《Electric Power Systems Research》：Estimation of electrical substation service area using geospatial methods and open data
编辑推荐：
•一种基于开放数据、可扩展的地理空间方法，用于估算变电站服务区域。•采用分水岭思想并结合多源迪杰斯特拉算法的优化最小成本传播方法。•用于分配变电站级用电需求与发电量的稳定空间框架。•其空间误差比传统的基于沃罗诺伊的方法低9%。•首次对德国110千伏变电站的服务区域进行系统化的高分
- •
一种基于开放数据、可扩展的地理空间方法，用于估算变电站服务区域。
- •
采用分水岭思想并结合多源迪杰斯特拉算法的优化最小成本传播方法。
- •
用于分配变电站级用电需求与发电量的稳定空间框架。
- •
其空间误差比传统的基于沃罗诺伊的方法低9%。
- •
首次对德国110千伏变电站的服务区域进行系统化的高分辨率绘制。
章节节选
引言与研究动机
在电气化和气候目标的推动下，向可再生能源的转型正在从根本上改变电力系统。这一转变带来了诸多运营挑战，比如双向功率流动、系统惯性降低以及局部电网拥堵，而这些问题的产生主要源于分布式能源资源占比的不断增加[1]。要应对这些挑战，就需要能够准确反映现实状况的高分辨率电网模型。
此类模型的精确度
本文贡献
本文提出了一种可扩展的地理空间方法，利用开放获取的数据集来估算变电站服务区域，并分配相应的用电需求与发电量。该方法采用了经典的分水岭分割概念[10]，同时通过迪杰斯特拉算法实现优化的成本距离传播机制[11]，并综合考虑了地理特征、基础设施以及规划约束，从而得出符合实际逻辑的变电站服务区域边界。
相关研究
以往的研究针对在没有详细电网数据的情况下估算变电站服务区域的问题，探索了多种方法。
基于沃罗诺伊（泰森）多边形的邻近度划分方法会将每个位置分配到最近的变电站，该方法被广泛用于近似估算变电站服务区域[13]、[14]。尽管这种方法的计算效率较高，但往往忽视了网络拓扑结构以及自然或基础设施障碍，从而导致空间分配结果不切实际[7]、[15]。
提出的方法
本节介绍了一种考虑约束条件的、基于栅格的方法，用于估算变电站服务区域并分配用电需求与分布式发电量。整个工作流程如图1所示，包括数据准备、成本矩阵构建、多源成本传播以及后期处理等步骤。
结果与讨论
本节将展示研究结果，并探讨所提方法在估算变电站服务区域方面的性能表现。
结论与未来工作
本研究提出了一种新的、可重复的、考虑约束条件的地理空间方法，通过优化的最小成本传播框架来确定变电站服务区域。该方法在传统分水岭区域生长算法的基础上，借助迪杰斯特拉算法和开放地理空间数据集，实现了优化的最小成本距离扩散。通过与官方配电系统服务区域边界的对比验证表明，与传统方法相比，新方法在公平性评估指标下的空间误差降低了9%，在确定性评估指标下的空间误差降低了10%。
CRediT作者贡献说明
阿琼·库马尔·马杜苏达南：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化、验证、软件应用、资源协调、方法设计、研究实施、概念构思。朱利安·霍夫曼：写作——审阅与编辑、项目监督、资源协调、项目管理工作管理、方法设计、概念构思。吉斯蒙·斯坦利：可视化、验证、方法设计。乌韦·屈纳佩尔：项目监督。维特·哈根迈尔：写作——审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
阿琼·库马尔·马杜苏达南|朱利安·霍夫曼|吉斯蒙·斯坦利|乌韦·屈纳佩尔|维特·哈根迈尔
