基于GIS電子地圖的配電網(wǎng)電力搶修智能調(diào)度方法

【關(guān)鍵詞】GIS 電子地圖；配電網(wǎng)；電力搶修；智能調(diào)度；粒子群算法

引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力需求量逐年增加，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。然而，由于各種原因?qū)е碌碾娏收喜豢杀苊?，如自然?zāi)害、設(shè)備故障等。為了盡快恢復(fù)供電，減少對用戶的影響，電力搶修工作顯得尤為重要。傳統(tǒng)的電力搶修方法主要依靠人工經(jīng)驗和現(xiàn)場勘查，無法實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地調(diào)度和資源配置，往往導(dǎo)致?lián)屝扌实拖?，延誤恢復(fù)供電時間。因此，如何實現(xiàn)配電網(wǎng)電力搶修的智能化調(diào)度和管理，提高搶修效率和準(zhǔn)確性，已成為當(dāng)前電力行業(yè)面臨的重要問題。地理信息系統(tǒng)（GIS）是一種集成了空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖形顯示技術(shù)的信息系統(tǒng)，具有強大的空間分析和可視化功能。通過將GIS技術(shù)與電力搶修工作相結(jié)合，可以實現(xiàn)對配電網(wǎng)電力搶修的智能化調(diào)度和管理。具體而言，基于GIS電子地圖的配電網(wǎng)電力搶修智能調(diào)度方法可以利用電子地圖的直觀性和信息集成優(yōu)勢，快速定位故障地點，分析故障影響范圍和程度，自適應(yīng)地調(diào)整電力資源和維修力量，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用。同時，該方法還可以結(jié)合智能調(diào)度算法，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對電力搶修任務(wù)進行預(yù)測和調(diào)度，提高搶修效率和準(zhǔn)確性。通過本文的研究，期望能夠為配電網(wǎng)電力搶修工作提供一種新的思路和方法，提高搶修效率和準(zhǔn)確性，減少對用戶的用電影響。

一、生成配電網(wǎng)GIS電子地圖

本文設(shè)計的調(diào)度方法是利用GIS電子地圖對電力搶修資源規(guī)劃，在地圖中測算出配電網(wǎng)電力故障點與搶修隊伍所在位置之間的距離，優(yōu)先調(diào)動距離最近的搶修隊伍對電力故障進行搶修，為了清晰地描述出配電網(wǎng)故障與搶修隊伍之間的空間位置關(guān)系，首先需要建立路網(wǎng)模型。

交通網(wǎng)絡(luò)圖是為了加快GPS顯示電子地圖的速度，將調(diào)取的交通網(wǎng)絡(luò)圖進行分割與編號，采用柵格數(shù)據(jù)對GPS電子地圖顯示，將GPS電子地圖劃分為若干個形狀相同，大小相等的柵格塊[1]。在進行GPS電子地圖劃分時，為保證GPS電子地圖的連續(xù)性，必須使相鄰兩個地理空間之間存在一定的重疊。將整個地圖分割成一片區(qū)域，在顯示該區(qū)域的時候，只需將該區(qū)域的一小片區(qū)域提取出來，從而大幅縮短了讀取GPS電子地圖所需的時間[2]。假設(shè)將GPS電子地圖分割成們m*n個矩形柵格，每個矩形柵格大小為400×400，使用數(shù)字對每個柵格進行編號，其用公式表示為：

式中，K表示配電網(wǎng)GIS電子地圖柵格編號；d表示柵格在配電網(wǎng)GIS電子地圖中行號；l表示柵格在配電網(wǎng)GIS電子地圖中列號[3]。對于一個面積比較小的區(qū)域，可以認(rèn)為地球表面是個平面，因此對于一個點，其經(jīng)緯坐標(biāo)和圖像像素坐標(biāo)都是平面坐標(biāo)系[4]。GIS電子地圖是以圖像的形式表示，因此在GIS電子地圖中某一點的坐標(biāo)是在圖像像素坐標(biāo)系中，因此需要將配電網(wǎng)經(jīng)緯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像素坐標(biāo)，實現(xiàn)將配電網(wǎng)地理信息在GIS電子地圖上的映射，其用公式表示為：

式中，x、y分別表示配電網(wǎng)任意一點在GIS電子地圖上的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；a、b、c、d、e、h均表示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)；X、Y分別表示配電網(wǎng)任意一點的經(jīng)度坐標(biāo)和緯度坐標(biāo)。上述公式中六個參數(shù)是未知的，在GIS電子地圖上隨機選擇三個地點，將其經(jīng)緯坐標(biāo)和GIS電子地圖圖像像素坐標(biāo)代入公式（2）中，即可求出六個參數(shù)值[5]。再將配電網(wǎng)經(jīng)緯坐標(biāo)代入公式（2）中，即可得到所有點的像素坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)將配電網(wǎng)映射到GIS電子地圖上，以此生成配電網(wǎng)GIS電子地圖。

二、建立調(diào)度目標(biāo)函數(shù)及調(diào)度決策

為了保證配電網(wǎng)電力搶修及時，以搶修路徑最短為目標(biāo)，建立電力搶修調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，利用上文生成的配電網(wǎng)電子地圖中故障位置與搶修隊伍位置信息，計算出搶修路徑，其用公式表示為：

式中，H表示搶修隊伍與配電網(wǎng)故障點之間的距離；xg、yg分別表示配電網(wǎng)GIS電子地圖中故障點的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)；xq、yq分別表示配電網(wǎng)GIS電子地圖中搶修隊伍的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)[6]。因此建立的調(diào)度目標(biāo)函數(shù)用公式表示為：

式中，f表示配電網(wǎng)電力搶修智能調(diào)度目標(biāo)函數(shù)。通常情況下，搶修隊伍需要在規(guī)定時間內(nèi)達到現(xiàn)場，完成電力搶修任務(wù)，因此為了保證調(diào)度決策的合理性，設(shè)定搶修時間約束條件，其用公式表示為：

式中，t表示GIS電子地圖上搶修路徑擁塞時間；v表示搶修車輛行駛速度；T表示配電網(wǎng)電力搶修最長等待時間[7]。根據(jù)GIS電子地圖上顯示的路況，利用粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)求解，選擇一條符合約束條件的路徑最短的電力搶修路徑，調(diào)度該路徑上搶修隊伍進行電力搶修，以此實現(xiàn)基于GIS電子地圖的配電網(wǎng)電力搶修智能調(diào)度。

三、實驗論證

（一）實驗準(zhǔn)備與設(shè)計

以某配電網(wǎng)為研究對象，該配電網(wǎng)在0-24h時間段內(nèi)共發(fā)生8起故障，具體故障情況如下表所示。

該電網(wǎng)配電區(qū)域內(nèi)共有5組搶修隊伍，搶修資源包括線路班組、電纜班組、搶修吊車、斗臂車、發(fā)電車、路徑儀和測試設(shè)備，按照本文設(shè)計方法對該配電網(wǎng)電力故障進行搶修智能調(diào)度，調(diào)度結(jié)果為：搶修隊伍1任務(wù)為故障3，搶修隊伍2任務(wù)為故障4、故障5，搶修隊伍3任務(wù)為故障1、7，搶修隊伍4為故障2，搶修隊伍5為故障6、8。

（二）實驗結(jié)果與討論

為了驗證調(diào)度方法的性能，選擇電網(wǎng)故障供電等待時間和電力搶修成本為評價指標(biāo)，電網(wǎng)故障供電等待時間越長，電力搶修成本越高，則表示電力搶修調(diào)度越不合理，反之則表示調(diào)度越合理。針對以上兩個指標(biāo)測評，將設(shè)計方法與基于數(shù)據(jù)挖掘的調(diào)度方法和基于蟻群算法的調(diào)度方法比較，測評結(jié)果如圖1、表2所示。

從圖1可以看出，本文方法應(yīng)用下配電網(wǎng)故障供電等待時間比較短，最長等待時間僅為3.45h，在搶修時間范圍內(nèi)，與基于數(shù)據(jù)挖掘的調(diào)度方法相比，供電等待時間縮短了將近32%，與基于蟻群算法的調(diào)度方法相比，供電等待時間縮短了將近35%，證明本文方法電力搶修速度更快，調(diào)度更加合理。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，本文方法應(yīng)用下配電網(wǎng)電力搶修成本比較少，最少搶修成本為1024.54元，與基于數(shù)據(jù)挖掘的調(diào)度方法相比，搶修成本降低了將近50%，與基于蟻群算法的調(diào)度方法相比，搶修成本降低了將近46%，證明本文方法經(jīng)濟性良好。這是因為本文采用了GIS電子地圖將故障點位置與電力搶修隊伍位置在地圖中標(biāo)識，以搶修路徑最短為目標(biāo)，因此在一定程度上保證了電力搶修速度和成本。通過以上實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與對比，證明了本文方法可以實現(xiàn)對配電網(wǎng)電力搶修高精度智能調(diào)度，調(diào)度效果良好。

結(jié)束語

綜上所述，本文提出了一種基于GIS電子地圖的配電網(wǎng)電力搶修智能調(diào)度方法。該方法利用GIS電子地圖的直觀性和信息集成優(yōu)勢，結(jié)合智能調(diào)度算法，實現(xiàn)了對配電網(wǎng)電力搶修的快速、高效調(diào)度。通過實驗驗證，發(fā)現(xiàn)該方法能夠在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，自適應(yīng)地調(diào)整電力資源和維修力量，以最快的速度恢復(fù)供電。同時，該方法還具有較好的魯棒性和可靠性，能夠應(yīng)對各種復(fù)雜情況和高壓力下的電力搶修工作。盡管本文提出的方法取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。首先，該方法主要針對配電網(wǎng)電力搶修調(diào)度問題進行建模和分析，對于更復(fù)雜的電力系統(tǒng)還需要進一步探討。其次，該方法主要基于歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗進行調(diào)度，對于具有不確定性和隨機性的故障情況，還需要進一步完善算法以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)地預(yù)測和調(diào)度。