CN113344238B - 一种配电网安全风险评估和消减方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电网安全风险评估和消减方法、装置及存储介质，其中方法包括：根据预测的灾害强度，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量；根据计算的应急资源和应急人员的数量在每个配电网设备处和应急救援中心处进行部署；灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员。本发明减小对灾害的损失评估与实际情况的差异，提高预测的准确度。有效地降低配电网在台风灾后的整体停运概率、减少电网灾后恢复过程中的损失。

Description

一种配电网安全风险评估和消减方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及配电网安全管理技术领域，特别涉及一种配电网安全风险评估和消减方法、装置及存储介质。

背景技术

在对电网安全运行构成威胁的诸多外力中，自然灾害是最大风险源。由于自然灾害具有随机性和强破坏力等特点，是电力应急管理中较难应对的问题。

在自然灾害发生前，如果对区域内的多种自然灾害的潜在的风险源进行概率分析，针对可预测的台风灾害，在灾前进行人员与物资提前部署，可在一定程度上减少停电风险，并加速灾后的恢复供电，减少停电损失。具体表现为图1所示。以从灾害发生至抢修基本完成时间内配电网损失的配电量(即曲线至最上面一条横直线之间的面积)为衡量指标。灾前人员物资部署对减少损失的作用有如下两方面：

a)由于设备整体停运概率已降低，在灾害基本停止的时刻(图1中灾害减弱至无害时刻)，配电网损失的配电量减少；

B)在抢修开始直至抢修基本完成时刻，提前部署人员物资一方面可提高设备健康程度，使得修复时间缩短；另一方面可缩短抢修过程中交通调度时间。受灾配电网抢修时间整体缩短，抢修过程中损失减少。

现有技术中，关于自然灾害下的电网风险评估问题，已有不少文献进行相关研究。这些研究大多采用统计手段进行电网灾损分布研究，其优点是概率参数的获取较为容易，缺点是数据的采样和观测较少，且由于缺乏机理性的模型支撑，对未来灾害的损失的评估可能和实际情况存在较大差异。

灾后损失削减的精确计算难度较大，需要考虑灾害强度、电网抵御水平、灾前人员物资分配情况及灾后抢修过程等多种因素的影响。数据驱动和统计学的方法可以进行灾后损失的估计，但是此类方法一方面需要大量的样本数据，另一方面很难得到一个适用于不同配电网、不同灾害场景的通用损失评估模型，灾害损失的预测准确度不高。因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电网安全风险评估和消减方法、装置及存储介质，可以解决现有技术中对未来灾害的损失的评估可能和实际情况存在较大差异、灾害损失的预测准确度不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种配电网安全风险评估和消减方法，包括以下步骤：

步骤1、根据预测的灾害强度，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量；

步骤2、根据计算的应急资源和应急人员的数量在每个配电网设备处和应急救援中心处进行部署；

步骤3、灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员。

进一步的，所述的步骤1中应急资源和应急人员的数量的计算公式为：

其中：

R_s(x)表示受到灾害冲击后配电网系统负荷停电的风险；

R_e(x)表示受到灾害冲击后配电网停电的最大损失；

X表示的是所有可能的应急人员和物资调配方案。

进一步的，所述的配电网系统负荷停电的风险的计算公式为：

其中：

c代表负荷编号，C表示所有负荷编号的集合；T_s表示台风减弱到无害的时刻；P_c(x,t)表示的是t时刻负荷c的停运概率；V_c为负荷的价值系数；F_c(t)表示t时刻负荷c损失的功率。

进一步的，所述的配电网停电的最大损失的计算公式为：

其中：

s表示受灾后配网设备损坏的场景；

Ω_x表示当给定了应急人员和物资的调配方案后配点网设备受灾停运的可能场景集合；

T_e表示抢修结束的时刻；

θ_c(s,φ(x,t))表示t时刻负荷c的失电函数，取值为1时，表示负荷c仍然处于失电状态，取值为0时，表示负荷c恢复供电；

φ(x,t)表示供电路径抢修方案。

进一步的，所述的步骤3包括：

步骤301、计算受损配电网设备的修复效率；

步骤302、判断受损配电网设备的修复效率是否≥1，如果是，则不做处理，否则转至步骤303；

步骤303、统计各配电网设备及抢修中心可供调配的应急资源和人员数量；

步骤304、对受损配电网设备进行优先级排序，根据排序结果，依次从受损配电网设备距离近的冗余点向该受损配电网设备调配应急资源和人员；重复步骤301至步骤304，直至所有的受损配电网设备的修复效率≥1。

进一步的，所述的计算受损配电网设备的修复效率的公式为：

其中：

proc_d为配电网设备d的修复效率，

为t时刻的修复效率。

进一步的，所述的t时刻的修复效率的计算公式为：

其中：

表示配电网设备d当前需要的应急人员和应急资源。

进一步的，所述的对受损配电网设备进行优先级排序的计算公式为：

其中：

C_d是配电网设备d下游的所有负荷节点的集合，V_c为负荷的价值系数，F_c为负荷的价值系数。

第二方面，本发明提供一种配电网安全风险评估和消减装置，包括：

停电风险评估模块，根据输入的预测的灾害强度，计算受到灾害冲击后配电网系统停电的风险；

停电损失消减模块，根据输入的预测的灾害强度，计算受到灾害冲击后配电网系统停电的最大损失；

应急物资数量计算模块，根据受到灾害冲击后配电网系统停电的风险和停电的最大损失，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量；

动态分配模块，灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员，具体过程包括：计算受损配电网设备的修复效率；判断受损配电网设备的修复效率是否≥1，如果是，则不做处理，否则统计各配电网设备及抢修中心可供调配的应急资源和人员数量；对受损配电网设备进行优先级排序，根据排序结果，依次从受损配电网设备距离近的冗余点向该受损配电网设备调配应急资源和人员；重复上述过程直至所有的受损配电网设备的修复效率≥1。

第三方面，本发明提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，运行所述计算机程序，能执行上述配电网安全风险评估和消减方法。

本发明的配电网安全风险评估和消减方法、装置及存储介质，减小对灾害的损失评估与实际情况的差异，提高预测的准确度。有效地降低配电网在台风灾后的整体停运概率、减少电网灾后恢复过程中的损失。

附图说明

图1为有人员物资提前部署和无人员物资提前部署的配电损失对比示意图；

图2为电气设备加固前后的脆性曲线示意图；

图3为抢修过程中人员和物资动态分配模拟过程示意图；

图4为本发明的配电网安全风险评估和消减方法步骤图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明的配电网安全风险评估和消减方法，包括以下步骤：

步骤1、根据预测的灾害强度，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量。

灾害强度包括但不限于风速、风力覆盖的范围等。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量的公式为：

其中，R_s表示的是受到自然灾害冲击后配电网系统负荷停电的风险，R_e是受到自然灾害冲击后配电网停电的最大损失。考虑到应急人员和物资属于采购项目，上述目标函数中没有考虑应急人员和物资的使用成本，即为了购置和分配应急物资，以及使用应急人员所需要付出的资金。

x＝[r_d,h_d,r_m,h_m]，d∈D,m∈M,表示部署在不同的配电网设备d处和应急救援中心m处的应急资源和应急人员的数量。X表示的是所有可能的应急人员和物资调配方案。应满足约束条件：

Σ_d∈Dr_d+Σ_m∈Mr_m＝r_total (2)

Σ_d∈Dh_d+Σ_m∈Mh_m＝h_total (3)

其中h_total和r_total分别表示可供调度的人员与物资总数。

为了简化问题，这里认为所有的应急资源和人员都是均质的，即不考虑资源类型和人员能力的差异。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，配电网系统负荷停运的风险R_s的计算公式为：

其中，c代表负荷编号，C表示所有负荷编号的集合；T_s表示台风减弱到无害的时刻；P_c(x,t)表示的是t时刻负荷c的停运概率；V_c为负荷的价值系数；F_c(t)表示t时刻负荷c损失的功率。V_c及F_c(t)由配电网信息给出，P_c(x,t)则与灾害强度及发展过程、电力设备抗灾参数、人员物资部署信息、电气拓扑连接有关。

从供电点到负荷c的路线记为rt_c。则：

其中P_rt(x,t)表示输电路线rt的故障概率。有：

P_rt(x,t)＝1-Π_d∈rt(1-P_d(x,t)) (6)

其中d∈rt表示配电网设备d在路线rt上，P_d(x,t)表示d的故障概率。

根据工程结构分析，在给定灾害强度S_d(如风速)下，配电网设备达到损坏状态ds的概率由对数正态分布函数描述：

其中

和β_ds分别为配电网设备达到临界损坏状态时的灾害强度的期望和标准差。

经人员物资的提前调配，增强设备抗灾强度后，认为：

其中

为设备全新时使其达到临界损坏状态的灾害强度的期望，

表示配电网设备d的设计抗灾强度，ω^d(a^d,h_d,r_d)表示加固后配电网设备d的抗灾强度。有：

其中，

表示电气设备eⁱ的设计使用寿命，a^d为设备实际投运时间；ξ_d为设备达到使用寿命时抗灾等级损失的程度，取值在[0,1]；h_d是部署在电气设备d的抢修人员的数量；λ_d为投入抢修人员的作用系数，其表征了投入到电气设备的维修人员可以起到的抗灾提升的最大效果，一般情况下取值不会很大，取值在[0,0.5]之间。

是加固电气设备eⁱ所需的基础资源数量，如一套加固件套装，r_d是加固资源的部署量。

由此得配电网设备在台风灾害下的脆性曲线：

其中v_critical为设备可能损坏的风力临界值，v_collapse为设备几乎一定损坏的风力临界值。P_hw(v)为风力在以上二值之间时杆塔对应损坏的概率，由式(7)计算得出。设备脆性曲线如图2所示。

在台风灾害中，通过气象预报得知台风推进的范围及最大风速，进而即可计算出配网受灾停电风险。

进一步的，在本申请的一种优选实施方式中，配电网受自然灾害冲击后停电的最大损失R_e的计算公式为：

其中，s表示的是受灾后配网设备损坏的场景，Ω_x表示的是当给定了应急人员和物资的调配方案后配网中设备受灾停运的可能场景集合；T_e代表抢修结束的时刻；θ_c(s,φ(x,t))是t时刻负荷c的失电函数，取值为1时，表示负荷c仍然处于失电状态，取值为0时，表示负荷c恢复供电；φ(x,t)代表的是供电路径抢修方案，即t时刻抢修人员和物资具体的调度和使用情况。

在此优化问题中，为减少计算量、同时保证算法具有一定鲁棒性，认为设备受灾停运概率与其损坏程度正相关、与其修复效率负相关。由过往经验，在人员物资充裕的条件下，将配电网设备d从损坏状态修复效率为

(量纲为％/h)。则灾后t时刻修复效率表示为：

其中

表示配电网设备d当前需要的人力和物资。表示为：

其中

表示设备d从损坏状态修复所需的人力和物资，

表示电力设备d修复的时间。满足：

表示d处现有的人力和物质。φ(x,t)表示为

表示t时刻从应急抢修中心运输到配电网设备、在配电网设备之间互相运输的物资和人员数量。应满足约束条件：

式(16)～(17)表示从抢修中心运出的人力和设备不大于其现有的人员物资量，式(18)～(19)表示从物资需求点处运出的人力和设备不大于其当前冗余量，式(20)～(21)表示运至某点的人员和设备不应大于该点缺口量(鉴于人员物资的有限性)。

θ_c(s,φ(x,t))可表示为：

其中

表示负荷c恢复供电的时间。由于抢修为并行过程，有：

其中

表示输电路线rt修复的时间。有：

步骤2、根据计算的应急资源和应急人员的数量在每个配电网设备处和应急救援中心处进行部署。

步骤3、灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员。

在该优化问题中，希望抢修过程中停电损失是只与灾前部署x有关的变量。简单起见，动态分配应急资源和人员数量的过程如图3所示，具体包括：

步骤301、计算受损配电网设备的修复效率。

进一步的，计算受损配电网设备的修复效率的公式为：

其中，proc_d为配电网设备d的修复效率。

为t时刻的修复效率，计算公式如公式(12)所示。

步骤302、判断受损配电网设备的修复效率是否≥1，如果是，则不做处理，否则转至步骤303。

步骤303、统计各配电网设备及抢修中心可供调配的应急资源和人员数量。

步骤304、对受损配电网设备进行优先级排序，根据排序结果，依次从受损配电网设备距离近的冗余点向该受损配电网设备调配应急资源和人员；重复步骤301至步骤304，直至所有的受损配电网设备的修复效率≥1。

进一步的，对受损配电网设备进行优先级排序的计算公式为：

其中C_d是配电网设备d下游的所有负荷节点的集合，V_c为负荷的价值系数，F_c为负荷的价值系数。V_c及F_c由配电网信息给出。

补充说明：

t时刻物资从某点运出后，需经过一段交通时间后到达目的地。一般情况下，两地之间交通时间可由现有地图工具平台估计得出。

人员物资的重复调配约束条件：

对于抢修人员：在满足工作时间限制的前提下，可重复调配；人员连续工作达最大时间限度后，经过特定长度的休息时间，也可以再次调配。

对于抢修物资：认为是一次性的，即不可重复调配。

本发明提供了进行人员、物资的提前部署办法，能够有效地降低配电网在台风灾后的整体停运概率、减少电网灾后恢复过程中的损失。具体作用体现在：ⅰ.在配电网设备点部署人员，使得一旦有设备损坏状况可及时得到上报，加快响应速度。ii.人员可对设备上挂附的枝叶等进行清理，降低设备短路概率；ⅲ.部署加固物资可降低设备损坏风险。ⅳ.当配电网设备的停运概率减小，可认为电气设备健康程度提高，灾后抢修速度加快，能更快恢复供电；v.提前将人员物资分布式调配，可缩短灾后抢修过程中的交通时间。将以上因素综合考虑并对目标进行建模，得出了本发明所提出的配电网安全风险评估和消减装置。

本发明的配电网安全风险评估和消减装置，包括停电风险评估模块、停电损失消减模块、应急物资数量计算模块、动态分配模块，其中：

停电风险评估模块，根据输入的预测的灾害强度，计算受到灾害冲击后配电网系统停电的风险。

停电损失消减模块，根据输入的预测的灾害强度，计算受到灾害冲击后配电网系统停电的最大损失。

应急物资数量计算模块，根据配电网系统受灾害冲击后停运的风险R_s和配电网系统受灾害冲击后停电的最大损失R_e，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量。

动态分配模块，灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员。

一种存储介质，其中存储有计算机程序，运行所述计算机程序，可以执行上述配电网安全风险评估和消减方法。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据预测的灾害强度，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量；

步骤2、根据计算的应急资源和应急人员的数量在每个配电网设备处和应急救援中心处进行部署；

步骤3、灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员；

所述的步骤3包括：

步骤301、计算受损配电网设备的修复效率；

步骤302、判断受损配电网设备的修复效率是否≥1，如果是，则不做处理，否则转至步骤303；

步骤303、统计各配电网设备及抢修中心可供调配的应急资源和人员数量；

步骤304、对受损配电网设备进行优先级排序，根据排序结果，依次从受损配电网设备距离近的冗余点向该受损配电网设备调配应急资源和人员；重复步骤301至步骤304，直至所有的受损配电网设备的修复效率≥1。

2.根据权利要求1所述的配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，所述的步骤1中应急资源和应急人员的数量的计算公式为：

其中：

R_s(x)表示受到灾害冲击后配电网系统负荷停电的风险；

R_e(x)表示受到灾害冲击后配电网停电的最大损失；

X表示的是所有可能的应急人员和物资调配方案。

3.根据权利要求2所述的配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，所述的配电网系统负荷停电的风险的计算公式为：

其中：

c代表负荷编号，C表示所有负荷编号的集合；T_s表示台风减弱到无害的时刻；P_c(x,t)表示的是t时刻负荷c的停运概率；V_c为负荷的价值系数；F_c(t)表示t时刻负荷c损失的功率。

4.根据权利要求2所述的配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，所述的配电网停电的最大损失的计算公式为：

其中：

s表示受灾后配网设备损坏的场景；

Ω_x表示当给定了应急人员和物资的调配方案后配点网设备受灾停运的可能场景集合；

T_e表示抢修结束的时刻；

θ_c(s,φ(x,t))表示t时刻负荷c的失电函数，取值为1时，表示负荷c仍然处于失电状态，取值为0时，表示负荷c恢复供电；

φ(x,t)表示供电路径抢修方案。

5.根据权利要求1所述的配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，所述的计算受损配电网设备的修复效率的公式为：

其中：

proc_d为配电网设备d的修复效率，

为t时刻的修复效率。

6.根据权利要求5所述的配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，所述的t时刻的修复效率的计算公式为：

其中：

表示配电网设备d当前需要的应急人员和应急资源。

7.根据权利要求1所述的配电网安全风险评估和消减方法，其特征在于，所述的对受损配电网设备进行优先级排序的计算公式为：

其中：

C_d是配电网设备d下游的所有负荷节点的集合，V_c为负荷的价值系数，F_c为负荷的价值系数。

8.配电网安全风险评估和消减装置，其特征在于，包括：

停电风险评估模块，根据输入的预测的灾害强度，计算受到灾害冲击后配电网系统停电的风险；

停电损失消减模块，根据输入的预测的灾害强度，计算受到灾害冲击后配电网系统停电的最大损失；

应急物资数量计算模块，根据受到灾害冲击后配电网系统停电的风险和停电的最大损失，计算部署在每个配电网设备处和应急救援中心处的应急资源和应急人员的数量；

动态分配模块，灾后抢修过程中，实时计算受损配电网设备的修复效率，动态分配冗余的应急资源和应急人员，具体过程包括：计算受损配电网设备的修复效率；判断受损配电网设备的修复效率是否≥1，如果是，则不做处理，否则统计各配电网设备及抢修中心可供调配的应急资源和人员数量；对受损配电网设备进行优先级排序，根据排序结果，依次从受损配电网设备距离近的冗余点向该受损配电网设备调配应急资源和人员；重复上述过程直至所有的受损配电网设备的修复效率≥1。

9.一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，运行所述计算机程序，能执行权利要求1至7任一项所述的配电网安全风险评估和消减方法。

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