基于遺傳算法的最優(yōu)輸電線路通道處理方法

王熙

摘 要：為在滿足輸電線路通道的管理成本的條件下，有效對輸電線路通道內(nèi)的樹竹選擇性地及時清理，保證輸電線路安全穩(wěn)定運行，文章提出一種基于遺傳算法的最優(yōu)輸電線路通道處理方法。文章首先結(jié)合“樹線矛盾”的因素，提出了樹線距離風險指標，并根據(jù)該指標建立了以所轄線路樹線距離風險指標最小為目標，以輸電線路通道管理成本為約束條件的最優(yōu)化模型，然后采用一種二階段的遺傳算法進行優(yōu)化模型進行求解。最后，文章針對11條輸電線路的30個“樹線矛盾”點位進行算理分析。計算結(jié)果表明，文章提出的方法能在輸電線路管理成本內(nèi)，給出安全通道處理方案，證明了該方法的有效性和實用性。

關(guān)鍵詞：輸電線路；樹線矛盾；樹線距離風險指標；兩階段方法

引言

從數(shù)學(xué)角度講，輸電線路通道處理問題是一個帶約束的非線性組合優(yōu)化問題[6]，即在確定的成本范圍內(nèi)，對輸電通道內(nèi)的樹竹進行選擇性地清理，實現(xiàn)樹線風險最小化。在求解該問題時，需要考慮通道內(nèi)的樹竹種類以及生長周期以及通道處理周期以及通道處理成本。針對這一問題，本文提出一種基于遺傳算法的輸電線路通道最優(yōu)處理方法。本文首先闡述了影響樹線之間安全距離的重要因素，并提出了樹線距離風險指標，并建立了以樹線風險最小化為目標的輸電線路通道最優(yōu)處理的數(shù)學(xué)模型；其次，針對該模型提出一種兩階段求解算法；然后用本文方法對算例進行計算分析；最后對本文的工作進行總結(jié)。

1 輸電線路通道處理問題

本節(jié)首先對影響輸電線路通道內(nèi)“樹線矛盾”的因素進行了總結(jié)，并針對“樹線矛盾”問題提出了樹線安全距離指標，然后建立了輸電線路通道樹竹處理的最優(yōu)數(shù)學(xué)模型。

1.1 影響“樹線矛盾”的因素

從輸電線路本體和通道內(nèi)樹木的角度講，影響“樹線矛盾”的因素主要包含線路弧垂和樹竹高度兩個方面。

輸電線路弧垂受到輸電線路材料、氣溫、負荷大小、懸掛方式等多個因素影響，實驗證明，每100米的導(dǎo)線，在溫度增加1℃時，大約會伸長1.5毫米左右，溫度越高，弧垂越大，與此同時，結(jié)合輸電線路巡線工作人員根據(jù)以往的負荷曲線和實際經(jīng)驗共同確定線路的弧垂大?。涣硪环矫妫捎谳旊娋W(wǎng)絡(luò)量大面廣，其通道內(nèi)的樹竹種類繁多，樹木生長主要受樹竹種類和生長周期決定，例如，竹子在春天的時候生長較快，巨桉樹全年生長均很快，杉樹全年生長周期較慢。

1.2 樹線距離風險指標

當輸電線路與樹竹之間的距離減小時，樹線距離的安全風險增大。根據(jù)輸電線路運行規(guī)程，輸電線路與樹竹之間的距離不得少于2米，本文提出的樹線距離風險指標如公式（1）和（2）所示：

1.3 輸電線路通道最優(yōu)處理的數(shù)學(xué)模型

本文以樹線距離風險指標最小為目標函數(shù)，以輸電線路通道管理成本、樹線之間的距離為約束條件，建立的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：

式中，f為以所轄線路樹線距離風險指標最小的目標函數(shù)，R為所有“樹竹矛盾”的點位集合，xt為是否對t點位的進行通道清理。△M表示樹竹處理后剩余的通道處理成本，M0表示本次通道處理前的總成本，Mt為第t點位處理需要給農(nóng)戶進行支付的金額。

2 兩階段最優(yōu)求解方法

針對1.3建立的數(shù)學(xué)模型，本文采用兩階段方法進行求解，第一階段對優(yōu)化過程進行預(yù)處理，第二階段采用遺傳算法[8]對進行求解。具體步驟如下：

2.1 階段一：優(yōu)化預(yù)處理

首先統(tǒng)計所有“樹線矛盾”的點位，針對每一個矛盾點位，確定相應(yīng)的樹竹種類以及該樹竹的生長周期，并根據(jù)輸電線路材料、氣溫、歷史負荷經(jīng)驗以及巡線員工的經(jīng)驗，共同確定弧垂變化，結(jié)合目前的樹線距離，采用公式（2）計算“樹線矛盾”點位的樹線距離，再采用公式（1）計算樹線距離風險指數(shù)。

2.2 階段二：最優(yōu)化計算

在階段一完成后，需要對公式（3）到公式（6）所建立的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進行求解，針對這類帶約束的非線性組合優(yōu)化問題，有多種方法進行計算，為保證計算結(jié)果的有效性，本文采用智能優(yōu)化算法進行求解，采用傳統(tǒng)的遺傳算法進行求解計算。具體的關(guān)鍵環(huán)節(jié)描述如下。

2.2.1 編碼

針對公式（3）到公式（6）建立的數(shù)學(xué)模型，進行[0，1]編碼，xt為是否對t點位的進行通道清理，當xt=1時，表示對該點位進行處理，當xt=0時表示對該點位不進行處理。

2.2.2 越限處理

針對不滿足約束條件的公式（5）和公式（6），將其目標函數(shù)值賦予無窮大，以至于在遺傳算法中種群的進化過程將其作為不良解進行淘汰。

2.2.3 參數(shù)確定

采用傳統(tǒng)的遺傳算法進行求解時，需確定種群大小、交叉率、變異率等參數(shù)，參數(shù)大小針對所涉及的點位多少進行確定，但經(jīng)過本文的多次實驗，針對“樹線矛盾”點位在100個及以下時，交叉率設(shè)置為0.7～0.9，變異率設(shè)置為0.01～0.03，種群大小建議為200個個體，均能順利求解。

3 結(jié)束語

本文針對現(xiàn)有輸電線路存在的“樹線矛盾”問題，提出了一種基于遺傳算法的輸電線路通道最優(yōu)處理方法。本文通過對“樹線矛盾”中的多種因素，提出了樹線距離風險指標，本文建立了最優(yōu)通道處理的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合遺傳算法采用兩階段法進行求解。算例表明，采用本文方法，可以得出有效的通道處理方案，為巡線人員給出了合理的建議，確保了輸電線路的穩(wěn)定運行，避免了因“樹線矛盾”導(dǎo)致的電力系統(tǒng)故障。

參考文獻

[1]陳景彥，白俊峰.輸電線路運行維護理論與技術(shù)[M].中國電力出版社，2009.

[2]劉然.特高壓輸電線路通道清理研究[J].現(xiàn)代制造，2013，30：154-155.

[3]孫宏柏.積極開展輸電線路通道管理工作[J].中國科技博覽，2011，30：410-410.