CN103177300A - 输电线路杆塔定位方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路杆塔定位方法，包括步骤：对输电线路路径地形进行离散化处理获得路径中心线行的地形点集合，每个地形点包括里程和高程；根据设定的立塔条件从所述地形点集合中筛选出可进行立塔的立塔地形点；根据输电线路路径及所述地形点集合生成杆塔定位方案；根据各个立塔地形点的立塔费用计算所述杆塔定位方案中满足杆塔定位约束条件且总费用最少的杆塔定位方案；根据所述总费用的最少的杆塔定位方案对输电线路进行杆塔定位。上述输电线路杆塔定位方法，可以获得最优化的杆塔定位方案，杆塔定位效率高，降低了立塔工程的实施成本。

Description

输电线路杆塔定位方法

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，特别是涉及一种输电线路杆塔定位方法。

背景技术

输电线路：输电线路是用绝缘子及其相应金具将导线及架空地线悬空架设在杆塔上，连接发电厂和变电站，以实现输送电能为目的的电力设施。主要由架空导线、架空地线、绝缘子、金具、杆塔、基础、接地装置等组成

杆塔定位：在已经选好的线路路径上，进行定线、断面测绘，在纵断面图上配置杆塔的位置和型号等。

杆塔定位是输电线路设计的重要环节，关系到线路的安全和造价。利用计算机进行杆塔优化排位可以提高设计效率和质量，降低工程造价。由于杆塔定位考虑的因素很多，是一项综合性工作，计算机杆塔优化排位的研究工作一直在发展

目前的输电线路杆塔定位，一般是根据事先给定地形平断面数据、杆塔使用条件、导地线、绝缘子串等参数，然后采用模拟手推弧垂板方法计算得到杆塔定位方案。这种技术定位的线路里程比较短，处理的杆塔数量少，难以得到最优化的杆塔定位方案，立塔工程实施成本较高，往往还需要人工方式对杆塔定位方案进行大幅度调整。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题提供一种输电线路杆塔定位方法。

一种输电线路杆塔定位方法，包括如下步骤：

对输电线路路径地形进行离散化处理获得路径中心线行的地形点集合，每个地形点包括里程和高程；

根据设定的立塔条件从所述地形点集合中筛选出可进行立塔的立塔地形点；

根据输电线路路径及所述地形点集合生成杆塔定位方案；

根据各个立塔地形点的立塔费用计算所述杆塔定位方案中满足杆塔定位约束条件且总费用最少的杆塔定位方案；

根据所述总费用的最少的杆塔定位方案对输电线路进行杆塔定位。

上述输电线路杆塔定位方法，通过对输电线路路径地形进行离散化获得地形点集合中并确定立塔的立塔地形点，建立最优化的杆塔定位方案数学模型，通过动态规划的方式求解总费用最少的杆塔定位方案，可以获得最优化的杆塔定位方案，杆塔定位效率高，降低了立塔工程的实施成本。

附图说明

图1为一个实施例的输电线路杆塔定位方法流程图；

图2为动态增长的数组结构示意图；

图3为数组的元素及其对应的下标的结构示意图；

图4为高程优先排列示意图；

图5为高程优先排列的杆塔定位子方案的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的输电线路杆塔定位方法的具体实施方式作详细描述。

图1示出了一个实施例的输电线路杆塔定位方法流程图，包括如下步骤：

步骤S10：对输电线路路径地形进行离散化处理获得路径中心线行的地形点集合，每个地形点包括里程和高程。

在本实施例中，具体的，根据给定的输输电线路路径的勘测数据和待选的标准杆塔，如悬垂型和转角塔，要求选择塔型和塔的位置（转角塔的位置和转角已经指定了），使得架设一条从路径的一端到另一端的输电线路。

首先路径地形已经经过离散化处理，每个地形点xz包含了里程sz和高程gz，里程为离上一个立塔点的距离，高程为杆塔的高度，地形点可以表示为x_z=(s_z,g_z)，这样路径中心线行的地形点形成集合，即

X_route={x_z|z=1,2,…L,且s_z-1<s_z}            （1）

式中，X_route表示地形点形成集合。

步骤S20：根据设定的立塔条件从所述地形点集合中筛选出可进行立塔的立塔地形点。

在本实施例中，具体的，由于有些地形点不适宜立塔的，例如，峭壁深沟、铁路高速路等地形点，据此，通过设定的立塔条件对地形点集合进行处理选出可立塔的地形点，得到可立塔的地形点集合。

X_test={x_j j=1,2,…M,且s_j-1<s_j}                      （2）

其中，，x_j的下标相对于原来的地形点集合X_route已进行重新编号。

步骤S30：根据输电线路路径及所述地形点集合生成杆塔定位方案。

在本实施例中，具体的，不同塔型或塔高的杆塔组成集合H_tower，根据输电线路的一端到另一端的所构成的路径，得到若干杆塔定位方案，每个杆塔定位方案用R(x_j,h_k(x_j))表示，R(x_j,h_k(x_j))包括了地形点x_j、杆塔定位方案中的杆塔用h_k(x_j)，其中h_k(x_j)∈H_tower。

步骤S40：根据各个立塔地形点的立塔费用计算所述杆塔定位方案中满足杆塔定位约束条件且总费用最少的杆塔定位方案。

在本实施例中，具体的，杆塔定位方案R(x_j,h_k(x_j))的地形点的立塔费用为C(x_j,h_k(x_j))，则杆塔累加费用为ΣC(x_j,h_k(x_j))。获取满足杆塔定位约束条件且总费用最少的杆塔定位方案，即从可立塔地形点集合X_test中选出塔位形成一个塔位（地形点）集合，使得在这些塔位上按设定的约束条件立塔时，杆塔累加费用最少，可以表示为如下公式：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}C(x_i,h_k\left(x_i\right))=\min \left(\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}C(x_j,h_k\left(x_j\right))\right);$

其中，X_tower为杆塔定位方案的塔位集合，其中，x_i的下标已重新编号，该集合中的塔位符合输电线路所构成的路径顺序；h_k(x_i)为不同类型或塔高的杆塔组成集合；

为一满足杆塔定位约束条件的杆塔定位方案的总费用，M为目标点，

即所有杆塔定位方案中总费用最少的杆塔定位方案。

作为一个实施例，约束条件包括：杆塔使用条件、导线对地安全距离、风偏距离，绝缘子串摇摆角等。

求解上述总费用最少的杆塔定位方案即转换为寻优问题，其中，目标函数为：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}C(x_i,h_k\left(x_i\right))=\min \left(\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}C(x_j,h_k\left(x_j\right))\right)---\left(4\right)$

约束条件可以写成如下的一般数学式：

其中r为约束条件的种类，简便起见可以写成r维向量形式，即

求解上述目标函数即可得到总费用最少的杆塔定位方案。

在一个实施例中，对于步骤S40的求解总费用最少的杆塔定位方案的过程，可以包括如下步骤：

步骤S401，将输电线路路径划分为若干阶段。

步骤S402，根据所述杆塔定位约束条件及立塔费用计算各个阶段中杆塔定位子方案的立塔费用。

具体的，首先依据输电线路路径顺序读取各个阶段中的地形点；然后根据所述地形点对应的杆塔定位约束条件生成各个阶段对应的杆塔定位子方案；最后根据地形点的立塔费用计算各个杆塔定位子方案的立塔费用。

步骤S403，将各个阶段中立塔费用最少的杆塔定位子方案进行合并得到总费用最少的杆塔定位方案。

上述求解过程，采用动态规划法将一个保护多个步骤的整体优化问题转化为一系列的单步骤优化问题，即将输电线路分成若干阶段，然后通过逐步优化整个输电线路路径，有效地提高了计算速度，增强了所求解的杆塔定位方案的鲁棒性，使得计算结果更加实用。

上述目标函数的逐步优化的递推式可以表示为：

$\min \left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}C(x_j,h_k\left(x_j\right))\right)=\min (C(x_n,h_k\left(x_n\right))+\min \left(\underset{j=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}C(x_{n-1},h_k\left(x_{n-1}\right))\right))---\left(7\right)$

约束条件可以转化为：

当优化范围n取到目标点M时，即可得到杆塔定位方案的最优解。

在一个实施例中，步骤S403的过程包括如下步骤：

a）将每个阶段的杆塔定位子方案分别存储在设定的存储单元中，并为每个杆塔定位子方案设置标记信息。

b）比较存储单元中的各个杆塔定位子方案的立塔费用，选择立塔费用最少的杆塔定位子方案，并将各个存储单元中所选择的杆塔定位子方案对应的标记信息放置在动态增长数组中。

c）依据所述标记信息的顺序将对应的杆塔定位子方案进行合并得到总费用最少的杆塔定位方案。

上述实施例中，考虑到杆塔定位子方案的相关信息数据量较大，而且需要被频繁访问和处理，而通过设置标记信息来代替杆塔定位子方案，从而大大减少了生成、比较和移动杆塔定位子方案的运算量。

如图2所示，假设每一个阶段的最优解用R(x_j,h_k(x_j))表示，它们按输电线路路径的顺序排列存放在一个可以动态增长的数组里，其中R(x_j,h_k(x_j))对应包括地形点x_j、杆塔h_k(x_j)、累加费用ΣC(x_j,h_k(x_j))以及与ΣC(x_j,h_k(x_j))一档相连的最优解索引等相关信息。

首先根据杆塔的使用条件和里程，用一个动态数组记录某一阶段的待选的杆塔定位子方案形成一个访问窗口，数组的元素为R(x_j,h_k(x_j))数组的下标，如图3所示。然后对待选的杆塔定位子方案按对应的累加费用值从小到大进行排列。由于线路造价的总体趋势是随线路长度增长而增大的，因此待选的杆塔定位子方案的数组是一个相对有序的数组，同时记录待选的杆塔定位子方案的动态数组将根据线路里程和杆塔使用条件在原有基础上增删元素，由于是一个移动的访问窗口，且根据里程选取方案窗口，不需要重新生成新的数组。充分考虑到了存储R(x_j,h_k(x_j))的数组的元素数目巨大、被频繁访问的因素，根据杆塔排位的特点缩小方案的访问范围和调整方案的排列顺序，可以减少每个算式的求解范围，节省了计算时间，从而大大减少了生成、比较和移动待选杆塔定位子方案的数组元素运算量。

在一个实施例中，若有多个立塔费用最少的杆塔定位子方案，将所述杆塔定位子方案按高程大小进行排序，选择高程最小的杆塔定位子方案。

具体地，如图4所示，由于输入变量里程x_i和杆塔h_k的离散性，通过待选杆塔定位子方案的数组按高程优先的排列操作，可以获得最优的杆塔定位子方案，具有良好的鲁棒性，更适合实际工程的建设。

如图5所示，假设在地形点x_l、x'_n、x_n和x_m分别设立了杆塔A1、A2’、A2和A3，对应的方案为R(x_l,h_k(x_l))、R(x'_n,h_k(x'_n))、R(x_n,h_k(x_n))和R(x_m,h_k(x_m))。由于待选的方案中具有相同的累加费用的方案是可能有多个。在某个阶段里，设立杆塔A3时，与A3仅一档直接相连的可行方案一般有很多个，这些方案中的某些方案又可能具有相同的造价，如果建造杆塔A2’和A2需要相同的费用，即C(x'_n,h_k(x'_n))与C(x_n,h_k(x_n))相同，则A1～A2’～A3和A1～A2～A3组成的线路段的造价是相同的，但是A2’和A2立塔的位置不相同，具体情况是A1～A2的档距值比A1～A2’的大，A2中心桩高程值比A2’的大。当线路长度增长，杆塔数目增大时，每一个阶段按选择A2的规则（累积费用相同，里程优先）设立杆塔获得的最终排位方案，其工程总造价大多数情况下要比每一个阶段按选择A2’的规则（累积费用相同，高程优先）要小，但差别不大。里程优先往往使约束条件达到了临界状态，方案很脆弱，而采用高程优先，具有良好的鲁棒性。

步骤S50：根据所述总费用的最少的杆塔定位方案对输电线路进行杆塔定位。

具体地，每一个阶段的杆塔定位子方案将存入动态数组中，当寻优的地形点抵达线路的终点后，回溯寻找累积费用最低的方案即可得到最优的杆塔定位方案，根据该方案来进行杆塔定位。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种输电线路杆塔定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

对输电线路路径地形进行离散化处理获得路径中心线行的地形点集合，每个地形点包括里程和高程；

根据设定的立塔条件从所述地形点集合中筛选出可进行立塔的立塔地形点；

根据输电线路路径及所述地形点集合生成杆塔定位方案；

根据各个立塔地形点的立塔费用计算所述杆塔定位方案中满足杆塔定位约束条件且总费用最少的杆塔定位方案；

根据所述总费用的最少的杆塔定位方案对输电线路进行杆塔定位。

2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔定位方法，其特征在于，所述约束条件包括：杆塔使用条件、导线对地安全距离、风偏距离以及绝缘子串摇摆角。

3.根据权利要求1所述的输电线路杆塔定位方法，其特征在于，所述根据各个立塔地形点的立塔费用计算所述杆塔定位方案中满足杆塔定位约束条件且总费用最少的杆塔定位方案的步骤包括：

将输电线路路径划分为若干阶段；

根据所述杆塔定位约束条件及立塔费用计算各个阶段中杆塔定位子方案的立塔费用；

将各个阶段中立塔费用最少的杆塔定位子方案进行合并得到总费用最少的杆塔定位方案。

4.根据权利要求3所述的输电线路杆塔定位方法，其特征在于，所述根据所述杆塔定位约束条件及立塔费用计算各个阶段中杆塔定位子方案的立塔费用的步骤包括：

依据输电线路路径顺序读取各个阶段中的地形点；

根据所述地形点对应的杆塔定位约束条件生成各个阶段对应的杆塔定位子方案；

根据地形点的立塔费用计算各个杆塔定位子方案的立塔费用。

5.根据权利要求3所述的输电线路杆塔定位方法，其特征在于，所述将各个阶段中立塔费用最少的杆塔定位子方案进行合并得到总费用最少的杆塔定位方案的步骤包括：

将每个阶段的杆塔定位子方案分别存储在设定的存储单元中；

为每个杆塔定位子方案设置标记信息；

比较存储单元中的各个杆塔定位子方案的立塔费用，选择立塔费用最少的杆塔定位子方案；

将各个存储单元中所选择的杆塔定位子方案对应的标记信息放置在动态增长数组中；

依据所述标记信息的顺序将对应的杆塔定位子方案进行合并得到总费用最少的杆塔定位方案。

6.根据权利要求1所述的输电线路杆塔定位方法，其特征在于，所述选择立塔费用最少的杆塔定位子方案的步骤包括：

若有多个立塔费用最少的杆塔定位子方案，将所述杆塔定位子方案按高程大小进行排序，选择高程最小的杆塔定位子方案。

7.根据权利要求5所述的输电线路杆塔定位方法，其特征在于，所述标记信息为数据下标。

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