配電線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)及選擇

陳 濤 劉玉浩

國網(wǎng)山東省電力公司慶云縣供電公司

配電線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)及選擇

陳 濤 劉玉浩

國網(wǎng)山東省電力公司慶云縣供電公司

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提升，電力用戶對于配電線路供電質(zhì)量的要求越來越高，在整個配網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，配電線路覆蓋的面積非常大，并且線路路徑設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。從實(shí)踐情況來看，配電線路路徑設(shè)計(jì)的質(zhì)量會對配電線路的線損、供電穩(wěn)定性、供電效率以及供電經(jīng)濟(jì)性等造成明顯的影響。良好的配電線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)及選擇方案，可以有效的提升配電線路的綜合配電能力、配電質(zhì)量。

配電線路；路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)；選擇

長期以來，由于生活、生產(chǎn)用電的特點(diǎn)，配電網(wǎng)增容，規(guī)劃人員僅進(jìn)行簡單計(jì)算、驗(yàn)算，甚至僅憑工作經(jīng)驗(yàn)就進(jìn)行網(wǎng)架擴(kuò)展。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種配電線路規(guī)劃模式造成了配電網(wǎng)供電半徑超限、線路損耗大、線路末端電壓質(zhì)量差、功率因數(shù)低的現(xiàn)狀。合理規(guī)劃確定配電線路路徑是配電線路規(guī)劃的重要內(nèi)容之一。

1 輸電網(wǎng)路徑優(yōu)化的意義

1.1 輸電網(wǎng)路徑優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

目前我國輸電線路正處于發(fā)展上升通道，未來仍然會有更快更好的發(fā)展，研究輸電線路的路徑優(yōu)化問題也顯得至關(guān)重要。如果能夠選擇合理的方法獲得切實(shí)可行的規(guī)劃方案，這對整個電力系統(tǒng)將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，當(dāng)輸電線路工程巨大、操作復(fù)雜時，采取路徑優(yōu)化思想更能體現(xiàn)其帶來的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。輸電線路路徑優(yōu)化的目標(biāo)是在確保供電效果、可靠性的前提下，達(dá)到成本最優(yōu)化。在保證了輸電線路的質(zhì)量可靠的前提下，盡可能的節(jié)約走廊資源，嘗試不斷提高線路輸送容量，這樣可以有效的降低建設(shè)、運(yùn)行等總成本。

1.2 輸電網(wǎng)路徑優(yōu)化的社會效益

輸電線路的社會效益的好與壞影響了整個輸電項(xiàng)目工程的長遠(yuǎn)發(fā)展。如果出現(xiàn)了問題，是不堪設(shè)想的，它不是僅僅依靠經(jīng)濟(jì)來彌補(bǔ)就可以的，由此可見，選擇合適的輸電線路是至關(guān)重要的，這關(guān)系到整個社會效益能不能提高，如果選擇了正確的輸電線路，不僅可以大大節(jié)約成本而且對整個社會也產(chǎn)生了積極的影響。

2 配電線路路徑選擇的方法

2.1 Dijkstra算法基本理論

Dijkstra算法是由荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家狄克斯特拉(Dijkstra)于19巧年提出的，因此又叫狄克斯特拉算法。Dijkstra算法是解決單源最短路徑問題的經(jīng)典算法，它應(yīng)用了貪也算法模式。貪也算法一般分階段求解一個問題，在每個階段它都把當(dāng)前出現(xiàn)的當(dāng)作景好的去處理其基本原理是；Dijkstra算法在解決最短路徑時是按階段進(jìn)行的。在每個階段，Dijkstra算法選擇一個頂點(diǎn)V，它在所有未知頂點(diǎn)中具有最小的式，同時算法聲明從S到V的最短路徑是已知的，現(xiàn)階段的其余部分由值的更新工作組成。

2.2 Dijkstra算法建模

GIS地圖網(wǎng)格化在利用GIS地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸電線路路徑自動優(yōu)化選線時，首先需要將GIS地圖進(jìn)行網(wǎng)格化處理，以實(shí)現(xiàn)各單元格內(nèi)環(huán)境因素的定量描述，W此表征各單元格內(nèi)環(huán)境因素對輸電線路路徑優(yōu)化選線的難易程度，即可構(gòu)建Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)路徑自動生成中有向路徑的權(quán)重；其次，通過建立各單元格之間的有向聯(lián)絡(luò)規(guī)則，構(gòu)建Dijkstra算法的有向路徑；最后，由于輸電線路路徑需考慮轉(zhuǎn)角個數(shù)對優(yōu)化方案的影響，需要統(tǒng)計(jì)路徑生成過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角個數(shù)。

2.3 路徑最小開銷搜索模型

在輸電線路路徑優(yōu)化過程中，需考慮選定該路徑后輸電線路運(yùn)行的安全性以及線路建設(shè)造價，這就要求在選定線路路徑時充分考慮影響線路路徑長度、線路轉(zhuǎn)角數(shù)量。

(1)路徑長度.路徑長度増加會増加導(dǎo)線長度、地線長度、桿塔數(shù)量、絕緣金具等實(shí)用數(shù)量，增加了線路材料使用量，同時由于線路長度増加帶來了施工期延長，増加線路投資。在線路工程設(shè)計(jì)中，常用曲折系數(shù)來衡量線路的合理性。曲折系數(shù)是線路路徑的實(shí)際長度與線路起始點(diǎn)的直線段距離之比。按照設(shè)計(jì)要求，線路的曲折系數(shù)一般不大于1.4。

(2)線路轉(zhuǎn)角數(shù)量。在輸電線路路徑選擇中，線路轉(zhuǎn)折處需架設(shè)轉(zhuǎn)角桿塔。轉(zhuǎn)角桿塔屬于耐張桿塔，需要承受導(dǎo)線與地線的水平荷載。因此轉(zhuǎn)角桿塔應(yīng)具有較高的強(qiáng)度，増加塔材使用量。綜合考慮輸電線路路徑的環(huán)境因素、路徑長度和轉(zhuǎn)角個數(shù)，建立輸電線路路徑最小開銷模型，采用Dijkstra算法求解輸電線路最優(yōu)路徑。輸電線路路徑的最小開銷模型如式所示。

式中：

fij——相鄰單元格有向路徑的權(quán)重；

wi、wj——單元格環(huán)境因素權(quán)重；

c1、c2——懲罰系數(shù)；

l——有向路徑長度；

n——有向路徑轉(zhuǎn)角數(shù)目。

在輸電線路路徑最小開銷模型中，wi、wj表示單元格環(huán)境因素權(quán)重，針對某單元格，將按照環(huán)境因素疊加的方式汁算該單元格的環(huán)境因素權(quán)重。l表示相鄰單元格之間有向路徑的長度，根據(jù)有向路徑連通規(guī)則，該長度值為1或。n表示由當(dāng)前單元格到相鄰下一單元格時是否出現(xiàn)拐角，該值為1或0。

3 配電線路路徑科學(xué)選擇分析

配電線路路徑在選擇過程中，需要遵循以下幾點(diǎn)原則：其一，配電線路路徑選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合全面、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)地考察，由專業(yè)的線路設(shè)計(jì)人員，配合當(dāng)?shù)氐恼?、工程測量人員、技經(jīng)人員等，一同到達(dá)實(shí)地進(jìn)行細(xì)致的考查、勘察，全方位確定配電線路選擇的相關(guān)因素。其二，配電線路的選擇應(yīng)當(dāng)遵循施工簡便、交通便利、路徑較短的原則，盡量避開農(nóng)田、高山、河流等處，使配電線路建設(shè)過程中以及之后的維護(hù)過程中，工作人員可以輕松、便捷地到達(dá)線路現(xiàn)場。其三，注意光纜的科學(xué)布設(shè)，一般情況下光纜隨10kV架空線路進(jìn)行布設(shè)，一般配備1到2km的長度為宜，在保證施工較為方便的前提下，適當(dāng)降低光纜的接頭數(shù)量，提升光纜所傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量。其四，在線路不得不經(jīng)過較高的地形時，要盡量降低地形的高差給配電線路帶來的影響，將檔距控制在50到60m的范圍之內(nèi)，盡量使得桿塔地線弧垂均勻平滑。

綜上所述，電力行業(yè)作為我國的能源支柱，不僅與我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，還對國家安全具有重大意義。優(yōu)化配電網(wǎng)路徑并進(jìn)行合理選擇，對于解決電力負(fù)荷，保證用電非常重要。

[1]程傳飛.配電線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)及選擇[J].電子測試，2017，(02)：77+85.

[2]劉亞濤.輸變電工程送電線路最優(yōu)路徑選擇研究[D].華北電力大學(xué)，2014.