基于遺傳算法的最優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的樹竹選擇性地及時清理，保證輸電線路安全穩定運行，文章提出一種基于遺傳算法的最優輸電線路通道處理方法。文章首先結合“樹線矛盾”的因素，提出了樹線距離風險指標，并根據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化模型，然后采用一種二階段的遺傳算法進行優化模型進行求解。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。計算結果表明，文章提出的方法能在輸電線路管理成本內，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

從數學角度講，輸電線路通道處理問題是一個帶約束的非線性組合優化問題[6]，即在確定的成本范圍內，對輸電通道內的樹竹進行選擇性地清理，實現樹線風險最小化。在求解該問題時，需要考慮通道內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處理的數學模型；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。

1 輸電線路通道處理問題

本節首先對影響輸電線路通道內“樹線矛盾”的因素進行了總結，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數學模型。

1.1 影響“樹線矛盾”的因素

從輸電線路本體和通道內樹木的角度講，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，結合輸電線路巡線工作人員根據以往的負荷曲線和實際經驗共同確定線路的弧垂大小；另一方面，由于輸電網絡量大面廣，其通道內的樹竹種類繁多，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。根據輸電線路運行規程，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 輸電線路通道最優處理的數學模型

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

式中，f為以所轄線路樹線距離風險指標最小的目標函數，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點位處理需要給農戶進行支付的金額。

2 兩階段最優求解方法

針對1.3建立的數學模型，本文采用兩階段方法進行求解，第一階段對優化過程進行預處理，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：優化預處理

首先統計所有“樹線矛盾”的點位，針對每一個矛盾點位，確定相應的樹竹種類以及該樹竹的生長周期，并根據輸電線路材料、氣溫、歷史負荷經驗以及巡線員工的經驗，共同確定弧垂變化，結合目前的樹線距離，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。

2.2 階段二：最優化計算

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

2.2.1 編碼

針對公式（3）到公式（6）建立的數學模型，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 參數確定

采用傳統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，參數大小針對所涉及的點位多少進行確定，但經過本文的多次實驗，針對“樹線矛盾”點位在100個及以下時，交叉率設置為0.7～0.9，變異率設置為0.01～0.03，種群大小建議為200個個體，均能順利求解。

3 結束語

本文針對現有輸電線路存在的“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，本文建立了最優通道處理的數學模型，并結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定運行，避免了因“樹線矛盾”導致的電力系統故障。

參考文獻

[1]陳景彥，白俊峰.輸電線路運行維護理論與技術[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.