CN113659570B - 一种面向弹性提升的配电网电力-通信故障协同修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向弹性提升的配电网电力‑通信故障协同修复方法，包括如下步骤：1)极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障定为紧急光纤故障，生成其修复方案并进行修复，非紧急的光纤故障暂不修复；2)将配电网的电力节点和移动基站划分1、2级网格，确定网格修复顺序，生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，非紧急移动基站故障暂不修复；3)生成通信系统中非紧急光纤故障和非紧急移动基站故障的修复方案并进行修复。该方法考虑了配电网通信系统故障给配电网负荷恢复带来的影响，将配电网的通信故障与电力故障协同修复，可带来更有效和快速的故障恢复，进而提高配电网的弹性。

Description

一种面向弹性提升的配电网电力-通信故障协同修复方法
技术领域
本发明涉及配电系统工程技术领域，尤其是面向弹性提升的配电网电力-通信故障协同修复方法。
背景技术
近年来，全球台风、冰雪、地震等极端自然灾害及恶意人为网络攻击发生的次数不断增多，同时令人震惊的是电力基础设施仍然容易受这些极端事件扰动的影响。电网的弹性定义为系统抵制各种危害，承受初始故障后果，并快速恢复到正常运行状态的能力。极端事件发生前后，弹性电网的故障响应过程分为3个阶段：故障前预防阶段，故障渗透阶段，故障恢复阶段(运营者组织电网修复并使电网逐渐恢复到正常运行水平的阶段)。恢复力是弹性电网的重要指标之一。
配电网位于电力系统末端，相对于主网更为脆弱；且不同于网状拓扑的输电网，配电网大多具有径向树状网络拓扑，及固有的电力资源密度特性，这些使得配电网对强烈干扰更敏感。已证明配电系统是电力基础设施中最脆弱的部分。实质上，电力系统的弹性被认为等同于配电系统的弹性。此外，不可控分布式电源及电动汽车等多元设备的大量接入对配电网安全可靠运行带来了严峻挑战；且配电网直接面向用电用户，是保障社会经济发展和人民生活的基础设施。由此，构建极端扰动后实现快速恢复的弹性配电网成为配电网建设的迫切需要。
随着信息通信技术的发展，传统配电网逐渐演变为信息与电力融合的系统，配电网对其通信系统的依赖性不断增强。配电网通信系统的通信方式包括光纤通信和基于移动基站的无线通信，光纤通信主要用于通过通信来实现故障自动隔离，馈线、及配电网的调度自动化操作指令，同时具有传输信息数据的功能；基于移动基站的无线通信主要负责传输信息数据。极端事件对配电网电力与通信系统会造成较大损害，一旦配电网通信系统故障，指挥人员将可能无法及时获取配电网的状态信息。由此，通信故障会影响配电网电力故障的恢复过程。目前，针对极端事件后配电网故障恢复阶段的研究，尚未计及通信故障的影响，一般电力修复先于通信系统的修复，两者之间缺乏协调，而两者的协调，可带来更有效和快速的故障修复。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种面向弹性提升的配电网电力-通信故障协同修复方法，包括如下步骤：
1)极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，生成其修复方案并进行修复，非紧急的光纤故障暂不修复，然后遥控联络开关对配电网进行网架重构；
2)网架重构后，将配电网的电力节点和移动基站划分1、2级网格，确定网格修复顺序，再生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，将电力故障和紧急移动基站故障修复，非紧急移动基站故障暂不修复；
3)生成通信系统中非紧急光纤故障和非紧急移动基站故障的修复方案并进行修复。
其中，所述的极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，生成其修复方案并进行修复，非紧急的光纤故障暂不修复，然后遥控联络开关对配电网进行网架重构，具体如下：
极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，紧急光纤故障的判定方法为：若光纤故障处于联络开关到指挥中心通路的路径上，且该路径上的光纤故障数量在所有路径中最少，则该光纤故障为紧急光纤故障，否则该光纤故障为非紧急光纤故障；判定后，根据抢修队伍行进路线最短的原则将紧急光纤故障依次修复，非紧急光纤故障暂不修复；然后遥控联络开关的开合对配电网进行网架重构。
其中，所述的网架重构后，将配电网的电力节点和移动基站划分1、2级网格，确定网格修复顺序，再生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，将电力故障和紧急移动基站故障修复，非紧急移动基站故障暂不修复，具体如下：
1)根据配电网通信系统中移动基站对电力节点的覆盖范围，对配电网进行网格划分：以指挥中心为坐标建立1级网格，命名为(a)，网格(a)中包括了该指挥中心控制的全部电力节点，a为对应指挥中心的编号；在网格(a)中，以移动基站为坐标建立2级网格，命名为(a，b)，网格(a，b)中包括了该移动基站覆盖的全部电力节点，b为网格(a)中移动基站的编号；网格(a，b)中，有(a，b，1)和(a，b，2)两部分，前者对应网格内的移动基站，后者对应移动基站(a，b，1)覆盖的电力节点集合；(a，b，2)中，电力节点命名为(a，b，2，i)，i为(a，b，2)中电力节点的编号；
2)根据已划分的配电网1、2级网格，确定网格修复顺序如下：
1级网格修复顺序确定方式为：第1轮计算，在网格未修复场景下，计算所有1级网格的修复优先级指标Ma，令Ma最大的1级网格修复顺序为1；第2轮计算，在修复顺序为1的1级网格修复完成的场景下，计算其他未修复的1级网格的修复优先级指标Ma，令其中Ma最大的1级网格修复顺序为2；第3轮计算，在修复顺序为1和2的1级网格修复完成的场景下，计算其他未修复的1级网格的修复优先级指标Ma，令其中Ma最大的1级网格修复顺序为3；以此类推，最终确定所有1级网格的修复顺序；
1级网格(a)的修复优先级指标Ma计算方式为：
Figure BDA0003210718160000031
其中，wa,b,2.i为电力节点(a，b，2，i)的负荷权重，La,b,2,i为(a，b，2，i)的负荷量，ya,b,2.i为0-1变量，若(a，b，2，i)正常运行，则ya,b,2.i为1，否则，ya,b,2.i为0，(1-ya,b,2.i)wa,b, 2.iLa,b,2,i表示(a，b，2，i)损失的负荷价值，单一电力节点的负荷价值只能全部损失或者全部存活，ta,b为网格(a，b)内已损失的负荷价值全部恢复所需时间，Ba为1级网格(a)内2级网格的数量，Na,b,2为2级网格(a，b)内电力节点的数量；
式(1)的Ma越大，单位时间网格(a)恢复的负荷价值越多，网格的恢复力越强；当一个1级网格内全部2级网格的电力故障修复完成后再修复下一个1级网格；单个1级网格修复下，其2级网格修复顺序的确定方式与1级网格修复顺序的确定方式相似，区别在于确定2级网格修复顺序时计算的指标为2级网格的恢复力指标Ma,b；
2级网格(a，b)的修复优先级指标Ma,b计算方式为：
Figure BDA0003210718160000032
3)确定网格修复顺序后，将2级网格移动基站故障和电力故障的修复整体考虑，通过修复移动基站故障保证指挥中心获取电力故障信息，提高电力故障修复效率；2级网格电力故障和移动基站故障修复方案为：判定该2级网格内移动基站故障的紧急性，若为非紧急移动基站故障，则暂不修复该基站，直接修复该网格的电力故障，若为紧急移动基站故障，则先修复该移动基站故障，再修复该网格的电力故障；2级网格内移动基站故障紧急性的方法为：计算2级网格(a，b)内电力节点的通信覆盖率fa,b，若fa,b小于等于覆盖率要求α，该移动基站故障为紧急故障，否则，该移动基站故障为非紧急故障；2级网格(a，b)通信覆盖率fa,b的计算方式为：
Figure BDA0003210718160000041
其中，ga,b,2,i为电力节点(a，b，2，i)的通信覆盖情况，若指挥中心可以通过光纤或移动基站获取该节点信息数据，则ga,b,2,i为1，否则ga,b,2,i为0；
4)2级网格电力故障的修复采用面向电力故障修复的多轮跟进优化修复策略，流程如下：
①形成已知电力故障集合；
②判断电力故障集合是否为空，若集合为空则结束，否则执行③；
③获取各抢修队伍与各电力故障的坐标，计算空闲抢修队伍到各个电力故障的距离；
④求解面向电力故障修复的单轮优化模型，得到空闲抢修队的任务分配情况和电力故障修复时间；
⑤某一电力故障修复完成后，更新网格内电力负荷价值恢复情况，更新抢修队位置，更新其他电力故障剩余修复时长，跳转到②；
其中，面向电力故障修复的单轮优化模型如下：
模型的目标函数为当前轮次下配电网损失的负荷价值与电力故障修复时间的积最小，即抢修收益最大，如式(4)所示：
Figure BDA0003210718160000042
其中，tj为修复电力故障j所需时间，ha,b,2,i,j为0-1变量，若电力节点(a，b，2，i)因电力故障j的修复而恢复负荷价值，则ha,b,2,i,j为0，否则ha,b,2,i,j为1，na,b为2级网格(a，b)中电力故障数量，A为1级网格(a)的数量；
约束条件如下：
①单一任务约束：即每个抢修队至多被派往一个电力故障点去抢修，如式(5)所示：
Figure BDA0003210718160000043
其中，xkj为0-1变量，若抢修队k被派去抢修电力故障j，则xkj为1，否则xkj为0，m为抢修队的总数；
②电力故障修复时间约束：即电力故障j可能由多个抢修队共同抢修，此时电力故障j修复工时Tj由多个队伍共同分担，再考虑到各抢修队路上的时间，得到约束条件如式(6)所示：
Figure BDA0003210718160000051
其中，dkj为抢修队k到电力故障j的距离，v为所有抢修队移动速度；dkj/v为抢修队k赶往电力故障j的时间；(tj-dkj/v)为抢修队k实际参与电力故障j修复的时间，抢修队k每分钟可以提供Nk分钟的个人工时，ε为较小的正有理数；
式(6)为非线性约束，引入辅助变量pkj代替xkj(tj-dkj/v)，对式(6)进行线性化处理后，式(6)化为线性约束条件式(7)：
Figure BDA0003210718160000052
③派遣必要性约束：只有抢修队k行进在前往电力故障j的途中，电力故障j未被其他抢修队修复，才有必要将抢修队k派往该处，该约束如式(8)所示：
Figure BDA0003210718160000053
其中，所述的生成通信系统中非紧急光纤故障和非紧急移动基站故障的修复方案并进行修复，具体如下：
非紧急移动基站和非紧急光纤故障，统称为非紧急通信故障，电力故障修复完成后，修复非紧急通信故障时，采用面向非紧急通信故障的多轮跟进优化修复策略；面向非紧急通信故障的多轮跟进优化修复策略与面向电力故障的多轮跟进优化修复策略流程大体相同，只在以下部分有所变动：
1)流程中的修复对象由电力故障变为非紧急通信故障；
2)流程中面向电力故障修复的单轮优化模型变为面向非紧急通信故障修复的单轮优化模型：
模型的目标为修复时间最短，式(9)为其目标函数：
Figure BDA0003210718160000054
其中，tr为修复非紧急通信故障r所需时间，w为非紧急通信故障数量；
式(10)为单一任务约束，式(11)为非紧急通信故障修复时间约束，式(12)为派遣必要性约束：
Figure BDA0003210718160000055
Figure BDA0003210718160000056
Figure BDA0003210718160000057
其中，xkr为0-1变量，表示是否派抢修队k去修复非紧急故障r，dkr表示抢修队k到非紧急故障r的距离；
用辅助变量pkr代替xkr(tr-dkr/v)，对式(11)进行线性化处理后，式(11)转化为线性约束条件式(13)：
Figure BDA0003210718160000061
面向非紧急通信故障修复的约束条件表达的含义与面向电力故障修复的约束条件表达的含义，除修复对象不同外均一致。
本发明实施例，至少具有如下有益的技术效果：
1)配电网电力-通信故障协同修复方法，考虑了配电网通信系统故障给配电网负荷恢复带来的影响，将配电网通信故障和电力故障协同修复，该方法解决了先修复电力故障后修复通信故障方法下电力故障信息获取受阻、电力调度自动化受阻的问题，也可解决先修复通信故障后修复电力故障方法下电力负荷恢复用时过长的问题。
2)配电网电力-通信故障协同修复方法中的多轮跟进优化修复策略，根据电力故障或通信故障的抢修进度将抢修计划多轮优化，其中单轮优化在跟进抢修任务完成进度的同时，优化调整抢修队的任务安排，实现了抢修队伍的高效配合，具有很好的工程实用性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种面向弹性提升的配电网电力-通信协同修复方法的流程图；
图2是本发明一实施例的配电网电力-通信系统拓扑及故障场景分布图；
图3是面向弹性提升的配电网电力-通信协同修复方法、先修复电力故障后修复通信故障方法、先修复通信故障后修复电力故障方法的整体负荷价值恢复曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
一种面向弹性提升的配电网电力-通信协同修复方法，如图1所示，包括如下步骤：
1)极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，生成其修复方案并进行修复，非紧急的光纤故障暂不修复，然后遥控联络开关对配电网进行网架重构；
2)网架重构后，将配电网的电力节点和移动基站划分1、2级网格，确定网格修复顺序，再生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，将电力故障和紧急移动基站故障修复，非紧急移动基站故障暂不修复；
3)生成通信系统中非紧急光纤故障和非紧急移动基站故障的修复方案并进行修复。
其中，所述的极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，生成其修复方案并进行修复，非紧急的光纤故障暂不修复，然后遥控联络开关对配电网进行网架重构，具体如下：
极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，紧急光纤故障的判定方法为：若光纤故障处于联络开关到指挥中心通路的路径上，且该路径上的光纤故障数量在所有路径中最少，则该光纤故障为紧急光纤故障，否则该光纤故障为非紧急光纤故障；判定后，根据抢修队伍行进路线最短的原则将紧急光纤故障依次修复，非紧急光纤故障暂不修复；然后遥控联络开关的开合对配电网进行网架重构。
其中，所述的网架重构后，将配电网的电力节点和移动基站划分1、2级网格，确定网格修复顺序，再生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，将电力故障和紧急移动基站故障修复，非紧急移动基站故障暂不修复，具体如下：
1)根据配电网通信系统中移动基站对电力节点的覆盖范围，对配电网进行网格划分：以指挥中心为坐标建立1级网格，命名为(a)，网格(a)中包括了该指挥中心控制的全部电力节点，a为对应指挥中心的编号；在网格(a)中，以移动基站为坐标建立2级网格，命名为(a，b)，网格(a，b)中包括了该移动基站覆盖的全部电力节点，b为网格(a)中移动基站的编号；网格(a，b)中，有(a，b，1)和(a，b，2)两部分，前者对应网格内的移动基站，后者对应移动基站(a，b，1)覆盖的电力节点集合；(a，b，2)中，电力节点命名为(a，b，2，i)，i为(a，b，2)中电力节点的编号；
2)根据已划分的配电网1、2级网格，确定网格修复顺序如下：
1级网格修复顺序确定方式为：第1轮计算，在网格未修复场景下，计算所有1级网格的修复优先级指标Ma，令Ma最大的1级网格修复顺序为1；第2轮计算，在修复顺序为1的1级网格修复完成的场景下，计算其他未修复的1级网格的修复优先级指标Ma，令其中Ma最大的1级网格修复顺序为2；第3轮计算，在修复顺序为1和2的1级网格修复完成的场景下，计算其他未修复的1级网格的修复优先级指标Ma，令其中Ma最大的1级网格修复顺序为3；以此类推，最终确定所有1级网格的修复顺序；
1级网格(a)的修复优先级指标Ma计算方式为：
Figure BDA0003210718160000081
其中，wa,b,2.i为电力节点(a，b，2，i)的负荷权重，La,b,2,i为(a，b，2，i)的负荷量，ya,b,2.i为0-1变量，若(a，b，2，i)正常运行，则ya,b,2.i为1，否则，ya,b,2.i为0，(1-ya,b,2.i)wa,b, 2.iLa,b,2,i表示(a，b，2，i)损失的负荷价值，单一电力节点的负荷价值只能全部损失或者全部存活，ta,b为网格(a，b)内已损失的负荷价值全部恢复所需时间，Ba为1级网格(a)内2级网格的数量，Na,b,2为2级网格(a，b)内电力节点的数量；
式(1)的Ma越大，单位时间网格(a)恢复的负荷价值越多，网格的恢复力越强；当一个1级网格内全部2级网格的电力故障修复完成后再修复下一个1级网格；单个1级网格修复下，其2级网格修复顺序的确定方式与1级网格修复顺序的确定方式相似，区别在于确定2级网格修复顺序时计算的指标为2级网格的恢复力指标Ma,b；
2级网格(a，b)的修复优先级指标Ma,b计算方式为：
Figure BDA0003210718160000082
3)确定网格修复顺序后，将2级网格移动基站故障和电力故障的修复整体考虑，通过修复移动基站故障保证指挥中心获取电力故障信息，提高电力故障修复效率；2级网格电力故障和移动基站故障修复方案为：判定该2级网格内移动基站故障的紧急性，若为非紧急移动基站故障，则暂不修复该基站，直接修复该网格的电力故障，若为紧急移动基站故障，则先修复该移动基站故障，再修复该网格的电力故障；2级网格内移动基站故障紧急性的方法为：计算2级网格(a，b)内电力节点的通信覆盖率fa,b，若fa,b小于等于覆盖率要求α，该移动基站故障为紧急故障，否则，该移动基站故障为非紧急故障；2级网格(a，b)通信覆盖率fa,b的计算方式为
Figure BDA0003210718160000083
其中，ga,b,2,i为电力节点(a，b，2，i)的通信覆盖情况，若指挥中心可以通过光纤或移动基站获取该节点信息数据，则ga,b,2,i为1，否则ga,b,2,i为0；
4)2级网格电力故障的修复采用面向电力故障修复的多轮跟进优化修复策略，流程如下：
①形成已知电力故障集合；
②判断电力故障集合是否为空，若集合为空则结束，否则执行③；
③获取各抢修队伍与各电力故障的坐标，计算空闲抢修队伍到各个电力故障的距离；
④求解面向电力故障修复的单轮优化模型，得到空闲抢修队的任务分配情况和电力故障修复时间；
⑤某一电力故障修复完成后，更新网格内电力负荷价值恢复情况，更新抢修队位置，更新其他电力故障剩余修复时长，跳转到②；
其中，面向电力故障修复的单轮优化模型如下：
模型的目标函数为当前轮次下配电网损失的负荷价值与电力故障修复时间的积最小，即抢修收益最大，如式(4)所示：
Figure BDA0003210718160000091
其中，tj为修复电力故障j所需时间，ha,b,2,i,j为0-1变量，若电力节点(a，b，2，i)因电力故障j的修复而恢复负荷价值，则ha,b,2,i,j为0，否则ha,b,2,i,j为1，na,b为2级网格(a，b)中电力故障数量，A为1级网格(a)的数量；
约束条件如下：
①单一任务约束：即每个抢修队至多被派往一个电力故障点去抢修，如式(5)所示：
Figure BDA0003210718160000092
其中，xkj为0-1变量，若抢修队k被派去抢修电力故障j，则xkj为1，否则xkj为0，m为抢修队的总数；
②电力故障修复时间约束：即电力故障j可能由多个抢修队共同抢修，此时电力故障j修复工时Tj由多个队伍共同分担，再考虑到各抢修队路上的时间，得到约束条件如式(6)所示：
Figure BDA0003210718160000093
其中，dkj为抢修队k到电力故障j的距离，v为所有抢修队移动速度；dkj/v为抢修队k赶往电力故障j的时间；(tj-dkj/v)为抢修队k实际参与电力故障j修复的时间，抢修队k每分钟可以提供Nk分钟的个人工时，ε为较小的正有理数；
式(6)为非线性约束，引入辅助变量pkj代替xkj(tj-dkj/v)，对式(6)进行线性化处理后，式(6)化为线性约束条件式(7)：
Figure BDA0003210718160000101
③派遣必要性约束：只有抢修队k行进在前往电力故障j的途中，电力故障j未被其他抢修队修复，才有必要将抢修队k派往该处，该约束如式(8)所示：
Figure BDA0003210718160000102
其中，所述的生成通信系统中非紧急光纤故障和非紧急移动基站故障的修复方案并进行修复，具体如下：
非紧急移动基站和非紧急光纤故障，统称为非紧急通信故障，电力故障修复完成后，修复非紧急通信故障时，采用面向非紧急通信故障的多轮跟进优化修复策略；面向非紧急通信故障的多轮跟进优化修复策略与面向电力故障的多轮跟进优化修复策略流程大体相同，只在以下部分有所变动：
1)流程中的修复对象由电力故障变为非紧急通信故障；
2)流程中面向电力故障修复的单轮优化模型变为面向非紧急通信故障修复的单轮优化模型：
模型的目标为修复时间最短，式(9)为其目标函数：
Figure BDA0003210718160000103
其中，tr为修复非紧急通信故障r所需时间，w为非紧急通信故障数量；
式(10)为单一任务约束，式(11)为非紧急通信故障修复时间约束，式(12)为派遣必要性约束：
Figure BDA0003210718160000104
Figure BDA0003210718160000105
Figure BDA0003210718160000106
其中，xkr为0-1变量，表示是否派抢修队k去修复非紧急故障r，dkr表示抢修队k到非紧急故障r的距离；
用辅助变量pkr代替xkr(tr-dkr/v)，对式(11)进行线性化处理后，式(11)转化为线性约束条件式(13)：
Figure BDA0003210718160000107
面向非紧急通信故障修复的约束条件表达的含义与面向电力故障修复的约束条件表达的含义，除修复对象不同外均一致。
本发明采用修改后的IEEE33节点配电网电力系统和光纤网络-移动基站通信系统组成的配电网电力-通信系统算例系统，拓扑结构如图2所示，移动基站覆盖范围见表1。电力节点1连接外部主网，节点5、9、18、21、25、33处依次配置1-6号移动基站，节点8与21、9与15、18与33、25与29之间分别配置联络开关。算例故障场景如图2所示，包括电力故障12处、光纤故障7处、移动基站故障6处，其中电力节点2、12、17、30处故障修复工时20min，、节点6、22、23处故障修复工时30min，节点10、13、16、28处故障修复工时40min，光纤故障修复工时15min，移动基站故障修复工时15min。抢修队数量m设为1，其每分钟提供个人工时数Nk设为1，抢修队初始位置与节点1坐标一致，移动速度v设为0.2单位距离每分钟，网格的通信覆盖率要求α设为90％。
表1移动基站覆盖范围
Figure BDA0003210718160000111
1)光纤故障紧急性判定
由光纤故障紧急性判定方法得到判定结果为：18号、22号光纤故障为紧急光纤故障，3号、6号、11号、13号光纤故障为非紧急光纤故障。
2)配电网网格划分、确定网格修复顺序以及移动基站故障紧急性判定
算例系统根据网格划分方法划分后，得到1级网格1个，2级网格6个。
2级网格经过6轮修复优先级指标计算得到网格修复顺序为(1,2)、(1,3)、(1,5)、(1,1)、(1,4)、(1,6)，各轮次2级网格修复优先级指标Ma,b的计算结果与修复顺序见表2。
移动基站故障紧急性判定结果为：移动基站(1,1,1)、(1,2,1)、(1,3,1)、(1,5,1)的故障为紧急移动基站故障，移动基站(1,4,1)(1,6,1)的故障为非紧急移动基站故障。各网格通信覆盖率fa,b计算结果及移动基站紧急性判定结果见表3。
表2网格修复顺序计算结果
Figure BDA0003210718160000112
表3移动基站紧急性判定结果
Figure BDA0003210718160000121
3)电力-通信故障协同修复结果
通过面向弹性提升的配电网电力通信故障协同修复方法修复算例系统电力故障和通信故障，得到算例场景故障修复流程以及系统负荷价值恢复情况。系统中各电力节点存活的负荷价值之和为系统的整体负荷价值，算例系统未故障时整体负荷价值为5842，故障后整体负荷价值降为720。以修复开始为0时刻，60.9分钟后，完成紧急光纤故障的修复，此时通过网架重构系统的整体负荷价值恢复到2344；761分钟后，完成紧急移动通信故障与电力故障的修复，系统的整体负荷价值恢复到5842；981.5分钟后，完成非紧急通信故障的修复，至此算例中的电力故障与通信故障修复完成。系统故障修复流程中各时刻系统的整体负荷价值见表4。
表4电力-通信故障协同修复流程各时刻系统的整体负荷价值
Figure BDA0003210718160000122
续表4
Figure BDA0003210718160000131
在算例场景下，采用多轮跟进优化修复策略对算例系统故障分别采用先修复通信故障后修复电力故障的修复方法和先修复电力故障后修复通信故障的修复方法进行修复，得到两组故障修复数据，并将故障修复过程分别绘制成整体负荷价值-时间曲线图，同时，采用本发明方法对算例系统故障修复过程也绘制成整体负荷价值-时间曲线图，三条曲线的对比如图3所示。
结果显示，采用先修复通信故障后修复电力故障的方法，延误了电力负荷的恢复，系统的负荷价值累积损失量为1901059.5，；采用先修复电力故障后修复通信故障的方法，修复电力故障时无法获得充足的电力故障信息，降低的故障修复效率，系统的负荷价值累积损失量为1496736.8；采用本发明方法，电力故障与通信故障协同修复，保证了电力故障信息获取与调度自动化的同时及时修复已确定的电力故障，系统的负荷价值累积损失量为1246723.9，证明了本发明实施例方法的有效性。

Claims (2)

1.一种面向弹性提升的配电网电力-通信协同修复方法，其特征在于，所述一种面向弹性提升的配电网电力-通信协同修复方法包括如下步骤：
1)极端事件后，判定配电网通信系统中光纤故障的紧急性，将影响遥控联络开关的光纤故障确定为紧急光纤故障，生成其修复方案并进行修复，非紧急的光纤故障暂不修复，然后遥控联络开关对配电网进行网架重构；
2)网架重构后，将配电网的电力节点和移动基站划分1、2级网格，确定网格修复顺序，再生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，将电力故障和紧急移动基站故障修复，非紧急移动基站故障暂不修复；
3)生成通信系统中非紧急光纤故障和非紧急移动基站故障的修复方案并进行修复；
其中，步骤2)中所述的确定网格修复顺序，包括如下步骤：
1级网格修复顺序确定方式为：第1轮计算，在网格未修复场景下，计算所有1级网格的修复优先级指标Ma，令Ma最大的1级网格修复顺序为1；第2轮计算，在修复顺序为1的1级网格修复完成的场景下，计算其他未修复的1级网格的修复优先级指标Ma，令其中Ma最大的1级网格修复顺序为2；第3轮计算，在修复顺序为1和2的1级网格修复完成的场景下，计算其他未修复的1级网格的修复优先级指标Ma，令其中Ma最大的1级网格修复顺序为3；以此类推，最终确定所有1级网格的修复顺序；
1级网格(a)的修复优先级指标Ma计算方式为：
Figure FDA0003914131230000011
其中，wa,b,2.i为电力节点(a，b，2，i)的负荷权重，La,b,2,i为(a，b，2，i)的负荷量，ya,b,2.i为0-1变量，若(a，b，2，i)正常运行，则ya,b,2.i为1，否则，ya,b,2.i为0，(1-ya,b,2.i)wa,b,2.iLa,b,2,i表示(a，b，2，i)损失的负荷价值，单一电力节点的负荷价值只能全部损失或者全部存活，ta,b为网格(a，b)内已损失的负荷价值全部恢复所需时间，Ba为1级网格(a)内2级网格的数量，Na,b,2为2级网格(a，b)内电力节点的数量；
式(1)的Ma越大，单位时间网格(a)恢复的负荷价值越多，网格的恢复力越强；当一个1级网格内全部2级网格的电力故障修复完成后再修复下一个1级网格；单个1级网格修复下，其2级网格修复顺序的确定方式与1级网格修复顺序的确定方式相似，区别在于确定2级网格修复顺序时计算的指标为2级网格的恢复力指标Ma,b；
2级网格(a，b)的修复优先级指标Ma,b计算方式为：
Figure FDA0003914131230000021
式(2)的Ma,b越大，网格(a，b)的恢复力越强。
2.根据权利要求1所述的一种面向弹性提升的配电网电力-通信协同修复方法，其特征在于，所述再生成2级网格中电力故障和移动基站故障修复方案，其中的生成2级网格中电力故障修复方案，包括如下步骤：
2级网格电力故障的修复采用面向电力故障修复的多轮跟进优化修复策略，流程如下：
1)形成已知电力故障集合；
2)判断电力故障集合是否为空，若集合为空则结束，否则执行3)；
3)获取各抢修队伍与各电力故障的坐标，计算空闲抢修队伍到各个电力故障的距离；
4)求解面向电力故障修复的单轮优化模型，得到空闲抢修队的任务分配情况和电力故障修复时间；
5)某一电力故障修复完成后，更新网格内电力负荷价值恢复情况，更新抢修队位置，更新其他电力故障剩余修复时长，跳转到2)；
其中，面向电力故障修复的单轮优化模型如下：
模型的目标函数为当前轮次下配电网损失的负荷价值与电力故障修复时间的积最小，即抢修收益最大，如式(3)所示：
Figure FDA0003914131230000022
其中，tj为修复电力故障j所需时间，ha,b,2,i,j为0-1变量，若电力节点(a，b，2，i)因电力故障j的修复而恢复负荷价值，则ha,b,2,i,j为0，否则ha,b,2,i,j为1，na,b为2级网格(a，b)中电力故障数量，A为1级网格(a)的数量；
约束条件如下：
1)单一任务约束：即每个抢修队至多被派往一个电力故障点去抢修，如式(4)所示：
Figure FDA0003914131230000023
其中，xkj为0-1变量，若抢修队k被派去抢修电力故障j，则xkj为1，否则xkj为0，m为抢修队的总数；
2)电力故障修复时间约束：即电力故障j可能由多个抢修队共同抢修，此时电力故障j修复工时Tj由多个队伍共同分担，再考虑到各抢修队路上的时间，得到约束条件如式(5)所示：
Figure FDA0003914131230000031
其中，dkj为抢修队k到电力故障j的距离，v为所有抢修队移动速度；dkj/v为抢修队k赶往电力故障j的时间；(tj-dkj/v)为抢修队k实际参与电力故障j修复的时间，抢修队k每分钟可以提供Nk分钟的个人工时，ε为较小的正有理数；
式(5)为非线性约束，引入辅助变量pkj代替xkj(tj-dkj/v)，对式(5)进行线性化处理后，式(5)化为线性约束条件式(6)：
Figure FDA0003914131230000032
3)派遣必要性约束：只有抢修队k行进在前往电力故障j的途中，电力故障j未被其他抢修队修复，才有必要将抢修队k派往该处，该约束如式(7)所示：
Figure FDA0003914131230000033
由式(3)、式(4)、式(6)和式(7)构成面向电力故障修复的单轮优化模型。
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