農(nóng)村電網(wǎng)長度優(yōu)化原理與局部優(yōu)化

1、農(nóng)村電網(wǎng)長度優(yōu)化原理與局部優(yōu)化                        摘要：文章運用數(shù)學原理，說明農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中"十字形接線"及多數(shù)"丁字形接線"、"串接"的不合理性，給出采用"丁字形接線"和"串接"方式分配負荷時應(yīng)掌握的原則；研究使電網(wǎng)局部供電線路最

2、短的優(yōu)化方法和設(shè)計途徑；給出電網(wǎng)長度優(yōu)化潛力的估計方法。供農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)計、改造中考慮電網(wǎng)總長度或考慮某一局部線路長度時參考。 關(guān)鍵詞：電網(wǎng)T接 串接 方向 原則  1農(nóng)村電網(wǎng)的特點 (1)供電距離遠，負荷點間距離大，呈散落分布。 (2)單一電源，放射性結(jié)構(gòu)，負荷點之間多數(shù)由線路"串接"，電網(wǎng)分支少。 (3)除"串接"外，電網(wǎng)分配負荷的形式主要是"丁字形接線(T接)"和"十字形接線(同一點向兩個方向上T接)"。 2數(shù)學原理 眾所周知，兩點之間直線距離最短，連接兩點所成的線段，就是溝通兩點的最短路線。不在同一條

3、直線上的3點(三角形的3個頂點)，有沒有將其溝通起來且最短的路線呢？答案是肯定的，在歐氏平面上，更多點之間也存在將它們溝通起來的最短路線。 數(shù)學上稱，到三角形3個頂點距離之和最小的點為費馬點。它是這樣確定的：如果三角形有一個內(nèi)角大于或等于120°，這個內(nèi)角的頂點就是費馬點；如果3個內(nèi)角均小于120°，則在三角形內(nèi)部對3邊張角均為120°的點，是三角形的費馬點。費馬點與3個頂點連成的線段是溝通3點的最短路線，容易理解，這個路線是唯一的。我們稱這一結(jié)果為最短路線原理。 為便于對電網(wǎng)進行長度優(yōu)化操作，現(xiàn)將確定三角形費馬點的尺規(guī)作圖方法簡述如下：如圖1所示，已知ABC的內(nèi)

4、角均小于120°，求費馬點。 (1)作線段的垂直平分線L。 (2)過B點作一條射線，使其與的垂直平分線交于O點。 (3)以點O為圓心，長度為半徑，過A、B兩點在ABC內(nèi)畫弧。 (4)對線段重復(fù)以上步驟畫弧。 (5)設(shè)弧的交點為E，E點即為ABC的費馬點。 (6)連接AE、BE、CE(圖中虛線)得到連通A、B、C3點的最短路線。圖1費馬點計算圖 根據(jù)繪圖工具和手段的不同，可以有很多確定費馬點的方法，但基本上是以尺規(guī)作圖為基礎(chǔ)。               &

5、#160;              3T接、串接原則與農(nóng)村電網(wǎng)的局部優(yōu)化 用最短路線原理對放射性電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進行分析，可以得到以下幾個有用的結(jié)論： (1)由一點最多只能向3個方向上送電(含受電)，這3個方向互成120°角，由一點不能向兩個夾角小于120°的方向送電(含受電)。稱為方向原則。 (2)3個節(jié)點A、B、C，若A對B的送電方向與B對C的送電方向之間的夾角大于60°，則3點之間應(yīng)采用T接方式，并按方向原則連成供電線路，稱

6、為T接原則。 (3)若這個夾角小于或等于60°，則可以串接，稱為串接原則。 農(nóng)村電網(wǎng)的局部優(yōu)化，就是利用這3個原則來判定電網(wǎng)局部結(jié)構(gòu)的不合理性，運用最短路線原理確定最短路線，計算出長度，通過方案比較，并結(jié)合實際考慮，解決改造和設(shè)計中的問題。 設(shè)某一電網(wǎng)的局部有4個負荷點A、B、C、D，分布在正方形的4個頂點上，正方形的邊長為1。若電源已經(jīng)到達A點，請設(shè)計出由A點向3個負荷點B、C、D供電的路線，使線路的總長度最短。 通常，較典型的方案如圖2所示，圖中實線為供電路線。圖2典型方案圖 把這9種架線方案當做電網(wǎng)的9種局部結(jié)構(gòu)形式，如果要求避免復(fù)雜計算，是否能判斷出哪種局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化(線路最短

7、)？哪種局部結(jié)構(gòu)不好？利用前述3個原則可立即得到結(jié)果。具體判斷過程是： 方案1：B、D點違反方向原則，ADB、DBC違反T接、串接原則。 方案2：A、C點違反方向原則，ACB、ACD違反T接、串接原則。 方案3：A點違反方向原則，ABC、ACD、BAD違反T接、串接原則。 方案4：B、C點違反方向原則，ABC、BCD違反T接、串接原則。 方案5：A、B點違反方向原則，ABC、BAD違反T接、串接原則。 方案6：違反方向、T接、串接原則。 方案7："十字形接線"違反方向原則和T接原則。 方案8：滿足方向原則及T接、串接原則要求，是最優(yōu)局部結(jié)構(gòu)。 方案9：這是對方案2、3、5進

8、行局部優(yōu)化后的一種結(jié)構(gòu)，A點仍然違反方向原則。表1列出了各種方案的架線長度。K值為最短線路長度與本方案線路長度之比。優(yōu)化潛力是本方案最多可能縮短的線路長度百分數(shù)。 當判定電網(wǎng)的某一局部(一般考查3個或較少數(shù)量的節(jié)點)需要優(yōu)化時，余下的工作是設(shè)計出最短路線，然后加以實施。對于實際負荷點距離較大的局部，主要是利用本地區(qū)大比例地圖及地理資料，結(jié)合實地勘查，確定負荷間的分布。優(yōu)化路線的設(shè)計是利用計算機的繪圖軟件(電子圖板、CAD均可)，按比例作出地圖上具體負荷點構(gòu)成的圖形(或先將地圖掃描入計算機)，然后在圖上作出費馬點。使用"查詢"功能獲得最短線路的數(shù)據(jù)，無需復(fù)雜計算。方案9是在計

9、算機上對方案2、3、5的ABC不合理結(jié)構(gòu)(下文將說明，方案2、3的ABC局部結(jié)構(gòu)不合理，方案5的ABC局部結(jié)構(gòu)不盡合理)經(jīng)一次優(yōu)化得到的改進方案，架線長度是對線段進行長度查詢后相加的結(jié)果。從表1中可以得出：方案9在總長度上比方案2、3縮短了14.12%，比方案5縮短了2.27%；就被優(yōu)化的ABC局部來說，方案9比方案2、3縮短了20%，比方案5縮短了3.4%。 局部優(yōu)化，到底能把線路縮短多少？這是一個大家關(guān)心的問題，對此我們能不能事先做到心中有數(shù)，進行合理的估計呢？ 早在20世紀60年代，美國數(shù)學家提出過這樣的猜想：對一個不盡合理的網(wǎng)絡(luò)，其最短線路長度與原線路長度之比不小于(約0.866，參見表1中K值)。換言之，正三角形加設(shè)節(jié)點可將原線路縮短最多。這一猜想于1990年，被我國數(shù)學家證明。 表1 方案序號123456789架線長度333K值1優(yōu)化潛力20%20%20%8.9%8.9%8.9%3.4%0%6.8%便于對以上結(jié)論的理解，并從實用的角度出發(fā)，這里把非最短路徑放射性電網(wǎng)分成2類：不合理電網(wǎng)和不盡合理電網(wǎng)。如果對于電網(wǎng)中任意3個直接溝通的節(jié)點，其溝通路線均取自3節(jié)點構(gòu)成三