孫黎爽 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司

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輸電網(wǎng)線路規(guī)劃的可視化實驗

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【文章摘要】

【關(guān)鍵詞】

輸電網(wǎng)；線路規(guī)劃；可視化實驗

1.輸電網(wǎng)線路規(guī)劃的可視化試驗原理

1.1表面活性劑溶液

輸電網(wǎng)線路規(guī)劃可視化試驗所使用的裝置靈感來源于日常所見的肥皂泡。肥皂液是典型的表面活性劑溶液，只要條件允許就會就會形成泡沫，而泡沫只是球形，而不是其他形狀，這一問題一直廣受關(guān)注。這是因為液體或液體膜在表面張力的影響下，處于穩(wěn)定狀態(tài)時，表面積基本上最小，而與其他形狀相比，球形的表面積最小，這是液體基本的物理特性。此次所進(jìn)行的可視化試驗利用的正式這一原理。

1.2普拉圖通則

有關(guān)于泡泡幾何形狀的問題，早期100多年前，科學(xué)家普拉圖就提出了自己的看法，并將看法總結(jié)成了幾點通則：第一，若泡泡附著在鐵絲框上或者是其他種類的密閉性比較強的封閉結(jié)構(gòu)中，這所產(chǎn)生的泡膜則非常平滑；第二，泡膜彼此之間連接方式只有2種，如是3個平面就其連接方式就是沿著平滑曲線，而若是6個平面則其連接方式就是頂點連接；第三，若泡膜彼此之間是同一曲線相接或者是連接處為頂點，則兩個連接泡膜之間的面面夾角相同，若是3個面相接，則夾角就是120°，而6個面相接夾角則是109°左右。上述三點認(rèn)知所遵循的共同的原理就是泡膜表面積最小，正是因為如此，目前絕大多數(shù)與肥皂膜幾何有關(guān)的問題，專家學(xué)者都會采用普拉圖通則。

1.3最小Steiner樹

最小Steiner樹具備如下方面的特點：第一，最小Steiner樹上無論是哪兩條鄰接邊夾角都會超過120°；最小Steiner樹上任何一個頂點的關(guān)聯(lián)邊不多于3條；和Steiner虛設(shè)點相關(guān)聯(lián)的邊必定為3條，且3條邊所成夾角均為120°；最小Steiner樹G的m個Steiner虛設(shè)點與n個固定點滿足關(guān)系式m≤n-2；若由N點系統(tǒng)圍成凸包區(qū)域，則Steiner虛設(shè)點必定都包含在凸包之內(nèi)；當(dāng)某邊的權(quán)較大時，Steiner虛設(shè)點向權(quán)值較大的邊偏移。

由費馬點演變而得到的Steiner樹問題是組合優(yōu)化數(shù)學(xué)中的一個非線性規(guī)劃難題。若能求解出連通給定節(jié)點的最小Steiner樹，即可得到一個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的最優(yōu)方案。但如何確定Steiner虛設(shè)點的個數(shù)與位置，在連通給定節(jié)點和Steiner虛設(shè)點的若干方案中，如何確定哪條是最短的，卻是求解的難題。我們所設(shè)計的可視化實驗裝置，利用液體泡膜的普拉圖幾何規(guī)則和最小Steiner樹的性質(zhì)相符合的原理，給出一個直觀可視的最小Steiner樹的求解過程。

2.輸電網(wǎng)線路規(guī)劃的可視化試驗步驟

依據(jù)上述原理，筆者設(shè)計了此次實驗的裝置，而后再結(jié)合物理性質(zhì)對可視化方案進(jìn)行優(yōu)化，以此保證方案路徑最短。這對解決電網(wǎng)規(guī)劃問題有著積極的作用。裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1　裝置結(jié)構(gòu)示意圖

利用該裝置進(jìn)行試驗，具體步驟如下。

第一，配制實驗過程中需要的溶液，而后調(diào)整水平儀，保證準(zhǔn)確，不會產(chǎn)生嚴(yán)重誤差；第二，實驗人員將輸電網(wǎng)插入到水槽下存在的空隙中，按照預(yù)先選定的節(jié)點，將磁鋼柱依照相應(yīng)的位置都排放在活動蓋板上，所選位置與圖紙上既定的節(jié)點要相一致，而后抽出蓋板；第三，將第一步已經(jīng)配制好的溶液放置到水槽中，這期間會產(chǎn)生泡沫，實驗人員要盡可能的清理干凈，必須保證磁鋼柱與預(yù)先選定的節(jié)點完全吻合，同時注意溶液需要超過蓋板；第四，實驗人員將排水開關(guān)完全打開，使溶液能夠順利的排出，溶液排出期間，在封閉地帶就會形成液體膜，而這一液體膜所形成的軌跡就是最小Steiner樹，待到液體膜處于穩(wěn)定狀態(tài)后，將給定點坐標(biāo)讀取出來，并找到Steiner虛設(shè)點坐標(biāo)，為保證準(zhǔn)確、方便，實驗人員可以使用數(shù)碼相機(jī)將坐標(biāo)結(jié)果拍下來，注意將圖片整理出來；第五，實驗結(jié)束后，清理所有物品；第六，整理資料，并將實驗數(shù)據(jù)記錄下來，明確Steiner的具體坐標(biāo)以及Steiner樹的長度，該長度就是最短路徑。

3.輸電網(wǎng)線路規(guī)劃的可視化試驗應(yīng)用實例

3.1實例

某電網(wǎng)雙線都是500kV線路，這些線路還沒有整體連通。此次所進(jìn)行的實驗主要目標(biāo)是優(yōu)化原本已經(jīng)開通的局部主干網(wǎng)，優(yōu)化之后再與原線路進(jìn)行比較分析。

3.2整體優(yōu)化案例

某電網(wǎng)為滿足北電南送的要求，按照電網(wǎng)建設(shè)需求，設(shè)計人員建議將4條線路節(jié)點連通使用，同時選擇兩個電廠融入到網(wǎng)絡(luò)中變成為整一條500kV線路，由此改造成為更高層次的線路。工作人員使用最短路徑可視化儀來進(jìn)行試驗。完成優(yōu)化的方案中，最終生成了3個Steiner虛設(shè)點，分別將其稱之為S1、 S2、S3。結(jié)果標(biāo)明原有的線路長度為697.87km，而優(yōu)化之后的線路是687.07km，總長度縮短了10.8km，同樣節(jié)約了投資。

4.結(jié)語

綜上所述，可知運用求解最短路徑的方法來進(jìn)行輸電網(wǎng)線路規(guī)劃，能夠改善原本的線路架設(shè)方案的缺陷問題。此次所進(jìn)行的研究，筆者采用了最短路徑可視化儀，并且將其運用到了實際案例中，理論上講效果比較好，特別是某些局限線路，能夠大大縮短其長度。輸電網(wǎng)線路縮短，能夠可以在很大程度上節(jié)約投資成本，縮短施工時間，同時還能夠降低損耗。而此次研究中所使用的方法，恰好能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)，若能夠?qū)⒋朔椒ㄍ茝V使用，相信對我國未來的輸電網(wǎng)線路規(guī)劃事業(yè)的發(fā)展定會有很大幫助。

【參考文獻(xiàn)】

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［3］陳勇，于家河，譚家茂，張存良.一種基于改進(jìn)最小生成樹算法的GIS配電網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃方法［J］.繼電器.2007（19）

輸電網(wǎng)線路規(guī)劃的要點內(nèi)容就是保證線路長度最短，由此節(jié)約投資。本文主要對輸電網(wǎng)線路規(guī)劃的可視化試驗原理進(jìn)行了介紹，而后對實驗步驟進(jìn)行探究，最終以某供電線路電網(wǎng)為例，對其進(jìn)行了可視化實驗，希望能夠為同行業(yè)人士提供借鑒。