基于GIS的电力线路管理和线路抢修路径优化问题的研究

叶彪

摘 要：作为直接面向用户的电网终端，配电网的可靠性具有十分重要的意义，在配电网运检工作中配电网抢修属于一项非常重要的工作内容，不断地强化配电网的抢修效率能够有效地降低停电损失，并且进一步地提升供电可靠性。基于此，本文对配电网的特性进行了阐述，立足于GIS系统分析并介绍了配电网抢修的最佳路径优化，提出了关于配电网抢修的最佳线路模型以及改进算法。

关键词：电力线路；GIS；抢修路径

中图分类号： TM76 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-29-2

0 引言

在我国社会经济不断发展的今天，城市的规模变得越来越大，而且城市的电网系统也变得更加复杂，所有的这些情况都加大了电网线路管理和线路抢修的工作难度。近几年来在我国的电力系统中GIS模式得到了非常广泛地应用，其除了使传统配电网分析管理模式中的较大随意性和人为性得到有效地改善之外，还使得电网的可靠性和安全性获得了极大地提升，进一步地促进了配电网的自动化发展。

1 配电网的特性

因为配电网本身具有较强的分散特性，在地理分布上其管理对象呈现出了点、线、面分布的这样一种特征。要想将电力线路GIS及最佳抢修路径明确下来，工作人员就要将配电网的实际特征明确下来。在电力系统中近几年来广泛地应用到了GIS：首先，在电网中杆塔、开关刀闸、变压器等各种设施都具有点状分布的特征，可以在地理信息系统中将杆塔、开关刀闸、变压器等抽象为一个点；其次，所有线路和街道在配电网中的分布形式都是线形，其可以将配电网中点与点之间连通的特点很好地体现出来；最后，在配电网中由相关用户、变电站、开闭所等共同构成的供电系统呈面状分布[1]。配电网的各个设备因为具有上述的分布特征，所以在具体的运行过程中具有十分密切的联系，其并非是孤立存在的。在配电网中点与点之间主要表现为杆塔的间距，点与线之间主要表现为开关刀闸的挂靠，点与面之间主要表现为相关变压器的隶属关系，线与面之间主要表现为供电范围的隶属关系。与输电网相比，配电网具有比较狭窄的供电范围。配电设施具有相对集中的特点，因此其很容易与附近的相关建筑物之间出现交叉跨越的问题，再加上配电设备具有非常多的数量和频繁的变动，所以在进行配电网抢修的时候需要综合考虑到配电网的这些特性。

2 基于GIS的线路抢修路径优化

配电网的故障一般具有随机性的特点，在进行城市配电网建设的时候往往在道路附近设置配电网，所以不管哪个位置的线路出现问题，电力抢修人员就可以在配电网拓扑图的断点位置对故障的位置进行定位。同时，抢修人员还能够对故障最近地点的断点进行大胆猜测，确定其属于故障所在点。此外，抢修工作人员还可以与实际的情况相结合做出假设，如果拓扑道路断点就是故障点，就可以假设与道路比较近的断点位置是故障点。通过这种方式就能够使抢修的问题得到有效的解决[2]。在城市的交通中包含着非常多的短路径种类，其主要包括最低的拥挤程度、最短的时间和最短的行车距离等，在对线路抢修路径进行选择的时候可以将以上城市交通短路径作为重要的参考标准。与配电网抢修的实际特点相结合，其中具有最短行车时间的路径就是线路抢修的最佳路径。

2.1 数学模型

与城市配电网和交通的实际情况相结合，那么其中最短路径的问题主要包括以下几个方面：首先，任意两个不同节点之间的最短距离；其次，其中一个节点到另外一个节点之间的最短距离；最后，特定的两个节点之间的不同距离。只有将上述最短路径的实际问题明确下来，才可以将健全的数学模型建立起来，从而更好地选择线路抢修的最佳路径。如果交叉路口在通行车辆所行驶区域内形成了一个结点集，这时候所有的路段在该区域内就会组成边集，在选择抢修路径的时候就可以将节点道路上道路的各种实时信息和实际的运行状况等作为重要的参考依据。确保抢修人员花费最少的时间，尽可能快地到达配电网故障点，这是优化配电线路最佳抢修路径的最为重要的内容。所以，首先要将出发点和故障点，两者之间距离最短的交叉路口找到，将其假设为T和S，随后在整个配电网中通过GIS将S与T之间的最短路径寻找出来。对整个配电网进行抽象处理，使其形成一个平面图G（V，E），其中顶点的集合用V来表示，边的集合用E来表示。以网络拓扑的定义为根据，如果有直接相连的边存在于点i到点j之间，这时候Xij=1，如果没有，则Xij=0。边的权重用Wij来表示，其主要指的是从点i到点j所要花费的时间[3]。在经过计算之后，就可以得出从S至T的中间点集合就是最佳的抢修路径，也就是（a0（S），a1...，a2，...an（T），最终可以将基于GIS的线路最佳抢修路径模型得出：

因为会受到交叉路口延误以及实际的道路限速等各种因素的影响，所以Wij作为线路i→j的权重必须要包括两个部分，也就是交叉路口的延误时间以及正常行驶的时间。

2.2 线路抢修路径优化的影响因素

通过对数学模型的分析，我们可以发现，节点道路上道路的各种实时信息和实际的运行状况等是影响选择抢修方法的关键因素，其同时也是优化最佳抢修路径的关键。最短的行车时间与最佳抢修路径的选择具有非常密切的关系，行车时间的影响因素在实际的运行过程中包括交通部门的管制、交叉路口的延迟时间、公路上的行车速度和各种其他的非人为和人为的因素。因为在同一交通路段上的不同时间在行车速度和行车流量等方面都具有较大的差异，所以在不

同的时间中道路的权值也具有较大差异，这时候抢修工作人员在对线路抢修路径优化进行分析的时候需要将一天的时间划分为不同的时段，从而使线路抢修路径优化变得更加合理[4]。

2.3 线路抢修路径优化的改进算法分析

通过对人工智能算法中遗传算法的利用，可以科学合理的求解本文构建的模型。遗传算法主要包括以下几个方面的内容：初始群体的选择、产生、变异和交叉，随后调用遗传禁忌搜索算法将初始群体构建出来，并且将局部搜索的工作完成，接着在下一代的迭代过程中进入，确保使其满足相关的要求。通过遗传算法和禁忌搜索算法两者的结合，就可以使禁忌搜索算法的爬坡能力得以增强，而且还可以对遗传算法具有的较差的局部搜索能力进行弥补。与此同时，结合两者的方法也具有一定的问题，比如具有较差的大规模问题求解能力、算法具有更加复杂的程度、整个求解过程中需要频繁的调用禁忌搜索算法、较低的算法执行效率等。在进化异常算法的开始阶段主要是实施探索，其对交叉算子探索基因空间的能力进行了充分地利用，能够立足于较大的空间搜索全局最优解。除此之外，还能够通过较小的概率调用禁忌搜索算法。在逐步进化样本个体的同时，群体由于交叉操作随机性而变得具有相似性，这样就能够将禁忌算法的调用概率合理地提高。群体在本算法的后期将会逐渐地转向局部操作，在这个过程中对个体的搜索比较侧重[5]。遗传算法在这个阶段具有较差的局部搜索能力，这时候就需要通过对禁忌搜索算法的调用确保群体搜索的实现。本文采用3个阶段的方式对遗传算法的进化进行划分，[0，T1]是第一个阶段，[T1，T2]是第二个阶段，[T2，Tg]是第三个阶段，PTS在每个阶段都是不同的，详见下面的公式。

3 结语

要想提升配电网的可靠性和安全性，就必须要充分地做好电力线路抢修路径优化的工作。抢修工作人员在将配电网抢修实际特征明确下来的基础上，要深入地分析和研究基于GIS的电力线路管理和线路抢修路径优化问题，从而快速地抢修配电网故障，确保配电网的安全正常运行。

参 考 文 献

[1] 钱虹，黄正润，阮大兵.配电网故障定位方法研究[J].上海电力学院学报，2013（2）：169-173.

[2] 朱浩，张玉.基于改进的Floyd算法求节点间所有最短路径[J].电声技术，2012，35（12）：65-67.

[3] 刘健，赵树仁，张小庆.中国配电自动化的进展及若千建议[J].电力系统自动化，2012，36（19）：6-10.

[4] 胡保东.基于B/S模式的高压配电网GIS的研究与开发[J].办公自动化：综合月刊，2012（12）：37-38.

[5] 张娟.基于GIS的配电网故障定位及其供电恢复[D].硕士学位论文：昆明：昆明理工大学，2011：54-55.