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(shí)清理，保證輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并根據(jù)該指標(biāo)建立了以所轄線路樹線距離風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最小為目標(biāo)，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(jìn)行優(yōu)化模型進(jìn)行求解。最后，文章針對11條輸電線路的30個(gè)“樹線矛盾”點(diǎn)位進(jìn)行算理分析。計(jì)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(shí)用性。

關(guān)鍵詞：輸電線路；樹線矛盾；樹線距離風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；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(gè)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(jìn)行選擇性地清理，實(shí)現(xiàn)樹線風(fēng)險(xiǎn)最小化。在求解該問題時(shí)，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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并建立了以樹線風(fēng)險(xiǎn)最小化為目標(biāo)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(jìn)行計(jì)算分析；最后對本文的工作進(jìn)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(jìn)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(biāo)，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(gè)方面。

輸電線路弧垂受到輸電線路材料、氣溫、負(fù)荷大小、懸掛方式等多個(gè)因素影響，實(shí)驗(yàn)證明，每100米的導(dǎo)線，在溫度增加1℃時(shí)，大約會(huì)伸長1.5毫米左右，溫度越高，弧垂越大，與此同時(shí)，結(jié)合輸電線路巡線工作人員根據(jù)以往的負(fù)荷曲線和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)共同確定線路的弧垂大??；另一方面，由于輸電網(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(shí)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

當(dāng)輸電線路與樹竹之間的距離減小時(shí)，樹線距離的安全風(fēng)險(xiǎn)增大。根據(jù)輸電線路運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最小為目標(biāo)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最小的目標(biāo)函數(shù)，R為所有“樹竹矛盾”的點(diǎn)位集合，xt為是否對t點(diǎn)位的進(jìn)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(diǎn)位處理需要給農(nóng)戶進(jìn)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(jìn)行求解，第一階段對優(yōu)化過程進(jìn)行預(yù)處理，第二階段采用遺傳算法[8]對進(jìn)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(jì)所有“樹線矛盾”的點(diǎn)位，針對每一個(gè)矛盾點(diǎn)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(fù)荷經(jīng)驗(yàn)以及巡線員工的經(jīng)驗(yàn)，共同確定弧垂變化，結(jié)合目前的樹線距離，采用公式（2）計(jì)算“樹線矛盾”點(diǎn)位的樹線距離，再采用公式（1）計(jì)算樹線距離風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

2.2 階段二：最優(yōu)化計(jì)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(jìn)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(jìn)行計(jì)算，為保證計(jì)算結(jié)果的有效性，本文采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行求解，采用傳統(tǒng)的遺傳算法進(jìn)行求解計(jì)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(jìn)行[0，1]編碼，xt為是否對t點(diǎn)位的進(jìn)行通道清理，當(dāng)xt=1時(shí)，表示對該點(diǎn)位進(jìn)行處理，當(dāng)xt=0時(shí)表示對該點(diǎn)位不進(jìn)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(biāo)函數(shù)值賦予無窮大，以至于在遺傳算法中種群的進(jìn)化過程將其作為不良解進(jìn)行淘汰。

2.2.3 參數(shù)確定

采用傳統(tǒng)的遺傳算法進(jìn)行求解時(shí)，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(diǎn)位多少進(jìn)行確定，但經(jīng)過本文的多次實(shí)驗(yàn)，針對“樹線矛盾”點(diǎn)位在100個(gè)及以下時(shí)，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(gè)個(gè)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(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，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(jìn)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(yùn)行，避免了因“樹線矛盾”導(dǎo)致的電力系統(tǒng)故障。

參考文獻(xiàn)

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[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.