基于GIS的電力線路管理和線路搶修路徑優化問題的研究

葉彪

摘 要：作為直接面向用戶的電網終端，配電網的可靠性具有十分重要的意義，在配電網運檢工作中配電網搶修屬于一項非常重要的工作內容，不斷地強化配電網的搶修效率能夠有效地降低停電損失，并且進一步地提升供電可靠性?；诖?，本文對配電網的特性進行了闡述，立足于GIS系統分析并介紹了配電網搶修的最佳路徑優化，提出了關于配電網搶修的最佳線路模型以及改進算法。

關鍵詞：電力線路；GIS；搶修路徑

中圖分類號： TM76 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-29-2

0 引言

在我國社會經濟不斷發展的今天，城市的規模變得越來越大，而且城市的電網系統也變得更加復雜，所有的這些情況都加大了電網線路管理和線路搶修的工作難度。近幾年來在我國的電力系統中GIS模式得到了非常廣泛地應用，其除了使傳統配電網分析管理模式中的較大隨意性和人為性得到有效地改善之外，還使得電網的可靠性和安全性獲得了極大地提升，進一步地促進了配電網的自動化發展。

1 配電網的特性

因為配電網本身具有較強的分散特性，在地理分布上其管理對象呈現出了點、線、面分布的這樣一種特征。要想將電力線路GIS及最佳搶修路徑明確下來，工作人員就要將配電網的實際特征明確下來。在電力系統中近幾年來廣泛地應用到了GIS：首先，在電網中桿塔、開關刀閘、變壓器等各種設施都具有點狀分布的特征，可以在地理信息系統中將桿塔、開關刀閘、變壓器等抽象為一個點；其次，所有線路和街道在配電網中的分布形式都是線形，其可以將配電網中點與點之間連通的特點很好地體現出來；最后，在配電網中由相關用戶、變電站、開閉所等共同構成的供電系統呈面狀分布[1]。配電網的各個設備因為具有上述的分布特征，所以在具體的運行過程中具有十分密切的聯系，其并非是孤立存在的。在配電網中點與點之間主要表現為桿塔的間距，點與線之間主要表現為開關刀閘的掛靠，點與面之間主要表現為相關變壓器的隸屬關系，線與面之間主要表現為供電范圍的隸屬關系。與輸電網相比，配電網具有比較狹窄的供電范圍。配電設施具有相對集中的特點，因此其很容易與附近的相關建筑物之間出現交叉跨越的問題，再加上配電設備具有非常多的數量和頻繁的變動，所以在進行配電網搶修的時候需要綜合考慮到配電網的這些特性。

2 基于GIS的線路搶修路徑優化

配電網的故障一般具有隨機性的特點，在進行城市配電網建設的時候往往在道路附近設置配電網，所以不管哪個位置的線路出現問題，電力搶修人員就可以在配電網拓撲圖的斷點位置對故障的位置進行定位。同時，搶修人員還能夠對故障最近地點的斷點進行大膽猜測，確定其屬于故障所在點。此外，搶修工作人員還可以與實際的情況相結合做出假設，如果拓撲道路斷點就是故障點，就可以假設與道路比較近的斷點位置是故障點。通過這種方式就能夠使搶修的問題得到有效的解決[2]。在城市的交通中包含著非常多的短路徑種類，其主要包括最低的擁擠程度、最短的時間和最短的行車距離等，在對線路搶修路徑進行選擇的時候可以將以上城市交通短路徑作為重要的參考標準。與配電網搶修的實際特點相結合，其中具有最短行車時間的路徑就是線路搶修的最佳路徑。

2.1 數學模型

與城市配電網和交通的實際情況相結合，那么其中最短路徑的問題主要包括以下幾個方面：首先，任意兩個不同節點之間的最短距離；其次，其中一個節點到另外一個節點之間的最短距離；最后，特定的兩個節點之間的不同距離。只有將上述最短路徑的實際問題明確下來，才可以將健全的數學模型建立起來，從而更好地選擇線路搶修的最佳路徑。如果交叉路口在通行車輛所行駛區域內形成了一個結點集，這時候所有的路段在該區域內就會組成邊集，在選擇搶修路徑的時候就可以將節點道路上道路的各種實時信息和實際的運行狀況等作為重要的參考依據。確保搶修人員花費最少的時間，盡可能快地到達配電網故障點，這是優化配電線路最佳搶修路徑的最為重要的內容。所以，首先要將出發點和故障點，兩者之間距離最短的交叉路口找到，將其假設為T和S，隨后在整個配電網中通過GIS將S與T之間的最短路徑尋找出來。對整個配電網進行抽象處理，使其形成一個平面圖G（V，E），其中頂點的集合用V來表示，邊的集合用E來表示。以網絡拓撲的定義為根據，如果有直接相連的邊存在于點i到點j之間，這時候Xij=1，如果沒有，則Xij=0。邊的權重用Wij來表示，其主要指的是從點i到點j所要花費的時間[3]。在經過計算之后，就可以得出從S至T的中間點集合就是最佳的搶修路徑，也就是（a0（S），a1...，a2，...an（T），最終可以將基于GIS的線路最佳搶修路徑模型得出：

因為會受到交叉路口延誤以及實際的道路限速等各種因素的影響，所以Wij作為線路i→j的權重必須要包括兩個部分，也就是交叉路口的延誤時間以及正常行駛的時間。

2.2 線路搶修路徑優化的影響因素

通過對數學模型的分析，我們可以發現，節點道路上道路的各種實時信息和實際的運行狀況等是影響選擇搶修方法的關鍵因素，其同時也是優化最佳搶修路徑的關鍵。最短的行車時間與最佳搶修路徑的選擇具有非常密切的關系，行車時間的影響因素在實際的運行過程中包括交通部門的管制、交叉路口的延遲時間、公路上的行車速度和各種其他的非人為和人為的因素。因為在同一交通路段上的不同時間在行車速度和行車流量等方面都具有較大的差異，所以在不

同的時間中道路的權值也具有較大差異，這時候搶修工作人員在對線路搶修路徑優化進行分析的時候需要將一天的時間劃分為不同的時段，從而使線路搶修路徑優化變得更加合理[4]。

2.3 線路搶修路徑優化的改進算法分析

通過對人工智能算法中遺傳算法的利用，可以科學合理的求解本文構建的模型。遺傳算法主要包括以下幾個方面的內容：初始群體的選擇、產生、變異和交叉，隨后調用遺傳禁忌搜索算法將初始群體構建出來，并且將局部搜索的工作完成，接著在下一代的迭代過程中進入，確保使其滿足相關的要求。通過遺傳算法和禁忌搜索算法兩者的結合，就可以使禁忌搜索算法的爬坡能力得以增強，而且還可以對遺傳算法具有的較差的局部搜索能力進行彌補。與此同時，結合兩者的方法也具有一定的問題，比如具有較差的大規模問題求解能力、算法具有更加復雜的程度、整個求解過程中需要頻繁的調用禁忌搜索算法、較低的算法執行效率等。在進化異常算法的開始階段主要是實施探索，其對交叉算子探索基因空間的能力進行了充分地利用，能夠立足于較大的空間搜索全局最優解。除此之外，還能夠通過較小的概率調用禁忌搜索算法。在逐步進化樣本個體的同時，群體由于交叉操作隨機性而變得具有相似性，這樣就能夠將禁忌算法的調用概率合理地提高。群體在本算法的后期將會逐漸地轉向局部操作，在這個過程中對個體的搜索比較側重[5]。遺傳算法在這個階段具有較差的局部搜索能力，這時候就需要通過對禁忌搜索算法的調用確保群體搜索的實現。本文采用3個階段的方式對遺傳算法的進化進行劃分，[0，T1]是第一個階段，[T1，T2]是第二個階段，[T2，Tg]是第三個階段，PTS在每個階段都是不同的，詳見下面的公式。

3 結語

要想提升配電網的可靠性和安全性，就必須要充分地做好電力線路搶修路徑優化的工作。搶修工作人員在將配電網搶修實際特征明確下來的基礎上，要深入地分析和研究基于GIS的電力線路管理和線路搶修路徑優化問題，從而快速地搶修配電網故障，確保配電網的安全正常運行。

參 考 文 獻

[1] 錢虹，黃正潤，阮大兵.配電網故障定位方法研究[J].上海電力學院學報，2013（2）：169-173.

[2] 朱浩，張玉.基于改進的Floyd算法求節點間所有最短路徑[J].電聲技術，2012，35（12）：65-67.

[3] 劉健，趙樹仁，張小慶.中國配電自動化的進展及若千建議[J].電力系統自動化，2012，36（19）：6-10.

[4] 胡保東.基于B/S模式的高壓配電網GIS的研究與開發[J].辦公自動化：綜合月刊，2012（12）：37-38.

[5] 張娟.基于GIS的配電網故障定位及其供電恢復[D].碩士學位論文：昆明：昆明理工大學，2011：54-55.