CN103207953B - 一种拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法及应用方式 - Google Patents

Abstract

一种拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法及应用方式，本发明应用人机交互方式输入各电压等级的进出线的终点位置、线路属性、曲折系数和单位造价等参数，以及变电站选址的地理范围，由计算机计算变电站落在该范围内各个点的所有进出线总投资，用曲线连接平面上投资相等的各个点，形成闭合或非闭合线，按设定的差值，每隔一个投资差额绘制一条线，向地形图的等高线一样加以标示。

Description

一种拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法及应用方式

技术领域

本发明属于一种电网建设中变电站选址投资优化的方法，尤指应用变电站进出线投资等值线方法开展的投资评价和优化选址。

背景技术

“等值线”的定义为“将某种地理事物或地理现象取其数值相等点所做的连线”，“在一定参考面上气象要素数值相等各点的连线”等。依据“全国科学技术名词审定委员会”审定公布结果，“等值线”应用学科为“地球物理学”，“地理信息系统”和“大气科学”，英文名称依次为contourline，isarithmicline和isoline等；无工程类说明。本发明的“等值线”为该概念在工程应用中的扩展。

由等值线构成的图形称为等值线图。在实际应用中，常见的有表现地势起伏和地貌结构的等高线图与等深线图；表现气温、水温、地温变化的等温线图；表现大气降水量变化的等降水量线图；表现地磁、地震变化的等磁偏线图、等磁力线图、等震线图。另外，还有等压线、等风速线、等日照线、等云量线、等湿度线、等密度线、等透明度线、等盐分含量线、等时线、等地租线、等地价线等图。通常等值线所代表的数值为整数。

在缺少变电站选址进出线投资等值线图的情况下，变电站选址过程中，对于进出线投资之和的比较，现在常用的方法为：根据电力系统规划、地形、地质、进所道路、对地方规划的影响、进出线走廊等建设条件，在一定地理范围内，先确定几个站址方案，分别对这几个站址计算各进出线投资，合计投资后比较各站址对进出线投资的影响。由于一个变电站各个电压等级的进出线回路累计后，进出线回路往往较多，如500kV变电站一般达到20回（500kV和220kV进出线之和），并且需要连接的对侧可能有电源、换流站、枢纽变、用户变等，位置分散，不可能立即得到变电站建在各个地点的进出线总投资，判断进出线投资优劣，在之前确定的几个站址中，有可能遗漏投资最优的建站位置。

国内外变电站规划和选址方法按是否需要预先给定待选站址可将这些方法分为两类。

第一类方法是依据规划人员的经验预先给出变电站的可能位置，以方案技术经济比较决策为基础，借助于一些优化算法从待选位置中获得较优的结果。由于在确定待选站址时已经考虑了诸多实际因素，最终获得的优化结果有较好的适应性，但该方法需要事先对大量可能站址进行人工筛选，增大了规划人员的工作难度和工作量。且参加比较的方案往往是规划设计人员凭经验提出的，不可避免的包含着很多主观因素，带来了一定局限性。

第二类方法是自动生成站址、站容方式，其优化方法也由传统的数学优化方法上升到现代的智能优化算法。其优化的位置是通过算法的大范围搜索自动寻优得到的，基本都忽略了地理环境因素这一点。地理的属性数据中包含了负荷密度、地块面积、用地性质、交通状况、施工条件、地质地形等各种信息，这些信息对变电站选址起到了决定性的作用。从工程实践来看，这种未考虑站址具体地理信息因素的方法，数学模型和地理信息因素结合不够紧密，所选出的站址很可能坐落在不适宜建站的区域(湖泊、街道、繁华区等)，进而影响整体方案的可行性以及经济性，从而降低了自动寻优方法的有效性。

第一类方法为现阶段我们常用的方法，即在几个待选站址方案之间比较，考虑建站条件、投资等因素后，提出推荐方案。这种方法可能因为一些主观和客观因素，忽视最优方案。

发明内容

本发明提出了一种更为合理实用的两阶段变电站优化选址方法。第一阶段，建立变电站选址进出线投资优化数学模型，在不考虑地理信息的条件下，在拟选址范围内，分析在每个点建站的进出线投资，为下阶段优化方案作准备。具体为：用人机交互方式输入各电压等级的进出线的终点位置、线路属性、曲折系数、单位造价和输送容量等参数，以及变电站选址的地理范围，由计算机计算变电站落在该范围内各个点的所有进出线总投资，用曲线连接平面上投资相等的各个点，形成包曲线（等投资线），按设定的差值，每隔一个投资差额绘制一条线，向地形图的等高线一样加以标示。第二阶段，利用上一阶段等值线图、等线损线图等成果，考虑初选变电站站址周围的地理条件，建立变电站评价指标体系，全面评估各方案的综合适应度，得到实际操作可行性强、又能达到优化目的的最佳变电站选址方案。

随着电力系统电压等级的提高和变电站进出线规模的扩大，输电线路投资在输变电工程投资中所占的比例也相应增大，在各进出线终端已确定的情况下，新建变电站不同的站址对进出线总投资的影响较大，我们称之为“落点效益”，如何找到进出线总投资较少，而又具备建站条件的站址，或如何评价已选的几个站址“落点效益”是否已达到最优，达到提高工作效率，控制工程造价，降低输电成本的效果，对电力系统网架投资优化具有重要意义。

本发明的“等值线”为该概念在工程应用领域的扩展。

本发明采用如下技术方案实现。一种拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法，本发明的特征是：

1）采用的拟建变电站进出线投资估算的计算公式为：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{hi}\×\mathrm{di}\×\sqrt{{(x-\mathrm{xi})}^2+{(y-\mathrm{yi})}^2})$

n——变电站进出线总数；

x，y——拟选所址坐标（km）；

xi，yi——第i个终端变电站位置坐标（km）；

hi——第i条线路曲折系数；

di——第i条线路每千米造价（万元/km）；

V——某位置的进出线总造价（万元）；

其物理意义为：拟选所址进出线总投资等于各条进出线投资之和；其中一条进出线的投资＝此进出线起终端间航空距离×其曲折系数×此送电线路单位造价；

2）V是拟选所址在(x，y)点的进出线总造价，令其为K，即为无理方程（根式方程），由于一个变电站的各电压等级的进出线可能有许多条，即n为多数，因此其方程的解和轨迹是比较复杂的；本发明应用计算机数值解法，将进出线投资总价为K的所有点连接成光滑连续的曲线，得到平面上进出线投资总造价为K的等值线；

3）通过改变K值，得到拟建变电站进出线总造价不同的等值线。按设定的差值，每隔一个投资差额绘制一条线，形成多条代表变电站进出线总投资的曲线。将这些等值线汇集在一张平面图上，形成等值线图。

本发明的应用方式为：

1）在本发明的计算机运行环境中插入能反映变电站选址关键要素的地图。

2）根据电力系统需求，确定拟建变电站选址的地理范围，输电线路走廊主要障碍区域，以及接入拟建变电站的所有线路终端地理坐标等。

3）应用进出线投资等值线的确定方法绘制等值线图。

4）变电站进出线投资等值线图反映了地面上各点的进出线总投资金额和变化趋势。根据各等值线代表的进出线总投资值，不同等值线的投资差额和变化趋势等，选择拟建变电站投资合理的地理位置。

在各进出线目的地已确定或基本确定的情况下，新建变电站的不同站址的各进出线投资之和有所差异；变电站进出线投资等值线是“在地面上，变电站部分或所有进出线投资之和数值相等的各点的连线”。在设定的变电站选址的地理范围内，由计算机计算变电站落在该范围内各个点的所有进出线总投资，用曲线连接平面上投资相等的各个点，按设定的差值，每隔一个投资差额绘制一条线，形成多条代表变电站进出线总投资的曲线。

本发明形成的等值线图可以指导站址选择，直观、有效地判断各站址的进出线投资优劣，以及进出线投资匡算，再结合电力系统规划、地形、地质、进所道路、对地方规划的影响、进出线走廊等等因素，确定几个站址方案，将选定的几个站址的数据生成表格，便于修正和分析，得到各站址的进出线投资成果。

本发明的难点之一是：对无理方程的求解，本发明采用数值分析及图解方法求解无理方程；难点之二是软件编制；难点之三为将投资总额相等的点连接成为等值线，进行图形处理。

附图说明

图1为本发明变电站进出线投资等值线示意图；

图2为本发明进出线路径避让障碍区计算示意图。

图1中的曲线为变电站选址进出线投资等值线，同一条线上各点的进出线总投资值相等，不同的线表示不同的总投资，相邻线之间投资差额相等；“1#、2#、……N#”为与拟建变电站连接的目的地；“理想站址”表示至1#、2#、……N#等地所有输电线路投资之和最少的位置，离理想站址越远表示拟建变电站的进出线总投资越大。

具体实施方式

下面结合附图及实例进一步阐述本发明内容。

1、拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法：

1）本发明采用的拟建变电站进出线投资估算的计算公式为：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{hi}\×\mathrm{di}\×\sqrt{{(x-\mathrm{xi})}^2+{(y-\mathrm{yi})}^2})---\left(1\right)$

n——变电站进出线总数；

x，y——拟选所址坐标（km）；

xi，yi——第i个终端变电站位置坐标（km）；

hi——第i条线路曲折系数；

di——第i条线路每千米造价（万元/km）；

V——某位置的进出线总造价（万元）。

其物理意义为：拟选所址进出线总投资等于各条进出线投资之和；其中一条进出线的投资＝此进出线起终端间航空距离×其曲折系数×此送电线路单位造价。

2）V是拟选所址在(x，y)点的进出线总造价，令其为K，即为无理方程（根式方程），由于一个变电站的各电压等级的进出线可能有许多条，即n为多数，因此其方程的解和轨迹是比较复杂的。

本发明应用计算机数值解法，将进出线投资总价为K的所有点连接成光滑连续的曲线，得到平面上进出线投资总造价为K的等值线。

3）通过改变K值，得到拟建变电站进出线总造价不同的等值线。按设定的差值，每隔一个投资差额绘制一条线，形成多条代表变电站进出线总投资的曲线。将这些等值线汇集在一张平面图上，形成等值线图。从计算机图形学的角度讲，等值线图具有以下性质：a.等值线通常是一条光滑连续曲线；b.对于给定的某个值K，相应的等值线数量可能不止一条；c.由于定义域是有界的，等值线可能是闭合的，也可能是不封闭的；d.等值线一般不相互交错。

2、拟建变电站选址进出线投资等值线的应用方法：

1）在本发明的计算机运行环境中插入能反映变电站选址关键要素的地图。

2）根据电力系统需求，确定拟建变电站选址的地理范围，输电线路走廊主要障碍区域，以及接入拟建变电站的所有线路终端地理坐标等。

3）应用进出线投资等值线的确定方法绘制等值线图。

4）变电站进出线投资等值线图反映了地面上各点的进出线总投资金额和变化趋势。根据各等值线代表的进出线总投资值，不同等值线的投资差额和变化趋势，以及变电站建设条件，选择拟建变电站投资合理的地理位置。

随着电力系统电压等级的提高和变电站进出线规模的扩大，输电线路投资在输变电工程投资中所占的比例也相应增大，在各进出线终端已确定的情况下，新建变电站不同的站址对进出线总投资的影响较大，我们称之为“落点效益”。对于经常借助地形图进行工作的人来说，要考虑变电站进出线的“落点效益”，地形图的等高线对其具有积极的启发意义。“（1）式”是未考虑绕过障碍总的进出线投资估算的计算公式。由于曲折系数和送电线路单位造价的取值已具备一些工程的计算结果和经验，所以分析时比较直观方便。再者，本发明所关心的是不同所址的进出线总投资差价，未考虑到或不易考虑的一些因素将由于不同所址间进出线投资发生较接近的误差而抵消。

在实际应用中，此程序加入送电线路路径自动避让主要障碍区域的模块是必要的，为了缩短程序运行时间，其数学模型应尽可能简化。

航空线AB不穿过障碍区域者按(1)式计算。航空线如果穿过障碍区域（如图2），设(AC+CB)≤(AC₂+C₂B)，则AB线路的投资为：

Vi=hi×di×(AC+CB)(2)

引入以上模块后，绘制的等值线图和打印的各拟选所址投资估算明细表更客观、简洁，便于分析。

参照变电站进出线投资等值线图，以地形图、交通图、行政区划图等地图作为底图（图1中未显示），一目了然地反映出变电站位置与进出线总投资的关系，绘制时可以根据实际情况设置一个障碍范围，程序自动按绕过障碍选择路径，分别考虑各进出线的曲折系数、单位公里造价。在图中点入拟选站址坐标后可以看到此站址到各线路终点的大体路径，并将各拟选站址的进出线投资打印出来，分析计算就可得到此拟选站址经济技术指标。如“图1”，设等值线间的投资差额为δ，以甲、乙、丙等点为例，乙位置较靠近理想站址，拟建变电站的进出线总投资最少；丙位置的进出线总投资比乙位置增加约9δ；如果拟建变电站站址选择甲位置，则其进出线总投资太大，一般不予考虑。

Claims (2)

1.一种拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法，其特征是：

1)采用的拟建变电站进出线投资估算的计算公式为：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(hi\×di\×\sqrt{{(x-xi)}^2+{(y-yi)}^2})$

n——变电站进出线总数；

x，y——拟选所址坐标，单位名称是km；

xi，yi——第i个终端变电站位置坐标，单位名称是km；

hi——第i条线路曲折系数；

di——第i条线路每千米造价，单位名称是万元/km；

V——某位置的进出线总造价，单位名称是万元；

其物理意义为：拟选所址进出线总投资等于各条进出线投资之和；其中一条进出线的投资＝此进出线起终端间航空距离×其曲折系数×此送电线路单位造价；

2)V是拟选所址在(x，y)点的进出线总造价，令其为K，即为无理方程，由于一个变电站的各电压等级的进出线可能有许多条，即n为多数，因此其方程的解和轨迹是比较复杂的；应用计算机数值解法，将进出线投资总价为K的所有点连接成光滑连续的曲线，得到平面上进出线投资总造价为K的等值线；

3)通过改变K值，得到拟建变电站进出线总造价不同的等值线；按设定的差值，每隔一个投资差额绘制一条线，形成多条代表变电站进出线总投资的曲线；将这些等值线汇集在一张平面图上，形成等值线图。

2.根据权利要求1所述的一种拟建变电站选址进出线投资等值线的确定方法，其特征是：该方法的应用方式为：

1)在计算机运行环境中插入能反映变电站选址关键要素的地图；

2)根据电力系统需求，确定拟建变电站选址的地理范围，输电线路走廊主要障碍区域，以及接入拟建变电站的所有线路终端地理坐标；

3)应用进出线投资等值线的确定方法绘制等值线图；

4)变电站进出线投资等值线图反映了地面上各点的进出线总投资金额和变化趋势；根据各等值线代表的进出线总投资值，不同等值线的投资差额和变化趋势，选择拟建变电站投资合理的地理位置。