CN116581753B - 一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备 - Google Patents

一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备，属于变压器备品配置技术领域，包括获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围；本发明能够解决变压器过备用/欠备用的问题，提高变压器备品配置的合理性，提高电网运行可靠性。

Description

一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备
技术领域
本发明涉及一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备，属于变压器备品配置技术领域。
背景技术
电力变压器作为电网核心设备，长期处在高负荷运转状态，散热效果不佳，极易产生绝缘老化现象，进而造成匝间短路等各种故障，引发变压器外壳爆裂，甚至是大面积停电事故，给经济、社会和个人带来重大损失。
为降低变压器故障带来的经济损失，更换参数匹配的备用变压器是一种直接有效的手段。然而，鉴于设备生产成本较高，并非所有在运变压器都配置一台参数合适的备用变压器。如果变压器发生故障后临时生产一台备品，加上入网试验等步骤，至少需要12个月，此时变压器仍会面临较长时间的停运风险。各省电力公司现有的备品管理方案常基于固定比例或人工经验确定，容易引发过备用或欠备用的问题。过备用会导致生产、管理成本升高，经济性降低，欠备用则会给电网运行安全带来挑战。因此，如何生产、管理备品变压器，在保障变压器可靠性的同时兼顾经济性，是目前亟待解决的一项问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备，解决现有技术中存在的过备用/欠备用的问题。
为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种变压器备品配置策略优化方法，包括：
获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
结合第一方面，进一步的，所述根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间，包括：
分别以高-中短路阻抗、高-低短路阻抗和中-低短路阻抗为x、y和z轴构建三维直角坐标系，将各变压器的三相短路阻抗作为所述三维直角坐标系中的各阻抗坐标，然后对阻抗坐标中的三维坐标值分别乘第一预设偏差范围和第二预设偏差范围，得到各变压器的短路阻抗空间。
结合第一方面，进一步的，所述计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合，包括：
将短路阻抗空间投影在所述三维直角坐标系的xz面得到第一长方形，将所述第一长方形投影在所述三维直角坐标系的x轴得到x向短路阻抗区间，将所有x向短路阻抗区间的下限和上限按从小到大的顺序依次进行以下处理直至遍历完成得到x向覆盖集合：
遇到下限时，将该下限对应的变压器添加至中间集；
遇到上限时，若此时的中间集不是最小覆盖集合中任一元素的子集，将此时的中间集作为元素添加至x向覆盖集合，然后在中间集中删除该上限对应的变压器，否则仅需在中间集中删除该上限对应的变压器；
y向覆盖集合、z向覆盖集合的计算方法和x向覆盖集合的计算方法相同。
结合第一方面，进一步的，所述根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合，包括：
基于阻抗空间相交定理，分别在三个所述覆盖集合中各取一个子集，查找这三个子集中共同含有的变压器，将所述共同含有的变压器放入一个集合中从而构建备品覆盖集合，上述备品覆盖集合的构建过程通过下式表示：
Yl＝Px,i∩Py,j∩Pz,k
i,j,k＝1,2,…,(2u),l＝1,2,…,(2u)3
其中，Yl是第l个备品覆盖集合，Px,i是第i个x向覆盖集合的子集，Py,j是第j个y向覆盖集合的子集，Pz,k是第k个z向覆盖集合的子集，u是变压器总数。
结合第一方面，进一步的，在构建完备品覆盖集合后，将备品覆盖集合中的空集和完全相同的元素剔除。
结合第一方面，进一步的，所述根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合，一共构建了m个备品覆盖集合；
所述根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型，包括：
将所述备品覆盖集合转化为m×n的0-1矩阵：
其中，R是0-1矩阵，m是0-1矩阵的行数，n是0-1矩阵的列数，0-1矩阵中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个覆盖组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖；
定义决策变量为第i行是否被选中：
其中，hi是决策变量；
确定优化目标是所需变压器备品最少，约束条件为每台变压器都应被所选备品覆盖集合覆盖到，构建变压器备品规划模型：
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
第二方面，本发明还提供了一种变压器备品配置策略优化装置，包括：
短路阻抗空间构建模块，用于：获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
覆盖集合计算模块，用于：计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
备品覆盖集合构建模块，用于：根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
备品规划模型构建模块，用于：根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
配置策略优化模块，用于：求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
结合第二方面，进一步的，所述备品规划模型构建模块，具体用于：
将所述备品覆盖集合转化为m×n的0-1矩阵：
其中，R是0-1矩阵，m是0-1矩阵的行数，n是0-1矩阵的列数，0-1矩阵中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个覆盖组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖；
定义决策变量为第i行是否被选中：
其中，hi是决策变量；
确定优化目标是所需变压器备品最少，约束条件为每台变压器都应被所选备品覆盖集合覆盖到，构建变压器备品规划模型：
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面中任一所述的变压器备品配置策略优化方法。
第四方面，本发明还提供了一种设备，包括：
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如第一方面中任一所述的变压器备品配置策略优化方法。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明提供的一种变压器备品配置策略优化方法、装置、介质及设备，通过研究不同类型变压器的适用性条件，也就是三相短路阻抗，建立变压器备品规划模型，在覆盖所有在运变压器的基础上，输出最优配置策略，包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围，防止变压器过备用/欠备用，既保障电网运行可靠性，又兼顾电网设备配置合理性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种变压器备品配置策略优化方法的流程图之一；
图2是本发明实施例提供的变压器的短路阻抗空间的示意图；
图3是本发明实施例提供的单方向区间相交示意图；
图4是本发明实施例提供的两种模型求解方法的结果对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
变压器按照相数划分，可分为三相变压器和单相变压器。
对于三相变压器备品，主要考虑并列运行条件。《DL/T 572-2016电力变压器运行规程》中规定了变压器并列运行的基本条件：
(1)联结组标号相同；
(2)电压比相同，差值不得超过±0.5％；
(3)阻抗电压值偏差小于10％。
满足上述三个条件的变压器，可作为该在运三相变压器的备品。
对于单相变压器，备品的适用条件主要考虑其与在运变压器相间的差异，若不能区分二者差异性，则极易引发三相电流不平衡。《Q/GDW 13011 500kV单相自耦电力变压器采购标准》系列标准对此作了具体要求：
(1)变比完全相同；
(2)高中、高低、中低短路阻抗互差≤2％。
满足上述两个条件的变压器，可作为在运500kV单相变压器的备品。
在三相变压器生产时，联结组标号就已经被固定下来，因此一台三相备品只能适配一种联结方式的变压器。要确保电压变比近似或相同，主要应保证高压侧额定电压偏差在规定范围内。目前国内500kV变压器高压侧额定电压包括500、505、510、515、520、525kV等多个等级，不同电压之间的绝对值相差至少为1％左右，大于0.5％，因此一台备品只能适配一种电压等级的500kV变压器。在联结组标号、电压变比都被限制的情况下，若想要灵活地配置备品，则只需要考虑短路阻抗这一条件。
如图1所示，本发明提供了一种变压器备品配置策略优化方法，包括以下步骤：
一种变压器备品配置策略优化方法，其特征在于，包括：
S1、获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间。
分别以高-中短路阻抗、高-低短路阻抗和中-低短路阻抗为x、y和z轴构建三维直角坐标系，将各变压器的三相短路阻抗作为三维直角坐标系中的各阻抗坐标，然后对阻抗坐标中的三维坐标值分别乘第一预设偏差范围和第二预设偏差范围，得到各变压器的短路阻抗空间。
S2、计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合。
将短路阻抗空间投影在三维直角坐标系的xz面得到第一长方形，将第一长方形投影在三维直角坐标系的x轴得到x向短路阻抗区间，将所有x向短路阻抗区间的下限和上限按从小到大的顺序依次进行以下处理直至遍历完成得到x向覆盖集合：
遇到下限时，将该下限对应的变压器添加至中间集；
遇到上限时，若此时的中间集不是最小覆盖集合中任一元素的子集，将此时的中间集作为元素添加至x向覆盖集合，然后在中间集中删除该上限对应的变压器，否则仅需在中间集中删除该上限对应的变压器。
y向覆盖集合、z向覆盖集合的计算方法和x向覆盖集合的计算方法相同，具体计算过程如下所示：
将短路阻抗空间投影在三维直角坐标系的yz面得到第二长方形，将第二长方形投影在三维直角坐标系的y轴得到y向短路阻抗区间，将所有y向短路阻抗区间的下限和上限按从小到大的顺序依次进行以下处理直至遍历完成得到y向覆盖集合：
遇到下限时，将该下限对应的变压器添加至中间集；
遇到上限时，若此时的中间集不是最小覆盖集合中任一元素的子集，将此时的中间集作为元素添加至y向覆盖集合，然后在中间集中删除该上限对应的变压器，否则仅需在中间集中删除该上限对应的变压器。
将短路阻抗空间投影在三维直角坐标系的xy面得到第三长方形，将第三长方形投影在三维直角坐标系的z轴得到z向短路阻抗区间，将所有z向短路阻抗区间的下限和上限按从小到大的顺序依次进行以下处理直至遍历完成得到z向覆盖集合：
遇到下限时，将该下限对应的变压器添加至中间集；
遇到上限时，若此时的中间集不是最小覆盖集合中任一元素的子集，将此时的中间集作为元素添加至z向覆盖集合，然后在中间集中删除该上限对应的变压器，否则仅需在中间集中删除该上限对应的变压器。
S3、根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合。
基于阻抗空间相交定理，分别在三个覆盖集合中各取一个子集，查找这三个子集中共同含有的变压器，将共同含有的变压器放入一个集合中从而构建备品覆盖集合，上述备品覆盖集合的构建过程通过下式表示：
Yl＝Px,i∩Py,j∩Pz,k
i,j,k＝1,2,…,(2u),l＝1,2,…,(2u)3
其中，Yl是第l个备品覆盖集合，Px,i是第i个x向覆盖集合的子集，Py,j是第j个y向覆盖集合的子集，Pz,k是第k个z向覆盖集合的子集，u是变压器总数。
S4、根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型。
在步骤S3中一共构建了m个备品覆盖集合。
将备品覆盖集合转化为m×n的0-1矩阵：
其中，R是0-1矩阵，m是0-1矩阵的行数，n是0-1矩阵的列数，0-1矩阵中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个覆盖组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖；
定义决策变量为第i行是否被选中：
其中，hi是决策变量；
确定优化目标是所需变压器备品最少，约束条件为每台变压器都应被所选备品覆盖集合覆盖到，构建变压器备品规划模型：
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
S5、求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
实施例2
如图1所示，本发明实施例提供了一种变压器备品配置策略优化方法，包括以下步骤：
S1、获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间。
在S1中，变压器按照相数划分，可分为三相变压器和单相变压器。
对于三相变压器备品，主要考虑并列运行条件。《DL/T 572-2016电力变压器运行规程》中规定了变压器并列运行的基本条件：
(1)联结组标号相同；
(2)电压比相同，差值不得超过±0.5％；
(3)阻抗电压值偏差小于10％。
满足上述三个条件的变压器，可作为该在运三相变压器的备品。
对于单相变压器，备品的适用条件主要考虑其与在运变压器相间的差异，若不能区分二者差异性，则极易引发三相电流不平衡。《Q/GDW 13011 500kV单相自耦电力变压器采购标准》系列标准对此作了具体要求：
(1)变比完全相同；
(2)高中、高低、中低短路阻抗互差≤2％。
满足上述两个条件的变压器，可作为在运500kV单相变压器的备品。
在三相变压器生产时，联结组标号就已经被固定下来，因此一台三相备品只能适配一种联结方式的变压器。要确保电压变比近似或相同，主要应保证高压侧额定电压偏差在规定范围内。目前国内500kV变压器高压侧额定电压包括500、505、510、515、520、525kV等多个等级，不同电压之间的绝对值相差至少为1％左右，大于0.5％，因此一台备品只能适配一种电压等级的500kV变压器。在联结组标号、电压变比都被限制的情况下，若想要灵活地配置备品，则只需要考虑短路阻抗这一条件。
分别以高-中、高-低、中-低短路阻抗为x、y、z轴，构建三维直角坐标系，每台变压器的三相短路阻抗{xi,yi,zi}即可看作空间中的一个阻抗坐标，xi是高-中短路阻抗，yi是高-低短路阻抗。然后对每个坐标值分别乘第一预设偏差范围a和第二预设偏差范围b，则可形成变压器的短路阻抗空间{[a*xi,b*xi],[a*yi,b*yi],[a*zi,b*zi]}。
短路阻抗空间示意图如图2所示。可以看出，短路阻抗空间在三维直角坐标系中较为规则，呈长方体，其任一平面都垂直于一个基向量。此类长方体被称为轴对齐包围盒(Axis-Aligned Bounding Box,AABB)，即AABB长方体。
图2中，在C1空间范围内，任意短路阻抗点对应的变压器可作为变压器T1的备品；在C2空间范围内，任意短路阻抗点对应的变压器可作为变压器T2的备品。设C1∩C2＝CI，在CI范围内，任意短路阻抗点对应的变压器可作为变压器T1、T2的共同备品。所以在变电站日常生产运行中，仅需准备1台参数合适的变压器备品，即可覆盖该站内的两台变压器。
S2、计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合。
在S2中，假设存在4个长方体，他们代表着4个在运变压器的阻抗空间C1～C4。将4个长方体投影至三维直角坐标系的xz面，形成4个长方形，并标记x轴上的区间端点，区间下限为aix，区间上限为bix(i＝1,2,3,4)，如图3所示。
根据长方形区间上、下限的数值大小，从左到右依次进行统计输出。若遇下限则在中间集U中添加该变压器，若遇上限则剔除该变压器，直至所有区间上下限遍历完毕。需要注意的是，为了减小输出数据量、增大计算效率，遇区间上限剔除变压器之前，还需要判断此时的U是否是最小一维覆盖集合Px中任一元素的子集，若不满足此条件方可加入Px。
对于图3中所绘图形，首先处理最小数值a1x，由于它是C1下限，所以应在U中添加C1；接着a2x、a3x仿照a1x分别添加C2、C3至U；然后是C1上限b1x，由于Px还是空集，所以将此时的U作为元素添加至Px，之后在U中删除C1；b2x虽然也是上限，但此时的U为{C2,C3}，是Px中元素{C1,C2,C3}的子集，无需添加，只需删除C2即可。以此类推，直至b4x运算结束，得到最小x向覆盖集合Px。具体运算过程见下表1。
表1-Px运算过程表
遍历顺序 上限/下限 操作 U Px
a1x 下限 添加C1 C1 -
a2x 下限 添加C2 C1、C2 -
a3x 下限 添加C3 C1、C2、C3 -
b1x 上限 删除C1 C2、C3 C1、C2、C3
b2x 上限 删除C2 C3 -
a4x 下限 添加C4 C3、C4 -
b3x 上限 删除C3 C4 C3、C4
b4x 上限 删除C4 - -
参照x向覆盖集合Px的计算方法计算y向覆盖集合Py、z向覆盖集合Pz，三个方向的汇总统计如下表2所示。
表2-三个方向的覆盖结合统计表
S3、根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合。
基于已有定理“对于2个AABB长方体，当且仅当在x、y、z方向上有重叠时存在相交部分。”由数学归纳法可以证明，“对于n(n≥2)个AABB长方体，当且仅当在x、y、z方向上有重叠时存在相交部分。”
然后基于上述定理，分别在Px、Py、Pz中各取一个子集，查找这三个子集中含有的共同变压器，并将其输出至备品覆盖集合Y，如下式所示：
Yl＝Px,i∩Py,j∩Pz,k
i,j,k＝1,2,…,(2u),l＝1,2,…,(2u)3
其中，Yl是第l个备品覆盖集合，Px,i是第i个x向覆盖集合的子集，Py,j是第j个y向覆盖集合的子集，Pz,k是第k个z向覆盖集合的子集，u是变压器总数。
将Y中的空集以及完全相同的元素进行剔除，以加快最优策略求解的速度。
S4、根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型。
在S4中，包括以下四个步骤：
步骤1：将Y转化为m×n的0-1矩阵R：
矩阵R中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖。而对于短路阻抗较为分散的变压器集合，单个阻抗空间能覆盖到的变压器数目占总数的比例很小，此时矩阵R是一个0-1稀疏矩阵。
步骤2：定义决策变量hi为第i行是否被选中：
步骤3：确定目标函数与约束条件。目标函数是使选择的行数最少，即所需要的备品最少：
步骤4：约束条件为每台变压器都应被所选的备品集合覆盖到：
综上，最终得到的变压器备品规划模型为：
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
S5、求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
对步骤S4中的变压器备品规划模型进行求解，以覆盖全局的最少备品为目标，输出变压器备品最优配置策略。
本实施例以某省500kV 334MVA单相变压器为例进行算例测试，其高压侧线电压共有500、505、510、515、520、525kV 6种情况，其中500kV变压器18台，505kV变压器189台，510kV变压器24台，515kV变压器96台，520kV变压器15台，525kV变压器42台，共计384台。
基于本实施例所提方法，计算各电压等级的阻抗空间在各方向上的覆盖组合，穷举其相交情况，基于阻抗空间相交判定定理输出备品覆盖集合，并转化为0-1稀疏矩阵；构建线性的变压器备品规划模型，设定决策变量、目标函数与约束条件，最后对该模型进行求解，算得各电压等级的变压器最小备品数以及每台备品的覆盖范围，结果如下表3所示。其中，备品占比＝最小备品数/(变压器数量+最小备品数)。
表3-变压器备品最优配置策略示意表
高压侧线电压/kV 变压器/台 最小备品/台 备品占比
500 18 5 21.74％
505 189 17 8.25％
510 24 5 17.24％
515 96 5 4.95％
520 15 2 11.76％
525 42 6 12.50％
总 384 40 9.43％
从上表3结果可以看出，面对该省384台500kV、334MVA单相变压器，利用40台特定短路阻抗的备品即可实现全覆盖，总备品占比为9.43％。其中，500kV、510kV、520kV、525kV的变压器数量较少(各小于50台)，不能形成规模化聚集，因此需要的备品数目较大，备品占比均超过了10％。而505kV、515kV的变压器数量较多，二者之和占据了变压器总数的74.2％，充足的短路阻抗数据让阻抗空间重合地更加密集，因此少量的备品即可实现大量的变压器覆盖，备品占比控制在了10％以内。
另一种求解类似问题的方式是贪心算法，其运算特点是始终做出当前的最好选择。贪心算法并不是从整体上进行考虑，而是求模型的局部最优解。但是另一方面，贪心算法省略了很多多维度遍历的过程，其运算速度从理论上看会比求解全局最优更快一些。本发明采用贪心算法，逐个考虑变压器阻抗空间，同样基于本文所证的阻抗空间判定定理，求解局部最优结果。计算顺序随机1000次，备品个数取其中最小的情况，计算时间取平均值。两种方法结果对比图如图4所示，M1代表本文方法，M2代表贪心算法。
从图4可以看出，在对数量较少的变压器进行处理时，二者都能达到较好的运算速度；当变压器数量增大，贪心算法则展现出了更大的优势，对505kV、515kV变压器的求解效率分别比本文模型提升了34％、79％。然而，受限于算法的局限性，贪心算法并没有在结果方面达到最优，505kV、525kV变压器的配置方案均比最优方案要多出1个备品。
在实际备品管理过程中，首要考虑的仍然是配置方案的全局最优，这是满足备品管理合理性最重要的因素；其次需要考虑的才是算法复杂度及计算速度。由于电网公司每季度或每半年输出一次备品配置，因此在不能保证方案最优的前提下，单纯提升计算速度显得意义不大。
综上可知，本发明在实现500kV变压器备品全局最优配置方面能达到非常理想的效果，该策略亦可推广至其他电压等级主变压器的备品管理中。
实施例3
本发明实施例提供了一种变压器备品配置策略优化装置，包括：
短路阻抗空间构建模块，用于：获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
覆盖集合计算模块，用于：计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
备品覆盖集合构建模块，用于：根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
备品规划模型构建模块，用于：根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
配置策略优化模块，用于：求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
其中，备品规划模型构建模块，具体用于：
将备品覆盖集合转化为m×n的0-1矩阵：
其中，R是0-1矩阵，m是0-1矩阵的行数，n是0-1矩阵的列数，0-1矩阵中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个覆盖组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖；
定义决策变量为第i行是否被选中：
其中，hi是决策变量；
确定优化目标是所需变压器备品最少，约束条件为每台变压器都应被所选备品覆盖集合覆盖到，构建变压器备品规划模型：
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
实施例4
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例1提供的变压器备品配置策略优化方法：
获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
实施例5
本发明实施例提供了一种设备，包括：
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如实施例1提供的变压器备品配置策略优化方法：
获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
综上实施例，本发明通过研究不同类型变压器的适用性条件，也就是三相短路阻抗，建立变压器备品规划模型，在覆盖所有在运变压器的基础上，输出最优配置策略，包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围，防止变压器过备用/欠备用，既保障电网运行可靠性，又兼顾电网设备配置合理性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种变压器备品配置策略优化方法，其特征在于，包括：
获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围；
所述根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间，包括：
分别以高-中短路阻抗、高-低短路阻抗和中-低短路阻抗为x、y和z轴构建三维直角坐标系，将各变压器的三相短路阻抗作为所述三维直角坐标系中的各阻抗坐标，然后对阻抗坐标中的三维坐标值分别乘第一预设偏差范围和第二预设偏差范围，得到各变压器的短路阻抗空间；
所述计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合，包括：
将短路阻抗空间投影在所述三维直角坐标系的xz面得到第一长方形，将所述第一长方形投影在所述三维直角坐标系的x轴得到x向短路阻抗区间，将所有x向短路阻抗区间的下限和上限按从小到大的顺序依次进行以下处理直至遍历完成得到x向覆盖集合：
遇到下限时，将该下限对应的变压器添加至中间集；
遇到上限时，若此时的中间集不是最小覆盖集合中任一元素的子集，将此时的中间集作为元素添加至x向覆盖集合，然后在中间集中删除该上限对应的变压器，否则仅需在中间集中删除该上限对应的变压器；
y向覆盖集合、z向覆盖集合的计算方法和x向覆盖集合的计算方法相同；
所述根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合，包括：
基于阻抗空间相交定理，分别在三个所述覆盖集合中各取一个子集，查找这三个子集中共同含有的变压器，将所述共同含有的变压器放入一个集合中从而构建备品覆盖集合，上述备品覆盖集合的构建过程通过下式表示：
Yl＝Px,i∩Py,j∩Pz,k
i,j,k＝1,2,…,(2u),l＝1,2,…,(2u)3
其中，Yl是第l个备品覆盖集合，Px,i是第i个x向覆盖集合的子集，Py,j是第j个y向覆盖集合的子集，Pz,k是第k个z向覆盖集合的子集，u是变压器总数；
还包括，在构建完备品覆盖集合后，将备品覆盖集合中的空集和完全相同的元素剔除；
所述根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合，一共构建了m个备品覆盖集合；
所述根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型，包括：
将所述备品覆盖集合转化为m×n的0-1矩阵：
其中，R是0-1矩阵，m是0-1矩阵的行数，n是0-1矩阵的列数，0-1矩阵中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个覆盖组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖；
定义决策变量为第i行是否被选中：
其中，hi是决策变量；
确定优化目标是所需变压器备品最少，约束条件为每台变压器都应被所选备品覆盖集合覆盖到，构建变压器备品规划模型：
s.t.:
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
2.基于权利要求1所述方法的一种变压器备品配置策略优化装置，其特征在于，包括：
短路阻抗空间构建模块，用于：获取各变压器的三相短路阻抗，根据所述三相短路阻抗构建各变压器的短路阻抗空间；
覆盖集合计算模块，用于：计算各个短路阻抗空间在三个维度方向的覆盖集合；
备品覆盖集合构建模块，用于：根据三个所述覆盖集合构建备品覆盖集合；
备品规划模型构建模块，用于：根据所述备品覆盖集合构建变压器备品规划模型；
配置策略优化模块，用于：求解所述变压器备品规划模型，得到变压器备品最优配置策略，所述变压器备品最优配置策略包括最小变压器备品数量和变压器备品参数范围。
3.根据权利要求2所述的变压器备品配置策略优化装置，其特征在于，所述备品规划模型构建模块，具体用于：
将所述备品覆盖集合转化为m×n的0-1矩阵：
其中，R是0-1矩阵，m是0-1矩阵的行数，n是0-1矩阵的列数，0-1矩阵中，每一行代表一种覆盖组合，每一列代表一台变压器，第i行第j列的元素代表第i个覆盖组合是否能够覆盖到第j台变压器，1表示可以覆盖，0表示不能覆盖；
定义决策变量为第i行是否被选中：
其中，hi是决策变量；
确定优化目标是所需变压器备品最少，约束条件为每台变压器都应被所选备品覆盖集合覆盖到，构建变压器备品规划模型：
s.t.:
其中，min表示取最小值，Rij是0-1矩阵中第i行第j列的元素。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1所述的变压器备品配置策略优化方法。
5.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述计算机设备执行实现如权利要求1所述的变压器备品配置策略优化方法。
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