基于多約束條件的配電網(wǎng)搶修網(wǎng)格迭代尋優(yōu)劃分研究

文/竺佳一、孫瓏、方云輝 國(guó)網(wǎng)寧波供電公司 浙江寧波 315010

基于多約束條件的配電網(wǎng)搶修網(wǎng)格迭代尋優(yōu)劃分研究

文/竺佳一、孫瓏、方云輝 國(guó)網(wǎng)寧波供電公司 浙江寧波 315010

本文主要研究了對(duì)配電網(wǎng)按電氣拓?fù)溥M(jìn)行基于多約束條件的配電網(wǎng)搶修網(wǎng)格迭代尋優(yōu)劃分，提供一張以綜合考慮基本維修成本、并將外界影響因數(shù)折算至維修成本的最優(yōu)維修匹配網(wǎng)格圖，該圖除日常用于指導(dǎo)電網(wǎng)維修測(cè)算外，特別能應(yīng)用于電網(wǎng)在洪澇災(zāi)害等極端天氣情況下的搶修指揮和調(diào)度。

配電網(wǎng)搶修網(wǎng)格；網(wǎng)格模型；迭代尋優(yōu)；搶修消耗值

為了更好完成突發(fā)情況下，快速摸清設(shè)備故障情況，及時(shí)統(tǒng)計(jì)設(shè)備受損面積和維修工作量，并以此為依據(jù)合理引進(jìn)、調(diào)配搶修資源（人力、物資）并對(duì)整體搶修態(tài)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)送電，原有依靠電網(wǎng)地理接線圖和設(shè)備臺(tái)賬并以此為依據(jù)按行政區(qū)域、線路供電范圍來(lái)粗略劃分搶修區(qū)域的操作模式已不能很好的適應(yīng)目前的情況。如果沒有一個(gè)劃分大小合適、位置固定，網(wǎng)格內(nèi)設(shè)備種類、數(shù)量、電氣連接關(guān)系、地貌等標(biāo)識(shí)清楚，網(wǎng)格設(shè)備運(yùn)行人員明確的網(wǎng)格圖作為依據(jù)，那么搶修合理、有序、安全開展將是比較困難的。

1、目前操作模式存在的問題：

(1)、應(yīng)急搶修的全程展現(xiàn)。整個(gè)應(yīng)急搶修過(guò)程缺乏搶修任務(wù)劃分和任務(wù)完成情況量化、圖形化的“綜合一張圖”指導(dǎo)工具，造成了一系列的問題。首先，電力企業(yè)在做搶修應(yīng)急預(yù)案時(shí)，預(yù)案制定人員缺乏智能化輔助工具來(lái)量化并實(shí)現(xiàn)在圖上表示和搶修有關(guān)的搶修人員需求，搶修設(shè)備、備品備件的準(zhǔn)備，以及制定片區(qū)負(fù)責(zé)人員和搶修力量配備。其次，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，受援單位和搶修隊(duì)伍之間工作交接缺乏量化的依據(jù)，包括搶修范圍內(nèi)的搶修設(shè)備量、搶修人員等。搶修隊(duì)伍也無(wú)法快速了解區(qū)域內(nèi)的設(shè)備情況，原設(shè)備負(fù)責(zé)人，周圍環(huán)境等要素，以便快速確保其工作任務(wù)及時(shí)有效的分配和開展。 [1]

(2)、電網(wǎng)區(qū)域的科學(xué)劃分。原有的按行政區(qū)域及主干線路供電范圍劃分的方式，由于劃分網(wǎng)格的顆粒度太大，局部信息往往不夠充分。不能給搶修決策人員提供相對(duì)精確、直觀有針對(duì)性的設(shè)備檢修提示，更不能在應(yīng)急情況下迅速給搶修指揮人員提供輔助決策起到實(shí)質(zhì)性的作用。如果單純從行政區(qū)域的面積劃分,可能造成兩個(gè)隊(duì)伍分管兩個(gè)片區(qū),但是片區(qū)的供電電源為同一個(gè),那么當(dāng)一方搶修完成需對(duì)其進(jìn)行送電時(shí)，將有可能對(duì)另外一組搶修隊(duì)伍造成安全隱患。 (3)、搶修信息的合理展示。地理接線圖和基礎(chǔ)臺(tái)賬雖然能很好的反映電網(wǎng)實(shí)際，但由于涉及信息過(guò)于龐雜，并不能過(guò)濾出對(duì)搶修有針對(duì)性的信息并圖形化顯示。同時(shí)，一張沒有分區(qū)、分片并反映設(shè)備檢修工程量等搶修相關(guān)信息的搶修圖，也不能給搶修決策人員提供有針對(duì)性的、直觀的設(shè)備檢修提示，更不能在應(yīng)急情況下迅速給搶修指揮人員提供輔助決策。 [2]。

2、研究的關(guān)鍵技術(shù)

（1）網(wǎng)格大小位置確定和應(yīng)用模式

為了清晰化網(wǎng)格搶修模式的運(yùn)用，我們將網(wǎng)格確定和應(yīng)用一分為二，網(wǎng)格的確定和劃分屬于受災(zāi)前，網(wǎng)格的應(yīng)用（如按網(wǎng)格進(jìn)行搶修任務(wù)安排和進(jìn)度統(tǒng)計(jì)、受損后按網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)等）是屬于受災(zāi)后。網(wǎng)格的應(yīng)用是在已劃分網(wǎng)格的基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)搶修狀態(tài)展示和搶修策略調(diào)整的過(guò)程，是基于網(wǎng)格的上層應(yīng)用。網(wǎng)格大小、位置確定在災(zāi)害前一次性固定劃定，搶修過(guò)程中不進(jìn)行修改，用于日常評(píng)估網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)維修工作量和受災(zāi)搶修狀態(tài)下排摸、組織協(xié)調(diào)的唯一依據(jù)。它的劃分以不考慮受災(zāi)情況，單純根據(jù)劃定區(qū)域內(nèi)設(shè)備各種維修工作量來(lái)衡量的，影響網(wǎng)格維修工作量的只有當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)、地理位置等靜態(tài)信息，并統(tǒng)一折算進(jìn)維修工作量。網(wǎng)格劃分和受災(zāi)損失情況、災(zāi)后搶修難度、網(wǎng)格搶修調(diào)度優(yōu)先級(jí)等無(wú)關(guān)。

（2）網(wǎng)格模型的建立

網(wǎng)格模型需要主要給出網(wǎng)格的設(shè)備數(shù)量、地理地貌信息、網(wǎng)格維修需求工作量等關(guān)鍵信息。對(duì)網(wǎng)格維修工作量的計(jì)算需要考慮多種約束條件對(duì)檢修量的影響。如根據(jù)此網(wǎng)格內(nèi)配電設(shè)備特性、設(shè)備數(shù)量、運(yùn)行環(huán)境、交通狀況、施工環(huán)境，按照標(biāo)準(zhǔn)化檢修的工作定量標(biāo)準(zhǔn)，按照單元格給出每條線路的維修力量需求值。同時(shí)，因?yàn)樾枰紤]網(wǎng)格的合并，所以需要在網(wǎng)格模型內(nèi)部保存網(wǎng)格間的電氣拓?fù)潢P(guān)聯(lián)信息和包含子網(wǎng)格的數(shù)據(jù)。 [3]。

3、研究的基礎(chǔ)條件

（1）必須以真實(shí)有效的具備設(shè)備詳細(xì)信息和電氣拓?fù)涞碾娋W(wǎng)接線圖為基礎(chǔ)，離開了電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，那么整個(gè)搶修網(wǎng)格的劃分甚至搶修過(guò)程將是無(wú)意義的。

（2）搶修網(wǎng)格模型的合理性，一方面具備反映基本維修信息的屬性信息，同時(shí)需要具備網(wǎng)格間關(guān)聯(lián)關(guān)系（包括電氣拓?fù)潢P(guān)系和網(wǎng)格間包含關(guān)系）的屬性信息，以方便網(wǎng)格的迭代合并。

（3）對(duì)影響網(wǎng)格內(nèi)設(shè)備維修量的可能因數(shù)范圍的界定和折算到網(wǎng)格維修量的比例系數(shù)和合理計(jì)算公式，以達(dá)到一個(gè)能較精確標(biāo)定網(wǎng)格維修值。

（4）配網(wǎng)最小單元格可以分為線路和配電設(shè)備，其中線路又分為架空線路和電纜，配電設(shè)備有配變、開關(guān)柜等。配網(wǎng)的最小單元網(wǎng)格可以分為線路和配網(wǎng)設(shè)備兩種類型。一個(gè)最小單元網(wǎng)格劃分依據(jù)為具備電氣斷開點(diǎn)為分割，如架空線的一個(gè)耐張段長(zhǎng)度的導(dǎo)線，具有接頭的一段電纜等，配網(wǎng)設(shè)備以單個(gè)設(shè)備為最小單元網(wǎng)格。最終搶修網(wǎng)格是在最小單元網(wǎng)格的基礎(chǔ)上的合并組合。

4、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

（1）網(wǎng)格模型，所有網(wǎng)格只有一種模型，只是區(qū)分最小單元網(wǎng)格和最終網(wǎng)格，同時(shí)根據(jù)網(wǎng)格所含設(shè)備的不通，網(wǎng)格的相關(guān)屬性值有所區(qū)別。

網(wǎng)格屬性：

（1.1）網(wǎng)格編號(hào)（ID）：用來(lái)唯一表識(shí)一個(gè)網(wǎng)格

（1.2）網(wǎng)格類型：最小單元網(wǎng)格由于為單一設(shè)備，故類型值為“架空線路”、“電纜”、“開關(guān)”、“開關(guān)柜”、“配變”，而最終迭代合并后的網(wǎng)格類型為“綜合”）

（1.3）網(wǎng)格內(nèi)設(shè)備數(shù)量：最小單元網(wǎng)格數(shù)量取值為“1”，其他網(wǎng)格按所含設(shè)備數(shù)量取值。

（1.4）網(wǎng)格維修消耗基準(zhǔn)值：最小單元網(wǎng)格按所含設(shè)備類型進(jìn)行定值，其他網(wǎng)格為所含網(wǎng)格基準(zhǔn)值的綜合。可查詢標(biāo)準(zhǔn)化搶修手冊(cè)查閱可得，目前典型設(shè)備根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定：跌落式熔斷器（刀閘）為2人*25分鐘，避雷器為2人*30分鐘，柱上開關(guān)為2人*25分鐘，開關(guān)站間隔、低壓分支箱為5人*40分鐘，電桿（包含一檔線路）為10人*40分鐘，變壓器（包含變壓器附件安裝）為10人*40分鐘，電纜頭6人*40分鐘，低壓表箱（包含低壓線路）為1人*20分鐘。

（1.5）維修難度修正系數(shù)(K)，主要是根據(jù)設(shè)備類型造成的排查及維修難度、設(shè)備自身堅(jiān)強(qiáng)程度、設(shè)備所在地域環(huán)境給維修及物質(zhì)輸送帶來(lái)的困難等外界因數(shù)折算到實(shí)際維修消耗值的修正系數(shù)。該系數(shù)目前采用配網(wǎng)大修項(xiàng)目工程量計(jì)算定額。地形系數(shù)對(duì)維修量的修正，平原為1，市區(qū)、丘陵為1.2，一般山地、泥沼系數(shù)為1.6。對(duì)于合并后的網(wǎng)格，默認(rèn)值是1。

（1.6）最終維修消耗值=基本維修消耗值*K1* K 2* K 3…,其中k1 k2 k3…分別對(duì)應(yīng)各種修正系數(shù)值，取值區(qū)間為0、1-1.9。

（1.7）設(shè)備電氣控制點(diǎn)是為了標(biāo)明維修網(wǎng)格設(shè)備上級(jí)開關(guān)刀閘等，作為對(duì)網(wǎng)格合并重組的基本依據(jù)。因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)際檢修情況，同一電氣控制點(diǎn)（開關(guān)、分支令克等）的網(wǎng)格可以合并或則在拉開上級(jí)控制設(shè)備后獨(dú)立范圍內(nèi)開展維修。

(1.8)搶修指數(shù)：用于形成最終網(wǎng)格劃分后，根據(jù)受災(zāi)實(shí)際情況和外界信息輸入，對(duì)網(wǎng)格搶修重要性和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行評(píng)定，指導(dǎo)后續(xù)的搶修安排和策略。數(shù)值高的優(yōu)先級(jí)越高。在劃定網(wǎng)格后，默認(rèn)該值都為1。

（1.9）包含子網(wǎng)格集：用于在網(wǎng)格迭代劃分過(guò)程中存儲(chǔ)合并的子網(wǎng)格號(hào)，最小單元格默認(rèn)為空

（1.10）網(wǎng)格負(fù)責(zé)人：日常的網(wǎng)格內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行人員等，用于指導(dǎo)搶修隊(duì)伍及時(shí)排摸設(shè)備。

（1.11）網(wǎng)格負(fù)荷性質(zhì)：網(wǎng)格內(nèi)用戶的性質(zhì)，如醫(yī)院、通訊樞紐、水泵抽水站等。

（1.12）網(wǎng)格信息備注：可以用于標(biāo)注網(wǎng)格基本地貌或則突出表示的信息。

（2）基于多約束條件的配電網(wǎng)搶修網(wǎng)格迭代尋優(yōu)劃分。

總體分為兩個(gè)階段，首先建立最小單元網(wǎng)格，并根據(jù)多條件約束對(duì)往網(wǎng)格搶修消耗值進(jìn)行設(shè)定。然后根搶修隊(duì)伍能力按照迭代方式多次進(jìn)行最優(yōu)匹配并確定最終網(wǎng)格。

（2.1）建立最小單元網(wǎng)格，依靠電網(wǎng)G IS系統(tǒng)圖形和電氣拓?fù)潢P(guān)系，以一條線路供電范圍為單位從電源點(diǎn)向供電末端進(jìn)行依次掃描，以最小單元網(wǎng)格劃分原則建立最小網(wǎng)格實(shí)例，并對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行復(fù)制。通過(guò)此步驟，可以建立一張能顯示維修消耗值的最小網(wǎng)格劃分圖。維修難度修正系數(shù)的選擇：配網(wǎng)設(shè)備分為線路和設(shè)備。其中，線路可以分為電纜和架空線，由于其鋪設(shè)方式及成本，受災(zāi)情況下的排查難度等不一致，故其維修消耗值是不一樣的需要區(qū)分。設(shè)備本身性質(zhì)也決定了維修難度修正系數(shù)，如固體絕緣柜可以適應(yīng)水災(zāi)環(huán)境免維護(hù)，其修正系數(shù)為“0”。城區(qū)新居民小區(qū)可以設(shè)定為1（環(huán)境對(duì)維修無(wú)直接影響）。

(2.2)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化搶修隊(duì)伍維修能力，考慮地理、上下級(jí)電氣關(guān)系等進(jìn)行多次迭代劃定最優(yōu)網(wǎng)格。

標(biāo)準(zhǔn)化搶修隊(duì)伍維修能力是指按標(biāo)準(zhǔn)化搶修隊(duì)伍所具備的維修能力。網(wǎng)格的最終劃分，是以建立新網(wǎng)格對(duì)最小單元網(wǎng)格進(jìn)行合并重組的方式多次迭代進(jìn)行的，合并后搶修值總和應(yīng)正好匹配一支標(biāo)準(zhǔn)化搶修隊(duì)伍的維修能力。

迭代劃分過(guò)程總體為根據(jù)維修實(shí)際需求和搶修安全性考慮，每次從電網(wǎng)末端向電源點(diǎn)劃分，執(zhí)行首次匹配即確定網(wǎng)格的原則，然后第二次對(duì)剩余不優(yōu)的網(wǎng)格進(jìn)行再次劃分，如此迭代往復(fù)直至所有網(wǎng)格大小都為最優(yōu)。劃分的限制因數(shù)為搶修隊(duì)伍的維修能力及被合并的網(wǎng)格是否已經(jīng)跨越本級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)格。

結(jié)論：

綜合以上論述，建成一張電網(wǎng)網(wǎng)格化搶修劃分圖為指導(dǎo)的搶修綜合展示圖將對(duì)日常劃定搶修預(yù)案和指導(dǎo)實(shí)際搶修起到關(guān)鍵性作用。搶修網(wǎng)格圖圖示系統(tǒng)是多套圖紙信息的疊加綜合展示，底層是電力網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（包括設(shè)備名稱、實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備地理位置及海拔高度等），分層標(biāo)記道路、水系、通訊水廠儲(chǔ)油罐等與公共民生及搶修密切相關(guān)的地圖信息，政府機(jī)構(gòu)通過(guò)外聯(lián)渠道得到的災(zāi)害下的公共信息，最上面層是網(wǎng)格圖層信息，他是對(duì)所有信息（包括各搶修隊(duì)伍網(wǎng)格的劃分和進(jìn)度、狀態(tài)顯示等）的匯總統(tǒng)計(jì)顯示，以供災(zāi)害下?lián)屝拗笓]中心進(jìn)行搶修決策起到指導(dǎo)作用。

[1]張晶偉,張粒子,黃弦超.基于遺傳拓?fù)浠旌纤惴ǖ呐潆娋W(wǎng)多故障搶修策略.電力系統(tǒng)自動(dòng)化 2008年第22期.

[2]張之楓.基于G IS的電力故障搶修系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)，水利水電工程，2007，碩士論文.

[3]吳孟泉,王周龍,崔青春,等. 配電網(wǎng)G IS中的拓?fù)浞治鲅芯?武漢大學(xué),2004.

竺佳一（1971-），男，副總經(jīng)理，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化工作。