ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДОРОГ НА РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ АЛГОРИТМА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДОРОГ НА РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ АЛГОРИТМА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
Козлов Евгений Геннадьевич
аспирант, Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина,
РФ, г. Иваново
Косяков Сергей Витальевич
д-р техн. наук, проф.,
Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина,
РФ, г. Иваново
ASSESSMENT OF THE IMPACT ROADS TO THE RESULTS OF ALGORITHM FOR DESIGNING NEW ELECTRIC POWER TRANSMISSION LINES IN THE CITY
Evgeny Kozlov
Postgraduate student, Ivanovo State Power University,
Russia, Ivanovo
Sergey Kosyakov
PhD, associate Professor, Ivanovo State Power University,
Russia, Ivanovo
АННОТАЦИЯ
Целью данной работы является исследование влияния стоимости пересечения дороги на результат работы алгоритма проектирования новых линий электропередач. Для этого используется комбинация модифицированного алгоритма волновой трассировки и генетического алгоритма. В результате был выявлен ряд закономерностей, которые может использовать проектировщик при работе с алгоритмом. Данный алгоритм может быть использован для проектирования линий электропередач в условиях городской застройки.
ABSTRACT
The main aim of this research is to explore impact of the roads on results of the algorithm for developing new electric transmission lines. Genetic algorithm and wave tracing algorithm are used to solve the problem. As a result, the number of patterns have been identified, which can be used by the developer while using the system. This algorithm can be used to develop power electric lines in the city.
Ключевые слова: метод волновой трассировки, дорога, трансформаторная подстанция, ценовая поверхность.
Keywords: wave tracing algorithm, road, electric transformer, cost surface.
На сегодняшний день задача автоматизации проектирования новых линий электропередач является не решенной в полной мере. Дело в высокой сложности и большом количестве ограничений, с которыми сталкивается проектировщик в процессе разработки плана новых линий электропередач в условиях городской застройки. Один из таких факторов – дороги. Каждый раз, когда на пути следования линии электропередач возникает дорога, инженер ставит перед собой вопрос – а стоит ли эту дорогу пересекать? Не дешевле ли будет поставить трансформатор на другой стороне дороги и присоединить потребителей на противоположной стороне? Ответы на эти вопросы дает разработанная система.
Для учета дорог при проектировании новых линий электропередач используется модифицированный алгоритм волновой трассировки.[3] Для этого карта представляется в виде растрового изображения, каждый пиксель которого в реальном мире имеет определенную длину стороны. По умолчанию длина задана в 1м. В стандартном варианте в алгоритме стоимость преодоления всех клеток карты едина, в модифицированном же, кроме непреодолимых препятствий существуют еще и плохо преодолимые. Такими препятствиями в реальном мире могу быть дороги, реки, деревья и т.д. Стоимость преодоления таких участков сильно повышает стоимость достижения точек на противоположной стороне от участка, что заставляет алгоритм искать возможные пути обхода сложно проходимой области.
Модификация алгоритма волновой трассировки таким образом существенно замедляет сам алгоритм, поскольку значительно увеличивается количество пересчетов одной и той же точки на карте, но при этом так же значительно повышается и точность расчетов.
Для решения проблемы скорости расчета на больших площадях применяется 2 подхода – распараллеливание вычислений ценовых поверхностей для каждого потребителя (задачи являются независимыми друг от друга) и увеличение стороны клетки карты.
В процессе тестирования алгоритма был проведен эксперимент, показывающий влияние стоимости преодоления дорог на результат работы алгоритма.
В первом варианте была выбрана стоимость преодоления дорог в 50 раз больше стоимости прокладки кабеля, но при этом стоимость установки нового трансформатора была выше, чем стоимость пересечения дорог.
Рисунок 1. Карта эксперимента 1
Как видно из рисунка, алгоритм склонен к объединению подключенных потребителей по кварталам и лишь с одном случае, когда не хватило мощности трансформатора чтобы обеспечить электроэнергией всех потребителей, алгоритм выбрал вариант пересечения дороги линией электропередач.
Во втором эксперименте стоимость пересечения дорог была существенно увеличена (в 4 раза).
Рисунок 2. Карта эксперимента 2
Как видно из второго эксперимента при сильном удорожании прохождения дорог алгоритм перестает предлагать подсоединять к одному и тому же трансформатору потребителей из разных кварталов, стараясь соединить всех потребителей внутри одного квартала. Между улицей Строительной и улицей Герцена случилась ситуация, при которой мощности трансформатора не хватило для того, чтобы обеспечить электроэнергией всех потребителей квартала и было принято решение установить еще одну трансформаторную подстанцию минимальной мощности и стоимости установки внутри квартала.
В третьем эксперименте стоимость пересечения дорог установлена практически такой же, как и стоимость прохождения по пространству без препятствий (ситуация, актуальная для воздушных линий электропередач). При этом мощность трансформаторов была увеличена таким образом, чтобы можно было подключить всех потребителей к одному трансформатору.
Рисунок 3. Карта эксперимента 3
В этом эксперименте можно заметить, что на местоположение трансформаторов влияет не только стоимость пересечения дорог, но и стоимость установки трансформатора. При такой конфигурации алгоритм начинает практически полностью игнорировать дороги, при этом установка отдельной трансформаторной подстанции для верхнего левого квартала оказалась выгоднее, чем тянуть кабели через дорогу во двор нижнего квартала.
В последнем эксперименте исследовалась возможность алгоритма находить обходы дорог. Для этого стоимость преодоления дорог была опять установлена в 200 раз больше, чем просто прокладка кабеля по поверхности без пространственных ограничений.
Рисунок 4. Карта эксперимента 4
Как видно по карте, алгоритм избегает дороги и ищет путь в обход, хотя дорога не является препятствием и при других условиях может быть пересечена.
Таким образом, было исследовано влияние дорог на проектирование линий электропередач и расположения трансформаторных подстанций с использованием алгоритма волнового распространения ошибки и генетического алгоритма. Было выявлено, что стоимость пересечения дороги прямо влияет на результаты работы алгоритма, таким образом, увеличивая стоимость пересечения дороги, проектировщик может добиваться результата, когда потребители для каждого трансформатора располагаются в одном квартале. При этом, даже при отклонениях стоимости прокладки кабелей по дорогам от прокладки кабелей по пустому пространству на 50 единиц уже приводит к избеганию пересечения дорог до наступления критического момента в виде невозможности обеспечить всех потребителей внутри квартала.
Список литературы:
- Козлов Е.Г., Косяков С.В. Оптимизация размещения трансформаторных подстанций в городских микрорайонах с использованием генетического алгоритма и алгоритмов трассировки ЛЭП на карте // Вестник ИГЭУ. – 2023. – №. 2. – С. 69-75. DOI: 10.17588/2072-2672.2023.2.069-075
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022616563 Российская Федерация. Геоинформационная система оптимального размещения трансформаторных подстанций городских электрических сетей / А.Б. Гадалов, Е.Г. Козлов, С.В. Косяков; правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – № 2022615757; заявл. 04.04.2022; опубл. 14.04.2022; Бюл. № 4.
- Lee C.Y. An Algorithm for Path Connections and Its Applications // IRE Transactions on Electronic Computers. – 1961. – Vol. EC-10, No. 2. – P. 364–365.
- Свеженцева О.В., Воропай Н.И. Оптимизация размещения источников питания при формировании рациональной конфигурации системы электроснабжения // Электричество. – 2012. – № 10. – С. 7–14.