考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法

技术领域

本发明涉及配电网与交通网协同技术领域，具体为考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法。

背景技术

自然灾害会对城市电网或交通道路等关键基础设施造成很大的影响，尤其是地震、台风、洪灾等破坏性强的极端事件。这些事件会造成建筑物坍塌、道路损坏、电网断线停电等影响较大的事故，造成极大的经济损失。随着气候的变化，近年来极端事件发生的概率较以往有所增大，尤其是沿海城市更容易收到台风、洪灾等自然灾害的破坏，因此增强城市关键基础抵御自然灾害的能力极为重要，在城市受到极端事件的破坏之后应尽可能快的修复电网与交通，恢复供电与出行，保障居民的基本生活。

在灾后抢修的过程中，配电网的修复需要运输相应的设备与工作人员到故障发生点进行修复，因此需要先保证道路可以正常的通行；而电力为交通信号灯、道路恢复设备、加油站等交通设施提供能量，因此交通网的恢复也需要依靠电网的正常运行。因此，要使恢复效率最大化，需要协调电网的恢复与道路的修复之间的关系，使二者协同恢复。

现有的方法存在很多不足，如今很多关于配电网灾后抢修的研究大多数都是建立在交通能够正常通行的基础上的，即在抢修设备与机组人员调度无障碍的前提下，对配电网的修复进行优化，寻找合适的修复策略。同样有很多关于灾后交通网的抢修也没有考虑电力对修复设备与交通设施的影响。

但是，在极端事件发生后，往往电网的损伤与交通网的损伤是同时发生的。在考虑修复策略时需要同时兼顾二者之间相互影响的关系。并且在现有的方法中很少有在抢修的过程中考虑网络重构等的故障恢复手段，不符合实际情况。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有的配电网抢修优化方法需要无障碍的前提，没有对交通网进行变量思考，抢修效率低，以及如何实现配电网与交通网的协同优化问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，包括：

采集极端灾害影响后的配电网和交通网信息；

建立配电网与交通网的恢复最大化的模型；

对电网和交通网的恢复过程进行建模；

添加虚拟节点，对网络进行重建；

将重建后的网络进行电网的潮流约束，最终利用最大化模型的目标函数得到配电网与交通网协同抢修优化方法。

作为本发明所述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：对一定时间内的配电网与交通网的协同优化；配电网与交通网的恢复最大化模型的目标函数，表示为：

其中，P

作为本发明所述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：所述电网和交通网的恢复，包括：

将道路是否畅通定义为01变量q

道路的恢复表示为：

其中，Sr

作为本发明所述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：所述电网和交通网的恢复，还包括：

同样的，将配电网线路的通断状态设置为01变量d

电网的恢复表示为：

其中，d

作为本发明所述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：所述电网和交通网的恢复，还包括：

资源运输表示为：

对于有发电机的节点，燃料资源的运输可以表示为：

其中，Sl

作为本发明所述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：道路上通过的车辆数受到限制，则同一时间可运输的资源量也收到限制，表示为：

其中：M为道路最大可运输资源量。

作为本发明述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：所述添加虚拟节点，包括：添加的虚拟节点为0节点，0节点通过虚拟支路与网络的供电节点相连，电网中各节点之间也存在虚拟支路；在进行孤岛划分时，定义每个节点都有虚拟需求，虚拟需求通过虚拟支路传输；

拟需求的传输需要满足的约束条件：

-s

其中，f为节点或支路上传输的虚拟需求,N为虚拟需求的传输容量；z

作为本发明所述的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，其特征在于：所述电网的潮流约束，包括：

利用节点发出的最大功率约束节点功率，利用节点的最大负荷约束节点负荷，利用线路流过最大功率约束线路功率；

当各参数满足约束条件时，利用目标函数，输出配电网与交通网协同抢修优的最优结果。

一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

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：所述计算机程序被处理器执行时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明提出了一个配电网与交通网协同抢修的优化方法，考虑了配电网与交通网相互依存的关系以及网络重构的故障恢复方式对抢修工作的影响，在进行修复工作时，配电网的修复与交通网的修复协同进行。本发明以配电网的修复资源与工作人员、交通网的修复资源与施工人员为优化变量将问题转化为一个混合整数线性规划模型。在指定修复时间后，通过将约束条件与目标函数可以得到相应修复策略，尽可能多的修复配电网与交通网。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例提供的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法的整体流程图；

图2为本发明第二个实施例提供的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法中资源运输模型图；

图3为本发明第二个实施例提供的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法的孤岛划分时添加虚拟节点示意图；

图4为本发明第二个实施例提供的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法在灾后配电网与交通网情况图；

图5为本发明第二个实施例提供的考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法的恢复结果图；

图6为本发明的二个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他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发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1-3，为本发明的一个实施例，提供了考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，包括：

S1：采集极端灾害影响后的配电网和交通网信息；

应该说明的是，在极端事件发生后，往往电网的损伤与交通网的损伤是同时发生的，在考虑修复策略时需要同时兼顾二者之间相互影响的关系。

同时，综合考虑配电网与交通网之间相互影响的关系，在涉及网络重构的故障恢复方式的情况下，以道路修复资源、施工队与电网抢修设备以及机组人员为优化变量，使配电网与交通网的恢复最大化。

S2：建立配电网与交通网的恢复最大化的模型；

更进一步的，以配电网与交通网的恢复最大化为目标函数，将优化问题变为一个混合整数线性规划模型，实现了在一定时间内的配电网与交通网的协同优化；制定修复策略最终的目标便是尽可能的在最短的时间内疏通道路并恢复供电，因此模型的目标函数可表示为：

式中：P

应说明的是，在生成灾后配电网的修复策略时考虑了交通网对配电网的影响；交通网限制了配电网资源的运输与工作人员的调度；配电网影响了交通基础设施的工作以及修复道路所需设备的正常运行，因此两者是密不可分的。以资源的调度为优化变量，以配电网与交通网的恢复最大化为目标函数，创立一个配电网与交通网协同优化的恢复模型，可以用来生成在指定时间内尽可能多的恢复供电与交通状况的最优策略。

S3：对电网和交通网的恢复过程进行建模；

更进一步的，电网和交通网的恢复过程，包括：对道路的恢复、对电网的恢复和的资源运输过程。

道路的恢复：

修复道路需要运送工作人员与资源，因此道路恢复的公式可表示为：

q

其中，Sr

应说明的是，发明中不考虑道路可通行的流量数，只考虑道路是否可通行，因此将道路是否畅通定义为01变量；假设当修复道路的资源到达所需修复道路的两端时即可完成修复。公式2保证了在道路修复之后不会再次损坏；公式3代表当修复该道路的资源大于所需资源总量时即可修复道路。

电网的恢复：

电网的修复过程与道路的修复过程类似。同样的将配电网线路的通断状态设置为01变量，修复线路需要电网抢修设备及机组人员，电网恢复的公式可表示为：

d

其中：d

应该说明的是，公式4表示当线路被修复后则不会再断开；公式5表示当线路可用的资源量大于该线路修复所需的资源量时则可被修复。

资源运输过程：

道路修复资源与电网修复资源的运输是需要时间的，并且资源的运输受到道路是否可通行的影响，本发明在对资源运输进行描述时，将资源的运输分为正反两向，并将各节点分为源节点与目标节点进行讨论。

由图2可知，一个节点m在t时刻的资源则等于t-1时刻的资源加上以其他节点为目标节点送出的反向的资源与其他节点以m节点为目标节点的正向的资源，再减去以其他节点为目标节点的正向的资源与以m节点为目标节点的反向的资源。因此资源运输的公式可表示为：

其中：Sl

对于有发电机的节点，还需要有燃料资源来维持发电机的正常工作。灾后也需要考虑到发电厂如火电厂原本的煤矿受到洪灾的浸泡无法使用等类似情况的发生，因此需要向发电节点运送燃料资源，考虑到发电机的消耗，燃料资源的运输可以用公式表示为：

其中：Sf

应该说明的是，由于道路的宽度有限，因此通过车辆的数量有限，由于灾后人们的出行意愿较小，在交通还没有恢复时大巴车之类的公共交通也不能正常运行，因此不考虑道路上有其他的车辆，只考虑修复调度的车辆。道路上通过的车辆数受到限制，因此同一时间可运输的资源量也收到限制：

其中：M为道路最大可运输资源量。

网络重构：

为了防止模型的非线性化，本发明在对网络重构时的孤岛划分进行描述时，使用了添加虚拟节点的方式，如图3所示；

其中：表示节点i，j间的连通状态；为1表示正向选择，为1表示反向选择；为所有与相连的节点，为所有线路的集合；为1表示节点k在t时刻有供电。

应该说明的是，添加的虚拟节点为0节点，0节点通过虚拟支路与网络的供电节点相连，电网中各节点之间也存在虚拟支路；在进行孤岛划分时，定义每个节点都有虚拟需求，虚拟需求通过虚拟支路传输，若为1则为正向传输，若为1则为反向传输i＜j；通过一个0-1变量表示节点之间包括开关的通断状态，虚拟节点为虚拟需求的唯一供应点，通过使节点的虚拟需求大于零，保证了每个节点都与发电站相连，为了防止成环，需要使每个节点的虚拟需求小于等于1。

虚拟需求的传输需要满足的约束条件如下：

其中，f为节点或支路上传输的虚拟需求；N为虚拟需求的传输容量。

应该说明的还有，在抢修策略生成的过程中考虑了网络重构等故障恢复方式对负荷抢修顺序的影响，能够通过网络重构恢复电力供应的负荷暂时不需要抢修。

S4：将重建后的网络进行电网的潮流约束；

对于电网的潮流约束，本发明为了减少计算，使用了简化的直流潮流模型，如果需要，使用交流潮流约束也可达到相同的效果。

其中：P

最终，以配电网的修复资源与工作人员、交通网的修复资源与施工人员为优化变量将问题转化为一个混合整数线性规划模型。在指定修复时间后，通过将约束条件2-14与目标函数1代入求解器可以得到相应修复策略，尽可能多的修复配电网与交通网。

应该说明的是，本发明所生成的故障抢修策略适用于在城市遭到极端事件的侵袭后配电网与交通网同时遭到破坏的情况，也可用与单独考虑配电网损伤的情况，并且在恢复的过程中无需改变配电网的拓扑结构，避免了多余的工作。

本实施例还提供一种计算设备，包括，存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的隐身环境下实现基于神经网络的电机转子位置的补偿方法。

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的基于神经网络的电机转子位置的补偿方法。

本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的隐身环境下实现基于神经网络的电机转子位置的补偿方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器、磁变存储器、铁电存储器、相变存储器、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器或动态随机存取存储器等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

实施例2

参照图4-5，为本发明的一个实施例，提供了考虑极端灾害影响的配电网与交通网协同抢修优化方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。

在本算例中，配电网数据使用的是IEEE-33节点的测试用例，设定交通网的分布与配电网线路的分布相同，如图4所示。节点1、节点6节点27处设有发电厂，不考虑发电厂厂用负荷，其他节点处存在用电负荷。灾后，配电网线路L1-2、线路L9-10线路L15-16与线路L26-L27发生断线，道路R2-3、R7-8、R1-15、R6-26、R29-30发生损坏，无法通行。

先对图4场景进行策略生成，设置恢复时间为24h，道路修复资源与线路修复资源均从节点12运出，不考虑外界传入资源；设置权重。

在恢复初期，配电网首先会进行网络重构，在短时间内尽可能的恢复较多的负荷供应，同时施工队与电网抢修小组会由节点12出发，有顺序的对配电网与交通网进行修复，保证最短的时间内负荷恢复最大化；之后会对所有损坏的线路与受损道路进行修复。

由图5的恢复效果可知，在1h时位于节点1-2间的开关闭合，发电机G1恢复供电；与此同时节点9-10间的开关闭合，节点10-15的负荷得到一定程度的恢复；在3h时道路R14-15修复；5h时线路L15-16修复，此时所有节点在开关的动作与线路的修复下全部恢复电力供应。在7h时线路L9-10得到修复，节点9-10间的开关断开；同时R7-8也被修复；在9h时R6-26被修复，此时G3的燃料资源不足，发电功率下降，由于R6-26的恢复，G3的燃料得到供应，发电功率恢复；13h时，L26-27恢复，G3供电范围增大；15h时R2-3与R29-30修复，恢复通行；17h时L1-2得到修复，节点1-2间的开关闭合至此所有遭到破坏的配电网与交通网都得到了恢复。

在配电网与交通网协同优化的条件下，可以看到电网负载的恢复速率较快，能够在短时间内恢复大量的负荷，有效的保证了灾后用户负荷的供应，同时也对交通道路进行了一定程度的修复，为居民的出行也提供了一定的保障。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。