输电网线路规划的可视化实验

孙黎爽 国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司



输电网线路规划的可视化实验

孙黎爽 国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司

【文章摘要】

【关键词】

输电网；线路规划；可视化实验

1.输电网线路规划的可视化试验原理

1.1表面活性剂溶液

输电网线路规划可视化试验所使用的装置灵感来源于日常所见的肥皂泡。肥皂液是典型的表面活性剂溶液，只要条件允许就会就会形成泡沫，而泡沫只是球形，而不是其他形状，这一问题一直广受关注。这是因为液体或液体膜在表面张力的影响下，处于稳定状态时，表面积基本上最小，而与其他形状相比，球形的表面积最小，这是液体基本的物理特性。此次所进行的可视化试验利用的正式这一原理。

1.2普拉图通则

有关于泡泡几何形状的问题，早期100多年前，科学家普拉图就提出了自己的看法，并将看法总结成了几点通则：第一，若泡泡附着在铁丝框上或者是其他种类的密闭性比较强的封闭结构中，这所产生的泡膜则非常平滑；第二，泡膜彼此之间连接方式只有2种，如是3个平面就其连接方式就是沿着平滑曲线，而若是6个平面则其连接方式就是顶点连接；第三，若泡膜彼此之间是同一曲线相接或者是连接处为顶点，则两个连接泡膜之间的面面夹角相同，若是3个面相接，则夹角就是120°，而6个面相接夹角则是109°左右。上述三点认知所遵循的共同的原理就是泡膜表面积最小，正是因为如此，目前绝大多数与肥皂膜几何有关的问题，专家学者都会采用普拉图通则。

1.3最小Steiner树

最小Steiner树具备如下方面的特点：第一，最小Steiner树上无论是哪两条邻接边夹角都会超过120°；最小Steiner树上任何一个顶点的关联边不多于3条；和Steiner虚设点相关联的边必定为3条，且3条边所成夹角均为120°；最小Steiner树G的m个Steiner虚设点与n个固定点满足关系式m≤n-2；若由N点系统围成凸包区域，则Steiner虚设点必定都包含在凸包之内；当某边的权较大时，Steiner虚设点向权值较大的边偏移。

由费马点演变而得到的Steiner树问题是组合优化数学中的一个非线性规划难题。若能求解出连通给定节点的最小Steiner树，即可得到一个网络规划的最优方案。但如何确定Steiner虚设点的个数与位置，在连通给定节点和Steiner虚设点的若干方案中，如何确定哪条是最短的，却是求解的难题。我们所设计的可视化实验装置，利用液体泡膜的普拉图几何规则和最小Steiner树的性质相符合的原理，给出一个直观可视的最小Steiner树的求解过程。

2.输电网线路规划的可视化试验步骤

依据上述原理，笔者设计了此次实验的装置，而后再结合物理性质对可视化方案进行优化，以此保证方案路径最短。这对解决电网规划问题有着积极的作用。装置结构示意图如图1。

图1　装置结构示意图

利用该装置进行试验，具体步骤如下。

第一，配制实验过程中需要的溶液，而后调整水平仪，保证准确，不会产生严重误差；第二，实验人员将输电网插入到水槽下存在的空隙中，按照预先选定的节点，将磁钢柱依照相应的位置都排放在活动盖板上，所选位置与图纸上既定的节点要相一致，而后抽出盖板；第三，将第一步已经配制好的溶液放置到水槽中，这期间会产生泡沫，实验人员要尽可能的清理干净，必须保证磁钢柱与预先选定的节点完全吻合，同时注意溶液需要超过盖板；第四，实验人员将排水开关完全打开，使溶液能够顺利的排出，溶液排出期间，在封闭地带就会形成液体膜，而这一液体膜所形成的轨迹就是最小Steiner树，待到液体膜处于稳定状态后，将给定点坐标读取出来，并找到Steiner虚设点坐标，为保证准确、方便，实验人员可以使用数码相机将坐标结果拍下来，注意将图片整理出来；第五，实验结束后，清理所有物品；第六，整理资料，并将实验数据记录下来，明确Steiner的具体坐标以及Steiner树的长度，该长度就是最短路径。

3.输电网线路规划的可视化试验应用实例

3.1实例

某电网双线都是500kV线路，这些线路还没有整体连通。此次所进行的实验主要目标是优化原本已经开通的局部主干网，优化之后再与原线路进行比较分析。

3.2整体优化案例

某电网为满足北电南送的要求，按照电网建设需求，设计人员建议将4条线路节点连通使用，同时选择两个电厂融入到网络中变成为整一条500kV线路，由此改造成为更高层次的线路。工作人员使用最短路径可视化仪来进行试验。完成优化的方案中，最终生成了3个Steiner虚设点，分别将其称之为S1、 S2、S3。结果标明原有的线路长度为697.87km，而优化之后的线路是687.07km，总长度缩短了10.8km，同样节约了投资。

4.结语

综上所述，可知运用求解最短路径的方法来进行输电网线路规划，能够改善原本的线路架设方案的缺陷问题。此次所进行的研究，笔者采用了最短路径可视化仪，并且将其运用到了实际案例中，理论上讲效果比较好，特别是某些局限线路，能够大大缩短其长度。输电网线路缩短，能够可以在很大程度上节约投资成本，缩短施工时间，同时还能够降低损耗。而此次研究中所使用的方法，恰好能够实现上述目标，若能够将此方法推广使用，相信对我国未来的输电网线路规划事业的发展定会有很大帮助。

【参考文献】

［1］杨宗霄，高艳平，程传业，冯志强，张祖俊.求解最小Steiner树的可视化试验方法［J］.系统工程理论与实践.2008（07）

［2］冯玉梅，和瑞生，叶运峰.最小支撑树在区域电网优化中的应用［J］.煤炭工程.2007（10）

［3］陈勇，于家河，谭家茂，张存良.一种基于改进最小生成树算法的GIS配电网架优化规划方法［J］.继电器.2007（19）

输电网线路规划的要点内容就是保证线路长度最短，由此节约投资。本文主要对输电网线路规划的可视化试验原理进行了介绍，而后对实验步骤进行探究，最终以某供电线路电网为例，对其进行了可视化实验，希望能够为同行业人士提供借鉴。