輸電網線路規劃的可視化實驗

孫黎爽 國網黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司

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輸電網線路規劃的可視化實驗

孫黎爽 國網黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司

【文章摘要】

【關鍵詞】

輸電網；線路規劃；可視化實驗

1.輸電網線路規劃的可視化試驗原理

1.1表面活性劑溶液

輸電網線路規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注。這是因為液體或液體膜在表面張力的影響下，處于穩定狀態時，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

有關于泡泡幾何形狀的問題，早期100多年前，科學家普拉圖就提出了自己的看法，并將看法總結成了幾點通則：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構中，這所產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，目前絕大多數與肥皂膜幾何有關的問題，專家學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聯邊不多于3條；和Steiner虛設點相關聯的邊必定為3條，且3條邊所成夾角均為120°；最小Steiner樹G的m個Steiner虛設點與n個固定點滿足關系式m≤n-2；若由N點系統圍成凸包區域，則Steiner虛設點必定都包含在凸包之內；當某邊的權較大時，Steiner虛設點向權值較大的邊偏移。

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

2.輸電網線路規劃的可視化試驗步驟

依據上述原理，筆者設計了此次實驗的裝置，而后再結合物理性質對可視化方案進行優化，以此保證方案路徑最短。這對解決電網規劃問題有著積極的作用。裝置結構示意圖如圖1。

圖1　裝置結構示意圖

利用該裝置進行試驗，具體步驟如下。

第一，配制實驗過程中需要的溶液，而后調整水平儀，保證準確，不會產生嚴重誤差；第二，實驗人員將輸電網插入到水槽下存在的空隙中，按照預先選定的節點，將磁鋼柱依照相應的位置都排放在活動蓋板上，所選位置與圖紙上既定的節點要相一致，而后抽出蓋板；第三，將第一步已經配制好的溶液放置到水槽中，這期間會產生泡沫，實驗人員要盡可能的清理干凈，必須保證磁鋼柱與預先選定的節點完全吻合，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，待到液體膜處于穩定狀態后，將給定點坐標讀取出來，并找到Steiner虛設點坐標，為保證準確、方便，實驗人員可以使用數碼相機將坐標結果拍下來，注意將圖片整理出來；第五，實驗結束后，清理所有物品；第六，整理資料，并將實驗數據記錄下來，明確Steiner的具體坐標以及Steiner樹的長度，該長度就是最短路徑。

3.輸電網線路規劃的可視化試驗應用實例

3.1實例

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

3.2整體優化案例

某電網為滿足北電南送的要求，按照電網建設需求，設計人員建議將4條線路節點連通使用，同時選擇兩個電廠融入到網絡中變成為整一條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行試驗。完成優化的方案中，最終生成了3個Steiner虛設點，分別將其稱之為S1、 S2、S3。結果標明原有的線路長度為697.87km，而優化之后的線路是687.07km，總長度縮短了10.8km，同樣節約了投資。

4.結語

綜上所述，可知運用求解最短路徑的方法來進行輸電網線路規劃，能夠改善原本的線路架設方案的缺陷問題。此次所進行的研究，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。輸電網線路縮短，能夠可以在很大程度上節約投資成本，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，恰好能夠實現上述目標，若能夠將此方法推廣使用，相信對我國未來的輸電網線路規劃事業的發展定會有很大幫助。

【參考文獻】

［1］楊宗霄，高艷平，程傳業，馮志強，張祖俊.求解最小Steiner樹的可視化試驗方法［J］.系統工程理論與實踐.2008（07）

［2］馮玉梅，和瑞生，葉運峰.最小支撐樹在區域電網優化中的應用［J］.煤炭工程.2007（10）

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

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