一种输变电工程智能选址选线方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及电力系统规划，具体涉及一种输变电工程智能选址选线方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、输变电工程的选址与选线是电力系统规划中的关键环节，决策质量直接影响到电网建设的经济性、环保性与长期运行可靠性；随着地理信息系统、遥感及智能优化算法的快速发展，传统依赖人工经验与定性分析的设计模式正逐步向数据驱动、定量优化的智能化方向演进；当前主流技术路线通常采用分阶段处理或集成经典群体智能算法进行路径寻优。通过对地形、生态等空间约束设置惩罚函数，并构建以路径长度或经济成本为主的单目标或简单加权多目标函数进行优化，在一定程度上提升了规划效率与方案的可行性，为自动化选线提供了初步的技术框架。

2、然而，现有技术在处理高分辨率、多约束的复杂实际工程场景时仍面临显著局限：首先，在空间约束建模方面，多数方法依赖于静态惩罚函数处理不可行区域，缺乏对连续地理梯度信息的有效利用，导致生成的路径常出现不合理的突变或与高代价区域的冲突，物理可行性不佳；其次，在问题建模上，普遍将变电站选址与线路路径规划作为两个串行独立阶段，忽视了二者之间的强耦合关系，易导致整体方案陷入局部最优，且无法保证站线协同的整体最优性；最后，在优化算法层面，传统群智能算法在应对高维多目标时，常出现收敛速度慢、pareto前沿分布不均、易早熟收敛等问题，且鲜有机制能动态融合地理信息与历史精英解来引导搜索方向，导致算法在复杂解空间中的搜索效率与稳定性不足。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，本发明提供了一种输变电工程智能选址选线方法、系统、设备及介质，用以解决现有技术中缺乏对连续地理梯度信息的有效利用，整体方案陷入局部最优，无法保证站线协同的整体最优性，算法在复杂解空间中的搜索效率与稳定性不足的问题。

2、为解决上述技术问题，提出了一种输变电工程智能选址选线方法，包括，

3、获取多源空间数据并进行融合处理，构建统一的栅格空间模型，基于栅格空间模型，为每个栅格单元计算通行代价值，生成通行代价图，并基于空间数据，识别并筛选满足预设建设条件的候选变电站位置，依据评价指标对候选位置进行综合评分，基于评分结果确定候选位置集合；将选定的变电站位置及连接路径进行统一编码，形成站线方案，在优化迭代中，为每个个体的路径节点更新构建引导信息，并为每个个体计算优化目标的适应度值，对各目标值进行归一化处理；以优化多目标适应度为目标，对种群进行迭代更新，引入存储非支配解的精英解集合引导种群进化方向，并结合局部扰动策略直至满足收敛条件，当满足终止条件时，输出pareto前沿解集。

4、作为本发明所述的输变电工程智能选址选线方法的一种优选方案，其中：所述生成通行代价图包括，将研究区域内的地理信息数据进行整合，并统一转换为相同的栅格格式，建立一体化空间表达模型，为栅格化空间中的每一个网格单元计算通行代价值，并通过为成本设定不同的权重系数确定最终数值，生成代价图。

5、作为本发明所述的输变电工程智能选址选线方法的一种优选方案，其中：所述基于评分结果确定候选位置集合包括，对多源空间数据中的影像信息进行自动化分析处理，提取出表征地理区域建设适宜性的概率分布图，并基于概率分布图，通过设定阈值初步圈定高适宜性区域；

6、对初步圈定的每一个区域进行多指标量化评估，并依据加权评分函数计算各区域的综合得分；

7、依据综合得分排序，选取排名最前面的预定数量的区域中心点位，形成进入优化流程的候选变电站位置集合。

8、作为本发明所述的输变电工程智能选址选线方法的一种优选方案，其中：所述构建引导信息包括，对路径序列中待更新的节点，查询通行代价图，计算当前节点所在栅格与相邻栅格间的代价值变化率，确定指示代价降低方向的局部梯度信息；

9、计算从当前节点指向所属路径的终点变电站位置的单位方向向量，作为方向信息，并将局部梯度信息与方向信息按照预设的权重系数进行向量合成，生成合成向量，作为指导当前节点在本次迭代中移动的引导信息。

10、作为本发明所述的输变电工程智能选址选线方法的一种优选方案，其中：所述计算优化目标的适应度值包括，计算路径长度目标、生态影响目标、施工成本目标和供电可靠性目标，并将获得的四个目标的原始值进行归一化处理，转化为无量纲的适应度分值；

11、计算路径长度目标包括，计算个体所编码的路径在所有栅格单元中的总延伸长度；计算生态影响目标包括，识别路径穿越的每一个栅格单元的生态敏感度评分，将路径在各栅格内的线段长度与当前栅格的生态敏感度评分相乘后累加，获得生态影响加权总长度；计算施工成本目标包括，基于数字高程模型数据计算路径经过区域的坡度，并结合路径长度，通过综合成本函数计算总施工成本估计值；计算供电可靠性目标包括，评估路径终点变电站位置与现有主干电网中关键节点的拓扑连接距离，量化供电可靠性水平。

12、作为本发明所述的输变电工程智能选址选线方法的一种优选方案，其中：所述引导种群进化方向包括，在每一代迭代完成后，对当前所有个体进行非支配排序，将排序第一层级的非支配解全部存入精英记忆池的固定大小存储结构中；

13、精英记忆池的更新规则包括，当新生成的解支配池的旧解时，利用新解替换旧解，当新解与池中所有解均互不支配时，则计算新解与池中解的拥挤度，当新解所处的目标空间区域比池中解稀疏，则利用新解替换当前拥挤度最高的解；

14、计算新解与池中解的拥挤度公式表示为：

15、

16、其中，为第i个个体的拥挤度，为第i+1个个体在第k个优化目标维度上的归一化适应度值，为第i-1个个体在第k个优化目标维度上的归一化适应度值，为当前所有个体中在第k个目标维度上的最大适应度值，为当前所有个体中在第k个目标维度上的最小适应度值，为优化目标的总数量，为优化目标索引，为个体索引；

17、精英种群个体更新公式表示为：

18、

19、其中，为第i个个体在第t轮迭代时的当前位置，为第i个个体在第t+1轮迭代后的新位置，为风场推进系数，为风场引导向量，为局部扰动强度系数，为随机扰动向量；

20、所述局部扰动策略包括，在每次迭代的种群位置更新后，以预设的概率遍历每个个体的路径节点序列，对选中的节点在栅格坐标上叠加均值为零、方差可控的高斯分布随机偏移量，并在扰动更新后，检查每个个体的所有路径节点是否落入不可行栅格内，对于任何落入不可行栅格的节点，将坐标调整至周围八邻域范围内且通行代价值低于预设可行性阈值的最近一个可行栅格的中心；

21、局部扰动算子公式表示为：

22、

23、其中，为在第t轮迭代时路径中第l个节点的位置，为在第t+1轮迭代后当前路径节点扰动后的新位置，为扰动因子，为从均值为零方差为的高斯分布的随机变量。

24、作为本发明所述的输变电工程智能选址选线方法的一种优选方案，其中：所述对种群进行迭代更新包括，对种群中的每一个个体，按照合成向量作为主引导方向，引入的精英引导向量作为辅助方向，并按照引入的随机偏移作为探索项，通过加权求和公式计算位置的增量变化，并将增量叠加到当前位置上，产生新一代的个体位置；

25、精英引导向量表示为：

26、

27、其中，为个体位置中的路径节点位于栅格坐标(a，b)时的风场引导向量，为当前位置的栅格代价梯度向量的负方向，为目标引导系数，为从精英记忆池中选取的精英个体的方向向量；

28、融合精英引导的更新方向调整公式表示为：

29、

30、其中，为调整后的用于更新普通个体的综合方向向量，为平衡系数，为当前正在被更新的第j个个体的当前位置；

31、所述收敛条件包括，预设的最大迭代次数被达到，输出最终解集，并通过执行非支配排序后，提取出的第一非支配层级内的全部个体。

32、本优选技术方案的有益效果为：通过引入基于拥挤度管理的精英记忆池，有效引导种群向pareto前沿进化，并结合局部扰动与可行性修复策略，在保障解的多样性与工程可行性的同时，平衡了算法的开发与探索能力，显著提升了寻优效率与解的质量，输出分布均匀且可直接应用的pareto最优站线方案，为复杂地理条件下的输变电工程多目标决策提供有力的科学支撑。

33、作为本发明所述的一种输变电工程智能选址选线系统的一种优选方案，其特征在于，包括空间数据融合与代价建模模块、候选站址智能筛选模块、问题统一编码与建模模块、地理梯度引导与路径搜索模块以及多目标协同优化与决策输出模块。

34、所述空间数据融合与代价建模模块，用于整合来自遥感、地形、土地利用及生态保护区的多源异构地理空间数据，通过统一坐标与栅格化处理构建数字空间基底，并运用预设的代价函数为每个栅格单元计算综合反映生态敏感度与工程经济成本的通行代价值，生成代价地图。

35、所述候选站址智能筛选模块，用于利用深度学习图像分割技术自动分析遥感影像，识别并提取具有建设条件的区域，生成站址适宜性概率图，并结合负荷中心距离、地质稳定性、交通可达性的多维度工程评价指标，对候选区域进行综合量化评分与排序，输出候选变电站位置集合。

36、所述问题统一编码与建模模块，用于将变电站的空间位置坐标和连接当前站点的输电线路路径节点序列进行一体化编码，形成完整方案表达，同步调整站址位置与路径走向。

37、所述地理梯度引导与路径搜索模块，用于在优化迭代过程中，为路径上每个待调整的节点动态计算引导向量，将地理环境信息转化为具有物理意义的搜索驱动力。

38、所述多目标协同优化与决策输出模块，用于通过构建包含路径长度、生态影响、成本及可靠性的多目标适应度函数评估方案，采用精英保留策略维持优质解，并结合非支配排序与拥挤度计算保持解的多样性与分布性，引入局部扰动与可行性修复机制处理空间硬约束，输出在多个目标上达到最优权衡的pareto最优方案集。

39、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种输变电工程智能选址选线所述的方法的步骤。

40、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种输变电工程智能选址选线所述的方法的步骤。

41、本发明的有益效果：本发明通过将多源空间数据进行融合并构建栅格化通行代价图，为优化过程提供了高精度、可量化的地理约束模型，奠定了精细化优化的数据基础；采用站址与路径节点的统一编码机制，打破分阶段优化的局限，实现了变电站选址与输电线路路径的协同全局优化；通过融合局部代价梯度与目标方向信息的风场引导机制，为路径搜索提供了自适应、导向性的智能驱动，提升了搜索效率与路径的物理合理性；构建多目标适应度函数，并结合精英记忆池、非支配排序及拥挤度维持策略进行种群进化，确保算法在复杂多目标空间中能够高效、稳定地收敛至一组分布均匀的帕累托最优解集；并引入局部扰动与自动可行性修复机制，增强了算法跳出局部最优的能力，并保障了所有解均满足硬性空间约束，显著提升了输变电工程规划的决策质量、效率与科学性。