（国网甘肃省电力公司武威供电公司 甘肃武威 733000）
摘要：随着国民经济的不断发展，社会对电能需求量逐步扩大，且电力系统的规模也随之得到了扩展，而传统形式的网架结构已难以满足当前社会发展的需求，在此背景之下，因经济发展和能源分布的不平衡性，使得电力资源的不合理配置已成为我国影响电力行业发展的重大制约因素之一，所以，为了确保电能运输的稳定性、安全性，必须进行空间电网路径的科学合理规划，并且电网路径优化方式非常复杂，因此，为了确保线路的安全性设置，在线路设计时，应综合考虑线路的安全性和可靠性，文章主要分析了空间电网路径的优化方式及规划。
关键词：路径优化；空间电网；规划设计
引言
随着我国电力事业的迅速发展，极大提升了社会对电力的需求，而电网工程系统的建设与完善因此也受到社会各界广泛的关注。空间电网作为电力体系的重要构成部分，其承担了连接用户侧和发电侧，进行电能输送的重要功能，因此，电网规划设计始终是电力体系研究的重点内容。然而由于受到电力制度改革的影响，使得在电网规划中出现许多新问题和新挑战，电力企业及相关管理部门必须给予充分重视。同时，在进行空间电网规划过程中，需要把长期的负荷预测和电源规划当作优化线路路径的基础部分，并能确定好扩建容量与时间优化，进而可以确保在满足电网传输电能的同时，以更灵活的方式来适应电力体系的不同变化，从而更能满足我国当前发展的需求。
1、空间电网规划现状分析
受经济发展的推动作用，我国社会的电力需求量在不断增大，这使得原有电力系统逐渐已难以满足供电实际需求，短路、断电、跳闸等事故频发，对供电可靠性与安全性造成了严重影响。所以，优化空间电网的规划设计，以保证其可以满足社会对电能的需求十分必要。而伴随电力制度改革的逐步深化及人们环保观念的增强，使得电网规划也开始出现许多新的问题与挑战，其主要表现为：
在市场经济中，决策分散化极大程度上使得电网规划的协调难度增大；可再生性能源（风能、太阳能、水能等）大规模接入，致使电网规划中产生许多不确定性因素；复杂、多样的环境因素也使得空间电网规划的建模与求解更为困难。对此，我国许多专业性技术人员开展了大量的电网规划探索研究，并获得了显著成果。然而相对而言，这些成果多是对输配电线路的路径优化与空间电网规划单独考虑，忽略了这两者间存在的重要关系。因此，文中在考虑了空间线路路径优化的条件下提出了空间电网的规划模型，并提出了一些相应的规划算法，从而能够有效提高空间电网规划求解的质量和效率。
2、空间电网规划模型分析
2.1 经济型电网规划模型
在经济型电网规划模型之中，其主要是把网络设备维修费用以及设备运行成本、最初投资的费用等作为规划的目标函数，且在其中把可靠性指标作为对于优化数据主要的约束条件，并在实施路径优化的可靠性分析时只作 n-1 校验。这里，电网的规划模型为城市电网规划水平的年中负荷水平，以此作为开展研究的已知性条件，以便于为后续线路选择找出决策变量，同时将新建电网线路年费运行和与投资费用来作为系统的最小目标函数值。在该模型中，可以有效的获得具有较好经济性的优化方案，然而其对成本和可靠性效益间的关系缺少充分考虑。
2.2 可靠性电网规划模型
在可靠性规划电网模型之中，主要对电网规划之中的缺电成本开展实际规划。这里，其目标函数一般都选取电网的可靠性效益与成本两者之和，且成本主要为电网供电的成本，即对扩建电网中所消耗的投资和运行成本。而可靠性效益，主要包含需求方缺电成本。对于约束，则主要包括网架限制和潮流等约束形式。而在考虑规划的可靠性模型中，表现方式也有许多种，对于供电的可靠性程度和经济价值而言，则应该对供电企业与用电单位和居民这二者间的利益实施良好协调，进而可以有效结合电网规划的经济性与可靠性特性，从而极大提升新型电网优化规划方案的综合性效益，以确保电网规划之中成本计算可以更加精确。此外，对缺电成本而言，它和供电可靠性间也存在着十分密切的关系，可以较好的降低空间电网优化的缺电和投资成本，进而使该模型可以将可靠性效益和成本之间达到良好平衡。
2、考虑线路路径优化的空间电网规划分析
随着GIS技术的不断发展，专业技术相关人员在进行空间电网线路路径的优化选择过程中，通常会借助于GIS技术，把矢量形式地图转化成相形状对规则栅格化地图，之后构建栅格走向变量，并选择动态化规划方法以寻找到变电站间最优的线路路径，这不但考虑了投资成本和环境约束，同时也计算出地形斜坡对于成本所造成的影响。
2.1 三维地图栅格化
三维地图栅格化对于空间电网规划而言，其发挥了至关重要的作用，按照地图所附带有的环境数据信息，可将其划分成相应栅格三维地图，如图1中所示，假设当在一个栅格之中，类型相同的线路与变电站其建设成本是相同的，而当建设变电站于不同栅格之上时，它的投资成本将会不同，在海量栅格条件下，可选择模式识别、神经网络等方法来对栅格上电网线路综合成本进行计算，必要时可对计算的结果进行人工修正。
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图1 栅格化三维地图
在同一栅格中的线路，可向相邻的8个栅格方向移动，如图2中所示，方向箭头用于表示该8个移动的方向。同时，由图中可知，两个栅格间线路的长度等于Dhr、Dvt平方和的根，此处Dhr与Dvt分别是两个栅格中心间水平和的高度差。
图2 栅格与线路之间关系图
2.2 蚁群-遗传混合算法在空间电网规划路径优化中的应用遗传算法主要借鉴自然界之中生物遗传与进化机制等，进而形成了一种全局优化的自适应搜索概率计算方法，是利用编码技术和繁殖机制，来把电网规划优化这一具体的工作类型转变成纯数字化的计算形式，从而可以便于其在同一时间内对其中连续变量和整数变量等实实施处理。在此算法中，可以对多个目标约束条件和函数同时考虑，且无需受维数限制。
在蚁群-遗传混合算法的具体应用过程中，首先通过遗传算法解出电网规划内网架的结构，在确定了网架结构下，利用蚁群算法解得考虑网络约束两节点间电网线路的优化路径。蚁群算法在解求路径优化时，需要每只蚂蚁对整体网架结构实施路径的优化，即每只蚂蚁爬完全部网架结构的优化路径，之后对蚂蚁路径开展信息素的更新与扩散。蚁群-遗传混合算法路径的优化是在确定网架结构之后的两点间实施的，文中在改善蚁群算法基础上对空间电网规划对于信息素的扩散和更新作以下变化：各路径中信息素量在初始时刻相同，蚂蚁在搜索时根据状态转移的概率来寻找下个单元格；在每只蚂蚁进行完一个网架搜索并优化完每条路径后，更新该蚂蚁路径的信息素，并对每只蚂蚁的最优路径信息素设置其信息素的挥发体制，以使得最优路径的信息素得以挥发至周围单元格，以增加最优路径四周单元格信息素，且减小最优路径信息素量，从而扩大其搜索空间。
在该过程中，初始时，因信息素更新方式的不同，基本蚁群算法易于快速找出最优解，之后选择最优解，伴随迭代在最优解周围增加震荡，曲线于迭代次数之内频繁波动，使得算法所得解的质量较差，从而难以收敛。而利用对蚁群-遗传算法，设置信息素的挥发体制，使解的多样性增大，当所搜索最优解迭代次数比基本蚁群算法大时，随迭代次数的变大，曲线出现平缓变化，且波动次数降低，最终得出最优解。所以，通过优化结果与收敛程度可知，蚁群-遗传混合算法要比基本蚁群算法要好，从而表明蚁群-遗传混合算法优化过程的有效性。
3、结论
总之，空间电网路径优化的方式非常复杂，为确保线路的安全性设置，在进行线路设计时，应综合考虑好线路的安全性和可靠性，并分析线路综合性造价和经济性，考虑后续施工环境和维护等问题，从而合理的对待，以选出最科学、最合理的空间电网规划方案，仅有如此方可满足电网规划的要求，进而确保路径的优化成效，以保障电网运行可以更加稳定、安全的开展。
参考文献
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作者简介：
赵尔敏，男，1974年10月出生，毕业于中国政法大学，本科学历，高级工程师，现任国网甘肃省电力公司武威电力公司发展策划部主任。
论文作者:赵尔敏
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：电网论文; 路径论文; 栅格论文; 线路论文; 算法论文; 空间论文; 可靠性论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;