CN112613685A - 一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,包括,以电网韧性作为优化目标,建立关于故障任务分配时间的目标函数;基于配电网故障抢修顺序构建抢修模型;利用蚁群优化策略求解所述目标函数和所述抢修模型的最优解,根据所述最优解的抢修次序向量进行配电网抢修。本发明全面考虑了外界环境对抢修过程的阻碍作用,并利用动态参数描述这种作用,使得提出的模型更加贴近现实,制定的策略也更有现实可行性,提高了抢修策略的安全性、适用性、实时性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及配电网抢修的技术领域,尤其涉及一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法。
背景技术
灾害条件下的配电网故障数量多,种类丰富,且多为设备损毁等严重故障,这导致灾害条件下的配电网抢修时间长、难度大、强度高,而且还需要考虑共同抢修、外界环境影响等现实问题。
无论是配电网,还是抢修配电网故障的各个队伍,都处在外界环境的影响之下,灾后条件下,天气、抢修现场、道路等外界环境变得恶劣,会阻碍抢修过程,降低抢修的总体效率,尤其是恶劣天气下的抢修等涉及抢修人员的人身安全问题,非常重要,因此在制定抢修策略时,需要将外界环境的影响考虑在内,这既有助于抢修管理人员根据现实状况及时调整抢修策略,也是对抢修人员生命安全的尊重。
在现实的配电网抢修中,虽然几乎不需要利用网架结构进行潮流计算,但需要利用网架的拓扑计算每一时刻配电网可以供电的范围,而且,在其它条件相同的情况下,位于配电网拓扑图中枢纽位置的故障通常优先抢修,而判断故障是否处于枢纽位置,需要结合配电网网架结构进行分析。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明提供了一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,能够解决外界环境对抢修过程的阻碍问题。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:包括,以电网韧性作为优化目标,建立关于故障任务分配时间的目标函数;基于配电网故障抢修顺序构建抢修模型;利用蚁群优化策略求解所述目标函数和所述抢修模型的最优解,根据所述最优解的抢修次序向量进行配电网抢修。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:所述电网韧性需要进行量化,包括,
其中,ωi表示第i号负荷节点的重要程度系数,根据其负荷等级直接确定,Pi表示第i号负荷节点消耗有功功率的平均值,配电网的系统功能函数F(t)随时间的变化来表示韧性。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:包括,所述系统功能函数的函数值先从初始值下降,再逐步恢复到所述初始值,定义所述F(t)的初始值为F0,韧性的定量值即为被曲线F(t)和直线y=F0围起部分的面积,利用积分计算所述面积,如下,
其中,RE表示所述配电网的韧性,所述RE值越小,电网的韧性越高。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:恢复阶段的所述RE值包括,
其中,ti是从开始执行抢修计划起第i号故障恢复供电的时间,数学优化以最小化该函数值为目标。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:根据五大因素选取模型参数,包括外界环境相关参数、电网相关参数、负荷相关参数、故障相关参数和抢修资源相关参数。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:所述外界环境相关参数包括,气象环境、抢修现场环境、基础设施环境;所述负荷相关参数包括,负荷消耗有功功率均值和负荷重要程度系数;所述故障相关参数包括,故障位置矩阵、故障抢修预计时长、抢修故障所需各类抢修队伍的数量、故障对参与抢修队伍效能系数的折损和故障的抢修是否需要露天作业。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:构建所述抢修模型包括,
Rreal(t)=R*inc(t)
其中,R是路程时间矩阵,inc(t)是路程增加系数,R为固定值,而inc(t)为动态参数,以小时为单位变化,其为正实数。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:所述求解包括,
que(m)=[k1 k2 k3 … km]
其中,ti表示各处负荷的预计复电时间,que(m)为故障抢修顺序,TYPEj是第j号抢修队伍的类型,aj是第j号抢修队伍的效能系数,初始所有队伍的效能设为1,且在整个抢修过程中减小,amin是抢修队伍能继续执行抢修任务所需的最低效能系数,该系数为已知常数,且对于所有抢修队伍都相同,当某支队伍的效能系数低于该值时,该队伍必须返回驻地休息,wind(t)是风速预报,rain(t)是降水预报,stri(t)是雷电情况预报,T*是现场阻碍排除时间,Lk是第k号故障的位置,当故障发生在线路上时,该线路停运,当故障位于负荷节点上时,认为该负荷节点全部停电,但不影响其他部分的正常运行,Tk是抢修第k号故障预计需要的时间,nk,c是抢修第k号故障所需要类型c抢修队伍的数量,c是正整数,表示抢修队伍的种类,kk是第k号故障对参与抢修队伍效能系数的折扣系数,lutiank是表明第k号故障的抢修是否需要露天高处作业。
作为本发明所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的一种优选方案,其中:所述求解结合约束条件获得所述优化解,所述约束条件包括,当所述抢修队伍效能系数低于允许最小值时,所述队伍不可用;当所述抢修队伍已被分配任务时,所述队伍不可用;当所述抢修队伍的效能系数低于amin时,必须返回出发点休整;当所述抢修队伍数量低于故障抢修的需求时,所述故障不能抢修;当所有承担任务的所述抢修队伍全部到达现场时,所述故障才能开始抢修;当天气条件允许时,才能开始抢修需要露天高处作业的所述故障;当现场存在的阻碍排除后,才能开始抢修所述故障;所述配电网的源节点在任何时间必定正常;当负荷节点位于失电范围内时,所述负荷必停电;当所述负荷节点位于所述失电范围外时,所述负荷必恢复供电;当所述配电网中已经恢复供电的部分,必须时刻开环。
本发明的有益效果:本发明全面考虑了外界环境对抢修过程的阻碍作用,并利用动态参数描述这种作用,使得提出的模型更加贴近现实,制定的策略也更有现实可行性,提高了抢修策略的安全性、适用性、实时性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明第一个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的流程示意图;
图2为本发明第一个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的灾害全程中配电网系统功能函数变化示意图;
图3为本发明第一个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的外界环境对配电网抢修影响示意图;
图4为本发明第一个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的配电网节点拓扑示意图;
图5为本发明第一个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的目标函数计算程序流程示意图;
图6为本发明第一个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的故障修复时间计算子程序流程示意图;
图7为本发明第二个实施例所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的实验对比曲线输出示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1~图6,为本发明的第一个实施例,提供了一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,包括:
S1:以电网韧性作为优化目标,建立关于故障任务分配时间的目标函数。参照图2,其中需要说明的是,电网韧性需要进行量化,包括:
其中,ωi表示第i号负荷节点的重要程度系数,根据其负荷等级直接确定,Pi表示第i号负荷节点消耗有功功率的平均值,配电网的系统功能函数F(t)随时间的变化来表示韧性;
系统功能函数的函数值先从初始值下降,再逐步恢复到初始值,定义F(t)的初始值为F0,韧性的定量值即为被曲线F(t)和直线y=F0围起部分的面积,利用积分计算面积,如下,
其中,RE表示配电网的韧性,RE值越小,电网的韧性越高;
恢复阶段的RE值包括,
其中,ti是从开始执行抢修计划起第i号故障恢复供电的时间,数学优化以最小化该函数值为目标。
S2:基于配电网故障抢修顺序构建抢修模型。参照图3,本步骤需要说明的是:
根据五大因素选取模型参数,包括外界环境相关参数、电网相关参数、负荷相关参数、故障相关参数和抢修资源相关参数;
外界环境相关参数包括,气象环境、抢修现场环境、基础设施环境;
负荷相关参数包括,负荷消耗有功功率均值和负荷重要程度系数;
故障相关参数包括,故障位置矩阵、故障抢修预计时长、抢修故障所需各类抢修队伍的数量、故障对参与抢修队伍效能系数的折损和故障的抢修是否需要露天作业。
具体的,构建抢修模型包括:
Rreal(t)=R*inc(t)
其中,R是路程时间矩阵,inc(t)是路程增加系数,R为固定值,而inc(t)为动态参数,以小时为单位变化,其为正实数。
S3:利用蚁群优化策略求解目标函数和抢修模型的最优解,根据最优解的抢修次序向量进行配电网抢修。参照图5和图6,其中还需要说明的是,求解包括:
que(m)=[k1 k2 k3 … km]
其中,ti表示各处负荷的预计复电时间,que(m)为故障抢修顺序,TYPEj是第j号抢修队伍的类型,aj是第j号抢修队伍的效能系数,初始所有队伍的效能设为1,且在整个抢修过程中减小,amin是抢修队伍能继续执行抢修任务所需的最低效能系数,该系数为已知常数,且对于所有抢修队伍都相同,当某支队伍的效能系数低于该值时,该队伍必须返回驻地休息,wind(t)是风速预报,rain(t)是降水预报,stri(t)是雷电情况预报,T*是现场阻碍排除时间,Lk是第k号故障的位置,当故障发生在线路上时,该线路停运,当故障位于负荷节点上时,认为该负荷节点全部停电,但不影响其他部分的正常运行,Tk是抢修第k号故障预计需要的时间,nk,c是抢修第k号故障所需要类型c抢修队伍的数量,c是正整数,表示抢修队伍的种类,kk是第k号故障对参与抢修队伍效能系数的折扣系数,lutiank是表明第k号故障的抢修是否需要露天高处作业。
ENi(t):某一时刻第i号负荷的供电状态,布尔值,EN=1表示供电正常,EN=0表示该负荷节点停电;
δj(t):描述第j号抢修队伍此时是否可用的参数,δj=1表示队伍可用,δj=0表示队伍不可用;
POS(j):第j号抢修队伍所处的位置,只能为0-m之间的正整数,0号点代表抢修队伍驻地,m为配电网中故障的数量;
TEDE“从属矩阵”:整个计算过程中,需要频繁查询某一支队伍是否在执行抢修任务,以及负责某一处故障抢修的所有队伍的编号,该矩阵a行,b列(a为所有抢修队伍的数量,b为所有故障点的数量),若TEDE(i,j)=1,说明第i号队伍已经被分配去抢修第j号故障点,反之为0;
TEAR“队伍到达时间矩阵”:只有当所有承担任务的抢修队伍全部到达现场,故障才能开始抢修,同TEDE矩阵,该矩阵也为a行,b列(a为所有抢修队伍的数量,b为所有故障点的数量),且在计算初始化时为0矩阵,该矩阵第k列上所有元素中的最大值为“队伍最晚到达时间”,用tk armax表示,是计算故障预计开始抢修时间的重要依据;
TS k:第k号故障的预计开始抢修时间;
D(t):某一时刻,配电网的失电范围,利用配电网节点拓扑图和各故障的位置进行计算,在计算时认为,位于负荷节点上的故障只会令该负荷节点全部失电,而不影响电网中的其它部分,而发生在线路上的故障会令该故障下游的所有线路和负荷停电;
NC(t):某一时刻,可用的C类型队伍的数量。
进一步的,求解结合约束条件获得优化解,约束条件包括:
(1)当抢修队伍效能系数低于允许最小值时,队伍不可用;
aj<amin,δj=0
(2)当抢修队伍已被分配任务时,队伍不可用;
(3)当抢修队伍的效能系数低于amin时,必须返回出发点休整;
(4)当抢修队伍数量低于故障抢修的需求时,故障不能抢修;
(5)当所有承担任务的抢修队伍全部到达现场时,故障才能开始抢修;
(6)当天气条件允许时,才能开始抢修需要露天高处作业的故障;
(7)当现场存在的阻碍排除后,才能开始抢修故障;
(8)配电网的源节点在任何时间必定正常;
(9)当负荷节点位于失电范围内时,负荷必停电;
Ni∈D,ENi=0
(10)当负荷节点位于失电范围外时,负荷必恢复供电;
(11)当配电网中已经恢复供电的部分,必须时刻开环;
g∈GR
其中,g为配电网已经恢复供电部分的拓扑结构,GR为保证配电网呈树状拓扑供电的拓扑集合。
参照图4,为配电网建模时,需考虑配电网的拓扑结构,直观地,配电网的拓扑结构可以用节点拓扑图表示,其中,0号节点为源节点,表示配电网的母线出线,在研究配电网抢修问题时,一般认为源节点不会停电,1-32号节点为负荷节点,节点之间的连线为配电线路,该拓扑图可以用节点邻接矩阵adj(N)表示,其中N为配电网所包含各种节点的数量。
不难理解的是,电力负荷,即负荷,指电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和,根据电力用户的不同负荷特征,电力负荷可区分为各种工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷;为故障建模时,还需考虑以下问题:故障在电网中的位置决定其影响的供电范围,现实中制定抢修计划时,位于电网枢纽位置、影响用户较多的故障会优先安排抢修;不同的故障抢修方法不同,意味着其需要的抢修资源和时间不同;故障的抢修会令抢修人员疲劳,降低其之后的工作效能;恶劣天气只会阻止需要露天高处作业的故障抢修,因此需要得知某处故障的抢修是否需要露天高处作业。
实施例2
参照图7,为本发明的第二个实施例,该实施例不同于第一个实施例的是,提供了一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法的验证,包括:
为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明,本实施例选择以传统的两网融合抢修方法与采用本发明方法进行对比测试,以科学论证的手段对比试验结果,验证本发明方法所具有的真实效果。
传统的两网融合抢修方法无法排除外界环境动态影响对于抢修策略的阻碍,进而影响到灾害条件下配电网的实时抢修及供电恢复,为验证本发明方法相对于传统方法具有较高的实时性、适用性和抢修的准确稳定性,本实施例中将采用传统方法与本发明方法分别对仿真电网系统的故障抢修进行实时测量对比。
测试环境:将仿真电网系统运行在MATLB中模拟运行并模拟灾害条件下抢修故障场景,采用历史的灾害条件及相关抢修参数作为测试样本,分别利用传统方法的并网融合操作进行抢修故障测试并获得测试结果数据,采用本发明方法,则导入模型和目标函数程序至自动化测试设备内,根据实验结果得到仿真数据,每种方法各测试100组数据,计算获得每组数据的时间,与仿真模拟输入的预测值进行对比误差计算。
参照图7,实线为本发明方法输出的曲线,虚线为传统方法输出的曲线,根据图7的示意,能够直观的看出,实线与虚线随着时间的增加,呈现不同的走势,实线相较于虚线,在前期一直呈稳定的上升趋势,虽然后期有所下滑,但是波动不大,且一直在虚线的上方,并保持一定的距离,而虚线则呈现较大的波动趋势,不稳定,由此,实线的效率一直大于虚线,即验证了本发明方法所具有的真实效果。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,其特征在于:包括,
以电网韧性作为优化目标,建立关于故障任务分配时间的目标函数;
基于配电网故障抢修顺序构建抢修模型;
利用蚁群优化策略求解所述目标函数和所述抢修模型的最优解,根据所述最优解的抢修次序向量进行配电网抢修。
5.根据权利要求1~4任一所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,其特征在于:根据五大因素选取模型参数,包括外界环境相关参数、电网相关参数、负荷相关参数、故障相关参数和抢修资源相关参数。
6.根据权利要求5所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,其特征在于:所述外界环境相关参数包括,气象环境、抢修现场环境、基础设施环境;
所述负荷相关参数包括,负荷消耗有功功率均值和负荷重要程度系数;
所述故障相关参数包括,故障位置矩阵、故障抢修预计时长、抢修故障所需各类抢修队伍的数量、故障对参与抢修队伍效能系数的折损和故障的抢修是否需要露天作业。
7.根据权利要求6所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,其特征在于:构建所述抢修模型包括,
Rreal(t)=R*inc(t)
其中,R是路程时间矩阵,inc(t)是路程增加系数,R为固定值,而inc(t)为动态参数,以小时为单位变化,其为正实数。
8.根据权利要求7所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,其特征在于:所述求解包括,
que(m)=[k1 k2 k3 … km]
其中,ti表示各处负荷的预计复电时间,que(m)为故障抢修顺序,TYPEj是第j号抢修队伍的类型,aj是第j号抢修队伍的效能系数,初始所有队伍的效能设为1,且在整个抢修过程中减小,amin是抢修队伍能继续执行抢修任务所需的最低效能系数,该系数为已知常数,且对于所有抢修队伍都相同,当某支队伍的效能系数低于该值时,该队伍必须返回驻地休息,wind(t)是风速预报,rain(t)是降水预报,stri(t)是雷电情况预报,T*是现场阻碍排除时间,Lk是第k号故障的位置,当故障发生在线路上时,该线路停运,当故障位于负荷节点上时,认为该负荷节点全部停电,但不影响其他部分的正常运行,Tk是抢修第k号故障预计需要的时间,nk,c是抢修第k号故障所需要类型c抢修队伍的数量,c是正整数,表示抢修队伍的种类,kk是第k号故障对参与抢修队伍效能系数的折扣系数,lutiank是表明第k号故障的抢修是否需要露天高处作业。
9.根据权利要求8所述的考虑外界环境动态影响的灾害配电网抢修方法,其特征在于:所述求解结合约束条件获得所述优化解,所述约束条件包括,
当所述抢修队伍效能系数低于允许最小值时,所述队伍不可用;
当所述抢修队伍已被分配任务时,所述队伍不可用;
当所述抢修队伍的效能系数低于amin时,必须返回出发点休整;
当所述抢修队伍数量低于故障抢修的需求时,所述故障不能抢修;
当所有承担任务的所述抢修队伍全部到达现场时,所述故障才能开始抢修;
当天气条件允许时,才能开始抢修需要露天高处作业的所述故障;
当现场存在的阻碍排除后,才能开始抢修所述故障;
所述配电网的源节点在任何时间必定正常;
当负荷节点位于失电范围内时,所述负荷必停电;
当所述负荷节点位于所述失电范围外时,所述负荷必恢复供电;
当所述配电网中已经恢复供电的部分,必须时刻开环。
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