行負荷需求預測；2) 分別進行總體、分層、分區(qū)的電力電量平衡；3) 進行電源點(電廠、變電站)的容量、數(shù)量規(guī)劃和布點工作；4) 對城市電網(wǎng)結構進行整體規(guī)劃分輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃；5) 對規(guī)劃水平年的城市電網(wǎng)進行經濟性、可靠性、安全性分析。1.1.3 城市電網(wǎng)規(guī)劃的基本原則隨著用電負荷的不斷增加，輸電網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)電壓等級的不斷升高，配電網(wǎng)自動化程度的不

20、斷提高，城市規(guī)劃和環(huán)境的制約，以及社會、經濟、政治、工業(yè)和人民生活水平等的發(fā)展變化因素，都對城市電網(wǎng)會產生深遠的影響。但是城市電網(wǎng)的規(guī)劃不可能將所有的因素進行全面地同等地考慮。因此，城市電網(wǎng)規(guī)劃的基本原則，是在保證將電力安全可靠的輸送到負荷中心的前提下，使電網(wǎng)的建設和運行費用最小。這里的可靠性要求包括：正常運行要求：在電力系統(tǒng)設備完好的情況下，保證各項運行指標，如系統(tǒng)的電壓水平，線路輸送功率等在給定的允許圍之。安全運行要求：在某些設備故障或負荷波動的情況下，滿足給定的供電可靠性要求。1.2 變電站規(guī)劃綜述1.2.1 變電站規(guī)劃的容及意義在城市配網(wǎng)規(guī)劃中，變電站規(guī)劃的容主要是指變電站位置的確定以

21、及容量的選擇，此外，還包括容載比的選擇、無功補償容量的確定以及變電站自動化等。要保證電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質、經濟、高效運行和對用戶的正常供電，必須要有合理的網(wǎng)絡結構及優(yōu)化的電源配置，其中變電站的位置及容量的優(yōu)化規(guī)劃是極其重要的環(huán)節(jié)，它直接影響著未來中低壓配電網(wǎng)的結構和運行的經濟性與供電可靠性。1.2.2 變電站選址的基本原則變電站選址的基本原則如下：符合城市總體規(guī)劃用地布局要求?？拷摵芍行?。節(jié)約用地。便于進出線。交通運輸方便。應考慮對周圍環(huán)境和鄰近工程設施的影響和協(xié)調。宜避開易燃、易爆區(qū)和大氣嚴重污穢區(qū)及嚴重鹽霧區(qū)。應有良好的地質條件，避開斷層、滑坡、塌陷區(qū)、溶洞地帶、山區(qū)風口和易發(fā)生滾石場所

22、等不良地質構造。1.3 地理信息系統(tǒng)綜述1.3.1 概念地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System或GeoInformation system，GIS)有時又稱為“地學信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)，是建立在地理科學、計算機科學、遙感與衛(wèi)星通訊技術等學科基礎之上的現(xiàn)代信息應用技術。它首先是以地理科學作為基礎的，任何GIS都離不開一定的地理空問，是對一個地區(qū)某一地理特征的定性定量的描述與分析。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述

23、的技術系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數(shù)據(jù)及其關系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復雜的規(guī)劃、決策和管理問題。它是建立在數(shù)據(jù)庫基礎之上的，有自己獨特的計算機硬件和軟件支持，動態(tài)直觀地分析和顯示某一方面計算數(shù)據(jù)的實用信息技術。GIS又吸納了衛(wèi)星遙感技術、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)等相關技術使它成為建立在高科技基礎之上，引起世人廣泛關注的應用信息科學技術。1.3.2 地理信息系統(tǒng)的構成1） 應用系統(tǒng)構成從系統(tǒng)論和應用的角度出發(fā)，地理信息系統(tǒng)被分為4個子系統(tǒng)，即計算機硬件和系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管

24、理系統(tǒng)，應用人員和組織機構。計算機硬件和系統(tǒng)軟件：這是開發(fā)、應用地理信息系統(tǒng)的基礎。其中，硬件主要包括計算機、打印機、繪圖儀、數(shù)字化儀；系統(tǒng)軟件主要指操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：系統(tǒng)的功能是完成對數(shù)據(jù)的存儲，它又包括幾何(圖形)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫。幾何和屬性數(shù)據(jù)庫也可以合二為一，即屬性數(shù)據(jù)存在于幾何數(shù)據(jù)中。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：這是地理信息系統(tǒng)的核心。通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以完成對地理數(shù)據(jù)的輸入、處理、管理、分析和輸出。應用人員和組織機構：專業(yè)人員，特別是那些復合人才(既懂專業(yè)又熟悉地理信息系統(tǒng))是地理信息系統(tǒng)成功應用的關鍵，而強有力的組織是系統(tǒng)運行的保障。2） 數(shù)據(jù)系統(tǒng)構成從數(shù)據(jù)處理的角度出發(fā)，地理信息系

25、統(tǒng)又被分為數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲與檢索子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析和處理子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)。（1） 數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)：負責數(shù)據(jù)的采集、預處理和數(shù)據(jù)的轉換。（2） 數(shù)據(jù)存儲與檢索子系統(tǒng)：負責組織和管理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以便于數(shù)據(jù)查詢、更新與編輯處理；（3） 數(shù)據(jù)分析與處理子系統(tǒng)：負責對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行計算和分析、處理。如面積計算，儲量計算，體積計算，緩沖區(qū)分析，空間疊置分析等。（4） 數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)：以表格、圖形、圖象方式將數(shù)據(jù)庫中的容和計算、分析結果輸出到顯示器、繪圖紙或透明膠片上。1.3.3 地理信息系統(tǒng)的功能地理信息系統(tǒng)的功能包括地理數(shù)據(jù)的采集、輸入、處理、存儲、組織、管理空間分析、查詢以及結果的

26、可視化輸出。數(shù)據(jù)的采集包括野外數(shù)據(jù)的采集、現(xiàn)有數(shù)據(jù)的數(shù)字化輸入以及利用遙感技術產生地理信息系統(tǒng)(GIS)的數(shù)據(jù)；野外數(shù)據(jù)采集是指利用測量儀器以及GPS在野外采集數(shù)據(jù)，并將所采集的數(shù)據(jù)建成地理信息系統(tǒng)(GIS)的數(shù)據(jù)庫；已有紙質數(shù)據(jù)的輸入通常是利用數(shù)字化儀或掃描儀進行輸入；數(shù)據(jù)處理，主要包括數(shù)據(jù)的檢驗與編輯及數(shù)據(jù)轉換，如：坐標轉換和不同數(shù)據(jù)格式之間的轉換；數(shù)據(jù)的存儲、組織和管理空間分析和查詢，空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能，空間分析包括三個不同層次，有空間查詢檢索、可視化的空間分析功能及其他的空間模型分析?？梢暬撬幕竟δ?。1.4 國外研究現(xiàn)狀城市電網(wǎng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成部分。配電

27、變電站規(guī)劃優(yōu)化是城市電網(wǎng)規(guī)劃中起著承上啟下作用的重要環(huán)節(jié)。長期以來, 各國學者對此做了大量研究。配電變電站規(guī)劃方法總的來說可以分為傳統(tǒng)運籌學的規(guī)劃方法和各種智能優(yōu)化算法?；谶\籌學的規(guī)劃方法出現(xiàn)的較早。1974年Masud就提出采用線性整數(shù)規(guī)劃法優(yōu)化變電站容量，但這一算法要求負荷均等，并假設各變電站的供電圍是正多邊形。Craford和Hort采用最小路徑算法和運輸問題模型求解，所求出的新建變電站都具有相同的規(guī)模。Thompson和Wall采用分支定界法，最短路徑表和運輸問題模型來求解。在求解中采用了窮舉法解決一系列運輸子問題。Sun和Farris采用隱式窮舉法和分支定界法求解。在各種智能優(yōu)化算

28、法中，遺傳算法是大多數(shù)學者采用的方法。RamirezRosado和BernalAgustin就較早提出用遺傳算法進行規(guī)劃。遺傳算法是一種全局優(yōu)化算法，它通過編碼進行計算。用遺傳算法進行求解需要對所有變量進行編碼，求解的時間較長，無效解多。文獻11對編碼的方案作出重大改進，將有效解的比例提高5。我國學者在配電網(wǎng)變電站規(guī)劃領域也開展了富有成效的研究, 提出了很多模型和算法。如運用運輸問題模型來校核變電站的最佳位置、容量和供電圍,采用混合整數(shù)規(guī)劃法和分枝定界法求解規(guī)劃問題, 而且提出了無需提供待選站址的變電站選址、定容的算法方案。配電網(wǎng)規(guī)劃是一個十分復雜的問題, 由于其包括大量地理位置各異的配電設備

29、、配電網(wǎng)絡、負荷等, 涉及數(shù)據(jù)龐大, 使得規(guī)劃工作量繁重。地理信息系統(tǒng)(GIS)因為其強大的數(shù)據(jù)分析功能和空間拓撲功能已被廣泛應用于與空間地理信息關系密切的電力系統(tǒng)各個方面。文獻13 基于中心地理論的應用模型, 提出基于GIS 的配電網(wǎng)子系統(tǒng)模型及算法。文獻14 將空間GIS 和Tabu 搜索技術相結合進行配電網(wǎng)絡規(guī)劃。文獻15 介紹了一個基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃軟件包的設計。1.5 本文主要研究容1） 利用貪心算法確定新建變電站的座數(shù)及各座變電站的容量, 將其作為初始可行解, 進而利用Hopfield神經網(wǎng)絡求解新建變電站的位置及各變電站的供電圍, 再根據(jù)各變電站的實際供電

30、情況對變電站容量進行減容, 同時進一步校核各變電站的容量, 將定容、定供電圍、定新建站站址聯(lián)系起來同時確定。2） 用Delphi語言進行算法的編程和求解。3） 根據(jù)油田電網(wǎng)gis系統(tǒng)所定義的接口，將規(guī)劃程序嵌入油田電網(wǎng)gis系統(tǒng)，并將結果直觀的顯示。2 電網(wǎng)現(xiàn)狀電網(wǎng)的規(guī)劃與發(fā)展關系到民生的基礎行業(yè)，與當?shù)氐淖匀坏乩憝h(huán)境和經濟發(fā)展息息相關。因此，電網(wǎng)的合理規(guī)劃可以給國家建設和城市發(fā)展帶來巨大的經濟和社會效益。基于上述觀點，我們將市的大體概況介紹如下。2.1 市概況2.1.1市自然地理概況市位于中國省的東北部，黃河下游北岸，冀、魯、豫三省交界處。地理坐標為東經114520-11654，北緯3520

31、0-361223。東北部與省的聊城毗鄰，東、南部與省、隔河相望，西南部與省的市相倚，西部與省的市，北部與省的市相連。東西長125千米，南北寬100千米；城市建成區(qū)面積49.5平方千米，總面積4266平方千米（約占全省面積的2.5%）?？側丝?87萬人（2008年末），城鎮(zhèn)化率達到了32.2%；其中城鎮(zhèn)人口96.93萬人。地貌系中國第三級階梯的中后部，屬于黃河沖積平原的一部分。地勢較為平坦，自西南向東北略有傾斜，海拔一般在4858米之間。縣西南灘區(qū)局部高達61.8米，清豐縣鞏營鄉(xiāng)里直集西南僅44.2米。平地約占全市面積的70，洼地約占20，沙丘約占7，水域約占3。境有河流97條，多為中小河流，分

32、屬于黃河、海河兩大水系。過境河主要有黃河、金堤河和衛(wèi)河。另外，較大的河流還有天然文巖渠、馬頰河、潴龍河、徒駭河等。市位于中緯地帶,常年受東南季風環(huán)流的控制和影響,四季分明，春季干旱多風沙，夏季炎熱雨量大，秋季晴和日照長，冬季干旱少雨雪。年平均氣溫為13左右，曾出現(xiàn)過的極端最高氣溫達43.1，極端最低氣溫有-21。無霜期一般有200天。年平均降水量為500600毫米。1983年9月1日，經國務院批準，撤銷地區(qū)，建立市，并將原地區(qū)所轄滑縣、長垣、黃、清豐、南樂、縣、臺前8個縣劃歸市。1984年2月，撤銷縣成立市郊區(qū)。1986年3月22日，市所轄滑縣、黃縣劃歸市，長垣縣劃歸市。5月28日，劃市郊區(qū)胡

33、村鄉(xiāng)、孟軻鄉(xiāng)、王助鄉(xiāng)、城關鎮(zhèn)、岳村鄉(xiāng)及清河頭鄉(xiāng)一部分置市市區(qū)。1987年6月12日，撤銷市郊區(qū)恢復縣建置，并將市區(qū)城關鎮(zhèn)劃歸縣，同時把城關鎮(zhèn)的馬呼屯、辛莊、辛廟、賈莊、申莊5個村劃歸市區(qū)孟軻鄉(xiāng)。2003年2月14日，經國務院批準，市區(qū)更名為華龍區(qū)。至2008年底，市轄五縣一區(qū)，即縣、清豐縣、南樂縣、縣、臺前和華龍區(qū)，下轄61個鄉(xiāng)，17個鎮(zhèn)，7個辦事處，共有2946個村民委員會，84個居民委員會。市轄1個市區(qū)、5個縣，即華龍區(qū)、縣、清豐縣、南樂縣、縣、臺前縣。市面積4266平方千米，人口387萬（2008年）。2.1.2 市經濟發(fā)展概況2008年全市生產總值達到657億元（居地市第14位），比上

34、年增長13%，是2003年的2.52倍。人均生產總值達到18803元，是2003年的2.54倍。按可比價格增長14.5%，高于計劃3.5個百分點。其中，第一、二、三產業(yè)分別增長7.5%、17.4%和11.5%。全市工業(yè)完成增加值217.5億元，比上年增長17.9%。全市規(guī)模以上工業(yè)完成增加值177.5億元，增長19.5%。經濟效益綜合指數(shù)達到217%，比上年提高57個百分點；實現(xiàn)銷售收入500億元，比上年增長34.5%；實現(xiàn)利稅71億元，增長73.2%；盈虧相抵后實現(xiàn)利潤46.3億元，增長94.5%。年初確定的116個重點工業(yè)項目，完成投資78.2億元，占計劃的117%。全市糧食總產達到202

35、.4萬噸，比上年增長3%。農業(yè)結構調整成效顯著，完成160萬畝優(yōu)質專用小麥、40萬畝優(yōu)質水稻、90萬畝優(yōu)質玉米。經濟作物面積達到213.7萬畝，建成了尖椒、冬棗、食用菌、鮮切花等一批名優(yōu)特新農產品基地。畜牧養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，全市肉類總產達到22.5萬噸、禽蛋總產達到28.2萬噸、奶類總產達到2.5萬噸，分別比上年增長13.4%、8.3%和47.9%。農業(yè)產業(yè)化經營發(fā)展迅速，全市各類產業(yè)化龍頭企業(yè)達到376家，帶動農戶38萬戶。重點項目建設實現(xiàn)突破，經濟發(fā)展后勁增強。全社會固定資產投資完成145億元，比上年增長23.3%，高于計劃5.3個百分點。其中市地方固定資產投資累計完成110億元，增長44%

36、。全市150個重點項目，完成投資92.5億元，有106個項目竣工投產。2.2 電網(wǎng)現(xiàn)狀市實際功能分區(qū)圖見圖2-1：圖2-1 市實際功能分區(qū)圖市功能分區(qū)信息見附錄一；市電網(wǎng)節(jié)點信息見附錄二。3 城市電網(wǎng)規(guī)劃的主要技術原則城市電網(wǎng)規(guī)劃以城市總體發(fā)展規(guī)劃為依據(jù)，強調其整體及長期的合理性和適應性。一些影響整個電網(wǎng)結構的技術原則，如電壓等級、可靠性、變壓器負載率、變電所最佳容量等，都應遵循既定原則，同時在具體條件下應有適當?shù)撵`活性。因為我國城市規(guī)模和經濟發(fā)展程度相差懸殊，情況各有不同，另外，技術原則本身也受時間、地域、社會經濟、科技文化和電力工業(yè)狀況諸因素的影響和制約，所以，要強調原則，但還要把原則看成

37、隨時代而進步、發(fā)展的結果。3.1 供電可靠性在城市電網(wǎng)規(guī)劃中，應從滿足電網(wǎng)供電安全的方面來考核。我國規(guī)定城市配電網(wǎng)必須滿足“N-1”準則，具體是指：（1） 高壓變電所中失去任一回線或一組降壓變壓器時，必須保證向下一級配電網(wǎng)供電；（2） 高壓配電網(wǎng)中一條架空線或一條電纜，變電所中一組降壓變壓器發(fā)生故障停運時，在正常情況下，除故障段外不停電，不得發(fā)生電壓過低，不允許設備過負荷，在計劃停運情況下，又發(fā)生故障停運時，允許部分停電，但應在規(guī)定時間恢復供電；（3） 低壓電網(wǎng)中當一臺變壓器或電網(wǎng)發(fā)生故障時，允許部分停電，但應盡快將完好的區(qū)段在規(guī)定時間切換至鄰近電網(wǎng)恢復供電。3.2 變壓器負荷率取值變壓器負荷

38、率又稱運行率，是影響變壓器容量、臺數(shù)和電網(wǎng)結構的重要參數(shù)。其值為 （3-1）變電站有2臺主變時,安全運行率取65%，有3臺主變時,取87%，有4臺主變時,取100%。根據(jù)變壓器負荷能力中的絕緣老化理論，允許變壓器短時間過負荷而不會影響變壓器的使用壽命，大體取過負荷倍數(shù)1.3時，延續(xù)時間2小時。按照“N-1”準則，當變電所中有一臺變壓器因故障停運時，剩余變壓器必須承擔全部負荷而過負荷運行，過負荷率為1.3。所以，不同變壓器臺數(shù)的負荷率值不同，臺數(shù)增多，負荷率增大。3.3 容載比容載比是城網(wǎng)變電容量在滿足供電可靠性基礎上與對應的負荷的比值,在城區(qū)配網(wǎng)規(guī)劃中,容載比是確定變電站容量的重要參數(shù)。容載比

39、取值是否合理直接影響到電網(wǎng)運行的可靠性以及建設投資的經濟型。容載比過大,變電站容量儲備大,電網(wǎng)建設早期投資增大；容載比過小,變電站容量儲備不足,電網(wǎng)適應性差,影響供電。因此,在城網(wǎng)規(guī)劃中選取合理的變電容載比是規(guī)劃結果滿足經濟合理要求的必要保證。根據(jù)城市電力網(wǎng)規(guī)劃導則的計算公式，將負荷分散系數(shù)設為1，即得到單個變電站容載比計算公式： (3-2)式中：變電站容載比； 功率因數(shù)； 變壓器的運行率； 儲備系數(shù)。功率因數(shù)是指變電站負荷的功率因數(shù)。按照電力系統(tǒng)電壓質量和無功電力管理規(guī)定：變電站應配置足夠容量的無功補償及必要的調壓手段,在最大負荷時,一次側功率因數(shù)不低于0.95，在最小負荷時,相應一次側功率

40、因數(shù)不宜高于0.95（110kV及以下變電站不高于0.98）。因此,功率因數(shù)取0.95-0.98比較合理。另外,也可以通過統(tǒng)計變電站的有功和無功的歷史情況來確定。變壓器的運行率是在滿足電網(wǎng)可靠供電的情況下變壓器的安全運行率。它與變電站的變壓器臺數(shù)和電網(wǎng)結構都有密切的關系。變電站有2臺主變時,安全運行率取65%，有3臺主變時,取87%，有4臺主變時,取100%。為了滿足負荷增長需要一定的儲備容量,它跟負荷的增長率有直接的關系。目前還沒有一個定量的計算公式來確定儲備系數(shù),相關文獻也只對這個系數(shù)進行了嘗試性的取值。實際上,儲備容量就是為了滿足負荷增長的需要,對于具體某一個變電站如果負荷增長率(通過負

41、荷預測)確定了,其最佳儲備容量也是確定的,它們之間有一種必然的關系。3.4 變電站費用一個城市中的主變壓器類型不超過3種，每座變電站的主變2到4臺。變電站的可選帶載容量構成其可選帶載容量集合，該集合中元素的個數(shù)不超過9種。參加規(guī)劃的已有變電站可選帶載容量集合可能各不相同,但新建變電站的可選帶載容量集合是相同的。變電站的變壓器綜合造價、斷路器綜合造價和無功補償裝置的綜合造價占變電站總投資的60，其他固定費用占40，因此變電站的投資費用可以表示為： (3-3)式中：變電站的容量；變壓器的綜合造價；斷路器的綜合造價；無功補償裝置的綜合造價3.5 變電站選址變電站選址的基本要求如下：（1）符合城市總體

42、規(guī)劃用地布局要求；（2）靠近負荷中心；（3）節(jié)約用地；（4）便于進出線；（5）交通運輸方便；（6）應考慮對周圍環(huán)境和鄰近工程設施的影響和協(xié)調；（7）宜避開易燃、易爆區(qū)和大氣嚴重污穢區(qū)及嚴重鹽霧區(qū)；（8）應有良好的地質條件，避開斷層、滑坡、塌陷區(qū)、溶洞地帶、山區(qū)風口和易發(fā)生滾石場所等不良地質構造。 4 數(shù)學模型本文中對于變電站規(guī)劃優(yōu)化的算法是基于Hopfield的神經網(wǎng)絡算法。先用貪心算法求解目標年新建變電站的座數(shù)和各變電站(包括已有變電站)的目標年容量，再利用Hopfield神經網(wǎng)絡算法計算新建變電站的位置和各變電站（包括已有變電站）的供電圍，最后確定各變電站真實容量及投建計劃。在求解過程中，

43、該方法考慮了已有變電站的改造問題。從全局最優(yōu)的原則出發(fā)，可求得具有實際價值的最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。4.1 數(shù)學模型的建立本文中要用一種數(shù)學模型對當?shù)氐淖冸娬咀龀鲆?guī)劃，其數(shù)學模型為： （4-1） s.t. （4-2） （4-3） （4-4） （4-5） （4-6） （4-7）式中： 變電站的建設投資及運行費用；線路網(wǎng)損費用；等年值系數(shù)；變電站i的帶載容量；負荷點j的負荷值；N規(guī)劃后變電站數(shù)；變電站i計及土地費用后的投資；變電站i的年運行費用；變電站i所供負荷點編號的集合；地理復雜系數(shù)；變電站i和負荷點j之間的直線距離；和對應的變電站出線單位長度建設費用；電價；和對應的變電站出線的單位長度電阻；年損

44、耗小時數(shù)；U線電壓；功率因數(shù)；貼現(xiàn)率；T折舊年限； 變電站的費用中包含土地費用, 情況十分復雜。本文假設各點單位面積的土地費用一致。這樣, 變電站費用的差別就取決于其主變的情況。從實際情況出發(fā), 可約定：一個城市中的主變壓器類型不超過3種, 每座變電站的主變2至4臺。變電站的可選帶載容量構成其可選帶載容量集合, 該集合中元素的個數(shù)不超過9種。參加規(guī)劃的已有變電站可選帶載容量集合可能各不相同,但新建變電站的可選帶載容量集合是相同的。如果直接求解式（4-1）和（4-2），則必須同時考慮集合量、連續(xù)量、離散量和整數(shù), 但目前尚無完善的數(shù)學方法。因此, 本文確定的規(guī)劃策略為：首先利用貪心算法確定新建變

45、電站的座數(shù)及各座變電站的容量, 將其作為初始可行解, 進而利用Hopfield神經網(wǎng)絡求解新建變電站的位置及各變電站的供電圍, 根據(jù)各變電站的實際供電情況對變電站容量進行減容, 最終求得滿足式（4-1）和（4-2）的最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。4.2 用貪心算法求初始可行解貪心算法是指在對問題求解時，總是做出在當前看來是最好的選擇。也就是說，不從整體最優(yōu)上加以考慮，他所作出的僅是在某種意義上的局部最優(yōu)解。貪心算法不是對所有問題都能得到整體最優(yōu)解，但對偉相當廣泛的許多問題他能產生整體最優(yōu)解或者是整體最優(yōu)解的近似解。貪心算法是一種在數(shù)學上每步都按照最優(yōu)度量法取局部最優(yōu)，最后求解的方法。本文利用貪心算法求變

46、電站容量問題的初始可行解。具體計算步驟如圖4-1所示：開始將已有變電站容量定為其可選站容集合中具有最小價性比的容量初始化新建變電站數(shù)為0變電站帶載容量之和大于全城負荷總量？記錄當前各變電站情況并作為初始可行解NY新建站數(shù)加1，取新建站容量為其可選站容集合中具有小性比的容量 圖4-1 貪心算法計算示意圖圖4-1中各帶載容量所對應的價性比為，式中 （4-8）顯然，以圖4-1所示方法求得的解是剛好滿足容量要求的總價性比最優(yōu)的可行解。在此基礎上, 利用Hopfield神經網(wǎng)絡求解各變電站供電圍及新建變電站站址, 同時進一步校核各變電站的容量, 將定容、定供電圍、定新建站站址聯(lián)系起來同時確定。4.3 定

47、站址、定供電圍的神經網(wǎng)絡法初始可行解已經大致知道新建變電站的個數(shù)和各個變電站的容量。此時，規(guī)劃的目標是求的最小值，即近似等效為求的最小值。顯然，這和供電圍密切相關。用常規(guī)方法劃分變電站的供電圍是比較困難的，因此本文利用Hopfield神經網(wǎng)絡來求解各變電站的供電圍，通過反復迭代計算最終求得新建站的位置及其供電圍和容量。具體的算法框圖見圖4-2。開始定新建變電站的初始地址利用神經網(wǎng)絡求各變電站的供電范圍求新建站所供負荷點的重心將所求得的重心作為新建電站的位置各新建變電站的位置有何變化？通過負荷轉移消除孤立負荷點根據(jù)供電范圍最終確定各變電站容量YN圖4-2 求解供電圍算法示意圖為了用Hopfiel

48、d神經網(wǎng)絡求解各變電站的供電圍，必須建立表明規(guī)劃狀態(tài)的神經網(wǎng)絡模型。本文建立如表4-1所示的矩陣。在表4-1中，至表示n個變電站。至表示m個負荷點。表中每一列有且僅有一個元素為1，它表明該負荷點由那一個變電站給其供電。列中其余元素為0保證各負荷點有且僅有一個變電站給其供電。表4-1 負荷點分配表 100001010利用個神經元構成Hopfield人工神經網(wǎng)絡。網(wǎng)絡達到穩(wěn)定時，各神經元狀態(tài)即由表4-1中對應元素表示。各負荷點到變電站的距離與負荷點負荷之積作為一組約束信息，以確定各神經元之間的突觸連接強度。能量函數(shù)的建立應該滿足兩個要求：1） 在最低能量狀態(tài)時神經元得輸出符合表4-1的形式。2）

49、在最低能量狀態(tài)時各變電站不出現(xiàn)過負荷情況。 為此，建立的能量函數(shù)為： （4-9）式中：；與各神經元對應的輸出；B和C權重系數(shù)；式（4-9）中，右邊第一項表示各神經元得輸出應符合表4-1的形式，第二項表示使達到最小，第三項表示各變電站應不發(fā)生過負荷。第三項中，取較小的實數(shù)，實際計算表明，當小于最小的千分之一時計算結果較理想，即有 （4-10）由于原Hopfield模型求解中會經常出現(xiàn)陷入無效解的情況，因此文獻進行了改進并提出將動態(tài)方程變?yōu)椋?(4-11)式中 與各神經元對應的輸入在已建立能量函數(shù)式（4-9）的情況下，可導出神經元的動態(tài)方程為： （4-12）式中，取值可以參考有關神經網(wǎng)絡計算的參考

50、資料，一般可以取0.01。利用歐拉法求解式（4-12），即可得到各變電站的供電圍，再按圖4-2算法進行迭代計算即可求得最終解。若某一變電站位置選在不允許建站的地方，只需將該變電站拖至距當前位置最近的允許建站的地方，再將該變電站定為一個已有變電站，重新按圖4-2所示進行迭代計算即可。4.4 求解方法1） 根據(jù)已有變電站位置和已知負荷點位置可以做出表4-3。表4-3中至代表n個已有變電站。至代表m個負荷點。代表變電站和負荷點之間的直線距離。表4-3 變電站與負荷點距離表2） 每一個負荷點由最近的變電站供電，于是可以得到下表4-4：表4-4 負荷點分配表1000010101表示對應行變電站給對應列負

51、荷點供電,0表示對應行變電站不給對應列負荷點供電。3） 設，當i給j供電時為1，當i不給j供電時為0。將與相比較，如果，則符合供電情況。如果，則將離變電站最遠的負荷點去除，直到。4） 那些沒有被供電的符合點，我們求取其重心，求取重心的公式為：上式中，和為未被供電的負荷點j的坐標值，為負荷點的負荷值。5） 將求取的重心作為新建站的地址，然后將負荷點分配表新增加一行，轉步驟（1）繼續(xù)執(zhí)行。6） 若有新建變電站的位置處于地理條件不允許的地方，則將其移至距當前位置最近的條件允許的地方，然后重新計算各變電站的供電圍及容量。由此我們可以得到新建站的地址和變電站的供電圍。記錄當前的規(guī)劃方案，計算相應的費用。

52、4.5 算例下圖4-3為市實際功能分區(qū)圖圖4-3 市實際功能區(qū)分圖根據(jù)電網(wǎng)的情況，取新建變電站可選容量集合為231.5, 331.5, 240, 340。市在現(xiàn)狀年有6座已有變電站，具體情況見表4-5。1、5號變電站允許擴建為240，2、3、4、6號變電站不允許擴建。在按本節(jié)所介紹的算法計算后，目標年(2010年)將新建3座變電站。各變電站的供電圍見圖4-4，各變電站的容量及容載比見表4-5：表4-5 目標年變電站情況表現(xiàn)狀年主變情況2010年主變情況2010年容載比1號變電站(中原站)1402401.652號變電站(胡村站)231.5未擴建1.66 3號變電站(村站)231.5未擴建1.62

53、4號變電站(堯舜站)231.5未擴建1.575號變電站(國慶站)1402402.576號變電站(化北站)231.5未擴建3.71號新建站(7號站)331.51.242號新建站(8號站)331.51.53號新建站(9號站)2401.86圖4-4 目標年變電站供電圍圖分析圖4-4及表4-5可知，各個變電站(5、6號變電站除外)的容載比均比較理想，各變電站基本都在所供負荷點的重心處。新建變電站的容量各不相同，而且并非都取最大容量。5號變電站的容載比相對較高是因為它在現(xiàn)狀年只有一臺40MVA的主變，這不滿足N1校驗，因此必須增加一臺主變。由于現(xiàn)狀年主變容量為40MVA，目標年只能增加40MVA的主變，

54、造成其容載比相對較高。6號變電站的容載比之所以不太理想，與其所處的位置有關，省電力局工作人員介紹，6號變電站還擔負給周圍農村供電的任務。然而城市電網(wǎng)的規(guī)劃中并未將農村負荷考慮進來，因此造成容載比較高。將農村負荷考慮后，6號變電站的容載比將有大的下降。市電力局的規(guī)劃結果是，目標年共有13座變電站，其中新建7座。本文所介紹算法計算出的結果是9座變電站，新建3座，而且新建變電站并非都取最大容量。從變電站的費用考慮，本文算法所求出解的費用顯然更低。而且還更加全面地考慮了已有變電站的擴容問題，求出的結果更為合理。5 基于GIS的城市電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā)5.1 開發(fā)工具的選擇配電網(wǎng)規(guī)劃是一個十分復雜的問題,

55、 由于其包括大量地理位置各異的配電設備、配電網(wǎng)絡、負荷等, 涉及數(shù)據(jù)龐大, 使得規(guī)劃工作量繁重。地理信息系統(tǒng)(GIS)因為其強大的數(shù)據(jù)分析功能和空間拓撲功能已被廣泛應用于與空間地理信息關系密切的電力系統(tǒng)各個方面。在地里信息系統(tǒng)的發(fā)展過程中，目前已出現(xiàn)了大量的GIS系統(tǒng)專業(yè)開發(fā)工具。從這些專業(yè)開發(fā)工具的組件結構上，可以歸納為集成GIS、模塊化GIS、組件式GIS等幾個主要類別。1） 集成式GIS集成式GIS指集合各種功能模塊的大型GIS系統(tǒng)軟件包。ESRI公司推出的Arc/Info，Genasys公司的GenaMap，AutoDesk公司的AutoMap，Maptitude，MapGIS，Map

56、Engine等都是集成式的GIS開發(fā)工具。集成式GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢是各項功能已形成獨立的完整系統(tǒng)，提供了強大的數(shù)據(jù)輸入輸出功能、空間分析功能、良好的圖形平臺和可靠性能，缺點是系統(tǒng)復雜、龐大和成本較高，并且難于與其它應用系統(tǒng)集成。2） 模塊化GIS模塊化GIS系統(tǒng)是把GIS系統(tǒng)按功能劃分成一系列模塊，運行于統(tǒng)一的基礎環(huán)中。Intergraph公司的MGE具有代表性的模塊化GIS系統(tǒng)。模塊化GIS系統(tǒng)具有較強的工程針對性，便于開發(fā)和應用。3） 組件式GIS組件式GIS是隨著近年來計算機軟件技術的發(fā)展而產生的，代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展潮流。組件式GIS具有標準的組件式平臺，各個組件不但可以進行自由、靈活

57、的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。組件式GIS平臺的核心技術是Microsoft的組件對象模型（Component Object Model，簡稱COM）技術9,新一代組件式GIS大都是采用ActiveX控件技術來實現(xiàn)的，如Intergraph公司推出的Geomedia，ESRI公司推出的MapObjeccts，MapInfo公司推出的MapX，中科院地理信息產業(yè)發(fā)展中心開發(fā)的ActiveMap，靈圖公司開發(fā)的三維虛擬現(xiàn)實地理信息系統(tǒng)VRMap等。這類GIS系統(tǒng)提供的是為完成GIS系統(tǒng)而推出的各種標準ActiveX控件和類型庫（Type Library），使GIS系統(tǒng)開發(fā)者不必

58、掌握專門的GIS系統(tǒng)開發(fā)語言，只需要熟悉基于Windows 平臺并且支持ActiveX控件技術的通用集成開發(fā)環(huán)境，了解組件式GIS各個控件（包括對象）的屬性、方法和事件，就可以實現(xiàn)GIS系統(tǒng)。所以，組件式GIS在系統(tǒng)的無縫集成和靈活方面具有優(yōu)勢，從一定意義上講，它代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展方向。在以上的開發(fā)工具中，組件式GIS是隨著計算機軟件技術的發(fā)展而產生的，代表了GIS系統(tǒng)的發(fā)展潮流。組件式GIS具有標準的組件式平臺，各個組件不但可以進行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。最主要的組件式GIS平臺就是Microsoft的COM。Microsoft推出了基于COM的Act

59、iveX控件技術。新一代的組件式GIS大都是采用ActiveX控件來實現(xiàn)的。其具有制圖功能強大、適應性強、二次開發(fā)方便、使用靈活、易于集成等特點。典型的GIS軟件平臺有美國MapInfo公司推出的Mapx，全球最大的GIS供應商ESRI推出的MapObjects，InterGraph公司的GeoMedia系列產品等。本文選用的是Mapx。Mapx組供應用開發(fā)人員使用的制圖與GIS功能的組件。在諸多GIS組件中，MapX由于良好的二次開發(fā)性和易于嵌入性應用最為廣泛。它是基于Mapinfo Professional地圖化技術，能夠實現(xiàn)Professional95%以上的功能，它是由一個叫MapX控

60、件的ActiveX控件和一系列可編程的ActiveX對象組成，它們可以在標準的Windows編程環(huán)境下使用，它以組件的方式提供了真正的對象和嵌入式的開發(fā)方案。它可以被快速集成到通用的高級語言環(huán)境中，如Visual Basic、PowerBuilder、Delphi、C+等，用戶能夠很容易地利用面向對象技術對其二次開發(fā)。MapX的主要特點包括以下幾個方面：1） 方便快捷地將地圖添加到應用中。支持方便快捷地將地圖功能集成到新的或已有的應用中?？梢允褂脴藴实木幊陶Z言（如Delphi等）對其開發(fā)，MapX含有大量的方法和事件、高效的屬性頁和默認值以及其他向導，從而簡化了應用開發(fā)。2） 數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)庫