CN117728408B - 一种配电网灾后恢复管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于配电网控制领域，公开了一种配电网灾后恢复管理系统，包括无人机、无人机控制装置、服务器和配电网控制装置；无人机控制装置用于控制无人机对断路器进行访问；无人机用于接收断路器发送的状态信息并转发至服务器；服务器用于将转发至配电网控制装置；配电网控制装置用于根据状态信息生成断路器的控制策略并发送至服务器；服务器用于将控制策略发送至无人机控制装置；无人机控制装置用于根据控制策略生成通知路线，并根据通知路线控制无人机对受灾区域中需要通知的断路器进行访问；无人机用于将控制策略发送至断路器；断路器用于根据控制策略对自身的状态进行控制。本发明，能够有效地扩大局部供电的范围。

Description

一种配电网灾后恢复管理系统

技术领域

本发明涉及配电网控制领域，尤其涉及一种配电网灾后恢复管理系统。

背景技术

配电网在灾后通常需要进行拓扑结构的变换以实现局部供电。配电网的拓扑结构的变换可以通过对断路器的开合来实现。现有技术中，部分断路器拥有卫星通信能力，因此，若该断路器没有损坏，可以通过卫星通信的方式对其进行控制，但是，对于一些经济欠发达的区域，并没有能力投入大量的资金来将断路器全部更换为具有卫星通信能力的断路器，但是，这些断路器通常具有蜂窝通信的能力，却由于蜂窝网络的提供商的基站损坏而无法与配电控制中心进行通信，因此，若能够恢复配电控制中心对这些断路器的控制，那么，便能够扩大局部供电的范围。

发明内容

本发明的目的在于公开一种配电网灾后恢复管理系统，解决在灾后对配电网进行恢复供电时，如何扩大局部供电的范围的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种配电网灾后恢复管理系统，包括无人机、无人机控制装置、服务器和配电网控制装置；无人机控制装置用于基于受灾区域中所有离线的断路器的位置，生成检查路线，并根据检查路线控制无人机对受灾区域中离线的断路器逐个进行访问；无人机用于接收断路器发送的状态信息，并通过卫星通信的方式将状态信息发送至服务器；服务器用于将无人机发送过来的状态信息转发至配电网控制装置；配电网控制装置用于根据服务器发送过来的状态信息生成断路器的控制策略，并将控制策略发送至服务器；服务器用于通过卫星通信的方式将控制策略发送至无人机控制装置；无人机控制装置用于根据控制策略生成通知路线，并根据通知路线控制无人机对受灾区域中需要通知的断路器进行访问；无人机用于将控制策略发送至断路器；断路器用于根据控制策略对自身的状态进行控制。

可选的，离线的断路器包括受灾区域中无法与服务器无法接收到断路器发送的状态信息的断路器。

可选的，基于受灾区域中所有离线的断路器的位置，生成检查路线，包括：以每个断路器的位置为图中的一个节点，采用最短路径算法生成总飞行距离最小的检查路线。

可选的，状态信息包括断路器的编号，以及断路器的当前状态，当前状态包括合闸状态或跳闸状态。

可选的，接收断路器发送的状态信息，包括：无人机将自身作为蜂窝通信的基站，向断路器发射蜂窝通信的信号；接收断路器通过蜂窝通信的方式发送的状态信息。

可选的，获根据无人机发送过来的状态信息生成每个离线的断路器的控制策略，包括：将所有离线的断路器存入集合A1；对于A1中的断路器，若无人机能够接收到该断路器发送的状态信息，则将该断路器存入集合A2；将能够通过卫星通信的方式与服务器进行通信的断路器存入集合A3；获取A2和A3的并集，从而得到配电网控制装置所能够控制的断路器的集合A4；获取受灾区域中依然能够提供电力输出的供电方的集合B；获取每个供电方的发电量；基于每个供电方的发电量分别获取每个供电方的局部供电线路；基于局部供电线路获取处于局部供电线路上的每个断路器的控制策略。

可选的，基于每个供电方的发电量分别获取每个供电方的局部供电线路，包括：获取A4中的每个断路器所控制的供电范围中的每个负荷的历史平均耗电量和紧急级别；基于历史平均耗电量和紧急级别计算每个断路器的紧急系数；基于紧急系数获取供电方的局部供电线路。

可选的，紧急级别包括1级、2级和3级；若负荷为政府的设备，则紧急级别为3级；若负荷为民用的设备，则紧急级别为2级；若负荷为其它类型的设备，则紧急级别为1级。

可选的，基于历史平均耗电量和紧急级别计算每个断路器的紧急系数，包括：使用如下公式计算紧急系数：

，表示紧急系数，/>表示负荷i的历史平均耗电量，/>表示断路器所控制的供电范围中的负荷的历史平均耗电量的最大值，/>表示负荷i的紧急级别，U表示断路器所控制的供电范围中的负荷的集合，/>表示耗电量权重，/>表示紧急级别权重，norma表示对括号内的变量进行归一化计算；可选的，基于紧急系数获取供电方的局部供电线路，包括：以供电方为起点，以供电方的发电量为限制，获得多条供电路径；基于紧急系数计算每条供电路径的综合优先值；将综合优先值最大的供电路径作为局部供电线路。

有益效果：本发明通过先利用无人机对离线的断路器进行逐个访问，获取依然能够正常工作的断路器所发送的状态信息，然后无人机利用卫星通信的方式将状态信息发送至服务器，服务器将状态信息转发至配电网控制装置，之后配电网控制装置便根据依然能够正常工作的断路器来为受灾区域规划供电路线，从而避免了仅依据具有卫星通信能力的断路器来规划供电线路，能够有效地扩大局部供电的范围。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。

图1为本发明一种配电网灾后恢复管理系统的一种示意图。

图2为本发明获取控制策略的过程的一种示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明；在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种配电网灾后恢复管理系统，包括无人机、无人机控制装置、服务器和配电网控制装置；无人机控制装置用于基于受灾区域中所有离线的断路器的位置，生成检查路线，并根据检查路线控制无人机对受灾区域中离线的断路器逐个进行访问；无人机用于接收断路器发送的状态信息，并通过卫星通信的方式将状态信息发送至服务器；服务器用于将无人机发送过来的状态信息转发至配电网控制装置；配电网控制装置用于根据服务器发送过来的状态信息生成断路器的控制策略，并将控制策略发送至服务器；服务器用于通过卫星通信的方式将控制策略发送至无人机控制装置；无人机控制装置用于根据控制策略生成通知路线，并根据通知路线控制无人机对受灾区域中需要通知的断路器进行访问；无人机用于将控制策略发送至断路器；断路器用于根据控制策略对自身的状态进行控制。

上述实施过程，通过先利用无人机对离线的断路器进行逐个访问，获取依然能够正常工作的断路器所发送的状态信息，然后无人机利用卫星通信的方式将状态信息发送至服务器，服务器将状态信息转发至配电网控制装置，之后配电网控制装置便根据依然能够正常工作的断路器来为受灾区域规划供电路线，从而避免了仅依据具有卫星通信能力的断路器来规划供电线路，能够有效地扩大局部供电的范围。

可选的，离线的断路器包括受灾区域中无法与服务器无法接收到断路器发送的状态信息的断路器。

具体的，当灾害发生时，具有蜂窝通信能力的断路器离线有两种原因，一种是断路器自身受到了破坏，另一种是断路器周围的蜂窝通信基站受到了破坏。

而具有卫星通信能力的断路器则只有在受到破坏才离线。

可选的，通过卫星通信的方式将控制策略发送至无人机控制装置，包括：判断控制策略所对应的断路器是否具有卫星通信能力，若是，则直接通过卫星通信的方式将控制策略发送至断路器，若否，则将制策略发送至无人机控制装置。

具体的，服务器可以预先存储好具有卫星通信能力的断路器的编号的集合E，通过查询集合E中是否包含断路器的编号，从而得知断路器是否具有卫星通信能力。

可选的，基于受灾区域中所有离线的断路器的位置，生成检查路线，包括：以每个断路器的位置为图中的一个节点，采用最短路径算法生成总飞行距离最小的检查路线。

具体的，在检查的阶段，需要快速地判断哪些离线的断路器还能够进行控制，因此，以检查效率优先，采用最短路径算法来生成检查路线。

可选的，状态信息包括断路器的编号，以及断路器的当前状态，当前状态包括合闸状态或跳闸状态。

具体的，断路器可以通过开关量来控制自身的状态。

可选的，接收断路器发送的状态信息，包括：无人机将自身作为蜂窝通信的基站，向断路器发射蜂窝通信的信号；接收断路器通过蜂窝通信的方式发送的状态信息。

具体的，通过是否接受到状态信息，能够知道断路器是否还能够进行远程控制。

可选的，如图2所示，根据服务器发送过来的状态信息生成每个离线的断路器的控制策略，包括：将所有离线的断路器存入集合A1；对于A1中的断路器，若无人机能够接收到该断路器发送的状态信息，则将该断路器存入集合A2；将能够通过卫星通信的方式与服务器进行通信的断路器存入集合A3；获取A2和A3的并集，从而得到配电网控制装置所能够控制的断路器的集合A4；获取受灾区域中依然能够提供电力输出的供电方的集合B；获取每个供电方的发电量；基于每个供电方的发电量分别获取每个供电方的局部供电线路；基于局部供电线路获取处于局部供电线路上的每个断路器的控制策略。

通过分别为每个供电方生成局部供电线路，从而能够在受灾后，对尽可能多的局部区域恢复供电，扩大受灾区域中局部供电的总面积。

可选的，供电方包括水电站、光伏发电站、风力发电站、核电站等。

可选的，发电量为在设定的时间长度内的发电总量。

具体的，设定的时间长度可以是一天、1小时、1分钟中的任意一个。

可选的，基于每个供电方的发电量分别获取每个供电方的局部供电线路，包括：获取A4中的每个断路器所控制的供电范围中的每个负荷的历史平均耗电量和紧急级别；基于历史平均耗电量和紧急级别计算每个断路器的紧急系数；基于紧急系数获取供电方的局部供电线路。

具体的，由于供电方的供电线路存在多种方案，只要供电线路中的负荷的平均耗电量小于供电方的发电量即可，但是，不同的负荷的紧急程度是不同的，例如，对于医院、政府办公大楼等位置的负荷，应当优先恢复供电，因此，本发明通过紧急系数来表示断路器所控制的供电范围内的负荷的紧急程度，从而实现优先对紧急系数高的断路器所控制的供电方范围恢复供电，获得更加好的恢复供电效果。

历史平均耗电量为在设定的时间长度内的历史耗电量的均值。

可选的，紧急级别包括1级、2级和3级；若负荷为政府的设备，则紧急级别为3级；若负荷为民用的设备，则紧急级别为2级；若负荷为其它类型的设备，则紧急级别为1级。

具体的，政府的设备包括政府的办公大楼中的设备、公立医院的设备等。

民用的设备包括小区中的设备、别墅中的设备等。

可选的，基于历史平均耗电量和紧急级别计算每个断路器的紧急系数，包括：使用如下公式计算紧急系数：

，表示紧急系数，/>表示负荷i的历史平均耗电量，/>表示断路器所控制的供电范围中的负荷的历史平均耗电量的最大值，/>表示负荷i的紧急级别，U表示断路器所控制的供电范围中的负荷的集合，/>表示耗电量权重，/>表示紧急级别权重，norma表示对括号内的变量进行归一化计算。

具体的，紧急系数除了基于紧急级别进行计算之外，还考虑历史平均耗电量，耗电量越大的区域，越重要，而紧急级别的加入，结合归一化计算，能够将工厂这些耗电大户区分开来，避免控制的供电范围中存在较多的工厂这种耗电大户的断路器得到较大的紧急系数，历史平均耗电量越大，紧急级别越高，则紧急系数越大看，从而更加精准地对真实需要恢复供电的负荷恢复供电。

可选的，耗电量权重为0.45，紧急级别权重为0.55。

可选的，基于紧急系数获取供电方的局部供电线路，包括：以供电方为起点，以供电方的发电量为限制，获得多条供电路径；基于紧急系数计算每条供电路径的综合优先值；将综合优先值最大的供电路径作为局部供电线路。

在上述实施过程中，以供电方为起点，获取在限制下，所有可能的供电路径，分别为每个供电方进行上述计算，便得到了所有的局部供电线路。

可选的，每获得一个供电方的局部供电线路后，便将局部供电线路所经过的断路器从A4中删除。

具体的，通过将局部供电线路中的断路器从集合A4中删除，能够避免出现供电冲突的线路。即两个局部供电线路之间存在相同的断路器。

可选的，以供电方为起点，以供电方的发电量为限制，获得多条供电路径，包括：第一步，获取集合A4中与供电方之间存在直接供电线路的断路器，将该断路器作为计算对象；第二步，将计算对象存入集合C；第三步，从与计算对象之间存在直接供电线路的且不属于集合C的所有断路器中随机选择一个断路器作为新的计算对象；第四步，判断集合C中的所有断路器所控制的供电范围中的负荷的历史平均耗电量总和是否大于供电方的发电量，若是，则由集合C中的断路器组成供电路径，进入第五步；若否，则进入第二步；第五步，将集合C重置为空集，重复第一步到第四步，直至遍历得到所有可能的供电路径。

具体的，在遍历的过程中，可以通过分别控制供电路径中每个位置的断路器的变化来获得所有可能的供电路径。

例如，若一条供电路径中，与发电方之间存在直接供电线路的断路器有5个，则前5次计算时，可以依次将这5个断路器作为供电路径中的第一个断路器，对应其它位置的断路器也采用相同的原理进行计算，从而得到所有可能的供电路径。

可选的，基于紧急系数计算每条供电路径的综合优先值，包括：采用如下公式计算综合优先值：

，表示供电路径s的综合优先值，/>表示s中的断路器j的紧急系数，/>表示s中的断路器的总数，/>表示s中的断路器的紧急系数的最大值，/>表示s中的第k个断路器和第k+1个断路器之间的直接供电线路的长度，/>表示紧急系数权重，/>表示距离权重，/>表示s中任意两个位置相邻的断路器之间的直接供电线线路长度的最大值。

在获得多条供电路径之后，本发明需要筛选出供电综合效果最好的供电路径，从而确定供电方的局部供电线路；因此，在计算综合优先值的过程中，本发明不仅计算了供电路径中的断路器的紧急系数的累加结果，还考虑了总的供电距离，因为总的供电距离越长，电阻损耗、电感损耗和电容损耗就会越大,从而导致输电损耗越大，不利于充分利用发电方所发出的电能；因此，在本发明中，紧急系数的累加结果越大，总的供电距离越小，则综合优先值越大；这样便能够使得可以带动供电区域中更多的负荷，为更多的人员恢复供电。

可选的，紧急系数权重和距离权重分别为0.6和0.4。

可选的，基于局部供电线路获取处于局部供电线路上的每个断路器的控制策略，包括：控制策略包括断路器的编号和控制方案；对于局部供电线路上的断路器b，若b的当前状态为跳闸状态，控制方案为将b的当前状态变化为合闸状态；若b的当前状态为合闸状态，则控制方案为保持b的当前状态不变。

在上述实施过程中，若属于局部供电线路中的断路器的状态本来就处于合闸状态，则直接让其保留员状态，仅对需要改变状态的断路器进行状态变化的控制。

可选地，根据控制策略生成通知路线，包括：获取接收到的所有控制策略所对应的断路器的集合D；以D中紧急系数最大的断路器为起点，紧急系数最小的断路器为终点，获取起点和终点之间所有可能的通知路线；分别计算每条通知路线的通知效果值；将通知效果值最高的通知路线作为最终得到的通知路线。

与检查阶段不同，本发明在通知阶段，主要是为了使得对越紧急需要恢复供电的负荷越快地恢复供电。因此，本发明不再利用总飞行距离最短来作为生成通知路线的原则，而是通过计算通知效果值，将通知效果值最大的通知路线作为最终的通知路线，从而能够获得更好的通知效果。

可选的，通知效果值的计算公式为：

，为通知路线H的通知效果值，/>表示通知路线中第z个断路器的影响系数，表示通知路线中第z个断路器的紧急系数，/>表示通知路线H中的断路器的总数，/>表示通知路线H中的断路器的紧急系数的最大值，/>表示通知路线H的总航程，/>表示所有的通知路线的总航程的最大值，/>表示影响权重，/>表示航程权重；/>。

在计算通知效果值时，除了考虑总航程之外，更加重要的是通过加权的方式按顺序对断路器的紧急系数进行了累加，在通知路线中越靠前的断路器的影响系数越大，这样，再结合断路器自身的紧急系数，便能够筛选出通知效果最佳的通知线路；实现了优先对越紧急的负荷恢复供电的同时，获得尽可能短的总航程，保证通知的效率。

可选的，影响权重和航程权重分别为0.7和0.3。

可选的，根据控制策略对自身的状态进行控制，包括：若断路器的当前状态为跳闸状态，控制方案为将b的当前状态变化为合闸状态，则将当前状态从跳闸状态变化为合闸状态；若断路器的当前状态为合闸状态，则保持当前状态不变。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，包括无人机、无人机控制装置、服务器和配电网控制装置；无人机控制装置用于基于受灾区域中所有离线的断路器的位置，生成检查路线，并根据检查路线控制无人机对受灾区域中离线的断路器逐个进行访问；无人机用于接收断路器发送的状态信息，并通过卫星通信的方式将状态信息发送至服务器；服务器用于将无人机发送过来的状态信息转发至配电网控制装置；配电网控制装置用于根据服务器发送过来的状态信息生成断路器的控制策略，并将控制策略发送至服务器；服务器用于通过卫星通信的方式将控制策略发送至无人机控制装置；无人机控制装置用于根据控制策略生成通知路线，并根据通知路线控制无人机对受灾区域中需要通知的断路器进行访问；无人机用于将控制策略发送至断路器；断路器用于根据控制策略对自身的状态进行控制；根据服务器发送过来的状态信息生成断路器的控制策略，包括：将所有离线的断路器存入集合A1；对于A1中的断路器，若无人机能够接收到该断路器发送的状态信息，则将该断路器存入集合A2；将能够通过卫星通信的方式与服务器进行通信的断路器存入集合A3；获取A2和A3的并集，从而得到配电网控制装置所能够控制的断路器的集合A4；获取受灾区域中依然能够提供电力输出的供电方的集合B；获取每个供电方的发电量；基于每个供电方的发电量分别获取每个供电方的局部供电线路；基于局部供电线路获取处于局部供电线路上的每个断路器的控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，离线的断路器包括受灾区域中无法向服务器发送状态信息的断路器。

3.根据权利要求1所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，基于受灾区域中所有离线的断路器的位置，生成检查路线，包括：以每个断路器的位置为图中的一个节点，采用最短路径算法生成总飞行距离最小的检查路线。

4.根据权利要求1所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，状态信息包括断路器的编号，以及断路器的当前状态，当前状态包括合闸状态或跳闸状态。

5.根据权利要求1所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，接收断路器发送的状态信息，包括：无人机将自身作为蜂窝通信的基站，向断路器发射蜂窝通信的信号；接收断路器通过蜂窝通信的方式发送的状态信息。

6.根据权利要求1所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，基于每个供电方的发电量分别获取每个供电方的局部供电线路，包括：获取A4中的每个断路器所控制的供电范围中的每个负荷的历史平均耗电量和紧急级别；基于历史平均耗电量和紧急级别计算每个断路器的紧急系数；基于紧急系数获取供电方的局部供电线路。

7.根据权利要求6所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，紧急级别包括1级、2级和3级；若负荷为政府的设备，则紧急级别为3级；若负荷为民用的设备，则紧急级别为2级；若负荷为其它类型的设备，则紧急级别为1级。

8.根据权利要求7所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，基于历史平均耗电量和紧急级别计算每个断路器的紧急系数，包括：使用如下公式计算紧急系数：；/>表示紧急系数，/>表示负荷i的历史平均耗电量，/>表示断路器所控制的供电范围中的负荷的历史平均耗电量的最大值，/>表示负荷i的紧急级别，U表示断路器所控制的供电范围中的负荷的集合，/>表示耗电量权重，/>表示紧急级别权重，norma表示对括号内的变量进行归一化计算。

9.根据权利要求8所述的一种配电网灾后恢复管理系统，其特征在于，基于紧急系数获取供电方的局部供电线路，包括：以供电方为起点，以供电方的发电量为限制，获得多条供电路径；基于紧急系数计算每条供电路径的综合优先值；将综合优先值最大的供电路径作为局部供电线路。