考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法及系统

技术领域

本公开属于配电网优化技术领域，具体涉及一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，随着自然灾害的发生频率逐年上升，建设一个有恢复力的弹性配电网刻不容缓。为提高配电网弹性，在配电网发生故障后通过多种应急资源协同调度优化，快速、安全、可靠的恢复配电网重要负荷供电具有十分重要的现实意义。电力系统作为关系到国家安全和国民经济命脉的重要基础设施,不仅要满足正常环境下的可靠运行，更需要能在极端灾害发生时维持必要的功能。在此背景下,构建有恢复力的弹性电网逐渐成为各国政府着力发展的国家战略。配电网的应急抢修资源和抢修队伍作为修复配电网结构的关键部分，快速合理的调度安排对于配电网快速安全恢复重要负荷供电和快速恢复正常运行的网架结构至关重要。因此研究考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修策略具有重要的现实意义。

目前，针对弹性配电网的灾后恢复问题，国内外研究学者分别从故障定位、网络重构、应急抢修预案，不同灾后恢复措施、策略优化等方面进行了大量故障研究。在配电网的灾后恢复研究中，国内外研究学者现有的研究工作可以分为应急资源和抢修队伍调度、网络重构、综合能源支撑、移动式储能的优化调度、灾后恢复策略优化、应急抢修预案等。其中，应急资源和抢修队伍的优化调度起到修复配电网故障至关重要的作用，其他几种灾后恢复措施策略只能够短时间快速恢复重要负荷供电，为配电网故障提供维修时间。虽然现有研究较为全面，但大多只考虑了抢修队伍和应急资源的调度方案，无法获取最优调度方案，且考虑应急灾后恢复措施较单一，不能保证在维修的动态过程中配电网最大范围恢复供电。

因此，需要针对考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修策略进行深入研究。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法及系统，本公开能快速、安全、可靠的最大化恢复负荷供电，且能够通过合理有效的调度策略，有序的调度应急资源和维修队伍，快速修复配电网多点故障。

根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法及系统，采用如下技术方案：

一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法，包括以下步骤：

步骤S01：获取故障节点位置信息和负荷节点指标权重，判断配电网是否完全恢复供电，若完全恢复供电则转入步骤S03，否则转入步骤S02；

步骤S02：以最大化恢复供电负荷为目标进行配电网的网络重构，直到完全恢复供电，转入步骤S03；

步骤S03：判断配电网中的故障节点是否完全恢复，若完全恢复故障节点则结束抢修，若否则转入步骤S04；

步骤S04：以配电网恢复力最高为目标修复故障节点，直到完全修复故障节点，结束抢修。

作为进一步的技术限定，在步骤S01中，所述负荷节点指标权重包括负荷重要度、各节点负荷量、拓扑重构的重要度和修复时间长短等级。

作为进一步的技术限定，在步骤S02中，配电网没有完全恢复供电时，则说明配电网中存在故障，需要通过配电网的网络重构来调整配电网运行结构的变化，考虑配电网中负荷节点的重要等级，优先恢复配电网中重要负荷供电。

进一步的，在步骤S02中，在配电网的网络重构过程中，引入图论的概念以保证配电网的辐射状拓扑结构，需满足以下两个条件：

第一，每个子图均包含所有节点；

第二，线路总数等于节点总数减去子图的数量。

作为进一步的技术限定，在步骤S02中，所述配电网的网络重构的目标函数是最大化恢复供电负荷，约束条件是配电网潮流约束和配电网网络重构约束，所述配电网潮流模型约束采用线性化的Distflow潮流模型。

作为进一步的技术限定，在步骤S04中，所述修复故障节点的目标函数是恢复供电后提升配电网的恢复能力最高，综合考虑负荷重要度、负荷量、配电网拓扑重要度和修复时间长短。

作为进一步的技术限定，在步骤S04中，所述修复故障节点时包括以下约束条件：

同一时间段，分配到各节点的抢修队伍数量不能大于抢修队伍最大数量；

故障节点分配资源要满足节点所需资源；

故障节点分配应急资源的数目要小于资源最大数目；

故障节点在同时被分配所需应急资源和抢修队伍的情况下才能被恢复。

根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修系统，采用如下技术方案：

一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修系统，包括：

获取模块，用于获取故障节点位置信息和负荷节点指标权重；

第一判断模块，用于判断配电网是否完全恢复供电，若没有完全恢复供电，以最大化恢复供电负荷为目标进行配电网的网络重构，直到完全恢复供电；

第二判断模块，用于判断配电网中的故障节点是否完全修复，若没有完全修复故障节点，以配电网恢复力最高为目标修复故障节点，直到完全修复故障节点，结束抢修。

根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法中的步骤。

根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法中的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开提出了了一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修策略，通过将网络重构与应急物资和维修队伍调度措施相结合对配电网进行灾后恢复，直至配电网恢复到原来稳定运行状态；在应急资源调度中，充分考虑到故障节点多指标权重；在配电网中应急资源有限的情况下，两种措施相结合相比于无网络重构可以更快的恢复所有负荷供电。在配电网多点故障中能够快速、安全、可靠的最大化恢复负荷供电，且能够通过合理有效的调度策略，有序的调度应急资源和维修队伍，快速修复配电网多点故障。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例一中考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法的流程图；

图2是本公开实施例一中考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法在时间维度上的耦合关系图；

图3是本公开实施例一中单商品物流模型的原理图；

图4是本公开实施例一中典型配电网区域的网络结构图；

图5是本公开实施例二中考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修系统的结构框图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本公开实施例一介绍了一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法。

在故障发生后，输入故障节点信息位置，以及影响各负荷节点的各个指标权重，分别包括负荷重要度、各节点负荷量、拓扑重构的重要度和修复时间长短等级；判定配电网中是否完全恢复供电，若没有完全恢复供电，配电网采用网络重构最大化恢复负荷供电，其次采用抢修队伍及应急物资调度实现快速对重要负荷节点进行修复，再次判断负荷是否完全恢复，直至所有负荷完全恢复供电；判断配电网中故障节点是否完全修复，若没有完全恢复，通过抢修队伍和应急物资调度修复故障节点，直至修复配电网中所有故障。

如图1所示的一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法，包括以下步骤：

步骤S01：获取故障节点位置信息和负荷节点指标权重，判断配电网是否完全恢复供电，若完全恢复供电则转入步骤S03，否则转入步骤S02；

步骤S02：以最大化恢复供电负荷为目标进行配电网的网络重构，直到完全恢复供电，转入步骤S03；

步骤S03：判断配电网中的故障节点是否完全恢复，若完全恢复故障节点则结束抢修，若否则转入步骤S04；

步骤S04：以配电网恢复力最高为目标修复故障节点，直到完全修复故障节点，结束抢修。

如图2所示的时间维度耦合关系图，每个节点负荷都有其固定需要的物资，节点被修复的条件应满足抢修队伍和该节点需求的应急物资同时被分配。负荷节点被修复的顺序要充分考虑以下原则：

(1)资源优先分配到重要负荷节点；

(2)资源优先分配到负荷量较大节点；

(3)资源优先分配到对配电网拓扑恢复重要的节点；

(4)资源优先分配到故障抢修时间较短的节点。

由于近年来对配电网的管理制度不断升级，而发生故障灾害的概率也不断增大。因此为保证供电可靠性、提高用户用电的满意程度，配电网抢修工作采取标准化流程化的作业方式。将抢修任务、抢修资源进行分类，标准化配置抢修班组，当配电网中有故障发生时，只需调度一个或几个抢修班组，并根据该抢修任务的类型配备其他必须的抢修资源，本实施例在建立应急物资和抢修队伍的调度模型前，做出以下假设：

(1)故障节点等同于接入该节点的线路发生故障，建模时等同考虑；

(2)每个抢修任务的类型已经确定，并且相应的所需应急资源类型也已知；

(3)每个抢修任务由一个抢修队伍来执行即可；

(4)每个抢修队的人数车辆及基础设施均相同，工作效率也相同，但一个抢修队伍在同一时刻只能抢修一个故障。

下面结合图4展开详细的介绍：

网络重构部分

在故障发生后，配电网首先通过网络重构调整配电网运行结构的变化，考虑配电网中负荷节点的重要等级，优先恢复配电网中重要负荷供电。

在网络重构过程中，要保证配电网的辐射状拓扑结构，需要引入图论中的概念，对于辐射型网络，保证其是辐射状结构的充分必要条件是满足2个条件：

1)每一个子图都是1个包含了子图中所有节点；

2)线路总数量等于节点数量减去子图的数量。

若要满足条件1)，根据图论中的原理，子图节点连接约束可以使用单商品物流模型来表示。

本实施例中所采用的单商品物流模型原理如图3所示，其中○代表节点，□代表商品。

单商品物流模型的原理为：对于配电网发生故障后与主电网脱离，配电网依据配电网中电源个数划分子配电网，每一个子配电网中包含1个电源节点充当“发送器”，其他节点为负载节点充当的“接收器”。在每一个子配电网中，由发送器向每一个接收器发送1个商品，来保证每个节点都连接到了子配电网中。单商品物流模型表示如下：

W

其中，f

满足辐射状网络结构的条件2)可由式(7)表示：

其中，α

针对配电网多点故障时间和抢修所需电力物资的特点，建立完善的电力物资保障体系，才能在电网应急活动中满足电力物资供应需求，快速修复故障。应急抢修过程中的需要考虑的关键因素包括抢修资源配置、抢修队伍数量、故障类型、抢修顺序等。抢修资源包括移动电源、发电机、吊车、导线、杆塔、电缆、线路、二次系统等专业班组以及各类大型工器具，在同一负荷节点配置所需工器具等应急资源和专业班组行程具有相应技术特长的抢修分队。在配电网中抢修应急资源有限的情况下，抢修队伍与应急资源的协调调度要充分考虑到两者的协调调度，保证合理高效的完成多点故障的应急抢修。设应急抢修资源集合为P，抢修队伍集合为M，故障集合为U，则可以建立抢修资源和故障任务直接的分配函数为：

其中，R

应急资源与抢修队伍的协同关系要求满足下式关系，即同一节点同时被分配资源与抢修队伍后，该节点才可以被修复：

网络重构的目标函数为最大化恢复供电负荷，表达式如下所示：

其中，f

网络重构部分的约束条件主要包括配电网潮流约束和配电网网络重构部分约束。配电网潮流模型采用线性化的Distflow潮流模型，如式(12)-(21)所示：

0≤δ

0≤P

P

其中，

公式(12)-(13)分别表示所有节点满足有功功率和无功功率平衡；公式(14)-(15)表示当线路处于闭合状态时，α

抢修队伍与应急物资调度方面(修复故障节点)

合理有效的分配抢修队伍和资源要以恢复供电后提升配电网恢复力最高为优化目标。本实施例选择最先修复节点时综合考虑负荷重要度、负荷量、配电网拓扑重要度和修复时间长短四种因素。目标函数综合考虑四种因素确定为下式所示：

其中，ω

修复故障节点的约束条件如下：

(1)同一时间段，分配到各节点的抢修队伍数量不能大于抢修队伍最大数量，即

其中，R

(2)故障节点分配资源要满足节点所需资源：

R

其中，r

(3)故障节点分配应急资源的数目要小于资源最大数目；

其中，J为应急资源p的最大数量。

(4)故障节点u在同时被分配所需应急资源和抢修队伍的情况下才能被恢复；

其中，由于R

在本实施例的公式(26)中，采用引入新的辅助变量线性化模型处理非线性问题。若C＝A*B，添加如公式(27)和(28)所示的约束条件即可：

0≤C≤A (27)

A+B-1≤C≤B (28)

本实施例所介绍的一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法，重点考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修策略，尽可能最大范围的恢复供电。配电网发生多点故障后，首先，采用网络重构进行最大化恢复负荷供电；其次，基于现有的网络结构，进行应急资源和抢修队伍的调度，确保人员和物资匹配，最后基于修复好的节点再次进行网络重构与调度直至配电网恢复正常运行状态。本实施例考虑了网络重构和抢修队伍与应急物资的调度分配两种灾后恢复措施，充分利用了两种策略在时间维度上的协同恢复优势，网络重构最大化扩大供电范围，抢修队伍按照负荷重要度进行优先选择权重大的节点进行修复，修复一次再通过网络重构扩大配电网供电范围，循环恢复直至配电网故障完全恢复。

实施例二

本公开实施例二介绍了一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修系统，采用了实施例一种所介绍的应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法。

如图5所示的一种考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修系统，包括：

获取模块，用于获取故障节点位置信息和负荷节点指标权重；

第一判断模块，用于判断配电网是否完全恢复供电，若没有完全恢复供电，以最大化恢复供电负荷为目标进行配电网的网络重构，直到完全恢复供电；

第二判断模块，用于判断配电网中的故障节点是否完全修复，若没有完全修复故障节点，以配电网恢复力最高为目标修复故障节点，直到完全修复故障节点，结束抢修。

详细步骤与实施例一提供的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法相同，在此不再赘述。

实施例三

本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法中的步骤。

详细步骤与实施例一提供的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法相同，在此不再赘述。

实施例四

本公开实施例四提供了一种电子设备。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法中的步骤。

详细步骤与实施例一提供的考虑应急资源调度的弹性配电网多点故障抢修方法相同，在此不再赘述。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。