CN105096003B - 基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，包括以下步骤：1.划分覆冰线路区域；2.计算各班组对单条覆冰线路的融冰时间；3.计算各班组到覆冰区域各变电站所需的时间；4.计算各班组从同一覆冰区域的一个变电站到另一个变电站所需的时间；5.计算各班组对融冰区域所有覆冰线路融冰的最短时间；6.建立输电线路最短融冰时间决策模型；7.计算最短融冰时间，并输出融冰决策方案。本发明可快速有效地制定全网覆冰线路的决策方法，缩短融冰时间；可操作性强；解决了电网覆冰决策主要依据人为经验，在多线路、工况复杂的条件下决策时间长、决策风险大的问题。

Description

基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法。

背景技术

我国南方地区冰灾频发，常导致输电线路因覆冰而出现倒塌断线的事故，造成电网大面积停电，严重威胁电网安全，影响人民生产生活，给国家造成巨大损失。如2008年的电网冰灾，造成国家电网公司220kv及以上输电线路倒塌1300多基，220kv及以上变电设备损坏100多套，直接财产损失100多亿元。电网冰灾防治工作是一项复杂的系统工程，除了做好科学的输电线路规划，准确的灾害监测预测、制造先进的融冰装置外，在冰灾发生时，制定输电线路融冰策略可以合理地调配资源，减少融冰减灾时间，因此也十分重要。传统的冰灾决策处置方法主要是人工决策，依靠决策者的现场经验，难以在信息量大、灾害情况复杂等条件下进行优化决策，决策结论存在一定的风险性，另外不同决策人经验不同，从而会导致决策结果差别很大，且人工决策劳动强度大，易浪费人力、物力和财力，因此，迫切需要一种科学快速的融冰决策方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前输电线路融冰决策主要依据人为经验，在多线路、工况复杂的条件下决策时间长、决策风险大的问题，提供一种基于最短路径算法(Dijkstra算法)和0/1决策的输电线路融冰决策方法，使用该方法可以合理调配融冰资源，缩短整体融冰时间，降低融冰决策风险，提高融冰效率，该方法思路新颖、流程清晰、准确率高、实用性强。

本发明的解决方案是：

一种基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，包括以下步骤：

步骤1、划分融冰区域；

步骤2、计算各融冰班组对单条覆冰线路的融冰时间T_ij，i为融冰班组序号、j为覆冰线路序号；

步骤3.计算各融冰班组到融冰区域的各变电站所需的时间t_ik，i为融冰班组序号，k为变电站序号；

步骤4.计算各融冰班组从同一融冰区域的一个变电站到另一个变电站所需的时间t<sub>ikk`</sub>，i为融冰班组序号、k为变电站序号、k`为另一变电站序号；

步骤5.计算各融冰班组对各融冰区域所有覆冰线路进行融冰的最短时间；

步骤6、根据步骤5的结果建立输电线路最短融冰时间决策模型；

步骤7.求解输电线路最短融冰时间决策模型，输出融冰决策方案；

所述步骤1包括以下步骤：

1)根据覆冰线路的坐标和相邻变电站的坐标，计算覆冰线路与相邻变电站的距离，以各个变电站为中心，将某变电站相邻的覆冰线路划分为同一融冰区域，从而将覆冰线路划分为若干个小的融冰区域；所分融冰区域不重叠；

2)判断小的融冰区域数与融冰班组数的大小；若小的融冰区域数大于融冰班组数，则将所属同一单位【即指不同的供电公司，因为线路所有单位，如长沙电力公司，湘潭电力公司等；】的若干相邻的小的覆冰区域合并为一个大的融冰区域，直到融冰区域数等于融冰班组数，进行步骤2；若小的融冰区域数小于或等于融冰班组数，则直接进行步骤2；

所述步骤5包括以下步骤：

a)根据步骤2的结果计算各融冰班组对融冰区域所有覆冰线路进行融冰的时间总和，记为s为融冰区域序号；

b)根据步骤3和步骤4的结果，利用最短路径算法(Dijkstra算法)计算各融冰班组在每个融冰区域移动的最短时间，记为

c)计算融冰班组i对融冰区域s进行融冰的最短时间Tmin_is，计算公式为：

${\mathrm{Tmin}}_{is}=\underset{j\&Element;s}{sum}\left(T_{ij}\right)+\underset{k,k`\&Element;s}{Dijkstra}\left(t_{ik},t_{ikk`}\right)$

式中i＝1,2,…,n，n为融冰班组数；s＝1,2,…,m；m≤n，m为融冰区域数。

所述步骤6中，输电线路最短融冰时间决策模型为：

目标函数： $F=min\left(\underset{i}{max}\left(\underset{s=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{is}\&CenterDot;{\mathrm{Tmin}}_{is}\right)\right)$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_{is}=1,s=1,2,...,m.\\ \underset{s=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{is}\&le;1,i=1,2,...,n.\\ x_{is}\&Element;\{0,1\}.\end{array}\right.$

其中，x_is＝1表示融冰班组i对融冰区域s进行融冰，x_is＝0表示融冰班组i不对融冰区域s进行融冰；表示一个融冰区域只由一个融冰班组进行融冰；表示一个融冰班组最多只对一个融冰区域进行融冰；

目标函数中，表示求所有融冰班组i＝1,2,…,n中所用融冰时间的最大值，即整体融冰时间；目标函数表示求使得所有融冰班组i＝1,2,…,n中所用融冰时间的最大值最小的x_is的解；【当所有融冰班组i＝1,2,…,n中所用融冰时间的最大值最小时，整体融冰时间最小。】

所述步骤7，利用0/1决策算法求解输电线路最短融冰时间决策模型，所得结果F为输电线路最短的融冰时间，x_is为进行最短时间融冰所对应的决策。

所述步骤1中，划分融冰区域时，若一个覆冰线路有多个相邻的变电站，则比较该覆冰线路与多个相邻的变电站的距离大小，将该覆冰线路划分到距离最近的变电站所属融冰区域，以保证同一段覆冰线路不被划分到多个融冰区域，即所划分融冰区域不重叠。举例说明：假设一段输电线路距离变电站A，50公里；距离变电站B，48公里，则把这段输电线路划分到变电站B所属区域。

所述步骤2，根据各融冰班组人员多少、融冰装置类型和容量大小、线路覆冰厚度、当地气象因素(温度、风速等)，根据人工经验计算各融冰班组对每条覆冰线路的融冰时间T_ij。

所述步骤3，根据各融冰班组的地理位置和变电站地理位置，计算各融冰班组到融冰区域的各变电站的距离，然后根据各融冰班组车辆移动速度，计算各融冰班组到融冰区域各变电站所需的时间t_ik。

所述步骤4，根据变电站的地理位置，计算变电站之间的距离，然后根据各融冰班组车辆移动速度计算各融冰班组在变电站之间的移动时间t_ikk`。有益效果：

本发明所提供的基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，根据覆冰线路位置、变电站位置、融冰班组数对覆冰线路进区域行划分；然后依据各班组融冰能力、移动车辆速度、线路覆冰长度、厚度和气象条件等，利用最短路径算法(Dijkstra算法)求解单个班组对单个区域的最短融冰时间，并建立输电线路最短融冰决策模型；最后利用0/1决策算法对模型进行求解，得出输电线路最短融冰时间和相应的决策方案。本发明具有以下优点：

1、可快速有效地制定全网覆冰线路的决策，缩短融冰时间；

2、本发明可操作性强；

3、计算时间短；

4、解决了电网覆冰决策主要依据人为经验，在多线路、工况复杂的条件下决策时间长、决策风险大的问题。根据决策结论，可科学合理地调配融冰资源，降低融冰决策风险，提高融冰效率，提高电网安全稳定性。

附图说明

图1单融冰班组对单融冰区域的融冰决策示意图

图2多融冰班组对多融冰区域的融冰决策示意图

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。

实施例1：

一种基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，包括以下步骤：(1)划分覆冰线路区域。根据覆冰线路坐标和相邻变电站的坐标，计算覆冰线路与相邻变电站的距离，以变电站为中心，将距离某变电站较近的覆冰线路划分为同一区域，从而将覆冰线路划分为若干个小区域，由于小区域数大于班组数，将所属同一单位的若干相邻小区域合并为一大的区域，直到融冰区域数等于融冰班组数。

(2)计算各班组对单条覆冰线路的融冰时间。根据各班组人员多少、融冰装置类型和容量大小、线路覆冰厚度、当地温度、风速等气象因素，计算各班组对每条覆冰线路的融冰时间，记为T_ij，i为班组序号、j为覆冰线路序号。

(3)计算各班组到覆冰区域各变电站所需的时间。根据各班组的地理位置和变电站地理位置，计算各班组到覆冰区域各变电站的距离，然后根据各班组移动车辆速度，计算各班组到覆冰区域各变电站所需的时间，记为t_ik，i为班组序号，k为变电站序号。

(4)计算各班组从同一覆冰区域的一个变电站到另一个变电站所需的时间。根据变电站的地理位置，计算他们之间的距离，然后根据各班组移动车辆速度计算各班组在变电站之间的移动时间，记为t<sub>ikk`</sub>，i为班组序号、k为变电站序号、k`为另一变电站序号。

(5)计算各班组对融冰区域所有覆冰线路融冰的最短时间。根据步骤2的结果计算各班组对融冰区域所有覆冰线路进行融冰的时间总和，记为根据3、4所得结果，利用Dijkstra算法计算各班组在每个融冰区域移动的最短时间，记为则班组i对区域s进行融冰的最短时间Tmin_is为两者之和，计算公式如式(1)所示：

${\mathrm{Tmin}}_{is}=\underset{j\&Element;s}{sum}\left(T_{ij}\right)+\underset{k,k`\&Element;s}{Dijkstra}\left(t_{ik},t_{ikk`}\right)---\left(1\right)$

式中i＝1,2,…,n；s＝1,2,…,m；m≤n。

(6)建立输电线路最短融冰时间决策模型。根据步骤5的结果建立输电线路最短融冰时间决策模型，如下式(2)所示：

目标函数： $F=min\left(\underset{i}{max}\left(\underset{s=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_{is}\&CenterDot;{\mathrm{Tmin}}_{is}\right)\right)$

$\begin{array}{ccc}s.t.& \underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_{is}=1,& s=1,2,...,m.\\ & \underset{s=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{is}\&le;1,& i=1,2,...,n.\\ & x_{is}=0,1.& \end{array}---\left(2\right)$

(7)计算最短融冰时间，并输出融冰决策方案。利用0/1决策算法求解式(2)，所得结果F为输电线路最短的融冰时间，X为进行最短时间融冰所对应的决策。图1为单融冰班组对单融冰区域的融冰决策示意图，图2为多融冰班组对多融冰区域的融冰决策示意图。实施例2：

(1)划分覆冰线路区域。根据覆冰线路坐标和相邻变电站的坐标，计算覆冰线路与相邻变电站的距离，以变电站为中心，将距离某变电站较近的覆冰线路划分为同一区域，从而将覆冰线路划分为若干个小区域，小区域数小于班组数。

步骤(2)～(7)同实施例1。

实施例3：

(1)划分覆冰线路区域。根据覆冰线路坐标和相邻变电站的坐标，计算覆冰线路与相邻变电站的距离，以变电站为中心，将距离某变电站较近的覆冰线路划分为同一区域，从而将覆冰线路划分为若干个小区域，小区域数等于班组数。步骤(2)～(7)同实施例1。

Claims (5)

1.一种基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、划分融冰区域；

步骤2、计算各融冰班组对单条覆冰线路的融冰时间T_ij，i为融冰班组序号、j为覆冰线路序号；

步骤3.计算各融冰班组到融冰区域的各变电站所需的时间t_ik，i为融冰班组序号，k为变电站序号；

步骤4.计算各融冰班组从同一融冰区域的一个变电站到另一个变电站所需的时间t<sub>ikk`</sub>，i为融冰班组序号、k为变电站序号、k`为另一变电站序号；

步骤5.计算各融冰班组对各融冰区域所有覆冰线路进行融冰的最短时间；

步骤6、根据步骤5的结果建立输电线路最短融冰时间决策模型；

步骤7.求解输电线路最短融冰时间决策模型，输出融冰决策方案；

所述步骤1包括以下步骤：

1)根据覆冰线路的坐标和相邻变电站的坐标，计算覆冰线路与相邻变电站的距离，以各个变电站为中心，将某变电站相邻的覆冰线路划分为同一融冰区域，从而将覆冰线路划分为若干个小的融冰区域；所分融冰区域不重叠；

2)判断小的融冰区域数与融冰班组数的大小；若小的融冰区域数大于融冰班组数，则将所属同一单位的若干相邻的小的覆冰区域合并为一个大的融冰区域，直到融冰区域数等于融冰班组数，进行步骤2；若小的融冰区域数小于或等于融冰班组数，则直接进行步骤2；

所述步骤5包括以下步骤：

a)根据步骤2的结果计算各融冰班组对融冰区域所有覆冰线路进行融冰的时间总和，记为s为融冰区域序号；

b)根据步骤3和步骤4的结果，利用最短路径算法计算各融冰班组在每个融冰区域移动的最短时间，记为

c)计算融冰班组i对融冰区域s进行融冰的最短时间Tmin_is，计算公式为：

${\mathrm{Tmin}}_{is}=\underset{j\&Element;s}{sum}\left(T_{ij}\right)+\underset{k,k`\&Element;s}{Dijkstra}(t_{ik},t_{ikk`})$

式中i＝1,2,…,n，n为融冰班组数；s＝1,2,…,m；m≤n，m为融冰区域数；

所述步骤6中，输电线路最短融冰时间决策模型为：

目标函数： $F=min\left(\underset{i}{max}\right(\underset{s=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{is}\&CenterDot;{\mathrm{Tmin}}_{is}))$

$\begin{array}{cc}s.t.& \left\{\begin{array}{cc}\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{x}_{is}=1,& s=1,2,L,m.\\ \underset{s=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{is}\&le;1,& i=1,2,L,n.\\ x_{is}\&Element;\{0,1\}.& \end{array}\right.\end{array}$

其中，x_is＝1表示融冰班组i对融冰区域s进行融冰，x_is＝0表示融冰班组i不对融冰区域s进行融冰；s＝1,2,L,m，表示一个融冰区域只由一个融冰班组进行融冰；i＝1,2,L,n，表示一个融冰班组最多只对一个融冰区域进行融冰；

目标函数中，表示求所有融冰班组i＝1,2,L,n中所用融冰时间的最大值，即整体融冰时间；目标函数表示求使得所有融冰班组i＝1,2,L,n中所用融冰时间的最大值最小的x_is的解；

所述步骤7，利用0/1决策算法求解输电线路最短融冰时间决策模型，所得结果F为输电线路最短的融冰时间，x_is为进行最短时间融冰所对应的决策。

2.根据权利要求1所述的基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，其特征在于，所述步骤1中，划分融冰区域时，若一个覆冰线路有多个相邻的变电站，则比较该覆冰线路与多个相邻的变电站的距离大小，将该覆冰线路划分到距离最近的变电站所属融冰区域，以保证同一段覆冰线路不被划分到多个融冰区域，即所划分融冰区域不重叠。

3.根据权利要求2所述的基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，其特征在于，所述步骤2，根据各融冰班组人员多少、融冰装置类型和容量大小、线路覆冰厚度、当地气象因素，根据人工经验计算各融冰班组对每条覆冰线路的融冰时间T_ij。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，其特征在于，所述步骤3，根据各融冰班组的地理位置和变电站地理位置，计算各融冰班组到融冰区域的各变电站的距离，然后根据各融冰班组车辆移动速度，计算各融冰班组到融冰区域各变电站所需的时间t_ik。

5.根据权利要求4所述的基于最短路径算法和0/1决策的输电线路融冰决策方法，其特征在于，所述步骤4，根据变电站的地理位置，计算变电站之间的距离，然后根据各融冰班组车辆移动速度计算各融冰班组在变电站之间的移动时间t_ikk`。