CN112767570B - 一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法，即以故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数，建立考虑巡检人员优化调度的故障区域巡检模型，在给定的约束条件下，求解得到用时最短的巡检人员调度方案；约束条件包括线路巡检状态约束、巡检人员调度约束、以及线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束，本发明通过巡检人员的优化调度，提升线路巡检人员的巡检效率。

Description

一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法
技术领域
本发明属于电力系统分析技术领域，尤其涉及一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法。
背景技术
电力系统是现代社会的重要基础设施，电力系统的安全可靠运行是人们社会生活和经济生活正常进行的重要保障。随着极端天气的出现日益频繁，由极端天气引起的电力系统大规模停电事故越来越多，对人们的生产生活造成了严重的影响。当极端天气引起配电系统中的多重故障后，通过所配置的故障指示器，可以初步确定故障的发生区域。但为了进一步确定故障的具体发生位置，以实施负荷恢复等操作，需要派遣巡检人员对故障区域进行巡检。由于负荷恢复的快慢很大程度上受到巡检人员巡检效率的影响，并且在极端天气下，系统中往往存在多个故障区域，因此，考虑巡检人员的优化调度，以得到所有线路巡检用时最短的巡检人员调度方案至关重要。
发明内容
为了进一步提升在配电系统发生故障后，尤其是在极端天气引起的多重严重故障后，线路巡检人员对于故障区域的巡检效率，本发明提供了一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法，通过巡检人员的优化调度，提升线路巡检人员的巡检效率。具体方案包括以下步骤：
采集巡检人员巡检线路初始信息；
根据巡检线路初始信息建立故障区域巡检模型；
Figure BDA0002846363440000011
通过设定的约束条件对故障区域巡检模型求解输出巡检人员优化调度路径；其中：
所述故障区域巡检模型通过故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数计算确定故障区域内所有线路巡检完所用时长；
所述设定的约束条件包括：线路巡检状态约束、巡检人员调度约束、以及线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束。
进一步，故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数，其表示形式为：
Figure BDA0002846363440000021
其中，ΩT表示所考虑的时间周期；μt表示在t时刻所有需要巡检的线路是否被巡检完毕，若是则μt＝0，否则μt＝1。μt受如下约束限制：
Figure BDA0002846363440000022
其中，ΩP为待巡检线路集合；εij,t表示线路巡检状态，若线路ij在t时刻被巡检完毕，则εij,t＝1，否则εij,t＝0；M为极大数。
进一步，所述线路巡检状态约束包括：
Figure BDA0002846363440000023
Figure BDA0002846363440000024
Figure BDA0002846363440000025
其中，TPL,ij表示巡检线路ij所需的时间。
约束(3)限制了线路的初始巡检状态；约束(4)表明，若线路需要巡检，则在所考虑的时间周期内，必须被巡检；约束(5)表明，若线路已被巡检，则其接下来的线路巡检状态一直会是“已巡检”。
进一步，所述巡检人员调度约束包括：
Figure BDA0002846363440000026
Figure BDA0002846363440000027
Figure BDA0002846363440000028
Figure BDA0002846363440000029
其中，φk,m,t表示第k个巡检人员在t时刻是否到达m位置，若是则φk,m,t＝1，否则φk,m,t＝0；ΩCL为线路巡检人员集合；VS,k表示第k个巡检人员的起始位置；TS,k表示当第k个巡检人员可以被调度的起始时间；Tmn表示巡检人员从m位置到n位置的转移时间；δ(·)为线路所处位置到线路编号的映射函数，ij＝δ(m)表示线路ij所处位置为m；ΩVP为被巡检线路位置集合；ΩVD表示巡检人员初始仓库位置集合。
约束(6)表明了巡检人员在起始时刻的起始位置；约束(7)表明，巡检人员在其可以被调度的起始时间之前，不处于任何位置，而在可以被调度的起始时间之后，每个时刻最多处于一个位置；约束(8)为巡检人员在线路间的转移约束；约束(9)为巡检人员在初始仓库与线路间的转移约束。
进一步，所述线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束表示为：
Figure BDA0002846363440000031
约束(10)表明，若有巡检人员在t时刻到达m位置，则线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻一定由“未巡检”变为“已巡检”，反之，若线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻由“未巡检”变为“已巡检”，则一定有巡检人员在t时刻到达m位置。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
现有技术中，通常认为线路巡检时间正比于故障区域的线路总数目或线路总长度，而忽略了巡检人员的调度过程。相比于现有技术，本发明填补了此空白，综合考虑了线路巡检状态变化、巡检人员调度、以及两者间的耦合关系，从而得到考虑巡检人员优化调度的最优故障区域巡检方案。综上，本发明所提出的方法可以实现高效的故障区域巡检过程，从而提升配电网对于故障，尤其是极端天气引起的多重严重故障的应对能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法的流程图；
图2故障发生后IEEE 123节点配电系统中的可能故障区域示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施算例对本发明技术方案作进一步详细描述。
本发明提供的一种考虑巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法，其实施流程图如图1所示，详细说明如下：
步骤1采集巡检人员巡检线路初始信息；即：给定待巡检线路集合，巡检人员的初始位置、转移时间，以及每条线路所需巡检时间等初始信息。
步骤2根据巡检线路初始信息建立故障区域巡检模型；
Figure BDA0002846363440000041
以故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数，建立考虑巡检人员优化调度的故障区域巡检模型，在给定的约束条件下，求解得到用时最短的巡检人员调度方案。约束条件包括线路巡检状态约束、巡检人员调度约束、以及线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束。
以故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数，其表示形式为：
Figure BDA0002846363440000042
其中，ΩT表示所考虑的时间周期；μt表示在t时刻所有需要巡检的线路是
所述步骤2中，线路巡检状态约束包括：
Figure BDA0002846363440000043
Figure BDA0002846363440000044
Figure BDA0002846363440000045
其中，TPL,ij表示巡检线路ij所需的时间。
约束(3)限制了线路的初始巡检状态；约束(4)表明，若线路需要巡检，则在所考虑的时间周期内，必须被巡检；约束(5)表明，若线路已被巡检，则其接下来的线路巡检状态一直会是“已巡检”。
所述步骤2中，巡检人员调度约束包括：
Figure BDA0002846363440000046
Figure BDA0002846363440000047
Figure BDA0002846363440000051
Figure BDA0002846363440000052
其中，φk,m,t表示第k个巡检人员在t时刻是否到达m位置，若是则φk,m,t＝1，否则φk,m,t＝0；ΩCL为线路巡检人员集合；VS,k表示第k个巡检人员的起始位置；TS,k表示当第k个巡检人员可以被调度的起始时间；Tmn表示巡检人员从m位置到n位置的转移时间；δ(·)为线路所处位置到线路编号的映射函数，ij＝δ(m)表示线路ij所处位置为m；ΩVP为被巡检线路位置集合；ΩVD表示巡检人员初始仓库位置集合。
约束(6)表明了巡检人员在起始时刻的起始位置；约束(7)表明，巡检人员在其可以被调度的起始时间之前，不处于任何位置，而在可以被调度的起始时间之后，每个时刻最多处于一个位置；约束(8)为巡检人员在线路间的转移约束；约束(9)为巡检人员在初始仓库与线路间的转移约束。
所述步骤2中，线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束表示为：
Figure BDA0002846363440000053
约束(10)表明，若有巡检人员在t时刻到达m位置，则线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻一定由“未巡检”变为“已巡检”，反之，若线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻由“未巡检”变为“已巡检”，则一定有巡检人员在t时刻到达m位置。
所述步骤2中，巡检人员优化调度的故障区域巡检模型，其表示形式为：
Figure BDA0002846363440000054
s.t.(2)-(10)
否被巡检完毕，若是则μt＝0，否则μt＝1。μt受如下约束限制：
Figure BDA0002846363440000055
其中，ΩP为待巡检线路集合；εij,t表示线路巡检状态，若线路ij在t时刻被巡检完毕，则εij,t＝1，否则εij,t＝0；M为极大数。
所述步骤2中，线路巡检状态约束包括：
Figure BDA0002846363440000061
Figure BDA0002846363440000062
Figure BDA0002846363440000063
其中，TPL,ij表示巡检线路ij所需的时间。
约束(3)限制了线路的初始巡检状态；约束(4)表明，若线路需要巡检，则在所考虑的时间周期内，必须被巡检；约束(5)表明，若线路已被巡检，则其接下来的线路巡检状态一直会是“已巡检”。
所述步骤2中，巡检人员调度约束包括：
Figure BDA0002846363440000064
Figure BDA0002846363440000065
Figure BDA0002846363440000066
Figure BDA0002846363440000067
其中，φk,m,t表示第k个巡检人员在t时刻是否到达m位置，若是则φk,m,t＝1，否则φk,m,t＝0；ΩCL为线路巡检人员集合；VS,k表示第k个巡检人员的起始位置；TS,k表示当第k个巡检人员可以被调度的起始时间；Tmn表示巡检人员从m位置到n位置的转移时间；δ(·)为线路所处位置到线路编号的映射函数，ij＝δ(m)表示线路ij所处位置为m；ΩVP为被巡检线路位置集合；ΩVD表示巡检人员初始仓库位置集合。
约束(6)表明了巡检人员在起始时刻的起始位置；约束(7)表明，巡检人员在其可以被调度的起始时间之前，不处于任何位置，而在可以被调度的起始时间之后，每个时刻最多处于一个位置；约束(8)为巡检人员在线路间的转移约束；约束(9)为巡检人员在初始仓库与线路间的转移约束。
所述步骤2中，线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束表示为：
Figure BDA0002846363440000071
约束(10)表明，若有巡检人员在t时刻到达m位置，则线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻一定由“未巡检”变为“已巡检”，反之，若线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻由“未巡检”变为“已巡检”，则一定有巡检人员在t时刻到达m位置。
步骤3求解模型得到最优的巡检方案。
本发明结合实例进行说明：采用如图2所示的IEEE 123节点配电系统验证本发明所提方法的有效性与正确性。
步骤1：基于故障指示器的指示信息，系统中共包含6个可能的故障区域，巡检人员1和2的初始位置为D1，巡检人员3-6的初始位置为D2。其中，巡检人员1和2巡检区域F1和F2，巡检人员3和4巡检区域F3和F4，巡检人员5和6巡检区域F5和F6。
步骤2：
以故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数，建立考虑巡检人员优化调度的故障区域巡检模型，在给定的约束条件下，求解得到用时最短的巡检人员调度方案。约束条件包括线路巡检状态约束、巡检人员调度约束、以及线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束。
步骤3：
通过求解考虑巡检人员优化调度的故障区域巡检模型，所得到的巡检人员优化调度结果如表1所示。其中，表中元素表示巡检人员在某时刻到达某位置，例如：巡检人员1在t＝0时刻(初始时刻)的初始位置为仓库D1，在t＝1时刻到达线路36-120，在t＝3时刻到达线路19-120，在t＝6时刻到达线路20-21，在t＝10时刻到达线路27-28，t＝在12时刻到达线路28-34。
表1 巡检人员最优线路巡检方案
Figure BDA0002846363440000072
Figure BDA0002846363440000081

Claims (1)

1.一种用于巡检人员优化调度的配电网故障区域巡检方法，其特征在于，所述方法包括：
根据巡检人员和巡检线路初始信息建立故障区域巡检模型；
通过设定的约束条件对故障区域巡检模型求解输出巡检人员优化调度路径；其中：
所述设定的约束条件包括：线路巡检状态约束、巡检人员调度约束、以及线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束；
所述故障区域巡检模型通过故障区域内所有线路巡检完所用时长最短为目标函数计算确定故障区域内所有线路巡检完所用时长；其表示形式为：
Figure FDA0003495013340000011
其中，ΩT表示所考虑的时间周期；μt表示在t时刻所有需要巡检的线路是否被巡检完毕，若是则μt＝0，否则μt＝1；μt受如下约束限制：
Figure FDA0003495013340000012
其中，ΩP为待巡检线路集合；εij,t表示线路巡检状态，若线路ij在t时刻被巡检完毕，则εij,t＝1，否则εij,t＝0；M为极大数
所述线路巡检状态约束包括：
Figure FDA0003495013340000013
Figure FDA0003495013340000014
Figure FDA0003495013340000015
其中，TPL,ij表示巡检线路ij所需的时间；
约束(3)限制了线路的初始巡检状态；约束(4)表明，若线路需要巡检，则在所考虑的时间周期内，必须被巡检；约束(5)表明，若线路已被巡检，则其接下来的线路巡检状态一直会是“已巡检”；
所述巡检人员调度约束包括：
Figure FDA0003495013340000016
Figure FDA0003495013340000021
Figure FDA0003495013340000022
Figure FDA0003495013340000023
其中，φk,m,t表示第k个巡检人员在t时刻是否到达m位置，若是则φk,m,t＝1，否则φk,m,t＝0；ΩCL为线路巡检人员集合；VS,k表示第k个巡检人员的起始位置；TS,k表示当第k个巡检人员可以被调度的起始时间；Tmn表示巡检人员从m位置到n位置的转移时间；δ(·)为线路所处位置到线路编号的映射函数，ij＝δ(m)表示线路ij所处位置为m；ΩVP为被巡检线路位置集合；ΩVD表示巡检人员初始仓库位置集合；
约束(6)表明了巡检人员在起始时刻的起始位置；约束(7)表明，巡检人员在其可以被调度的起始时间之前，不处于任何位置，而在可以被调度的起始时间之后，每个时刻最多处于一个位置；约束(8)为巡检人员在线路间的转移约束；约束(9)为巡检人员在初始仓库与线路间的转移约束；
所述线路巡检状态和巡检人员调度间的耦合约束表示为：
Figure FDA0003495013340000024
约束(10)表明，若有巡检人员在t时刻到达m位置，则线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻一定由“未巡检”变为“已巡检”，反之，若线路的巡检状态在t+TPL,δ(m)时刻由“未巡检”变为“已巡检”，则一定有巡检人员在t时刻到达m位置。
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