CN115619080A - 一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网应急抢修技术领域，提供了一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法。该方法包括：将电力用户分为住宅用户和产业用户；建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数，并基于产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数；通过负荷节点在设定时刻是否已恢复供电，获得配电网灾后应急抢修各约束，以进行配电网灾后应急抢修。本发明引入替代因子，使得对其停电损失进行更精确的评估；最大程度降低了停电给社会带来的影响；辅助电网抢修决策人员制定最优策略。

Description

一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法

技术领域

本发明涉及配电网应急抢修技术领域，尤其涉及一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法。

背景技术

配电网灾后应急抢修问题目的是把包括抢修物资、抢修队伍、应急电源车等抢修资源以合理的方案派遣至各故障点进行抢修，直至配电网恢复正常供电。目前，许多学者对电力应急抢修方法做了很多研究。魏瑞增将灾害发生区域划分为若干网格，利用随机森林算法预测每个网格的停电用户数量进行危险度分级，以抢修路径最短和恢复时间最短为目标对抢修队伍进行调拨。王城以最小物资采购费用和最短供货用时最小为目标函数，基于多目标粒子群优化算法建立电力物资保障和调配平台，对电力物资储备库存的分配进行优化。王红斌依据台风和配电网现场数据预测抢修资源需求量，发明了一种配电网应急抢修资源调度方法。周健分别构建了基于贪婪算法的以路径最短、抢修效果最好、抢修效率最高为目标函数的抢修策略，从中选取配电网损失最小的作为配电网抢修策略。李丹依据历史故障数据利用RBFNN预测模型对抢修资源需求量进行预测，以运输成本最小为目标对抢修小队和物资进行分配调度。

但是，以上学者均未考虑精细化的电力用户的停电损失，仅以负荷节点的固定权重替代，无法对停电损失较大的用户优先恢复供电。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法，以解决现有技术中同一等级下的电力用户的重要程度无法辨别，导致无法将停电损失应用于配电网灾后应急抢修中，以最大限度地降低电力用户因自然灾害等突发大面积停电事故所产生的停电损失。

本发明提供了一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法，包括：

S1.将电力用户分为住宅用户和产业用户；

S2.建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数，并基于所述产业用户停电损失函数和所述住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数；

S3.基于所述目标函数，通过负荷节点在设定时刻是否已恢复供电，获得配电网灾后应急抢修各约束，以进行配电网灾后应急抢修。

进一步地，所述S2中，所述产业用户停电损失函数包括如下计算式：

其中，

表示第i部门停电损失；FIX_i表示第i部门的短期停电损失；N_j表示投入产出表中第i部门的增加值；G_i表示第i部门的年用电量；P_i,t表示t时刻第i部门的功率。

进一步地，所述S2中，所述建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数包括：

S21.基于将所述产业用户分为短期停电损失和长期停电损失，获得所述产业用户的停电损失；

S22.基于地区居民收入数据和人均电力生活消费量，通过引入替代因子，获得所述住宅用户的总停电损失；

S23.基于所述产业用户停电损失函数和所述住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数。

进一步地，所述S22中，所述引入替代因子，包括：

是基于考虑住宅用户选择不依靠电力的活动以替代只能依靠电力的活动而引入的。

进一步地，所述替代因子包括如下计算式：

其中，h_a表示用户参与活动a的平均时间(h)，这里总共考虑A种活动，具体数据可以通过全国时间利用调查公报得到，这其中有些活动离开电力无法进行或只能部分进行，有些活动可完全脱离电力，比如看电视需要完全依赖电力，健身运动可不依赖电力进行；d_a表示活动a对电力的依赖程度，d_a∈[0,1]。

进一步地，所述住宅用户的总停电损失包括如下表达式：

其中，t_i表示该住宅用户停电时长；P_i,t表示住宅用户i在时刻t的有功功率。

进一步地，所述S23中，所述目标函数包括如下表达式：

其中，t∈T，T表示所有时段集合，Δt表示每个时段的固定时长；f表示停电造成的社会经济损失；向量X＝(x₁,x₂,…x_n)表示故障点的集合，共有n个故障点；N表示配电网所有电力负荷节点的集合；CIC_i,t表示电力用户i的停电损失函数，ρ_i,t表示负荷节点i在t时刻是否已恢复供电，若为1，表示已恢复供电，否则仍失电。

进一步地，所述S3中，配电网灾后应急抢修各约束包括：

配电网在故障抢修后应满足辐射状网架拓扑约束、配电网运行约束、抢修队伍约束和抢修队伍时间约束。

进一步地，所述S3中，所述负荷节点在设定时刻是否已恢复供电包括如下计算式：

ρ_i,t＝1,t≥t_le+T_e,i∈G_e

其中，故障点x_e对应支路i-j，G_e表示故障点x_e引起的失电用户集合；当抢修队伍l抢修完故障点x_e时，故障点x_e恢复正常运行状态，因故障点x_e故障引起的失电用户i在t时刻同时恢复供电。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

1.本发明通过考虑停电场景下住宅用户的某些活动可被其他不需要电力的活动替代，而引入替代因子，使得对其停电损失进行更精确的评估。

2.本发明以电力用户停电损失最小为目标函数，结合配电网运行约束、潮流约束以及抢修队伍任务分配约束，对停电损失大的电力用户进行优先恢复，最大程度降低停电给社会带来的影响。

3.本发明通过考虑如何精细化区分住宅用户和产业用户的停电损失，辅助电网抢修决策人员制定最优策略。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法的流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

下面将结合附图详细说明本发明的图1是本发明实施例提供的一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法的流程图。

图1是本发明实施例提供的一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法的流程图。如图1所示，该配电网灾后应急抢修方法包括：

S1.将电力用户分为住宅用户和产业用户；

根据停电对电力用户的生产和生活造成的影响和损失，将配电网内的电力用户分为两大类：产业用户和住宅用户。工业类用户产生的输出具有市场价值，停电损失可通过经济方法来评估；而住宅用户也可被视为一个生产单位，其利用家庭成员的时间、购买市场商品等产生获取“效用”。效用是住宅用户从工作和生活中感受到的满足程度。对于产业用户来说，主要考虑其生产经济损失，对于住宅用户来说，考虑停电对其生活带来的影响。

其中，工业类用户即产业用户。

S2.建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数，并基于所述产业用户停电损失函数和所述住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数；

所述S2中，所述产业用户停电损失函数包括如下计算式：

其中，

表示第i部门停电损失；FIX_i表示第i部门的短期停电损失；N_j表示投入产出表中第i部门的增加值；G_i表示第i部门的年用电量；P_i,t表示t时刻第i部门的功率。

所述S2中，所述建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数包括：

S21.基于将所述产业用户分为短期停电损失和长期停电损失，获得所述产业用户的停电损失；

产业用户的停电损失可依据影响时间长度分为短期停电损失和长期停电损失。短期停电损失主要包括设备停机损失、机器损坏、数据丢失等不随中断持续时间增加而增加的固定损失。长期损失主要包括停产带来的经济损失，该损失随中断时间持续增加而增加，等同于正常运行状态下产业用户每单位的用电量所带来的电力价值。

S22.基于地区居民收入数据和人均电力生活消费量，通过引入替代因子，获得所述住宅用户的总停电损失；

类比产业用户的投入产出模型，根据家庭生产理论，住宅用户也既被视为一个综合利用时间资源和从市场购买的生产资料以获取最大的效用满足的投入产出模型。电力以及家庭用电产品可被是为一种从市场购买得到的资源，随着社会经济的发展和人民收入水平的提高，电力在日常生活中的渗透率不断提高。贝克尔的家庭生产理论将全部家庭经济活动分为工作和闲暇两大类。工作是家庭收入的来源，是购买商品/资源的物质基础，通过消费可以间接获得效用；闲暇可以使人直接获得效用，二者可以相互替代。早在1980年，Munasinghe建立基于闲暇-工作选择的住宅用户模型，使用效用函数来估计住宅用户的停电损失，通过公式推导，得出家庭的平均收入可以很好的衡量住宅用户的停电损失。但其并未考虑住宅用户可选择不依靠电力的活动以替代只能依靠电力的活动。因此，本发明引入替代因子f_sub所述住宅用户的总停电损失。

所述S22中，所述引入替代因子，包括：

是基于考虑住宅用户选择不依靠电力的活动以替代只能依靠电力的活动而引入的。

所述替代因子包括如下计算式：

其中，h_a表示用户参与活动a的平均时间(h)，这里总共考虑A种活动，具体数据可以通过全国时间利用调查公报得到，这其中有些活动离开电力无法进行或只能部分进行，有些活动可完全脱离电力，比如看电视需要完全依赖电力，健身运动可不依赖电力进行；d_a表示活动a对电力的依赖程度，d_a∈[0,1]。

所述住宅用户的总停电损失包括如下表达式：

其中，t_i表示该住宅用户停电时长；P_i,t表示住宅用户i在时刻t的有功功率。

其中，

其中，Cha_res,i表示住宅用户因停电导致的机会损失；w_i表示居民平均时薪；(这里还可区分城镇与乡村时薪差距)；EC_i表示居民人均电力消费量。

S23.基于所述产业用户停电损失函数和所述住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数。

所述S23中，所述目标函数包括如下表达式：

其中，t∈T，T表示所有时段集合，Δt表示每个时段的固定时长，例如，可设1h；f表示停电造成的社会经济损失；向量X＝(x₁,x₂,…x_n)表示故障点的集合，共有n个故障点，故障点位置已知，即哪些线路故障已知，N表示配电网所有电力负荷节点的集合；CIC_i,t表示电力用户i的停电损失函数，ρ_i,t表示负荷节点i在t时刻是否已恢复供电，若为1，表示已恢复供电，否则仍失电。

S3.基于所述目标函数，通过负荷节点在设定时刻是否已恢复供电，获得配电网灾后应急抢修各约束，以进行配电网灾后应急抢修。

所述S3中，配电网灾后应急抢修各约束包括：

配电网在故障抢修后应满足辐射状网架拓扑约束、配电网运行约束、抢修队伍约束和抢修队伍时间约束。

a.所述辐射状网架拓扑约束：

采用单一商品流方法：

其中，N代表系统总节点数；a_ij,t表示实际t时刻支路是否闭合，若为1，表示支路i-j闭合，公式(6)表示，闭合支路数为节点数减一；F_ij表示流过支路i-j的虚拟流，D_i,t表示流出节点i的虚拟流，R表示根节点；公式(7)表示除了根节点外，流入该节点的虚拟流等于流出该节点的虚拟流；公式(8)用来区分支路的开断，M为一无穷大数，若a_ij为0，则支路上的虚拟流为0，否则支路闭合，虚拟流的大小不做约束。

b.所述配电网运行约束：

其中，δ(i)和γ(i)分别为节点i的子、父节点集合；P_ij,t和Q_ij,t分别表示支路在t时刻的有功和无功功率；R_ij和X_ij分别表示支路电阻和电抗值；

和

分别表示支路电流和节点电压的平方；M₁表示一个无穷大数；α_ij,t表示支路ij的开断状态，当其值为0时表示支路断开，为1时闭合；

和

分别表示节点电压最小值和最大值的平方；

表示支路电流最大值的平方。

由于上述约束中仍存在二次及二次以上的等式约束非凸，为实现模型求解，进一步放大可行域，并进行二阶锥松弛，对公式(13)的松弛如下式所示：

其中，P_ij表示支路的有功功率，Q_ij支路的无功功率。

c.所述抢修队伍约束：

示例性地，供电中心配备有m支抢修队伍，且在突发大规模停电时，假设故障数目大于供电中心拥有的抢修队伍数目，即n>m，所有抢修队伍均从供电中心出发前往救援，且全部队伍参与抢修：

其中，0表示供电中心，λ_ijl表示抢修队伍l是否从故障点x_i到故障点x_j，若是则为1，否则为0；λ_0jl表示抢修队伍l是否从供电中心出发前往故障点x_j。

任一故障只能被一支抢修队伍服务一次：

其中，λ_jl表示抢修队伍l是否抢修故障点x_j，若是则为1，否则为0。

只有抢修队伍l抢修故障点x_j时才经过故障点x_i与x_j之间的路径：

λ_ijl≤λ_jl,x_i∈X_C,x_j∈X,l∈L，l＝1,2,…m

d.所述抢修队伍时间约束：

抢修队伍到达故障点x_j的时间等于抢修队伍开始抢修上一故障点x_i的时间加上该故障预计需要的抢修时间以及故障点x_i、x_j之间的车程时间。

其中，t_lf表示抢修队伍l开始抢修故障点x_f的时间；t_le表示抢修队伍l开始抢修故障点x_e的时间；T_e表示抢修上一故障点x_e预计需要的时间；T_ef表示从上一故障点x_e到故障点x_f的车程时间；λ_efl表示抢修队伍l是否从故障点x_e到故障点x_f。

所述S3中，所述负荷节点在设定时刻是否已恢复供电包括如下计算式：

ρ_i,t＝1,t≥t_le+T_e,i∈G_e

其中，故障点x_e对应支路i-j，G_e表示故障点x_e引起的失电用户集合；当抢修队伍l抢修完所述故障点x_e时，所述故障点x_e恢复正常运行状态，因所述故障点x_e出现故障引起的失电用户i在t时刻同时恢复供电。本发明采用的上述方式能够对停电损失大的电力用户进行优先恢复。

本发明通过考虑停电场景下住宅用户的某些活动可被其他不需要电力的活动替代，而引入替代因子，使得对其停电损失进行更精确的评估；以电力用户停电损失最小为目标函数，结合配电网运行约束、潮流约束以及抢修队伍任务分配约束，对停电损失大的电力用户进行优先恢复，最大程度降低停电给社会带来的影响；通过考虑如何精细化区分住宅用户和产业用户的停电损失，辅助电网抢修决策人员制定最优策略。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种考虑用户停电损失的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，包括：

S1.将电力用户分为住宅用户和产业用户；

S2.建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数，并基于所述产业用户停电损失函数和所述住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数；

S3.基于所述目标函数，通过负荷节点在设定时刻是否已恢复供电，获得配电网灾后应急抢修各约束，以进行配电网灾后应急抢修。

2.根据权利要求1所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述S2中，所述产业用户停电损失函数包括如下计算式：

其中，

表示第i部门停电损失；FIX_i表示第i部门的短期停电损失；N_j表示投入产出表中第i部门的增加值；G_i表示第i部门的年用电量；P_i,t表示t时刻第i部门的功率。

3.根据权利要求1所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述S2中，所述建立产业用户停电损失函数和住宅用户的总停电损失函数包括：

S21.基于将所述产业用户分为短期停电损失和长期停电损失，获得所述产业用户的停电损失；

S22.基于地区居民收入数据和人均电力生活消费量，通过引入替代因子，获得所述住宅用户的总停电损失；

S23.基于所述产业用户停电损失函数和所述住宅用户的总停电损失函数，建立配电网灾后应急抢修的目标函数。

4.根据权利要求3所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述S22中，所述引入替代因子，包括：

是基于考虑住宅用户选择不依靠电力的活动以替代只能依靠电力的活动而引入的。

5.根据权利要求4所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述替代因子包括如下计算式：

其中，h_a表示用户参与活动a的平均时间(h)，这里总共考虑A种活动，具体数据可以通过全国时间利用调查公报得到，这其中有些活动离开电力无法进行或只能部分进行，有些活动可完全脱离电力，比如看电视需要完全依赖电力，健身运动可不依赖电力进行；d_a表示活动a对电力的依赖程度，d_a∈[0,1]。

6.根据权利要求1所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述住宅用户的总停电损失包括如下表达式：

其中，t_i表示该住宅用户停电时长；P_i,t表示住宅用户i在时刻t的有功功率。

7.根据权利要求3所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述S23中，所述目标函数包括如下表达式：

其中，t∈T，T表示所有时段集合，Δt表示每个时段的固定时长；f表示停电造成的社会经济损失；向量X＝(x₁,x₂,…x_n)表示故障点的集合，共有n个故障点；N表示配电网所有电力负荷节点的集合；CIC_i,t表示电力用户i的停电损失函数，ρ_i,t表示负荷节点i在t时刻是否已恢复供电，若为1，表示已恢复供电，否则仍失电。

8.根据权利要求1所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述S3中，配电网灾后应急抢修各约束包括：

配电网在故障抢修后应满足辐射状网架拓扑约束、配电网运行约束、抢修队伍约束和抢修队伍时间约束。

9.根据权利要求1所述的配电网灾后应急抢修方法，其特征在于，所述S3中，所述负荷节点在设定时刻是否已恢复供电包括如下计算式：

ρ_i,t＝1,t≥t_le+T_e,i∈G_e

其中，故障点x_e对应支路i-j，G_e表示故障点x_e引起的失电用户集合；当抢修队伍l抢修完故障点x_e时，故障点x_e恢复正常运行状态，因故障点x_e故障引起的失电用户i在t时刻同时恢复供电。

Images