CN104573887A - 用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法，包括以下步骤：获取电网故障点位置及其抢修资源需求信息；获取电网故障点的本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息；判断本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息是否满足抢修资源需求信息的需求；当不满足，则获取本地抢修点周边的抢修点当前的电网抢修资源信息，并根据抢修资源需求信息和周边出资点当前的电网抢修资源信息构建多个出资点的资源调配优化模型；基于TOPSIS算法对多个出资点的资源调配优化模型进行优化，获得最优资源调配方案，以用于指导电网故障点所需抢修资源的优化调配。本发明实现了对抢修资源的优化调配，缩短了电网故障的恢复时间，提高了供电可靠性和稳定性。

Description

用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法

技术领域

本发明涉及信息技术在提高电力保障能力领域中的应用，特别是涉及一种用于配电网络（以下简称电网）故障抢修的资源调配优化方法。

背景技术

电网在发生故障时的恢复效率取决于电网的破坏程度及其恢复能力的匹配水平，而电网的恢复能力则取决于资源储备、抢修环境和抢修指挥决策能力等。在这些问题中，资源的储备及其调度处于关键地位。系统储备的资源是系统高效率恢复的基本保障。而在资源储备一定的条件下，资源的合理调配将起到至关重要的作用。

在实际电力工程中，当电网面临大面积、长时间的攻击（如恶劣天气和地质灾害等）而发生电网发生故障时，电网各抢修点的抢修任务繁重，抢修物资也不可避免的出现匮乏的情况，而对于本地出资点实时资源不足的资源调配，决策人员一般根据工程经验进行人工资源调配。当调配的资源种类多、数量大且抢修点较多，即可行的方案较多时，很难在短时间内作出最优的决策，从而延长了维修准备时间，进而延误了电网故障的恢复时间。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法，以优化资源调配，从而缩短电网故障的恢复时间，保障电网的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供一种用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电网故障点位置及其抢修资源需求信息；

获取所述电网故障点的本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息；

判断所述本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息是否满足所述抢修资源需求信息的需求；

如果不满足，则获取所述本地抢修点周边的抢修点当前的电网抢修资源信息，并根据所述抢修资源需求信息和所述周边出资点当前的电网抢修资源信息构建多个出资点的资源调配优化模型；

基于TOPSIS算法对所述多个出资点的资源调配优化模型进行优化，获得最优资源调配方案，以用于指导电网故障点所需抢修资源的优化调配。

本发明在电网故障点的本地抢修点当前可提供的电网抢修资源不能满足抢修需求时，可根据抢修资源需求信息和周边出资点当前的电网抢修资源储量数据构建多个出资点的资源调配优化模型；然后对该多个出资点的资源调配优化模型进行优化，得到抢修开始时间最短且出资抢修点最少的方案作为最优资源调度方案，以用于指导电网故障点所需抢修资源的优化调配；从而实现了对抢修资源的优化调配，缩短了电网故障的恢复时间，提高了电网供电可靠性和稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的一种用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法的方法流程图；

图2为本发明实施例的用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法中构建多个资源调度方案及其优化过程的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

请参阅图1所示，本发明实施例的一种用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法包括如下步骤：

步骤101、获取电网故障点位置及其抢修资源需求信息。具体的，可从基于GIS技术的电网监控中心获取电网故障点位置。而通过电力客户呼叫系统和用户用电信息集系统可获取电网故障点的电力故障信息，然后根据电力故障信息获取对应的抢修资源需求信息。

步骤102、获取电网故障点的本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息。具体的，可通过网络技术从抢修点的每个电网抢修资源对应的RFID标签中获取其电网抢修资源信息。

步骤103、判断本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息是否满足抢修资源需求信息的需求。

步骤104、如果不满足，则获取本地抢修点周边的抢修点当前的电网抢修资源信息，并根据抢修资源需求信息和周边出资点当前的电网抢修资源信息构建多个出资点的资源调配优化模型。

步骤105、基于TOPSIS算法对多个出资点的资源调配优化模型进行优化，获得最优资源调配方案，以用于指导电网故障点所需抢修资源的优化调配。其中，最优资源调配方案即为抢修开始时间最短且出资抢修点最少的资源调配方案。此外，由于本步骤为一个多目标优化问题，而目前多目标优化算法很多，因此本发明不限于采用TOPSIS算法，也可采用其他多目标优化算法（例如PSO算法等）来求解。

上述步骤中，基于TOPSIS算法对多个出资点的资源调配优化模型进行优化，获得最优资源调配方案，具体包括：

假设任一可行方案表示为：其中，表示第j种资源的抢修调度方案，d₁,d₁,···,d_k为数列1，2，…，n子列的一个组合，称之为一个排列，并且表明从n个抢修点中挑出d₁,d₁,···,d_k等抢修点来提供第j种资源参加抢修，并且对该资源的数量为记所有方案的集合为Ω。对于某一可行方案假设其抢修出资点的个数为抢修开始时间为这里抢修开始时间是指所有需求的资源都到达抢修点且满足抢修点需求量的时间。由上述定义可以得到，其中，i=d₁,d₁,···,d_k，而为抢修点排列组成的集合{d₁,d₁,···,d_k}中元素的个数。多资源多抢修点抢修调度模型表示如下：

式（1）表示的是一个典型的多目标规划的问题，可以转化为求理想点的方法来求解，要用基于TOPSIS算法来求解该模型，就必须知道式(1)中2个目标函数的正理想点和负理想点，即要分别求出下面这2个目标函数的最优解和最劣解：

不妨设和为式（2）的最优解和最劣解，和为式（3）的最优解和最劣解，相应地构造每个非劣方案与正理想点的接近度为

每个方案与负理想点的接近度为

则每个非劣方案对理想点的相对接近度为

${\mathrm{\ϵ}}_v=\frac{R_v}{R_v+r_v},0\≤{\mathrm{\ϵ}}_v\≤1---\left(6\right)$

则原模型式（1）转化为对各个非劣方案按式（4）～（6）求最大接近度的问题，将各非劣方案按ε_ν的大小顺序排列，排在前面的即为最优方案。如图2所示，上述基于TOPSIS算法对多个出资点的资源调配优化模型进行优化的具体步骤如下：

步骤（1）、求出N_max、和其中，N_max为最大抢修出资点个数，为最短抢修开始时间，为最长抢修开始时间。直观地看，要想使抢修开始时间尽可能得早，应该选取那些出救时间小的若干出资点形成方案，对于一次性消耗系统的多资源抢修问题，只需分别求出每一种资源的抢修开始时间，再从中挑出最大值，即为所要求的具体步骤如下：

由题意知，A₁,A₂,···,A_n等抢修点按运输时间t_i升序排列，对第j种资源，设

$\underset{p=0}{\overset{q_j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{pj}}<x_j\&le;\underset{p=0}{\overset{q_j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{\mathrm{pj}}$

式中，x_0j=0，可以得到对第j种资源的以抢修开始时间最早为目标的最优调度方案为则最早抢修开始时间为抢修点运输时间中最大的一个，由于抢修点是按出救时间升序排列的，所以对应于抢修点的出救时间t_qi即为最早抢修开始时间。

同样一一求出其他资源的最早抢修开始时间，此时式(3)的最佳抢修方案为则此外，对任意的一个可行方案还可以得到如下关系式：

即对任一可行方案它的抢修开始时间一定在和t_n之间，因此可以得到即为t_n。

步骤（2）、设可选抢修出资点的集合为R={A₁、A₂、···、A_n}。

步骤（3）、令n′=N_max，取集合R中所有n′组合，其中n′为最小抢修出资点个数。

步骤（4）、判断n′组合中某一组合是否存在可行资源调度方案。如果存在，则执行上述步骤（5）；否则，则执行上述步骤（10）。

步骤（5）、如果存在，则从中选取抢修开始时间最短的组合作为非劣方案并记其对应的抢修开始时间为t′。

步骤（6）、求出和其中为组合中的最小抢修出资点个数，为组合方案中的最大抢修出资点个数。假设对于序列其中，k₁,k₂,···,k_q为1,2,···,n子列的一个排列，若存在p_j，且1≤p_j≤q≤n，使得称p_j为该序列对x_j的临界下标。对于第j种资源x_j，让x_1j,x_2j,···,x_nj从大到小排列得其中，k₁,k₂,···,k_n为1,2,···,n子列的一个排列，求出该序列对x_j的临界下标p_j。令则就是对第j种资源的出救方案，p_j即是最少抢修点的个数。

现在再来考虑针对所有资源时，如何求取最少抢修点。前面已经得到了对某一个资源的最少抢修点的选取，但可以看出，仅仅用这几个点的组合不一定能满足抢修点对其他资源的需求，因为抢修点对各个资源的储备量是不同的，且抢修点的需求也是不同的。为此，对每一种资源均求出它对应需求的临界下标，并从这m个临界下标中找出最大的那一个记为N_max(可能会有多个资源取最大值，这时任选一个即可)，并找出相应的抢修点的组合和出救最多的资源，分别记为Q和X_max，这样对式（4），任意一个方案一定不小于N_max。原因在于：假使存在一个方案其抢修点个数小于N_max，则必然满足抢修点的对所有资源的抢修需求，也一定满足对资源X_max的抢修需求，但资源X_max的临界下标是N_max，而该方案的抢修点数目小于N_max，故该方案一定不能满足此种资源的抢修需求，也一定不是一个可行的方案。

步骤（7）、分别计算每个非劣方案的正理想点接近度R_ν和负理想点接近度r_ν，具体为：根据公式（4）求得所述正理想点接近度R_ν，根据公式（5）求得所述负想点接近度r_ν，其中，ω₁和ω₂分别对应为出资抢修点个数以及抢修开始时间的权重，且满足归一化条件ω₁+ω₂=1，本发明实施例中ω₁和ω₂均为0.5。

步骤（8）、根据公式（6）计算每个非劣方案对理想点的相对接近度ε_ν，其中，0≤ε_ν≤1。

步骤（9）、修改集合R，保留其抢修开始时间小于t′的抢修点。

步骤（10）、令n′=n′+1。

步骤（11）、判断修改后的集合R的元素个数是否大于n′，如果不大于，则执行步骤（12），否则，执行上述步骤（3）。

步骤（12）、比较每个非劣方案对理想点的相对接近度ε_ν，从中选择ε_ν最大的作为最优资源调度方案。

对于对于配电网的抢修资源调度问题，既要使得抢修点数目尽可能的少，又要使抢修开始的时间也尽可能的早，就必须综合考虑一个方案的抢修点数目和抢修时间。总体算法首先从抢修点数目由少到多一次列举，在抢修点数目下如果同时存在多个可行方案，选取抢修开始时间最短的方案作为这一抢修点的最终方案，时间记为t′。并求出相对贴进度ε_v。求出所有可能抢修点情况下的可行方案以及相对贴进度ε_v，选取ε_v最大的方案作为最终方案。

本发明实施例在本地出资点当前可提供的电网抢修资源不能满足抢修资源需求时，根据抢修资源需求信息和周边出资点当前的电网抢修资源储量数据构建多个出资点的资源调配优化模型；对多个资源调配方案进行优化，得到抢修开始时间最短且出资点最少的方案作为最优资源调配方案，以用于指导电网故障点所需抢修资源的优化调配。本发明实现了对抢修资源的优化调配，缩短了电网故障的恢复时间，提高了供电可靠性和稳定性。

下面列举一个具体的实施例来说明：

暴风雨袭击配电网，造成停电事件。抢修指挥中心通过客户电力呼叫系统（95598）和用户用电信息采集系统及时获取电力故障信息，并在基于GIS技术的监控界面上确定故障点位置为A点。根据电力故障信息（必要时，结合实地巡查）获知：在A地发生35kV线路连锁倒杆故障，引起35kV母线过电压，过电压击穿了母线支柱瓷瓶。

由于恶劣天气对该地配电网的大面积持续影响，抢修任务繁重，因此A周边的各出资点出现抢修物资短缺，为了在最短时间内筹集足够的抢修物资，需要对各个出资点资源进行优化组合，以保证抢修顺利进行。

配网抢修作业车辆工器具的标准配置能满足此故障所需绝大部分物资的需求，如安全帽、绝缘操作杆、接地线等，配网抢修作业车辆工器具标准配置如表1所示。

表1 配网抢修作业车辆工器具标准配置表

经过分析判断，发现此故障需求量大的物资主要有瓷瓶（XPW－7）、线杆（18m）、横担（1米），一个抢修点容易发生这三类物资的短缺，因此在本发明实施例中主要依据瓷瓶（XPW－7）、线杆（18m）、横担（1米）来进行资源在各抢修点的自动调配。此次抢修需要瓷瓶（XPW－7）32个、线杆（18m）25个、横担（1米）36个。

而抢修点A附近的8个抢修点中，瓷瓶（XPW－7）、线杆（18m）、横担（1米）的储备量如表所示：

表2 物资储备量

各出资点到抢修点的运输时间分别为（10分钟，12分钟，14分钟，15分钟，20分钟，22分钟，25分钟，30分钟）。

整个计算的目的在于：在所有可能的方案中寻找最优解，在运算过程中尽量去掉不必要的方案，减少比较次数。首先求为所有出资点都派出抢修物资的情况，即然后求取按资源多少从大到小排列出资点，按每一种资源从最大的开始寻找组合。当出资点数为1时，3种资源均不能满足要求；当出资点数为2时，虽然单种资源可以满足要求，但找不到同时满足3种资源的组合；由此可知N_max=2。继续增加出资点数，当出资点数为3时，可以找到一种同时满足三种资源的组合：A₁A₂A₇，因此出资点数最优解

再来求出救最长时间只要看所有资源中运输时间最长的抢修点即可，即分钟。然后求取将抢修点按运输时间从小到大排列。寻找每种资源数足以供给抢修点的最短时间，算例中分钟、分钟、分钟，所以最后分钟。

计算出调运时间和出资点数的最优最劣解后，从最少出资点开始列出出资点的所有组合，找出出资点个数固定前提下时间最少的组合并计算相对接近度ε_v。增加抢修点，直至元素个数不能满足要求为止（注意：由于增加出资点后，时间如果更长，结果必定不可能更优，又因为出资点按运输时间排序，所以增加出资点之前可以先将运输时间更长的出资点从R中去除），当R中的元素个数小于n′时，算法结束。这样最后得到的每一种出资点的组合情况如表3所示。

N_max=2，分钟，分钟

表3 计算过程

计算每一个ε_v，（取权重均为0.5），比较各个ε_v，选取其中最大的0.6364，与此对应的方案即为所求的最优资源调配方案，即，选取A₁A₂A₃A₄，共4个出资点，出救时间为15分钟。

在得出此结果后，指挥中心向A₁A₂A₃A₄出资点下达命令，各出资点抢修物资调配量如表4所示。

表4 A₁A₂A₃A₄出资点抢修物资调配量

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于配电网络故障抢修的资源调配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电网故障点位置及其抢修资源需求信息；

获取所述电网故障点的本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息；

判断所述本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息是否满足所述抢修资源需求信息的需求；

如果不满足，则获取所述本地抢修点周边的抢修点当前的电网抢修资源信息，并根据所述抢修资源需求信息和所述周边出资点当前的电网抢修资源信息构建多个出资点的资源调配优化模型；

基于TOPSIS算法对所述多个出资点的资源调配优化模型进行优化，获得最优资源调配方案，以用于指导电网故障点所需抢修资源的优化调配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，假设某一资源调度方案为抢修开始时间为抢修出资点的个数为多个资源调度方案的集合为Ω，则所述多个出资点的资源调配优化模型为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于TOPSIS算法对所述多个出资点的资源调配优化模型进行优化，具体实现步骤如下：

（1）、求出N_max、和其中，N_max为所有抢修资源中的最少抢修出资点个数的最大值，为所有抢修资源中的最短抢修开始时间的最大值，为最长抢修开始时间；

（2）、设可选抢修出资点的集合为R={A₁、A₂、···、A_n}，令n′=N_max；

（3）、取所述集合R中所有n′组合，其中n′为最小抢修出资点个数；

（4）、判断所述n′组合中某一组合是否存在可行资源调度方案；

（5）、如果存在，则从中选取抢修开始时间最短的组合作为非劣方案并记其对应的抢修开始时间为t′；

（6）、求出和其中为所述组合中的最小抢修出资点个数，为所述组合方案中的最大抢修出资点个数；

（7）、分别计算每个非劣方案的正理想点接近度R_ν和负理想点接近度r_ν；

（8）、根据公式计算所述每个非劣方案对理想点的相对接近度ε_ν，其中，0≤ε_ν≤1；

（9）、修改所述集合R，保留其抢修开始时间小于所述t′的抢修点；

（10）、令n′=n′+1；

（11）、判断修改后的集合R的元素个数是否大于n′；

（12）、如果不大于，则比较所述每个非劣方案对理想点的相对接近度ε_ν，从中选择ε_ν最大的作为最优资源调度方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别计算每个非劣方案的正理想点接近度R_ν和负理想点接近度r_ν，具体为：

根据公式求得所述正理想点接近度R_ν；

根据公式求得所述负想点接近度r_ν；

其中，ω₁和ω₂分别对应为抢修出资点个数以及抢修开始时间的权重，且满足归一化条件ω₁+ω₂=1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述ω₁和ω₂均为0.5。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果所述n′组合中某一组合不存在可行资源调度方案，则执行上述步骤（10）。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果修改后的集合R的元素个数大于n′，则执行上述步骤（3）。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网故障点位置，具体为：

从基于GIS技术的电网监控中心获取电网故障点位置。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网故障点的抢修资源需求信息，具体为：

通过电力客户呼叫系统和用户用电信息采集系统获取故障点的电力故障信息；

根据所述电力故障信息获取对应的抢修资源需求信息。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网故障点的本地抢修点当前可出的电网抢修资源信息的步骤中，以及所述获取本地抢修点周边的抢修点当前的电网抢修资源信息的步骤中，获取电网抢修资源信息的方式具体为：

通过网络技术从抢修点的每个电网抢修资源对应的RFID标签中获取其电网抢修资源信息。