Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов и принципов моделирования и алгоритмизации оптимального проектирования ВЛЭП 13
1.1. Обзор характеристик и возможностей современных программных систем проектирования ВЛЭП и моделирования распределения ЭМП 13
1.2. Воздушные ЛЭП - как объект автоматизированного проектирования 25
1.3. Анализ характера распределения электромагнитного поля ВЛЭП 31
1.4. Классификация принципов, методов и средств защиты от ЭМП промышленной частоты 37
1.5. Цель и задача исследования 47
2. Разработка математических моделей пространственного распределения ЭМП ВЛЭП 50
2.1. Математическая модель пространственного распределения ЭМП ВЛЭП, основанная на использовании метода зеркальных отображений 51
2.2. Математическая модель пространственного распределения ЭМП ВЛЭП, базирующаяся на конечно-разностном методе решения уравнения Лапласа 60
2.3. Моделирование распределения ЭМП ВЛЭП различной конфигурации 63
2.4. Анализ влияния зеленых насаждений на пространственное распределение ЭМП, создаваемого ВЛЭП 68
2.5. Основные выводы раздела 75
3. Разработка алгоритмов проектирования влэп с учётом электромагнитной безопасности 76
3.1. Анализ ограничений при проектировании воздушной ЛЭП 76
3.2. Обоснование выбора Целевой функции оптимизационной задачи, основанной на функции приемлемого риска 79
3.3. Разработка комплексного двухэтапного алгоритма оптимизации ВЛЭП с учётом электромагнитной безопасности 84
3.4. Основные выводы раздела 101
4. Разработка программных и информационных средств процедур оптимизации проектирования влэп с учётом фактора электромагнитной безопасности 102
4.1 Структура информационного обеспечения процедур моделирования прокладки ВЛЭП 102
4.2 Структура программных средств подсистемы проектирования ВЛЭП 106
4.3 Графические средства визуализации результатов проектирования ВЛЭП 117
4.4 Анализ области применимости и адекватности разработанных алгоритмов проектирования ВЛЭП 120
4.5 Экспериментальные исследования эффективности 122
экранирования на промышленной частоте 4.6 Основные выводы раздела 128
Заключение 130
Список использованных источников
- Воздушные ЛЭП - как объект автоматизированного проектирования
- Математическая модель пространственного распределения ЭМП ВЛЭП, базирующаяся на конечно-разностном методе решения уравнения Лапласа
- Анализ ограничений при проектировании воздушной ЛЭП
- Структура программных средств подсистемы проектирования ВЛЭП
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время процесс проектирования воздушных линий электропередач (ВЛЭП) с учетом электромагнитной безопасности представляет собой комплекс многоплановых задач высокой сложности, требующих значительных материальных и временных затрат. Жесткая рыночная конкуренция, технологии прокладки воздушных линий электропередач, развивающиеся высокими темпами, появление новых материалов, повышение надёжности в сочетании с уровнем безопасности воздушных линий электропередач, в том числе и по электромагнитному фактору, обусловливают всё более широкое использование систем автоматизированного проектирования (САПР) при разработке воздушных линий электропередач. САПР, позволяющие решать такого рода задачи, на сегодняшний день очень дороги и специфичны. Всё это делает многие из данных систем недоступными для большинства предприятий различной формы собственности.
Уменьшения воздействия поля можно добиться тремя способами: организационными, инженерно-техническими, лечебно-профилактическими. На стадии проектирования объекта это достигается выбором оптимального комплекса способов и средств защиты от электромагнитного поля воздушных линий электропередач, реализуемого программным комплексом САПР.
Учитывая вышесказанное, целесообразна разработка средств автоматизации, обеспечивающих оптимальное проектирование воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности.
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью разработки соответствующих алгоритмов и математических моделей, информационного и программного обеспечения для оптимизации проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности. Разработанные методы позволят осуществить оптимизацию биологически опасной зоны (БОЗ) воздушных линий электропередач с учётом технических и технологических критериев и ограничений.
Данная диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «САПР и системы автоматизации производства», а также в соответствии с ГБ НИР 2010.01 «Моделирование процессов принятия решений при автоматизированном проектировании электронных и электротехнических устройств».
Объектом исследования является автоматизированное проектирование воздушных линий электропередач.
Предметом исследования выступают модели и алгоритмы автоматизированного проектирования воздушных линий электропередач.
Цель исследования состоит в создании алгоритмов, моделей, информационного и программного обеспечения оптимального проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности.
Для ее достижения необходимо решить следующие основные задачи:
- выполнить анализ процедур оптимального проектирования воздушных
линий электропередач, принципов методов моделирования;
- провести анализ характеристик и возможностей современных про
граммных систем проектирования воздушных линий электропередач;
предложить математические модели прогнозирования пространственного распределения электромагнитного поля (ЭМП) воздушных линий электропередач различной конфигурации;
сформировать математические модели влияния зелёных насаждений с различными электрофизическими свойствами на пространственное распределение ЭМП воздушных линий электропередач;
реализовать разработку алгоритмов оптимизации БОЗ воздушных линий электропередач;
разработать структуру информационной подсистемы проектирования;
- осуществить разработку структуры комплекса программных средств,
реализующих модели и алгоритмы оптимального проектирования воздушных
линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности (ЭМБ).
Методика исследования. Для решения поставленных задач используются основные положения электротехники и электроники, теоретические основы построения САПР, теории ЭМП, объектно-ориентированное программирование, оптимизация, методы математического моделирования, численные методы.
Научная новизна. В результате проведённого исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
математические модели пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач различной конфигурации, основанные на конечно-разностном представлении неоднородного дифференциального уравнения Лапласа и использовании метода зеркального отражения, отличающиеся учетом влияния подстилающей поверхности;
математическая модель пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач, отличающаяся учётом электрофизических параметров полосы лесных насаждений, в основу которой положены результаты решения граничной электродинамической задачи;
двухэтапный алгоритм проектирования воздушных линий электропередач в условиях городской застройки, отличающийся учётом влияния древесных насаждений, основанный на использовании генетического алгоритма для грубой трассировки воздушных линий электропередач на этапе глобальной оптимизации и последующем уточнении трассы при использовании процедуры локальной оптимизации, основанной на применении одного из следующих методов: золотого сечения и метода «ветвей и границ»;
структура специализированного программного обеспечения, отличающаяся интеграцией процедур анализа и синтеза воздушных линий электропередач с учетом естественных и искусственных экранов, основанных на объектно-ориентированном подходе и использовании базы данных материальных параметров, полученных путем численного моделирования в пакете Microwave Stu-
dio CST, а также путем проведения натурных экспериментальных исследований.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
математические модели пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач;
двухэтапный алгоритм проектирования воздушных линий электропередач в условиях городской застройки;
структура специализированного программного обеспечения, интегрирующая процедуры анализа и синтеза воздушных линий электропередач.
Практическая значимость работы и результаты внедрения. На основе предложенных методов, модулей и алгоритмов разработана программная подсистема реализации алгоритма проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности. Её применение даёт возможность уменьшить временные затраты на проектирование воздушных линий электропередач и повысить эффективность защиты обслуживающего персонала и населения от вредного и опасного воздействия ЭМП.
Компоненты математического и программного обеспечения прошли регистрацию в Федеральном государственном автономном научном учреждении «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти».
Результаты исследований внедрены в проектно изыскательном институте ООО «РосЭнергоПроект» и в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ВГТУ» на кафедре «Электромеханические системы и электроснабжение» по дисциплине «Электрические сети и системы» при подготовке специалистов и бакалавров направления 110800 «Агроинженерия».
Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования, задачи, рассмотренные в диссертации, соответствуют областям исследований:
1. Методология автоматизированного проектирования в технике, включая постановку, формализацию и типизацию проектных процедур, вопросы выбора методов и средств для проектирования в САПР.
3. Разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские решения в САПР.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих семинарах и конференциях: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследования, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2010-2011, 2013); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2010-2011, 2013-2014); Международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах» (Москва, 2011); Международном лектории, посвященном 30-летию кафедры «Системы автоматизированного проектирования и ин-
формационные системы» Воронежского государственного технического университета и памяти ведущих учёных в области САПР (Воронеж, 2014), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (Воронеж, 2010-2013).
Публикации результатов работы. По материалам диссертационного исследования было опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в перечне рецензируемых научных журналов и изданий, определённого ВАК РФ. В работах, приведенных в конце автореферата и опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: [4] - свидетельство о государственной регистрации программы для электронных вычислительных машин [6, 14] - анализ мероприятий, методов и средств защиты от ЭМП воздушных линий электропередач, определение цели и постановка задач исследования; [1] - модели пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач с учётом естественных экранов; [11] - алгоритм моделирования трехфазной ВЛЭП произвольной геометрии; [2, 3, 15] - оптимизационная модель и комплекс алгоритмов реализующих процессы моделирования воздушных линий электропередач с учётом естественных экранов; [12, 13] - ЭМБ воздействия на окружающую природную среду и человека;[5, 7] - структура программных средств комплексного двухэтапного метода оптимизации проектирования воздушных линий электропередач; [8, 9, 10, 16] - структура организации автоматизации проектирования воздушных линий электропередач с учётом ЭМБ. В печатных работах всего 47 с, лично автором выполнено 26 с.
Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя введение, четыре раздела с выводами, заключение и список использованной литературы из 110 наименований, содержит 155 страниц, 6 таблиц, 54 рисунка.
Воздушные ЛЭП - как объект автоматизированного проектирования
Анализ использования ЭМП высоких интенсивностей показывает, что главным направлением в нашей стране и за рубежом является создание ВЛЭП высокого напряжения, широко применяемых в различных областях промышленности: электроника, машиностроение, деревообработка, медицина и др., не учитывая вредного воздействия на людей. Анализ результатов аттестации рабочих мест ВЛЭП показывает, что примерно на 60-70 % рабочих мест условия труда могут быть отнесены к 3-му и 4-му классам вредности, что ведет к дополнительным материальным расходам предприятий: доплаты за вредные условия труда, дополнительные платы в фонд социального страхования и т.д. Из-за превышения предельно-допустимых уровней (ПДУ) ЭМП на рабочих местах растут показатели текучести кадров и заболеваемости производственного персонала.
Одним из самых дешевых способов защиты рабочих от ЭМП является рациональное размещение излучающих и облучающих объектов. Сложность расчета распределения поля и оптимизации размещения облучающих объектов невозможна без широкого использования актуальных систем автоматизированного проектирования.
Из всего вышеперечисленного следует, что разработка САПР планирования ВЛЭП высокого напряжения является актуальной как для развития системы автоматизированного проектирования, так и охраны труда на производстве. Рассмотрим характеристики и возможности, используемых в настоящее время в Российской Федерации и за рубежом САПР проектирования ВЛЭП.
Из зарубежных фирм разрабатывающих САПР прокладка ВЛЭП и систем следует отметить: Hewlett-Packard, Ansoft, Applied Wave Research (AWR), ACCEL Technologies, Compact Software, ZIEGLER Informatics, Micro-Sim, OrCAD, CCT, Protel Technology, Mentor Graphics, HyperLinkx, Quad Design Technology, Router Solutions, Advanced CAM Technologies и др.
Hewlett-Packard, Ansoft, Applied Wave Research (AWR) являются ведущими зарубежными фирмами занимающими разработкой САПР прокладка ВЛЭП высокого напряжения. Явный лидер в данной области, несомненно, является фирма Hewlett-Packard. Повышенная степень универсальности и надежности характерны для САПР этой фирмы, однако, оборотной стороной этого является очень высокая стоимость пакета программ достигающая миллиона долларов. Фирма Ansoft имеет весьма солидную репутацию в области создания САПР ВЧ устройств и систем. В1998 году фирма AWR, выпустив пакет программ Microwave Office, несмотря на недавние появление на рынке САПР, сделала попытку поменять расстановку сил среди САПР прокладка ВЛЭП. Функционирования в среде Windows персонального IBM-совместимых компьютеров программного обеспечения данного САПР дает возможность использовать его широкому кругу пользователей, работающих в данной области, в отличие от программного продукта Hewlett-Packard и Ansoft в основном созданных и работающих в операционной системе Unix, которая используется на мощных рабочих станциях. Популярность у разработчиков САПР проектирования прокладка ВЛЭП пользуется фирма Compact Software. Compact Software можно отнести к наиболее часто используемым программным продуктам.
Большой вклад в развитие проектирования ВЛЭП и устройств внесли коллективы под руководством Сестрорецкого Б.В., Сазонова Д.М., Воскресенского Д.И., Шифрина Я.С., Никольского В.В. Коллектив авторов под руководством Сестрорецкого Б.В. (фирма "Вега-стар" г. Москва) разработали популярную в нашей стране и за рубежом пакеты программ TAMIC состав ляющей серьезную конкуренцию лучшим зарубежным программным продуктам. Введение топологических ограничений и использование концепции импедансных сеток, позволяющих свести трехмерные электродинамические задачи к двухмерным, является особенностью математического аппарата САПР семейства TAMIC.
К особенностям и возможностям наиболее известных САПР прокладка ВЛЭП можно отнести следующие особенности и возможности.
Учитывая реальные проектные параметры (нормы топологии) при моделировании эффектов взаимовлияний и паразитных явлений пакет прикладных программ (ППП) HP Momentum фирмы Hewlett-Packard может анализировать многоуровневые объекты произвольной конфигурации. Специально разработанная для моделирования планарных схем ППП HP Momentum используемый двухмерные математические модели фундаментальных объектов подвергшихся анализу накладывают ограничения на область его применения.
Линейные симуляторы HP Eesof, являются моделируемыми подпрограммами системы HP Momentum, используются для вычисления S-, Y- и Z-параметров планарных ВЛЭП. Применение перфорации и воздушных мостов позволяет соединять разные уровни схем, что позволяет моделировать ВЛЭП. Доступность выходных данных программ HP Momentum для других схемных симуляторов позволяет моделировать сложные системы.
В пакете HP Momentum используется универсальный математический аппарат, делающий его необходимым в случаях, когда не имееиься модель анализируемой схемы. Интерполяционный алгоритм, используемый в HP Momentum, позволяет автоматически выбирать частотные модели анализируемых устройств.
Математическая модель пространственного распределения ЭМП ВЛЭП, базирующаяся на конечно-разностном методе решения уравнения Лапласа
При превышении уровня напряжённости электрической составляющей поля ПДУ, должны быть приняты меры по ее снижению, как правило, удалением от селитебной (жилой) зоны.
В пределах санитарно-защитной зоны запрещено размещение общественных и жилых сооружений и зданий, площадок для всех видов транспортных предприятий, складов ГСМ. Ближайшее расстояние от проектируемых ВЛ напряжением 75- 1150 кВ/м до границы населенных пунктов, как правило, должно быть не менее [32, 33, 97, 98, 102] 250 м для ВЛ напряжением 750 кВ (1.25) 300 м для ВЛ напряжением 1150 кВ (1.26)
Уменьшения воздействия электрической составляющей напряжённости полей добиваются на стадии проектирования оптимальным выбором геометрических параметров ВЛ, а также статистическими данными действующих ВЛЭП, главным образом, временем и расстоянием, в отдельных случаях экранированием.
Анализ классификации принципов, методов и средств защиты от ЭМП производиться по критерию ограничения границ электромагнитного поля в БОЗ выбранным средством защиты до достижения допустимого уровня электрической компоненты напряженности для населения при использования в процессе трассировки ВЛЭП также выбор средств защиты осуществляется по критерию обеспечения самых низких затрат прокладки трасы.
На основе произведённого анализа выбраны методы и средства защиты, используемые в дальнейшем для разработки алгоритмов, моделей, информационного и программного обеспечения оптимального проектирования ВЛЭП с учётом достижения принципа минимизации вредного влияния напряжённости электрической компоненты ЭМП на человека и окружающую среду при минимальных экономических затратах. Исследования отечественных ученых показывают, что наиболее предпочтительным вариантом конструкции ВЛЭП с точки зрения обеспечения защиты от электрической составляющей напряжённости поля является треугольное расположение проводов. У линий такого исполнения значительно сокращается ширина зоны, где напряжённость достигает больших значений. Это обусловлено, прежде всего, сильной компенсацией полей от всех фаз под проводом средней фазы. Правда, улучшение полевых характеристик достигается поднятием провода средней фазы, что влечет за собой увеличение высоты промежуточных опор и соответственно удорожание линии. Это решение может быть целесообразным для населенных пунктов.
Расчеты, приведенные по предлагаемым методикам, показывают, что наибольшие напряжённости электрической составляющей ЭМП наблюдается под крайними проводами фаз, и уменьшаются обратно пропорционально высоте подвеса проводов в степени 1,5-1,6.
Поскольку растительность снижает напряжённость электрической составляющей поля, на границе санитарно-защитной зоны рекомендуется посадка деревьев и высоких кустарников. Посадка полосы деревьев на расстоянии 30 метров от крайних фаз ВЛ 1150 кВ снижает зону с напряжённостью поля у земли выше 1 кВ/м в 1,5 раза [32, 91, 92, 95, 97].
Следует отметить, что для линий 1150 кВ по условиям защиты от перенапряжений достаточно иметь минимальное расстояние от проводов до земли, равное 10 м. В то же время для обеспечения напряжённости под линией, равной 1500 кВ/м, это расстояние составит 15 м, что потребует увеличения высоты опоры и удорожания линии.
Увеличение этой зоны приведет соответственно к увеличению потерь земельных и сельскохозяйственных угодий под воздушными линиями. Опубликованные в США данные свидетельствуют, что при суммарной протяженности линий 66-765 кВ, до 480 тыс. км, было потеряно примерно 0,5% территории США, в последующие 20 лет эта доля возрастет до 1%. Следует заметить, что для одного и того же класса напряжений в США, как правило, опо ры более высокие, чем у нас. Соответственно охранная зона меньше, что объясняется также и дороговизной земли в США. И хотя наша страна богата пахотной землей, но не следует забывать, что у нас лишь 30% земельных угодий пригодно для сельского хозяйства. Отметим только, что в РФ длина ВЛЭП 35-750 кВ в 1970 году составляла 466 тыс. км, в 1980 году уже 770 тыс. км, а в 2006 году более 1 млн. км. Таким образом, потери определенных земельных площадей очевидны. Это указывает на необходимость рационального сочетания экономических, инженерных и санитарно-гигиенических исследований при конструировании ВЛЭП переменного и постоянного тока сверхвысокого напряжения [27, 29, 32, 33, 100].
Рассмотрев классификацию защитных способов и средств были выбраны следующие методы: рациональное размещение излучающих и облучающих объектов и инженерно техническим методам защиты от поля в виде естественных экранов, исходя из этого разработали схему проектирования ВЛЭП с учетом ЭМБ на основе, которой создана структура процедур проектирования ВЛЭП по критерию ЭМБ, приведенные на рис. 1.7 и рис. 1.8 соответственно.
Анализ ограничений при проектировании воздушной ЛЭП
Характеристики программно-методического комплекса зависят в основном от свойств реализованного в них математического обеспечения. Программно-методический комплекс должен обладать высокой степенью универсальности, определяемой возможностями её применения для проектирования широкой номенклатуры объектов внутри заданного класса и приспосабливании к изменяющимися условиям проектирования. Эти требования удовлетворяются по мере развития инвариантного математического обеспечения на основе обобщения существующих подходов и разработке новых методов и методик моделирования и формирования проектных решений. Такое математическое обеспечение представляет собой одну из сторон теоретического фундамента автоматизированного проектирования.
К программно-методического комплексу и, следовательно, к математическому обеспечению САПР предъявляются также следующие требования: достаточная точность получаемых результатов; максимальная экономичность модели, алгоритмов в расходования вычислительных ресурсов при их реализации; надёжность. Эти требования противоречивы. Высокая степень универсальности и достаточная точность, при прочих равных условиях, достигается за счёт усложнения моделей и методов, т.е. ухудшается экономичность. Расширеннее математического обеспечения на всё более широкий класс объектов повышает вероятность отказа в решении отдельных задач из-за наличия в них специфических особенностей, заранее не учтенный, т.е. снижение надёжности. Поэтому одной из основных задач САПР является разработка компонентов математического обеспечения, обеспечивающих наилучшее компромиссное удовлетворение противоречивых требований универсальности, точности, экономичности, надежности Математическая модель пространственного распределения ЭМП ВЛЭП, основанная на использовании метода зеркальных отображений
Для ВЛЭП и открытых распределительных устройств (ОРУ) значения напряжённости электрической составляющей ЭМП в различных зонах можно получить экспериментально с применением приборов типа ПЗ-1, ПЗ-50, ПИ-НЭП-1, ИНЭП (отечественного производства) или с помощью рекомендуемого стандартом прибора типа NFM-1 (производство Германия), и в соответствии с полученными величинами принять те или иные меры защиты [23, 52, 55, 57, 58].
Основными параметрами, характеризующими ЭМП, являются уровень напряжённости электрической составляющей поля Е и потенциала Ф.
Для ряда случаев полевые характеристики получают расчетным путем. Найдем потенциал электрической составляющей напряжённости поля на высоте роста человека для трехфазной воздушной линии с горизонтальным расположением проводов при заданном номинальном напряжении линии. Для упрощения задачи принимаем, что грозозащитные тросы отсутствуют, либо они изолированы от опор и не оказывают существенного влияния на ЭМП проводов [23, 38, 44-46].
При расчете используются методы зеркальных отображений, а также метод наложения, что справедливо для рассматриваемого типа полей. Все необходимые обозначения представлены на рис. 2.1. [26, 32, 33, 92, 93]. R
Рассматривая замену системы трех проводов над землей, систему из шести проводов в воздухе и принимая заряды реальных проводов положи тельными, а их мнимые изображения отрицательными, получим вектор напряжённости суммарного поля, как геометрическую сумму векторов напряжённости поля всех зарядов. При расчетах необходимо учесть, что вектор напряжённости совпадает с линией, являющейся перпендикулярной рассматриваемой точки с проводником, и направлен от проводника, если он несет положительный заряд, а при отрицательном заряде направлен к проводнику. Некоторая трудность при аналитическом расчете вектор напряжённости электрической составляющей ЭМП связана с тем, что каждый разлагается по составляющим в ортогональной системе координат по осям х и у с обязательным учетом знаков. При использовании ЭВМ и программного обеспечения затраты времени расчета не значительны. Ниже приведен ход расчета на примере линии с горизонтальным расположением проводов. Для фазы А и его зеркального изображения можно задать в соответствии с обозначением (рис. 2.1).
Представленные выражения и ход расчетов позволяют воспользоваться вычислительной техникой для анализа влияния различных факторов на потенциал р и напряжённость Е-пояя. 2.2. Математическая модель пространственного распределения ЭМП ВЛЭП, базирующаяся на конечно-разностном методе решения уравнения Лапласа
Санитарные правила и нормы защиты населения от воздействия электрической составляющей напряжённости поля, создаваемого ВЛЭП переменного тока промышленной частоты, устанавливают допустимые уровни ЭМП: внутри жилых зданий - 0,5 кВ/м, на территории жилой застройки - 1 кВ/м [77, 84].
Методика проведения экспериментальных исследований, зависимости электрофизических свойств растущих деревьев и почвы, в зависимости от такого экологического фактора, как температура с целью возможности использования древесных насаждений для защиты от ЭМП (экранирования).
Двухцепная линия является симметричной относительно столба. Значения высот подвеса относительно земли пар проводников составляет 16, 20 и 24 м; проводники удалены от столба на расстояния 3,5; 5 и 3,5 м соответственно.
Структура программных средств подсистемы проектирования ВЛЭП
Для всех связок Yt определяется зона приемлемого местоположения At, в рамках участка местности выделенного под ВЛЭП. Область, выделенная под размещение ВЛЭП, располагается на координатной сетке. Точность моделирования, число приемлемых способов размещения для каждого Yt в пределах At определяет шагом сетки [30].
Решения оптимизационной задачи на первом этапе производиться глобальная оптимизация посредством вызова функции адаптированного генетического алгоритма из пакета прикладных программ Matlab. Определяется список м, в который входят все Yt, отсортированные в следующем порядке: Участок прокладки ВЛЭП At, граница санитарно защитной зоны (СЗЗ) для ВЛЭП в связке Yt. Область, выделенная для прокладки участка ВЛЭП А\, разделяем на зоны ц для расположения связок Yt; зона равна или кратна 3-ем клеткам координатной сетки. Приоритетности заполнения связками Yt по средствам определения весового коэффициента, который является численным выражением приоритетности для зон ві устанавливается лицом принимающем решение (ЛПР). Убывающий порядок приоритетности расположения зон ц составляется в список м\. Весовой коэффициент характеризуется как целочисленный и неповторяющийся для участка местности А\.
Первый шаг алгоритма производит первичное размещение связок Yt. Списке м определяет порядок их последовательной расстановки. Связка Yt занимает первую в списке из незанятых зон в области А\. Если в зоне размещена связка Y„ или центр зоны пересекает СЗЗ ВЛЭП ранее расположенной связки Yn_x,{\ n i), то зона в считается занятой. Зона в также определяется как невозможная для расположения Yt если соблюдено следующее, при повороте связки во всех возможных для связки ориентациях Gt, СЗЗ Yi пересекается с ранее размещенными связками координатами её положения. Этот процесс является проведение проверка всех свободных зон после исполнения первого шага расстановки. Для связки Yi+l устанавливается список незанятых зон. Первоначальный шаг алгоритма реализуется до момента расстановки всего списка м.
Перекомпоновка связок, производимая ЛПР является вторым шагом. Участие ЛПР требуется для задания ограничений входными параметрами (ВП), корректировки результатов алгоритма и облегчения задания начальных данных.
Третий шаг - определение наиболее оптимальных точек размещения связок на участке местности А и вариантов расположения опор ВЛЭП по отношению к местам нахождения жилого помещения.
Поиск решения на основе данного алгоритма представляет собой совокупность глобальной оптимизации по средствам генетического алгоритма и локальной оптимизации по средствам методов: ветвей и границ, золотого сечения. Основание для использования предложенных алгоритмах по причине быстрого достижения результата, удовлетворяющего условиям, определяемым целевой функцией.
Адаптированный метод ветвей и границ является одной из основ алгоритма. Ветвление происходит на основе изменения направления связки Yt по допустимым способам поворота Gt, как результат получаем 1-8 ветвей. Образовавшиеся границы анализируются, производиться определения электрической компоненты напряжённости ЭМП. Если в одном из полученных случае в жилом помещении происходит превышение ПДУ по уровню ЭН согласно правилам [21], на него налагается штраф и результат аннулируется. Налагаемый штраф определяется как сумма не штрафного неудачнейшего варианта, если для всех связок Y напряжённость электрической компоненты поля определяется как сумма ПДУ и разности итогов между, итогом вычисленным по формуле Fnp = RZ для Yt и не штрафным неудачнейшим вариантом для Yt.
Данная структура штрафов даёт возможность если невозможности определение решения, которое обеспечивает реализуемость соотношение (3.12), выносить на принятие решения ЛПР о варианте размещения опор ВЛЭП, где в связках ПДУ напряжённость будет превышается. Данная ситуация требует ЛПР согласиться с результат, либо скорректировать условия заданные в начале. ЕУГ, Епду, (З.П) где - предельно допустимый уровень электрической составляющей напряжённости ЭМП. Четвертый шаг алгоритма основан на поиске местоположения связки Yt на интервале АВ, где А - место размещение связки Yt, В - максимально дальнее место на координатной сетки по ориентации к Gt определённому решению в неизменной области приемлемого расположения СВЯЗОК Yt (для одного из ориентации Gt). Для всех мест реализуется отбор, подобный отбору на первом шаге, являющийся вторым этапом ветвления. Принцип метода золотого сечения лежит в основе этого отбора. Он даёт возможность, сократить количество шансов зацикливания алгоритма и реализовать псевдослучайный отбор локального минимума функции на определённом интервале.
Беря в расчет, что функция электрической компоненты напряжённости ЭМП на интервале АВ является многоэкстремальной, мы получаем один из множества локальных минимумов реализуя поиск по методу золотого сечения. Алгоритма ветвей и границ имеет определённый стохастически локальный минимум на следующих шагах ветвления.
Производиться определение оптимального решения рекурсивным поиском на основе последовательной реализации этапов три и четыре. Возврат к предшествующему ветвлению осуществляется если результат после четвертого этапа стал хуже предыдущего. Затем берётся второй результат из массива возможных вариантов, и снова реализуется четвертый этап. Минимальное численное решение целевой функции с учетом налагаемых штрафов является критерием оптимальности. Приведённое устройство нахождения решения даёт возможность произвести поиск оптимального глобального решения на местности А\ для каждой связки Y беря во внимание результат для всех связок Yi на отведённом на размещение участке местности Ai.
В зависимости от условий может одновременно существовать несколько групп. Следствием этого является уменьшение электрической компоненты напряжённости ЭМП на всей местности возможного расположения ВЛЭП и заметное сокрушение СЗЗ и БОЗ, на основе чего получаем повышение числа способов расположение связок Y на участке местности А. Чтобы получить максимальный итог оптимизации задаём участок A2k, основанный на итогах имеющих точки соприкосновения участков А для всех связок Y в группе. Штраф налагается на целевую функцию, если связки у выходят за границы А2к. Зная, что максимальный итог в рамках группы достижим при наибольшем достижимом приближении селитебной зоны и ВЛЭП дайм право определения размера штрафа ЛПР [60, 80, 81].
Под методикой автоматизации проектирования подразумевается организованная совокупность машино-человеческих алгоритмических процедур и совокупности принципов их оценки, последовательность которых строго установлена. Совокупность процедур автоматизированного проектирования может быть объединена в зависимости от задачи требуемой решения [1, 49, 56].