一种城市综合管廊配套电网规划方法与流程

本发明属于电网规划技术，尤其涉及一种城市综合管廊配套电网规划方法。

背景技术：

电力等管线纳入地下综合管廊是当今中国城市管线建设发展方式的重大转变，是21世纪新型城市市政基础设施建设现代化的重要标志之一。它有利于提高电力等管线运行的可靠性、安全性和使用寿命；对节约利用城市地面土地和地下空间，提高城市综合承载能力起到关键性作用；对提升新型城镇化发展质量，打造经济发展新动力具有重要意义。因此，随着我国城市综合管廊工程的规模化发展，亟需深入研究和实践地下管线和综合管线配套电网规划方法，实现电网规划与地下管线和综合管廊规划的科学、合理衔接，最大限度地利用新建管廊解决电网建设瓶颈问题，明确管廊电网配套项目规模、投资、建设时序等。

近年来，从我国地下综合管廊建设思路与原则研究的角度来看，在强调“规划先行”的基本原则的同时，提出了应分类重视新建区域和已建成区规划衔接的要求。通过经济性模型，提出了高密度市政设施地区的综合管廊的建设必要性和建设思路。以地下空间城市化的视角，提出了城市地下综合管廊总体规划和分区规划的原则建议。从地下综合管廊规划模型和方法研究的角度来看，在假设综合管廊是由多条垂直线和水平线组成的连续多段线基础上，以规划区内各需求点至水平线的距离加权之和最小为目标，构建了综合管廊中心线定位优化模型,提出了综合管廊中心线的平面定位方法，但并没有针对各类基础设施，特别是电力管线的需求提出具体的方法。而利用simphony.net建立仿真模型，以加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市为例，开展了地下综合管廊的多规划方案模拟与决策研究。从地下综合管廊中电力管线规划的角度来看，从城市规划专业角度，以南京市为例，探讨了地下综合管廊布局规划与不同等级电力电缆通道规划互动的工作方法，分析了地下综合管廊中电力舱单独成舱及与其他管线共舱的布置原则和技术要求，但并没有从电力专业角度，系统性地深入分析城市综合管廊配套电网的规划方法；仅依赖规划人员的的工作经验进行相关规划，并未图论理论与方法开展，对于大规模城市配电网管廊规划来说，存在效率很低等问题。

技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题：提供一种城市综合管廊配套电网规划方法，以解决现有技术地下综合管廊建没有从电力专业角度，系统性地深入分析城市综合管廊配套电网的规划方法，仅依赖规划人员的的工作经验进行相关规划，并未图论理论与方法开展，对于大规模城市配电网管廊规划来说，存在效率很低等问题。

本发明技术方案：

一种城市综合管廊配套电网规划方法，它包括

步骤1、综合管廊配套电网规划数据准备；

步骤2、综合管廊配套电网规划模型构建与计算；

步骤3、综合管廊配套电网工程建设时序判别；

步骤4、综合管廊配套电网规划结果的电力线路与管廊道路的双维度展示。

步骤1所述数据准备电网数据和城市规划数据；电网数据包括规划年间规划区内所有现有及新建的电力线路的信息；城市规划数据包括规划年间规划区内电力管廊建设及城市道路信息。

步骤2所述综合管廊配套电网规划模型构建与计算包括城市电力管廊及道路模型的构建、权值矩阵的修正、启发性信息的确定、warshall-floyd算法对最优布线路径的求解及规划地理布线图的绘制。

所述综合管廊配套电网规划模型构建与计算具体包括：

步骤2.1、城市电力管廊及道路模型的构建：提取城市规划图纸上的西安坐标系或者北京54坐标系下的电力管廊及道路的信息数据，设图g＝(v,a,b,e)，由图纸上所有电力管廊及道路的坐标点构成的顶点集记作(v1,v2,…,vn),其中与干线管廊相关的顶点集记作(a1,a2,…,ana)，与支线管廊相关的顶点集记作(b1,b2,…,bnb)；g的边vivj(i,j＝1,2,…,n)赋有一权值ωij，即为vi、vj两坐标点间的实际道路长度，若vi、vj不相邻，则令ωij＝+∞；

步骤2.2、权值矩阵的修正：为了体现电力线路入廊约束，引入干线管廊重要系数λa及支线管廊重要系数λb对warshall-floyd算法的权值矩阵进行修正，具体修正方法如下式。

步骤2.3、启发性信息的确定：由规划人员确定启发性信息，对于新建电力线路规划，启发性信息指电力线路涉及的电源点、负荷点及必经点构成的有序坐标顶点集c，记作(c1,c2,…,cm)；对于现状电力线路改造规划，由于存在一条电力线路多处规划改造的情况，因而一条电力线路的启发性信息包括多组有序坐标顶点集，每一组有序坐标顶点集还包括改造起点、改造终点两元素；

步骤2.4、warshall-floyd算法对最优布线路径的求解：利用warshall-floyd算法求解每一组有序坐标顶点集中cl至cl+1的最优走线路径，其中l＝1,2,…,m-1。warshall-floyd算法有如下递推关系式：

式中dij(k)为从vi至vj之间所有路径中一条最短路径的长度，其中i,j＝1,2,…,n且k＝1,2,…,n，且路径的每一个中间顶点(如果有的话)的编号不大于k。记d(k)＝(dij(k))，通过一系列n阶矩阵d(0)，…，d(n)计算出图g的最短距离矩阵d(n)，并确定所有cl至cl+1的最优走线路径；

步骤2.5、规划地理布线图的绘制：对于新建电力线路规划，依序连接步骤2.4中求得的cl至cl+1的最优布线路径，所得即所提新建线路规划方法的规划方案；对于现状电力线路改造规划，依序连接现状电力线路的保留部分及规划改造后的走线路径，最终总路径即现状线路改造最优布线方案。

步骤3所述综合管廊配套电网工程建设时序判别是指：根据综合管廊配套电网规划“有序入廊”的原则，结合电网数据提供的电力线路建设时间及城市规划数据提供的电力管廊建设时间，提出电力线路入廊时序方案。

步骤4所述综合管廊配套电网规划结果的电力线路与管廊道路的双维度展示包括：

步骤4.1、从综合管廊维度，展现规划年各条综合管廊中入廊电力线路的明细，管廊维度信息主要供城市规划人员参考。

步骤4.2、从电力线路维度，展现规划年各条电力线路进入相应综合管廊区段的明细，线路维度信息主要供电网规划人员参考。

本发明的有益效果：

本发明为提高城市地下综合管廊配套电网规划的工作效率，发展适合的城市综合管廊配套电网规划模型与方法，在现有城市综合管廊配套电网规划技术原则的基础上，从自动布线的思路出发，提出了一种基于启发式warshall-floyd算法的山地城市综合管廊配套电网规划方法；为综合管廊配套电网规划研究提供了基础理论依据，并为综合管廊配套电网的合理规划提供了新思路。

本发明基于启发式warshall-floyd算法的山地城市综合管廊配套电网规划方法，对城市综合管廊配套电网规划有较好的指导价值；

总体来看，本发明与传统的城市综合管廊配套电网规划方法相比，具有以下明显的有益效果：

1)传统的城市综合管廊配套电网规划方法仅依赖规划人员的的工作经验进行相关规划，并未图论理论与方法开展，对于大规模城市配电网管廊规划来说，效率很低。本发明提出的规划方法，基于warshall-floyd算法，通过人工设置起止点和必经点，提出启发性信息，实现管廊域中部分电力线路的无需入廊约束以及管廊域外的部分电力线路必须入廊约束的引入，节省了算法寻优的计算时间，增强了规划方案的合理性，发展了城市综合管廊配套电网规划模型与方法，显著提高了该配套电网规划的工作效率和规划方案的科学性。

2)本发明所提出的电力线路-管廊道路双维度规划成果展示方法，既展现规划年各条综合管廊中入廊电力线路明细的管廊道路维度，又展现规划年各条电力线路进入相应综合管廊区段明细的电力线路维度，分别为城市规划人员和电网规划人员提供所需的规划方案结果数据。相比传统的单一管廊道路维度输出规划方案的呈现方法，本发明方法更加全面的展示了规划方案结果数据，有益于两个领域规划人员工作的对接与融合。

本发明解决了现有技术地下综合管廊建没有从电力专业角度，系统性地深入分析城市综合管廊配套电网的规划方法，仅依赖规划人员的的工作经验进行相关规划，并未图论理论与方法开展，对于大规模城市配电网管廊规划来说，存在效率很低等问题。

附图说明：

图1为本发明总体流程示意图；

图2为实施例某城市dt-sz片区位置示意图；

图3为实施例某城市dt-sz片区地下综合管廊模型示意图；

图4为实施例所提方法对单电源点至多负荷点的新建线路规划的运行结果示意图；

图5为现状电力线路的模型结构示意图；

图6为本发明对现状电力线路改造规划的运行结果示意图。

具体实施方式：

一种城市综合管廊配套电网规划方法，它包括：

步骤1、综合管廊配套电网规划数据准备；

步骤2、综合管廊配套电网规划模型构建与计算；

步骤3、综合管廊配套电网工程建设时序判别；

步骤4、综合管廊配套电网规划结果的电力线路与管廊道路的双维度展示

所述的综合管廊配套电网规划数据准备，包括电网数据和城市规划数据。其中，电网数据包括规划年间规划区内所有现有及新建的电力线路的相关信息；城市规划数据包括规划年间规划区内相关电力管廊建设及城市道路信息。

步骤2所述综合管廊配套电网规划模型构建与计算包括城市电力管廊及道路模型的构建、权值矩阵的修正、启发性信息的确定、warshall-floyd算法对最优布线路径的求解及规划地理布线图的绘制。具体如下：

步骤2.1、城市电力管廊及道路模型的构建。提取城市规划图纸上的西安坐标系或者北京54坐标系下的电力管廊及道路相关的信息数据。设图g＝(v,a,b,e)，由图纸上所有电力管廊及道路的坐标点构成的顶点集记作(v1,v2,…,vn),其中与干线管廊相关的顶点集记作(a1,a2,…,ana)，与支线管廊相关的顶点集记作(b1,b2,…,bnb)；g的边vivj(i,j＝1,2,…,n)赋有一权值ωij，即为vi、vj两坐标点间的实际道路长度，若vi、vj不相邻，则令ωij＝+∞。

步骤2.2、权值矩阵的修正。为了体现电力线路入廊约束，引入干线管廊重要系数λa及支线管廊重要系数λb对warshall-floyd算法的权值矩阵进行修正。具体修正方法如下式。

步骤2.3、启发性信息的确定。由规划人员确定启发性信息，对于新建电力线路规划，启发性信息指电力线路涉及的电源点、负荷点及必经点构成的有序坐标顶点集c，记作(c1,c2,…,cm)；对于现状电力线路改造规划，由于存在一条电力线路多处规划改造的情况，因而一条电力线路的启发性信息包括多组有序坐标顶点集，每一组有序坐标顶点集还包括改造起点、改造终点两元素。

步骤2.4、warshall-floyd算法对最优布线路径的求解。利用warshall-floyd算法求解每一组有序坐标顶点集中cl至cl+1的最优走线路径，其中l＝1,2,…,m-1。warshall-floyd算法有如下递推关系式：

式中dij(k)为从vi至vj之间所有路径中一条最短路径的长度，其中i,j＝1,2,…,n且k＝1,2,…,n，且路径的每一个中间顶点(如果有的话)的编号不大于k。记d(k)＝(dij(k))，通过一系列n阶矩阵d(0)，…，d(n)计算出图g的最短距离矩阵d(n)，并确定所有cl至cl+1的最优走线路径。

步骤2.5、规划地理布线图的绘制。对于新建电力线路规划，依序连接步骤2.4中求得的cl至cl+1的最优布线路径，所得即所提新建线路规划方法的规划方案；对于现状电力线路改造规划，依序连接现状电力线路的保留部分及规划改造后的走线路径，最终总路径即现状线路改造最优布线方案。

所述的综合管廊配套电网工程建设时序判别，根据综合管廊配套电网规划“有序入廊”的原则，结合电网数据提供的电力线路建设时间及城市规划数据提供的电力管廊建设时间，提出电力线路入廊时序方案。

所述的综合管廊配套电网规划结果的电力线路与管廊道路的双维度展示，除了线路地理走向图，本文提出以双维度的形式呈现综合管廊配套电网规划结果，即从综合管廊和电力线路两个维度来呈现规划区综合管廊配套电网规划方案。

步骤4.1、从综合管廊维度，展现规划年各条综合管廊中入廊电力线路的明细，管廊维度信息主要供城市规划人员参考。

步骤4.2、从电力线路维度，展现规划年各条电力线路进入相应综合管廊区段的明细，线路维度信息主要供电网规划人员参考。

本发明技术方案以某城市典型的dt-sz组团片区(如图2所示)部分综合管廊配套电网规划为例，利用matlab软件编制算法程序，验证本文所提方法的有效性。

图3为某城市dt-sz片区道路、电力管廊基本信息图。其中黑色粗线段为干线管廊，深灰色线段为支线管廊，相关管廊基本信息如表1中所示；浅灰色线段为道路；洋红色圆圈为变电站，由西向东依次为dt变、my变、sz变。考虑各类电力管廊的布线优先级及实际工程情况，取干线管廊重要系数λa为1.3，支线管廊重要系数λb为1.1。

表1tr城市dt-sz片区各段管廊参数

案例一：有dt变新出电力线路c线与sz变新出电力线路d线联络，同时c线需向f点、j点及k点负荷供电，d线需向m点负荷供电，c线与d线均2021年开建2022年竣工，结合综合管廊建设情况进行相应电网规划。

利用所提启发式warshall-floyd算法，运行结果如图4黑粗点线所示。表3、4为案例一的双维度输出结果

表3启发式warshall-floyd算法的管廊维度输出表

表4启发式warshall-floyd算法的电力线路维度输出表

案例二：现有现状电力线路e线走向如图5中黑色虚线所示，需根据dt-sz片区电力综合管廊建设情况进行入廊改造。

利用所提方法对现状电力线路进行规划，取dt变出线点作为改造起点，现状电力线路与管廊gh交点作为改造终点，而f点为改造后线路必供负荷点，电力线路其它部分保留不变，最终运行结果如下图6所示。表5、6为案例二的双维度输出结果。

表5启发式现状线路改造管廊维度输出

表6启发式现状线路改造电力线路维度输出