CN113673791A - 基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法 - Google Patents

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CN113673791A CN202111226819.6A CN202111226819A CN113673791A CN 113673791 A CN113673791 A CN 113673791A CN 202111226819 A CN202111226819 A CN 202111226819A CN 113673791 A CN113673791 A CN 113673791A
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Abstract

本发明提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，包括：S1：输入停电需求、电网拓扑结构和负荷功率预测值等信息；S2：得到停电需求集；S3：设置停电计划集；S4：对停电需求进行排序；S5：在排序后的停电需求集中选择某一需求进行编排；S6：确定当前编排需求的停电时间；S7：提取当前编排需求的停电时间对应的网架拓扑，并确定当前需求在该停电时间内可能有的方式调整方案，若无，则返回S6，若有则进入S9；S8：回溯操作并返回S5；S9：更新停电时间内对应的网架拓扑；S10：循环S5‑S9，得到所有需求的停电时间及相应需求的方式调整方案。本发明能兼顾编排周期内电网每天的工作量，确保工作量均衡。

Description

基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法
技术领域
本发明属于电网控制技术领域，尤其涉及基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法。
背景技术
合理、科学地编排停电计划，可以减少设备的停运次数或停运时间，进而降低设备停电对电网运行的影响。现有的自动化系统尚未能支撑复杂的停电计划编排工作，大多数电网公司仍采用人工编排的方式来编排停电计划。然而，在人工编排中，方式运行策划专责人员的专业技术能力和工作经验将直接影响到编排方案的优劣性；专责人员往往独立完成负责区域的计划，单纯靠人力分析设备停电方式间的相互影响，可能导致编排方案下的系统可靠性得不到保证；同时人工编排需要耗费大量的时间和精力，效率较低。
在人工编排中，停电计划编排既要优化停电计划的排期，也要合理地安排给定停电计划下的方式调整。在现有的研究中，大部分学者把研究侧重点放在了排期优化问题上。目前，有部分学者研究了方式调整中的负荷转电路径问题，但其研究背景多为电网输电阻塞或者设备过载甚至是故障下的电网重构，基于计划停电下的站内设备方式调整及负荷转电的研究甚少。
虽然现有部分文献考虑了负荷转移路径优化、协调检修优化以及检修时间优化这三个子问题，但是其所提模型以失负荷量最小为目标，所提模型只适合于低电压等级配电网，所得结果可能会出现失负荷。而在其他文献中，更关注于停电计划排期优化问题的求解。因此，为了更好地解决停电计划编排问题，亟需一种符合实际编排情况且结合排期优化和方式调整的停电计划编排方法。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，结合排期优化和方式调整进而对停电计划进行有效编排，为计划编制人员提供相应的辅助决策。
为了实现前述发明目的，本发明提供的一种电网停电计划编排优化方法，包括：
基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，包括以下步骤：
S1：输入停电需求信息、电网拓扑结构信息和负荷功率预测值；
S2：根据停电需求信息得到停电需求集O，停电需求集O={O 1,O 2,…,O m }，m为停电需求的数量，且m≥1；
S3：设置停电计划集P，其中，停电计划集P初始为空集；
S4：对停电需求集O中的停电需求按照优先级评价机制进行排序，获得排序后的停电需求集O r ，排序后的停电需求集O r 中的停电需求的排序为O r1,O r2,…,O rm ；
S5：在排序后的停电需求集O r 中选择一条停电需求O rh 进行编排；其中，h∈{1,2,…,m}，当第一次选择编排的停电需求时，选择优先级最高的停电需求；在后续的停电需求选择中，先采用最小剩余值启发式的思想选择编排的停电需求；当采用最小剩余值启发式无法选出编排的停电需求时，则采用优先级评价机制进行选择；
S6：确定当前编排的停电需求O rh 的停电时间，当编排第一个停电需求时，此时停电计划集P为空集，确定当前编排的停电需求的停电时间后则进入S7；当编排后续停电需求时，此时停电计划集P不为空，若此时编排的停电需求的停电时间存在，则进入S7，反之则进入S8；
S7：提取当前编排的停电需求O rh 的停电时间[x h， x h +D h -1]所对应的网架拓扑结构，并确定停电需求O rh 在该停电时间内可能有的方式调整方案；其中，x h 为起始停电时间，D h 为停电需求O rh 的工期；判断当前编排的停电需求O rh 是否存在可行的方式调整方案，如果不存在，则返回S6重新调整当前编排的停电需求的停电时间；如果存在，则进入S9；
S8：进行回溯操作，将停电计划集P的最后一条停电计划重新加入停电需求集O r 中，复原执行该停电计划所做的网架拓扑修改，并返回至S5；
S9：根据当前编排的停电需求O rh 的停电时间和可行的方式调整方案，更新停电时间[x h， x h +D h -1]内对应的网架拓扑，并在停电需求集O r 中删除已编排好的停电需求O rh ，在停电计划集P添加已确定停电时间和方式调整方案的停电需求O rh ；
S10：判断排序后的停电需求集O r 中是否存在停电需求，如果存在，则循环步骤S5-S9，反之则输出结果，得到所有停电需求的停电时间以及相应停电需求的方式调整方案。
进一步地，S1中所述的停电需求信息包括每条停电需求的停电设备、停电意愿时间、复电意愿时间、工期、申请单位、内容简述、电压等级、与该停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备集所对应的停电需求集A和存在互斥关系的互斥设备所对应的停电需求集H。
进一步地，S3中所述的优先级评价机制是对所有停电需求进行排序以设置优先级。
进一步地，所述对所有停电需求进行排序以设置优先级中，将停电需求的电压权重乘以工期长短来获取优先级评价值，再以降序方式对优先级评价值进行排序。
进一步地，S5中所述最小剩余值启发式的思想是指先从与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备中筛选出可行停电时间最少的设备所对应的停电需求作为下一编排的停电需求；若无互斥设备，则从与当前编排的停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备中选择工期最长的设备所对应的停电需求作为下一编排的停电需求，若既无互斥设备也无同停设备，则采用优先级评价机制选择下一个编排的停电需求。
进一步地，所述的从与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备中筛选出可行停电时间最少的设备所对应的停电需求的步骤包括：分别计算与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备的可行停电时间，若多个互斥设备存在最小可行停电时间，则从该多个互斥设备中选择与其他互斥设备存在最多互斥关系的互斥设备所对应的停电需求作为下一个编排的停电需求，若仅一个互斥设备存在最小可行停电时间，则选该互斥设备所对应的停电需求作为下一个编排的停电需求。
进一步地，S6中所述确定当前编排的停电需求O rh 的停电时间中，当停电需求O rh 仅存在一个可选的停电时间时，选择该停电时间为停电需求O rh 的停电时间；当存在多个可选的停电时间时，通过排期优化模型确定停电需求O rh 的停电时间，所述排期优化模型以工作量均匀和停电需求偏离初始上报时间较小为目标；
其中，所述排期优化模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，α、β分别是工作量均匀和停电需求偏离初始上报时间较小两个目标的权重；X kt 为第k条停电需求在第t天是否停电，k∈{1,2,…,n}，n为已编排需求的个数加1；
Figure 55915DEST_PATH_IMAGE002
为平 均工作量，其为n个停电需求的工期之和除以N，N为编排周期的总天数；x j 为第j条停电需求 的停电起始时间；x j0 为第j条停电需求初始上报的停电起始时间；X jt 为第j条停电需求在第t天是否停电，X it 是第i条停电需求在第t天是否停电，i∈C；sqrt()是开方操作；C为已经编 制好的停电需求序号集；H为存在互斥关系的互斥设备所对应的停电需求集；D j 为第j条停 电需求的工期；A为与停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备所对应的停电需求 集；M t 为第t天的最大可执行工作量；OP为已经筛选过的第j条停电需求起始停电时间集合。
进一步地，在采用所述以工作量均匀和停电计划偏离初始上报时间较小为目标确定当前编排的停电需求的停电时间前，还包括步骤：所述确定当前编排停电需求的停电时间中，若存在多个可行的停电时间，则先剔除会导致后续停电需求无法编排的停电时间。
进一步地，S7中所述可能有的方式调整方案的确定方式为，根据当前停电设备的属性和预设的方式调整模板，结合电网拓扑搜索，得到初步方式调整方案。
进一步地，S7中，从初步方式调整方案中判断当前编排停电需求是否存在可行的方式调整方案时，对初步方式调整方案进行安全校核，判断电网中的设备是否存在重载的情况，如果有，则当前编排的停电需求不存在可行的方式调整方案；若调整方案不存在重载的情况，则当前编排的停电需求存在可行的方式调整方案。
进一步地，所述判断电网中的设备是否存在重载是指设备所传输的功率是否超过其功率限值的80%，若超过，则存在重载。
进一步地，S7中，若从所述初步方式调整方案中无法得到可行的方式调整方案时，还包括步骤：对所述初步方式调整方案进行源荷再分配，得到再分配后的方式调整方案，然后判断再分配后的方式调整方案是否存在可行的方式调整方案，其中，源荷再分配的模型为
Figure 601295DEST_PATH_IMAGE003
Figure 185598DEST_PATH_IMAGE004
式中，式中，γ、θ为不同目标的权重系数，f 1(z c ab )为联络边状态变化率，z c ab 表示由电源c供电的负荷a与负荷b的边是否被选择， f 2(y ac , Q, q a )为源点负载率，y ac 表示负荷a是否由电源c供电，L={1,…,d}表示负荷节点编号，d为负荷节点的个数，a∈L，b∈L，且a≠b，Q={Q d+1,…, Q d+g }表示源提供的功率上限，g为提供功率的电源个数，表示第a个负荷所需的功率，为第c个源节点，F⊆L，F为部分负荷节点组成的集合，E={d+1,…,d+g}表示源节点编号，c∈E，e∈F，f∈F，e≠f，P l 为第l条线路传输的有功功率，P lmax 为第l条线路输的有功功率限值，ΔLoss为失负荷量，z c ef 表示由源c供电的负荷e与负荷f的边是否被选择；其中
Figure 849666DEST_PATH_IMAGE005
Figure 47341DEST_PATH_IMAGE006
l total 为联络边的总数，std()函数求某个向量的标准差，z c ab(ori)表征原始运行状态下联络边的通断状态，y a(d+g)表示负荷a是否由编号为（d+g）的电源供电。
与现有技术相比，本发明能够实现的有益效果至少如下：
本发明通过分别对每个停电需求的排期进行优化，并且在确定其停电需求的排期后确定相应的方式调整方案，在完成前一条停电需求的排期优化的方式调整方案后再继续确定下一条停电需求的排期和方式调整方案，即在对下一条停电需求的排期和方式调整方案进行确定时会考虑前面已编排的停电需求，如此即可以针对电网的所有停电需求得到一个最优的排期以及针对每条停电需求的方式调整方案，得到停电计划编排方案，并且不会出现因停电需求冲突而导致失负荷的情况，使计划编排更合理，更符合实际运行的需求。同时，本发明所提的方法能合理兼顾编排周期内每天的工作量，确保工作量均衡。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中的停电需求集编排执行流程示意图。
图3是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中的排期优化与方式调整的关系示意图。
图4是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中的停电需求的停电设备之间的同停和互斥关系示意图。
图5是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中的停电需求的停电时间确定方式示意图。
图6是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中的停电计划编排过程中下一需求的选择示意图。
图7是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中停电需求的方式调整方案确定流程示意图。
图8是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中初步方式调整方案的流程示意图。
图9是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中测试网架结构图。
图10是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中调整前后每天的工作量对比示意图。
图11是本发明实施例提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法中每个停电计划停电时间的甘特图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都是本发明保护的范围。
请参阅图1-图11，本发明提供的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，包括以下步骤：
步骤1：输入停电需求信息、电网拓扑结构信息和负荷功率预测值。
在本发明其中一个实施例中，停电需求信息包括每条停电需求的停电设备、停电意愿时间、复电意愿时间、工期、申请单位、内容简述、电压等级、与该停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备所对应的停电需求集A和存在互斥关系的互斥设备所对应的停电需求集H。
其中，在本发明其中一个实施例中，设备间存在互斥关系则意味着两个停电需求所对应的停电设备的停电时间错开，设备间存在同停关系则意味着两个停电需求所对应的停电设备的停电时间存在包含关系。
步骤2：根据停电需求信息得到停电需求集O，停电需求集O={O 1,O 2,…,O m }，m为停电需求的数量，且m≥1。
步骤3：设置停电计划集P，其中，停电计划集P初始为空集。
步骤4：对停电需求集O中的停电需求按照优先级评价机制进行排序，获得排序后的停电需求集O r ，排序后的停电需求集O r 中的停电需求的排序为O r1,O r2,…,O rm 。
步骤5：在排序后的停电需求集O r 中选择一条停电需求O rh 进行编排；其中，h∈{1,2,…,m}，当第一次选择编排的停电需求时，选择优先级最高的停电需求；在后续的停电需求选择中，先采用最小剩余值启发式的思想选择编排的停电需求；当采用最小剩余值启发式无法选出编排的停电需求时，则采用优先级评价机制进行选择。
本发明中，优先级评价机制是对所有停电需求进行排序以设置优先级，选择优先级最高的停电需求作为当前编排的停电需求。在本发明其中一个实施例中，设定优先级评价机制，考虑的是电压等级和工期长短，设定优先级评价值为电压权重乘以工期长短，以优先级评价值降序进行排序。如当电压为220kV时，设置其电压权重为0.8，当电压为110kV时，设置其电压权重为0.2，工期长短则以实际天数进行计算。
本发明中，采用最小剩余值启发式确定所要选的停电需求中，请参阅图6，先从与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备中筛选出可行停电时间最少的设备所对应的停电需求作为下一编排的停电需求；若无互斥设备，则从与当前编排的停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备中选择工期最长的设备所对应的停电需求作为下一编排的停电需求，若既无互斥设备也无同停设备，则采用优先级评价机制选择下一个编排的停电需求。其中，从与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备中筛选出可行停电时间最少的设备所对应的停电需求的步骤包括：分别计算与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备的可行停电时间，若多个互斥设备存在最小可行停电时间，则从该多个互斥设备中选择与其他互斥设备存在最多互斥关系的互斥设备所对应的停电需求作为下一个编排的停电需求，若仅一个互斥设备存在最小可停电时间，则选该互斥设备所对应的停电需求作为下一个编排的停电需求。
步骤6：确定当前编排的停电需求O rh 的停电时间，当编排第一个停电需求时，此时停电计划集P为空集，确定当前编排的停电需求的停电时间后则进入步骤7；当编排后续停电需求时，此时停电计划集P不为空，若此时编排的停电需求的停电时间存在，则进入步骤7，反之则进入步骤8。
在本发明其中一个实施例中，确定当前编排的停电需求O rh 的停电时间中，请参阅图5，当仅存在一个可选的停电时间时，确定该停电时间为当前编排的停电需求的停电时间；当存在多个可选停电时间时，先进行前向检验，依次选定当前编排的停电需求的可选停电时间，判断与其存在互斥关系的停电需求是否有可行停电时间，若无，则剔除该导致后续停电需求无法编排的停电时间，这可以避免因停电时间选择不当导致后续停电需求因无法编排而回溯，可以加快编排速度；若剔除后只存在一个停电时间，则将该停电时间确定为当前编排停电需求的停电时间，若仍存在多个可选停电时间，则通过排期优化模型确定当前编排需求的停电时间，所述排期优化模型以工作量均匀且停电需求偏离初始上报时间较小为目标。
其中，所述排期优化模型如下：
Figure 203385DEST_PATH_IMAGE001
其中，α、β分别是工作量均匀和停电需求偏离初始上报时间较少两个目标的权重；X kt 为第k条停电计划在第t天是否停电，k∈{1,2,…,n}，n为已编排需求的个数加1；
Figure 201166DEST_PATH_IMAGE002
为平 均工作量，其为n个停电需求的工期之和除以N，N为编排周期的总天数；x j 为第j条停电需求 的停电起始时间；x j0 为第j条停电需求初始上报的停电起始时间；X jt 为第j条停电需求在第t天是否停电，X it 是第i条停电需求在第t天是否停电，i∈C；sqrt()是开方操作；C为已经编 制好的停电需求序号集；H为存在互斥关系的停电需求集合；D j 为第j条停电需求的工期；A 为存在同停关系的停电需求集合；M t 为第t天的最大可执行工作量；OP为已经筛选过的第j 条停电需求起始停电时间集合。
式（1）为目标函数，选择工作量均匀和停电时间偏离初始上报时间较小作为目标，通过标准差的大小来表征工作量的均匀程度。在目标设置上，在本发明其中一个实施例中，优先考虑工作量均匀目标，对第二个目标的赋权低于第一个目标，即α＞β，如α=0.95，β=0.05。
式（2）表示的是停电需求间所对应的停电设备存在互斥关系，此约束是为了避免环网供电及电气孤岛的形成。由于存在互斥关系的停电设备所对应停电需求的停电时间需要错开，因此其在一个周期内的排期取值相乘之和为0，如图4中（a）所示。
式（3）表示的是同时停电约束，此约束是为了避免重复停电，一般来讲具有同一电气间隔的设备同时停电。因在本发明其中一个实施例中，在排序过程中考虑了工期长短，因此后续停电需求的停电时间应该包含在已编排的同停需求的停电时间中，如图4中（b）所示。
式（4）限制了一天的最大工作量，这是从实际运行班组出发进行考虑所得到的约束，即一天的工作量并不能超过现有的人力和物资；在本发明其中一个实施例中，每一天的工作量均限制在四项计划同时执行的工作量以内。
式（5）表示每一个停电需求的停电持续性，即当触发执行某一条停电需求时，必须执行完该计划的全过程，而不能跨过几天再执行。
式（6）从初始上报时间确定当前停电需求的可选停电初始时间。在初始上报时间上，各运维单位从自身资源准备上进行考虑。因此，如果当前编排停电需求的停电设备与已编排停电需求的停电设备之间均不存在同停关系时，则该停电需求的停电时间只能调整在上报时间之后，而不能在上报时间之前。
式（7）表示筛选过的停电时间不在后续选择的范围内。在约束（1）-（6）的限制下，该模型可以得到第j条停电需求最优的停电起始时间，但在该停电时间下可能不存在可行方式调整方案，因此设置该约束是使得下一次优化时，不再选择该停电起始时间。
在实际编排中，根据已有的信息，可以确定式（4）、（6）和（7）中除变量外的常量，而约束（5）可以由（6）和（7）进行确定，而对于约束（2）和（3）来讲，编排人员根据自己的操作经验和知识储备，可以确定停电设备间的同停关系和互斥关系。该模型的变量只有第j条停电需求的停电时间，可以通过搜索算法如枚举法进行求解。
步骤7：提取当前编排的停电需求O rh 的停电时间[x h， x h +D h -1]所对应的网架拓扑结构，并确定停电需求O rh 在该停电时间内可能有的方式调整方案；其中，x h 为起始停电时间，D h 为停电需求O rh 的工期；判断当前编排的停电需求O rh 是否存在可行的方式调整方案，如果不存在，则返回步骤6重新调整当前编排的停电需求的停电时间；如果存在，则进入步骤9。
方式调整问题本质上是一个优化问题，是通过局部网络中线路或者开关的通断来实现电网的重构，以保障受影响设备正常的供电路径，避免局部电网出现失电的情况。对于每一个设备的停电，频繁地通过优化模型去求解方式调整方案，会带来较大的计算量。为了较快得到方式调整方案，在本发明其中一个实施例中，通过场景映射和电网拓扑搜索的方式得到可能有的初步方式调整方案，请参阅图7、图8，具体步骤包括：
根据停电设备的相关属性预先设定映射表，该映射表中根据不同的设备属性预设了相应的方式调整模板；
由当前编排的停电需求的停电设备的相关属性映射出方式调整模板，通过电网拓扑搜索获取当前编排的停电需求的停电设备的影响区域和通电路径，得到初步方式调整方案。在本发明其中一个实施例中，如果某一设备停电造成其他设备供电来源或通电路径减少，则相应设备为受影响设备，单个或多个受影响设备组成影响区域。
在本发明其中一个实施例中，预设的映射表如表1所示。
Figure 307357DEST_PATH_IMAGE007
从初步方式调整方案中判断当前编排的停电需求是否存在可行的方式调整方案时，对初步方式调整方案进行安全校核，判断电网中的设备是否存在重载的情况，如果有，则当前编排的停电需求不存在可行的方式调整方案；若调整方案不存在重载的情况，则当前编排的停电需求存在可行的方式调整方案。具体的，在本发明其中一个实施例中，设备是否重载是指设备所传输的功率是否超过其功率限值的80%，若超过，则存在重载。
本步骤中，若从初步方式调整方案中无法得到可行的方式调整方案，则对初步方式调整方案进行源荷再分配，得到再分配后的方式调整方案，然后从再分配后的方式调整方案中判断当前编排的停电需求是否存在可行的方式调整方案，若存在，将当前编排的停电需求的停电时间和可行的方式调整方案对应，更新其对应的网架拓扑，并在停电需求集O r 中删除已编排好的停电需求O rh ，在停电计划集P添加已确定停电时间和方式调整方案的停电需求O rh 。
在本发明其中一个实施例中，从再分配后的方式调整方案中判断当前编排的停电需求是否存在可行的方式调整方案的方法也是通过对分配后的方式调整方案进行安全校核，判断电网中的设备是否存在重载的情况，若调整方案满足电网运行要求，则当前编排计划存在可行的方式调整方案。
在本发明其中一个实施例中，源荷分配问题本质上也是一个负荷转移问题。针对该问题，本发明的优化目标是使转移过程中的开关动作次数少以及转移后相关设备的负载率均衡。在负荷转移过程中，考虑到110kV电网辐射运行特性和电网运行的安全性，源荷分配的模型可以构建如下：
Figure 997970DEST_PATH_IMAGE003
Figure 969206DEST_PATH_IMAGE004
式中，γ、θ为不同目标的权重系数，f 1(z c ab )为联络边状态变化率，z c ab 表示由电源c供电的负荷a与负荷b的边是否被选择， f 2(y ac , Q, q a )为源点负载率，y ac 表示负荷a是否由电源c供电，L={1,…,d}表示负荷节点编号，d为负荷节点的个数，a∈L，b∈L，且a≠b，Q={Q d+1,…, Q d+g }表示源提供的功率上限，g为提供功率的电源个数，表示第a个负荷所需的功率，为第c个源节点，F⊆L，F为部分负荷节点组成的集合，E={d+1,…,d+g}表示源节点编号，c∈E，e∈F，f∈F，e≠f，P l 为第l条线路传输的有功功率，P lmax 为第l条线路输的有功功率限值，ΔLoss为失负荷量，z c ef 表示由源c供电的负荷e与负荷f的边是否被选择；其中
Figure 917482DEST_PATH_IMAGE005
Figure 821722DEST_PATH_IMAGE006
l total 为联络边的总数，std()函数求某个向量的标准差，z c ab(ori)表征原始运行状态下联络边的通断状态，y a(d+g)表示负荷a是否由编号为（d+g）的电源供电。
式（9）保证每个负荷由一个源供电；式（10）为每个源能提供的功率限制，每个源所带的负荷量不能超过其限值的0.8，即源所在厂站的主变都不能处于重载状态；式（11）确保每个源所带的负荷通路不会形成环路，式（12）是对变量的取值进行限制，当相应的边连接上时，设置为1。式（13）限制了线路传输功率需低于限值的0.8，即确保线路不重载运行。式（14）限制了在进行方案选择时，只能选择不会造成负荷失电的方案。针对该模型，可以采用模拟退火算法或遗传算法进行求解。
对于每个停电需求来说，排期优化是一个在时间维度上搜索停电时间的过程，而方式调整是一个在空间维度上搜索供电路径的过程。这两个问题并非相互独立，每个停电需求的排期窗口会影响其方式调整方案，而方式调整方案的选择又会影响停电需求的停电时间。对于每一条停电需求来讲，其编排过程实质是两个问题交替优化的过程，请参阅图3。对于多条停电需求，下一条停电需求的编排过程会受到已编排停电需求的停电时间及其所对应的方式调整方案的影响，将已编排停电需求的停电时间及其所对应的方式调整方案作为边界条件。
因此，停电计划编排优化问题包含：①所有停电需求的排期确定；②单条停电需求的排期优化和③给定排期后单条停电需求的方式调整三个问题，其中后两者的交替优化即为考虑方式调整的单条停电需求的排期问题。①②③的关系为：②和③的优化需要以①当前的结果作为边界条件，①的优化需要②和③交替优化的结果，这是一个双迭代过程。通过②和③的交替优化即可确定当前停电编排停电需求的停电时间和方式调整方案。在获得当前停电需求的结果时，需以其为边界条件，重新确定①。其中②和③的交替优化的终止条件为③存在着可行方案或已将所有可行停电时间遍历完。当完成②和③的交替优化过程且②和③仍旧不同时存在可行解，则与①进行迭代，重新编排①中停电需求序列中的上一条已确定停电计划，直至当前停电需求的②和③同时存在可行解。
步骤8：进行回溯操作，将停电计划集P的最后一条停电计划重新加入停电需求集O r 中，复原执行该停电计划所做的网架拓扑修改，并返回至步骤5。
步骤9：根据当前编排的停电需求O rh 的停电时间和可行的方式调整方案，更新停电时间[x h， x h +D h -1]内对应的网架拓扑，并在停电需求集O r 中删除已编排好的停电需求O rh ，在停电计划集P添加已确定停电时间和方式调整方案的停电需求O rh 。
步骤10：判断排序后的停电需求集O r 中是否存在停电需求，如果存在，则循环步骤5-步骤9，反之则输出结果，得到所有停电需求的停电时间以及相应停电需求的方式调整方案。
下面采用一个具体的实例对本发明方法的有效性进行验证。测试网架如图9所示，初始停电需求信息如表2所示。根据人工编排经验可以确定CW线与SW线，LZS.110kV5M母线和LZS.110kV6M母线存在着互斥关系，YSGS.#2主变与SY线存在着同停关系。其中停电时间本应该错开的LZS.110kV 5M母线和LZS.110kV6M母线出现了停电时间的重合，而停电时间本应该重合的YSGS.#2主变与SY线却安排在不同时段停电，需要分别对其进行调整。此外，在初始上报信息中，每一天的工作量极不均匀，比如10号的停电计划有4项，31号的停电计划只有0项。经过本发明提供的方法进行优化后，得到的具体调整方案如表3所示，调整前后的工作量对比如图10所示，调整后各停电计划的停电时间安排如图11所示。
Figure 479974DEST_PATH_IMAGE008
Figure 565322DEST_PATH_IMAGE009
经过调整之后，存在同停关系的YSGS.#2主变和SY线的停电时间重合，存在互斥关系的LZS.110kV5M母线和LZS.110kV6M母线的停电时间错开。此外，为达到工作量尽量均匀，对其他停电需求的停电时间进行相应的调整，计划排期的调整可以从图11中清晰地看出。从图10和图11可以看出，经过调整后，日工作量明显比调整前均衡，每天的工作量基本为2个设备停电。同时，所获得的方式调整方案不会造成负荷损失，且系统中无设备过载，满足电网运行需求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：输入停电需求信息、电网拓扑结构信息和负荷功率预测值；
S2：根据停电需求信息得到停电需求集O，停电需求集O={O 1,O 2,…,O m }，m为停电需求的数量，且m≥1；
S3：设置停电计划集P，其中，停电计划集P初始为空集；
S4：对停电需求集O中的停电需求按照优先级评价机制进行排序，获得排序后的停电需求集O r ，排序后的停电需求集O r 中的停电需求的排序为O r1,O r2,…,O rm ；
S5：在排序后的停电需求集O r 中选择一条停电需求O rh 进行编排；其中，h∈{1,2,…,m}，当第一次选择编排的停电需求时，选择优先级最高的停电需求；在后续的停电需求选择中，先采用最小剩余值启发式的思想选择编排的停电需求；当采用最小剩余值启发式无法选出编排的停电需求时，则采用优先级评价机制进行选择；
S6：确定当前编排的停电需求O rh 的停电时间，当编排第一个停电需求时，此时停电计划集P为空集，确定当前编排的停电需求的停电时间后则进入S7；当编排后续停电需求时，此时停电计划集P不为空，若此时编排的停电需求的停电时间存在，则进入S7，反之则进入S8；
S7：提取当前编排的停电需求O rh 的停电时间[x h ,x h +D h -1]所对应的网架拓扑结构，并确定停电需求O rh 在该停电时间内可能有的方式调整方案；其中，x h 为停电需求O rh 的起始停电时间，D h 为停电需求O rh 的工期；判断当前编排的停电需求O rh 是否存在可行的方式调整方案，如果不存在，则返回S6重新调整当前编排的的停电时间；如果存在，则进入S9；
S8：进行回溯操作，将停电计划集P的最后一条停电计划重新加入停电需求集O r 中，复原执行该停电计划所做的网架拓扑修改，并返回至S5；
S9：根据当前编排的停电需求O rh 的停电时间和可行的方式调整方案，更新停电时间[x h ,x h +D h -1]内对应的网架拓扑，并在停电需求集O r 中删除已编排好的停电需求O rh ，在停电计划集P添加已确定停电时间和方式调整方案的停电需求O rh ；
S10：判断排序后的停电需求集O r 中是否存在停电需求，如果存在，则循环步骤S5-S9，反之则输出结果，得到所有停电需求的停电时间以及相应停电需求的方式调整方案。
2.根据权利要求1所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S1中所述的停电需求信息包括每条停电需求的停电设备、停电意愿时间、复电意愿时间、工期、申请单位、内容简述、电压等级、与该停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备所对应的停电需求集A和存在互斥关系的互斥设备所对应的停电需求集H。
3.根据权利要求1所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S3中所述的优先级评价机制是对所有停电需求进行排序以设置优先级。
4.根据权利要求3所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，所述对所有停电需求进行排序以设置优先级中，将停电需求的电压权重乘以工期长短来获取优先级评价值，再以降序方式对优先级评价值进行排序。
5.根据权利要求1所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S5中所述最小剩余值启发式的思想是指先从与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备中筛选出可行停电时间最少的设备所对应的停电需求作为下一编排的停电需求；若无互斥设备，则从与当前编排的停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备中选择工期最长的设备所对应的停电需求作为下一编排的停电需求，若既无互斥设备也无同停设备，则采用优先级评价机制选择下一个编排的停电需求。
6.根据权利要求5所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，所述的从与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备中筛选出可行停电时间最少的设备所对应的停电需求的步骤包括：分别计算与当前编排的停电需求中的停电设备存在互斥关系的互斥设备的可行停电时间，若多个互斥设备存在最小可行停电时间，则从该多个互斥设备中选择与其他互斥设备存在最多互斥关系的互斥设备所对应的停电需求作为下一个编排的停电需求，若仅一个互斥设备存在最小可行停电时间，则选该互斥设备所对应的停电需求作为下一个编排的停电需求。
7.根据权利要求1所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S6中所述确定当前编排的停电需求O rh 的停电时间中，当停电需求O rh 仅存在一个可选的停电时间时，选择该停电时间为停电需求O rh 的停电时间；当存在多个可选的停电时间时，通过排期优化模型确定停电需求O rh 的停电时间，所述排期优化模型以工作量均匀和停电需求偏离初始上报时间较小为目标；
其中，所述排期优化模型如下：
Figure 940243DEST_PATH_IMAGE002
Figure 796073DEST_PATH_IMAGE003
Figure 903618DEST_PATH_IMAGE004
其中，α、β分别是工作量均匀和停电需求偏离初始上报时间较小两个目标的权重；X kt 为 第k条停电需求在第t天是否停电，k∈{1,2,…,n}，n为已编排需求的个数加1；
Figure 235111DEST_PATH_IMAGE005
为平均工 作量，其为n个停电需求的工期之和除以N，N为编排周期的总天数；x j 为第j条停电需求的停 电起始时间；x j0 为第j条停电需求初始上报的停电起始时间；X jt 为第j条停电需求在第t天 是否停电，X it 是第i条停电需求在第t天是否停电，i∈C；sqrt()是开方操作；C为已经编制 好的停电需求序号集；H为存在互斥关系的互斥设备所对应的停电需求集；D j 为第j条停电 需求的工期；A为与停电需求中的停电设备存在同停关系的同停设备所对应的停电需求集；M t 为第t天的可执行最大工作量；OP为已经筛选过的第j条停电需求起始停电时间集合。
8.根据权利要求7所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，在采用所述以工作量均匀和停电计划偏离初始上报时间较小为目标确定当前编排的停电需求的停电时间前，还包括步骤：所述确定当前编排停电需求的停电时间中，若存在多个可行的停电时间，则先剔除会导致后续停电需求无法编排的停电时间。
9.根据权利要求1所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S7中所述可能有的方式调整方案的确定方式为，根据当前停电设备的属性和预设的方式调整模板，结合电网拓扑搜索，得到初步方式调整方案。
10.根据权利要求1所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S7中，从初步方式调整方案中判断当前编排停电需求是否存在可行的方式调整方案时，对初步方式调整方案进行安全校核，判断电网中的设备是否存在重载的情况，如果有，则当前编排的停电需求不存在可行的方式调整方案；若调整方案不存在重载的情况，则当前编排的停电需求存在可行的方式调整方案。
11.根据权利要求10所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，所述判断电网中的设备是否存在重载是指设备所传输的功率是否超过其功率限值的80%，若超过，则存在重载。
12.根据权利要求1-11任一所述的基于回溯搜索和交替迭代的电网停电计划编排优化方法，其特征在于，S7中，若从所述初步方式调整方案中无法得到可行的方式调整方案时，还包括步骤：对所述初步方式调整方案进行源荷再分配，得到再分配后的方式调整方案，然后判断再分配后的方式调整方案是否存在可行的方式调整方案，其中，源荷再分配的模型为
Figure 629182DEST_PATH_IMAGE006
Figure 260889DEST_PATH_IMAGE007
式中，γ、θ为不同目标的权重系数，f 1(z c ab )为联络边状态变化率，z c ab 表示由电源c供电的负荷a与负荷b的边是否被选择， f 2(y ac , Q, q a )为源点负载率，y ac 表示负荷a是否由电源c供电，L={1,…,d}表示负荷节点编号，d为负荷节点的个数，a∈L，b∈L，且a≠b，Q={Q d+1,…, Q d+g }表示源提供的功率上限，g为提供功率的电源个数，表示第a个负荷所需的功率，为第c个源节点，F⊆L，F为部分负荷节点组成的集合，E={d+1,…,d+g}表示源节点编号，c∈E，e∈F，f∈F，e≠f，P l 为第l条线路传输的有功功率，P lmax 为第l条线路输的有功功率限值，ΔLoss为失负荷量，z c ef 表示由源c供电的负荷e与负荷f的边是否被选择；
Figure 533476DEST_PATH_IMAGE008
Figure 889283DEST_PATH_IMAGE009
l total 为联络边的总数，std()函数求某个向量的标准差，z c ab(ori)表征原始运行状态下联络边的通断状态，y a(d+g)表示负荷a是否由编号为（d+g）的电源供电。
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