摘要
配电网规划工作是一项复杂的系统工程，具有涉及专业领域广、数据信息量大、不确定因素多和更新变化快等特点。科学合理的配电网规划是确保未来电网安全性、可靠性和经济性的先决条件。传统规划模式主要存在决策难、评审难、编制难三大难点。为此，文章研究并提出了基于大数据的“三统一”配电网规划辅助决策系统：以统一的技术原则为基础、采用统一的规划平台，实现统一项目建库。实践表明，该规划辅助决策系统提升了规划方案编制品质，改善了评审效果，提升了投资决策精益化水平。
0 引言
通过科学、合理、有序的配电网规划工作，可以更好地指导电网建设。配电网规划涉及专业领域广、数据信息量大、不确定因素多、更新变化快，传统规划模式主要存在决策难、评审难、编制难三大难点。为了提高规划效率，国内外已开发了一些规划设计软件，由于难以得到准确的数据支撑，现有软件不能充分发挥作用。将大数据概念引入电力行业，站在电力大数据的角度对电网系统进行分析，已成为研究热点。
文献［1］介绍基于地理信息系统的上海城市配电网规划计算机辅助决策系统的整体架构和功能设计。文献［2］阐述了基于大数据的电网智能决策应用。文献［3–4］分别从大数据与电力大数据、应用及探索角度探讨了大能源思维与大数据思维的融合。文献［5］研究在全球能源互联网背景下能源大数据在用户供电可靠性预测评估中的应用。
为了解决传统规划决策难、评审难、编制难三大难点，提升规划效率，本文提出了基于大数据的“三统一”配电网规划辅助决策系统。以统一技术原则为基础，采用统一规划平台，实现统一项目建库。其中，配电网规划平台通过“SOA数据总线”与企业其他系统进行数据交互，并通过其他接口获取国民经济等数据，研发电网诊断、投资决策和规划评估等功能，并以“插件”方式引入现有成熟软件。
1?系统设计总体思路
1.1?电网规划大数据
电网大数据以业务趋势预测、数据价值挖掘为目标，利用数据集成管理、数据存储、数据计算、分析挖掘等方面的关键技术。电网大数据具有数据量大、种类繁多、数据处理迅速、价值密度低4个特点。
与电网规划相关的数据有：一体化GIS平台中的设备台账、网络拓扑结构、相关图纸和地理信息等数据；生产管理系统中的设备技术参数、停电信息和设备缺陷信息等数据；营销系统中的用户信息、用电信息和综合线损等数据；计量四合一中的配电变压器（简称配变）年、月、日负荷数据；调度系统中的变电站、电厂、高中压线路等设备负荷数据；可来源于其他系统中的市政规划、经济发展和区域人口等数据。
近年来，随着信息系统的建设和发展，以配电网GIS平台为核心，将生产管理系统、营销系统、计量四合一、调度系统的数据进行集成，电网企业已经建立起了“站—线—变—户”的一体化数据模型，形成了从电网设备到客户信息的拓扑映射关系。系统搭台，实现数据信息的融合与应用，消除数据孤岛，打破专业壁垒，实现了信息共享，为解决配电网规划缺乏可靠数据和信息化支撑的问题提供有力条件。
1.2?基于大数据的“三统一”总体思路
为了解决传统规划的难点，研究并提出配电网规划辅助决策系统：基于大数据，以“统一技术原则”为基础，借助“统一规划平台”，实现“统一项目建库”，见图1。
图1 基于大数据的“三统一”总体思路
2?基于大数据的“三统一”配电网规划辅助决策系统
通过数据总线从多个数据平台获取规划大数据，以“完备、真实、准确、有效”为原则，进行大数据预处理、存储、分析、挖掘和可视化，应用于常态资料收集、配电网诊断、负荷预测等规划环节。
2.1?统一技术原则
按照“三统一”的思路，制定标准化、差异化和属地化的规划技术原则，包括以下内容：
（1）在上级各项规划技术原则的基础上，明确目标，统筹建设和改造的技术要求。充分考虑本地区规划定位、电网现状、负荷发展等情况，进行电网分区、分片，有针对性地提出不同区域各电压层级的优化原则，给出远景目标网架和变电站布点规划。最后制定的属地化技术原则具备“同一片区标准化、不同片区差异化”的特点。
（2）统一基建、技改和客户接入三方面的电网建设改造思路和技术路线，这对实现电网的协调发展具有重要的指导意义。
（3）将统一的技术原则内嵌入规划平台中，作为配电网规划的依据和出发点。
2.2?统一规划平台
借助配电网GIS、调度自动化系统、生产管理系统、营销系统和计量四合一等信息化成果，统一规划平台通过“SOA数据总线”与其他系统进行数据交互自动获取规划所需数据，实现电网诊断、负荷预测、项目编制、项目评估和投资决策等功能，为电网规划和投资决策提供有效工具支撑。
2.2.1?五大功能优势
统一规划平台的五大功能优势为：
（1）数据采集—常态收资：通过数据总线采集数据，实现快速、实时的数据获取，为电网全息分析打下坚实基础，提升收资效率。
（2）电网诊断—严谨分析：基于统一计算策略的电网诊断、报表表格计算、问题明细追踪和分区指标计算，提升分析结果严谨性。
（3）图形展示—可研深度：基于问题建立项目，并对每个项目进行评估；通过投资策略优选项目，自动汇总工程投资及规划指标，提升规划项目的实用性。
（4）项目管理—结果可视：基于GIS系统为背景的分区划分、设备渲染、项目绘制、可靠性及负荷预测计算结果展示，展示效果直观且精细化。
（5）成熟软件—精益计算：引入现有技术成熟的电网辅助决策软件，如空间负荷预测、电网潮流和可靠性计算等软件。
2.2.2?规划原则及边界管理
依据规划区域实际特点，遵照相关导则及技术规范，定制属地化的规划原则，并内嵌入规划平台，为项目规划提供统一的信息及方案校验策略。
“规划技术原则”模块能够做到技术原则标准化、属地化、可定制、表单化，形成结合分区的具有空间分布特点的配电网分析策略，指导电网评估分析和规划方案的编制。该模块示意见图2。
图2 “规划技术原则”模块示意图
2.2.3?供电分区管理
采用大而化小、分而治之的理念，把电网设备进行分区归属，形成若干相对独立、清晰的网架，且具备自愈潜力的网格。“供电分区管理—网格管理”子模块见图3。
图3 “供电分区管理—网格管理”子模块
当电网新增变电站布点时，可依据空间负荷预测结果自动优化供电范围，也可人工干预，并在界面中展示变电站逐年供电范围，方便规划人员对变电站供区交叉、供电半径超长等问题进行梳理。“供电分区管理—变电站供区”子模块见图4。
图4 “供电分区管理—变电站供区”子模块
2.2.4?现状电网分析
通过服务总线获取营配集成数据，经汇总、校核和转换后得到诊断所需数据；依据技术原则和供电分区划分，采用大数据分析法多维度分析各项诊断指标，评估配电网的运行状态、网络结构和设备水平，挖掘配电网薄弱环节，得到相应的问题表单。本系统“现状电网分析”模块具有简化收资工作、常态化电网诊断分析、可视化问题设备定位和全息化电网分析等模块功能的亮点，相关示意见图5。
图5 “现状电网分析”模块示意图
2.2.5?电力需求预测
通过对大数据的分析，利用数据挖掘技术，准确掌握用电负荷分布和变化规律，提高负荷预测的准确度。“电力需求预测—空间负荷预测”子模块示意见图6。模块特点有：
图6 “空间负荷预测”子模块示意图
（1）采用大数据分析算法研究电量负荷与历史GDP、产业结构、人口、节假日和负荷特性等因素间的关系特征，建立与数据相适应的负荷预测模型，对未来负荷进行预测。
（2）通过数据总线获得规划区或类似成熟区域的居住、商业等不同用地性质的饱和大数据样本，分析计算负荷密度指标、负荷发展系数和负荷同时率等关键基础数值，建立多维空间负荷预测指标体系；依据控制性详规、区块成熟程度和大用户报装等情况，计算饱和期和过渡期的负荷空间分布特征。
（3）推荐站址优化供电范围。依据负荷预测结果，推荐新增变电站站址、容量，并优化供电范围。
2.2.6?项目编制与管理
（1）项目编制。该模块以统一的涉网资产现状问题总表为依据，以网格为单位，可通过人工创建、自动推荐和外部导入3种方式，创建囊括基建、生产技改和营销技改的统一项目库。该模块确保规划方案的合理性，有效避免项目重复建设和建完就改，实现了问题到项目、到图形的一致性。模块功能示意见图7。
图7 “项目编制”模块部分功能示意图
“规划方案编制”模块功能亮点：
1）系统基于现状问题创建项目，突出编制项目与现状问题的对应，确保项目建设必要性。
2）系统基于GIS界面绘制规划项目，提升规划线路路径和设备落点的准确性，确保项目方案的合理性。
3）规划项目达到可研深度，便于开展项目前期工作。
（2）项目管理。“规划项目管理”模块包括规划项目基本信息管理、项目流程管理、问题管理和工程量汇总等。该模块以统一的涉网资产现状问题总表为依据，可通过人工创建、自动推荐和外部导入3种方式，创建囊括基建、生产技改和营销技改的统一项目库。模块部分功能见图8。
图8 “项目管理”模块部分功能示意图
2.2.7?项目评估
（1）规划效果评估。模块包含以下3项功能：
1）单体项目评估。依据打分原则对每个规划项目自动打分，项目打分结果将作为项目优选的依据，直观有效地展现单一项目对规划电网的指标影响。
2）现状电网问题解决程度分析及电网主要指标分析。通过可视化、表单化手段反映电网投资和电网项目安排合理性。
3）网格改造效果评估。针对每个供电网格负荷值、线路负载率等指标变化情况，使规划人员能够整体把握每个网格的改造效果，以便合理制定项目建设时机。
（2）供电可靠性评估。根据现有和规划线路拓扑关系、设备技术参数和设备故障概率等信息，利用现有技术成熟的电网辅助决策软件，开展现状和规划电网可靠性评估分析。
（3）理论线损分析。该模块提供多种理论线损计算模型和方法，能实现对现状电网或规划电网10kV线路的理论线损指标计算。
（4）电网时态演变分析。分析内容包括规划态电网拓扑关系的梳理和规划态电网指标时态推演。
“电网时态演变分析”模块功能亮点有：
1）实现规划电网运行水平、网络结构、设备水平、台区位置、供电半径、供电用户、国民经济等信息的关联分析。
2）全景可视化推演，便于重建电网历史状态、跟踪变化、预测未来。
（5）停电事件模拟。依据每个电网建设项目影响的停电范围，自动计算其造成的停电时户数，通过统计报表，方便规划人员对电网项目建设时序做出合理调整，优化停电计划，充分减少计划停电对可靠性的影响。
2.2.8?投资决策
“投资决策”模块包括投资策略、项目优选和财务评价3个子功能。
（1）投资策略。分析电网近期建设投资刚性需求，能为规划人员对项目建设时序有效调整和电网建设投资最优化提供合理依据。
（2）项目优选。该模块可以依据投资策略实现智能项目优选并给出投资下限，同时可快速响应投资力度变化后的电网指标变化。“投资决策—项目优选”子模块见图9。
图9 “投资决策—项目优选”子模块示意图
“投资决策—项目优选”子模块功能亮点如下：
1）单一项目指标提升：系统在项目表中添加指标提升值，实现单—项目评估，当项目调整后能快速计算调整后指标。
2）项目优先排序：系统按项目分类进行项目优先级排序，按省公司投资策略对项目进行分类汇总。
3）项目自动优选：在调整投资上限后，系统根据投资策略，对项目进行重新优选排序，结合专家干预得出实施项目库，并自动得出该实施库对应的规划指标。
4）投资变动后指标变化：投资方案变动后，系统能迅速计算投资变动后的电网指标变化。
（3）财务评价。该模块用于考察规划项目总体投资的盈利能力、偿债能力和可持续能力等，为项目投资决策、预算管理提供充分依据。
2.3?统一项目建库
统一项目建库是目的。规划、设备、调度和营销等各部门就解决电网问题的多类项目建立传递机制，共同制定解决举措，形成基建、技改和营销3类项目的规划方案，构建统一的配电网规划项目库，并内嵌入规划平台“项目管理”模块。
统一项目建库的主要内容为：
（1）由计划部牵头，与营销、设备、调度部门建立传递机制，遵循统一的技术标准，统一确认问题、统一规划项目、分类报送项目。规划工作传递机制见图10。
图10 规划工作传递机制
（2）各部门共同制定解决举措、方案，构建配电网规划统一的项目库，统一编制规划基建项目和技改项目。
规划基建项目是由远及近，着力解决电网发展的问题；生产技改项目则是由近及远，着力解决的是电网现状的问题。两方面结合，最终形成完备的电网规划项目库，做到项目不重、不漏，见图11。
图11 统一项目库
统一项目建库的优点如下：
（1）统筹平衡生产运行、电网发展的需求，合理安排项目建设的时序。
（2）树立“大电网”理念，解决垂直管理造成的项目重报、漏报、建完就改、重复建设等问题。
（3）有效减少投资浪费和电网作业对客户供电的影响程度。
（4）形成电网规划的基础数据和项目管理台账。
3?应用案例
以某市配电网规划为例，介绍本文基于大数据的“三统一”配电网规划辅助决策系统的应用情况。现状电网共有110kV变电站6座，35kV变电站7座，10kV公用线路117回。预测2020年全社会用电量和最高负荷将达到19.64亿kWh和525MW。2016 ～2020年期间，新建110kV变电站4座，增容35kV变电站1座。新建10kV线路44条。应用效果如下：
（1）本次规划有效整合一体化GIS、CSGII生产、营销、调度和计量四合一系统数据，有效地简化了收资和计算；并能将问题在GIS图中定位，对配电网设备的情况有了直观清晰的了解，对配电网设备的使用和管理水平上了一个新台阶，大幅度降低了运行和管理费用。
（2）基于问题表创建项目，确保现状问题得到全面解决；规划项目绘制于GIS系统中，可自动生成较为精确的工程量；通道清楚地显示在GIS系统中，便于规划通道的落实；根据评估指标体系，单个项目完成后，可对各个静态和动态指标进行自动计算和显示，作为投资决策的依据。
（3）依据投资策略自动生成投资方案和优选项目。若策略调整，投资盘子发生变化时，工程量和指标等再计算就会方便快捷，释放了数据收集、计算、汇总和再修改的工作量，可使专责人员专注于规划方案的优化，而且投资总量与电网指标对应关系明了，便于领导决策。
5?结语
本文提出了基于大数据的“三统一”配电网规划辅助决策系统，为规划信息化、日常化和精细化奠定了较好的基础。实际应用表明，该系统有以下优势：
（1）提升规划方案的品质：规划辅助决策系统取代了传统的人工编制规划方式，能够解放规划者的体力，释放规划者的脑力，不但解决了“编制难”的问题，还能提升规划方案的品质。
（2）改善了评审效果：网省公司、地市局和县公司掌握统一的数据依据，规划项目表与图形自动对应，使评审重点回到了项目合理性和可实施性上，解决了“评审难”的问题，改善了评审效果。
（3）提升投资决策精益化水平：上级单位能够随时掌握基层指标，并根据投资策略的改变，优选项目，计算规划指标，使决策者可以依据指标变化情况调整投资力度，降低了决策风险，解决了“决策难”的问题。
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