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摘要：随着我国社会经济的快速发展，各个行业都有了快速的发展。电力行业的发展也是极为迅速，提出了新的基于地理信息的变电站选址定容模型和算法分析。首先本文通过对多边形地块低价选址问题进行研究，从中发现在选址问题中存在地块的边界效应，利用边界效应在模型中加入线性约束，进而确定选址的最佳位置，大大提升了选址的效率。然后利用相应的算法实现对临近低价地块的快速筛选，节省了算法耗时，最后利用算法实例来表明这种选址方法的可取性。
关键词：地理信息；变电站；选址定容；算法
在电网规划中，变电站的选址定容问题是非常重要的一个环节，它把空间负荷预测的结果作为主要依据，对我国未来的电网建设和布局都起着至关重要的作用。不过当前我国很多地方在进行电网建设时只是考虑变电站、线路以及损耗等方面的问题，而经常忽略地理信息因素，导致建设的变电站经常处在一些不可建站的地方，再加上目前城市地区低价昂贵，一些城市土地成本甚至远超变电站造价，如果不考虑地理信息因素，变电站规划问题将会很难解决。
一、变电站选址定容理论发展现状与存在的问题
（一）变电站选址定容理论发展现状
变电站选址定容的优化工作本身就是一门非常系统化的问题，它是一门集综合性、科学性、政策性于一身的特殊组合性质的优化平面定位的问题，它是电力行业在进行基本建设的时候非常重要的组成部分，是实现城市电网优化的重要环节。当前我国在进行电网建设时仍然采用传统的电网规划方法，不可避免的就会在很大程度上面存在一些主观因素的影响，具有很大的局限性，计算机技术的大规模应用大大提升了变电站选址定容的效率，为传统的规划工作带来了勃勃生机。1947年，世界上第一篇关于变电站选址规划的论文被发表，里面很多的理论对变电站选址定容给出了一定的建议，不过它没有充分考虑网络结构、电压以及其他方面的约束条件。在几十年的优化算法发展中，各种优化算法得到迅速发展，比如说遗传算法、模拟退火、进化规则等，它们已经广泛应用到了变电站优化规划问题中去。不过通过工程实践得出，由于这些算法存在计算时间长、计算结果不稳定等特点，仍然只是停留在理论研究和实验室操作层面，不能够大规模应用到实际生活中。
（二）存在的问题
第一、当前大多数的算法都只是停留在研究如何将各类优化算法引入到变电站选址领域的阶段，不能够考虑解决实际工程中遇到的各类问题。
第二、当前很多变电站在进行选址定容研究的时候，绝大多数都是以目标年作为研究方向。但是目标年的规划跨度是比较大的，有可能会使几年甚至是几十年以后的规划，城市的发展不可能是一蹴而就的，它需要进行一步步的发展，所以在目标年之内也是需要进行相应的规划。
第三、当前很多的研究文献中所列举出的选址定容模型以及算法都不能够很好的保证算法的计算时间和精度。传统的数学优化方法建模求解的结果精度比较高，但是在进行大面积实际工程计算的时候所需要耗费的时间较长；而启发式优化方法能够在规定时间得出选址方案但是结果往往不是全局最优解。
二、基于地理信息选址定容模型
最基本的地理信息空间包括点、线、面三大类。在变电站规划中需要考虑到的地理信息因素一般可以简化为多边形面模型进行表示。本文主要以地价为例来进行建模，然后按照城市规划中每一类土地的评级方法和土地用途得到每一块土地的价格。对于一些不宜建站的区域，可以自动将地价设定为一个比较高的值，从而确保不会把址选在这个地方。当把地理信息考虑到变电站的建设当中去时，变电站的选址模型就需要加入土地费用，选址模型公式可以由下式来表示：。其中式子中的表示新建站土地所需要花费的费用，n则表示为新建变电站的个数，在这个式子中的大小是很难通过站点坐标解析求得的，所以还需要研究地理信息对最优变电站选址位置的影响。通过边界效应我们知道在变电站选址过程中，如果考虑到地理因素，如果新建站的地理位置发生变动则一定会在某低低价的地块内侧边界上。从边界效应中我们还了解到，对于那些单中位选址问题，假设选址的位置通常不是最优的，但是它一定会位于这块地块的边界位置，利用边界效应就可以大大提升选址的空间搜索率。在选址模型的基础上如果加上相应的线性约束条件，在增加边界效应约束后的单位选址模型就可以变为：
式中的的L为土地价格，r为线路费用系数，然后把第三个式子带入第一个式中，在对x求导，令导数为零，就能够求得最优解，利用求的（x，y）可以求的此时的的值，再加上所在地块的价格，就能够求的该站点在这块土地上总费用大小。
二、基于地理信息算法分析
（一）邻接低价地块确定办法
在对变电站进行选址的时候，需要综合考虑的地址数量众多，地快的数目数不胜数。如果对每一块地块对进行计算那么效率会非常低下。所以为了能够提高算法的速度，在进行选址的时候尽量减少考察地块的数量，但是又不会漏洞对可行地块的考察，本文从以下角度进行分析：选取选址区域最低低价的公式可以表示为，进一步表示为。利用高线原理可以知道上式中的（x，y）区域是一个封闭的区域，选址时只考虑区域内的地方就可以，不用考虑区域外的地块。如果一个地块包含在等高线内地块和被等高线穿过表示此地块，在选址的时候需要加以考虑，区域之外的则不需要考虑，在已经缩小了的区域再选取最低地块费用，按照上述方法一次进行缩小，就会把筛选区域压缩到一个很小的保函相应的最低价格的地块。
（二）选址算法
基于地理信息的选址模型，本文仍旧采用将多中位选址分解成为负荷分配问题，进行求解。先利用运输问题对变电站分配负荷，然后通过一定的方式对每一片负荷进行基于边界效应的单中位进行选址。基于地理信息的算法流程可以表示为以下形式：开始→给出初始解→应用运输为变电站分配负荷→对每一片负荷进行单中位选址→判断站址是否需要移动，如果是否的化则执行是否满足精度或者达到最大迭代次数这一步骤，如果是进行下一环节→计算确定临街低价地块→对每一个临街低价地块基于边界效应的移动原理得到新站址→判断是否满足精度或者达到最大迭代次数，否的化接着执行第三环节，一次执行，是的化执行最后一个环节→程序结束。
三、算例
把某城市110KV变电站的选址作为例子进行研究，这个区域平均年负荷约为784.5MW，现在有两座2站，在建还有一座。假设新建变电站的容量是3x63MVA，各地块划分以及选址结果对比分析表如下所示：
通过对选址结果进行对比，我们可以发现，传统的变电站在选址的过程中没有考虑到土地费用问题，从而造成了1号、4号以及5号变电站所处的地理位置落入高价区域内，土地费用成本非常的高，竟然高达1752万元，总费用高达6340万元。本文通过分析将新建站的位置选在了地价相对比较低的7号、28号以及16号地段，在很大程度上降低了建站总费用。从表一规划结果我们也可以发现，考虑地价的算法，要优于传统方法。
结语：
综上所述，为了解决传统变电站选址的问题，本文通过对基于地理信息的变电站选址定容模型和算法进行分析，将经典的选址定容模型和地理信息空间算法相结合，建立的新型的变电站选址定容模型，并且利用边界效应大大提升了空间搜索的效率，并且还利用线路费用等方面的高线原理提出了对临近低价地块进行快速筛选的算法。
参考文献：
[1]张硕.配电网变电站选址定容优化规划[D].华北电力大学，2012.
[2]汪臻.基于地理信息的配电网规划及其风险评估[D].华北电力大学，2014.
[3]苏辰隽.电网规划中变电站选址定容模型及优化算法研究[D].华北电力大学，2013.
论文作者:曾力
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：变电站论文; 地块论文; 算法论文; 地理信息论文; 模型论文; 低价论文; 边界论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;