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

竺佳一　孫瓏　方云輝

[摘要]本文主要研究了對配電網(wǎng)按電氣拓撲進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電網(wǎng)維修測算外，特別能應用于電網(wǎng)在洪澇災害等極端天氣情況下的搶修指揮和調(diào)度。

[關鍵詞]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，快速摸清設備故障情況，及時統(tǒng)計設備受損面積和維修工作量，并以此為依據(jù)合理引進、調(diào)配搶修資源（人力、物資）并對整體搶修態(tài)勢進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)快速恢復送電，原有依靠電網(wǎng)地理接線圖和設備臺賬并以此為依據(jù)按行政區(qū)域、線路供電范圍來粗略劃分搶修區(qū)域的操作模式已不能很好的適應目前的情況。如果沒有一個劃分大小合適、位置固定，網(wǎng)格內(nèi)設備種類、數(shù)量、電氣連接關系、地貌等標識清楚，網(wǎng)格設備運行人員明確的網(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）、應急搶修的全程展現(xiàn)。整個應急搶修過程缺乏搶修任務劃分和任務完成情況量化、圖形化的“綜合一張圖”指導工具，造成了一系列的問題。首先，電力企業(yè)在做搶修應急預案時，預案制定人員缺乏智能化輔助工具來量化并實現(xiàn)在圖上表示和搶修有關的搶修人員需求，搶修設備、備品備件的準備，以及制定片區(qū)負責人員和搶修力量配備。其次，當災害發(fā)生時，受援單位和搶修隊伍之間工作交接缺乏量化的依據(jù)，包括搶修范圍內(nèi)的搶修設備量、搶修人員等。搶修隊伍也無法快速了解區(qū)域內(nèi)的設備情況，原設備負責人，周圍環(huán)境等要素，以便快速確保其工作任務及時有效的分配和開展。

（2）、電網(wǎng)區(qū)域的科學劃分。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精確、直觀有針對性的設備檢修提示，更不能在應急情況下迅速給搶修指揮人員提供輔助決策起到實質性的作用。如果單純從行政區(qū)域的面積劃分.可能造成兩個隊伍分管兩個片區(qū)，但是片區(qū)的供電電源為同一個，那么當一方搶修完成需對其進行送電時，將有可能對另外一組搶修隊伍造成安全隱患。（3）、搶修信息的合理展示。地理接線圖和基礎臺賬雖然能很好的反映電網(wǎng)實際，但由于涉及信息過于龐雜，并不能過濾出對搶修有針對性的信息并圖形化顯示。同時，一張沒有分區(qū)、分片并反映設備檢修工程量等搶修相關信息的搶修圖，也不能給搶修決策人員提供有針對性的、直觀的設備檢修提示，更不能在應急情況下迅速給搶修指揮人員提供輔助決策。。

2、研究的關鍵技術

（1）網(wǎng)格大小位置確定和應用模式

為了清晰化網(wǎng)格搶修模式的運用，我們將網(wǎng)格確定和應用一分為二，網(wǎng)格的確定和劃分屬于受災前，網(wǎng)格的應用（如按網(wǎng)格進行搶修任務安排和進度統(tǒng)計、受損后按網(wǎng)格統(tǒng)計等）是屬于受災后。網(wǎng)格的應用是在已劃分網(wǎng)格的基礎進行后續(xù)搶修狀態(tài)展示和搶修策略調(diào)整的過程，是基于網(wǎng)格的上層應用。網(wǎng)格大小、位置確定在災害前一次性固定劃定，搶修過程中不進行修改，用于日常評估網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)維修工作量和受災搶修狀態(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情況，單純根據(jù)劃定區(qū)域內(nèi)設備各種維修工作量來衡量的，影響網(wǎng)格維修工作量的只有當前設備狀態(tài)、地理位置等靜態(tài)信息，并統(tǒng)一折算進維修工作量。網(wǎng)格劃分和受災損失情況、災后搶修難度、網(wǎng)格搶修調(diào)度優(yōu)先級等無關。

（2）網(wǎng)格模型的建立

網(wǎng)格模型需要主要給出網(wǎng)格的設備數(shù)量、地理地貌信息、網(wǎng)格維修需求工作量等關鍵信息。對網(wǎng)格維修工作量的計算需要考慮多種約束條件對檢修量的影響。如根據(jù)此網(wǎng)格內(nèi)配電設備特性、設備數(shù)量、運行環(huán)境、交通狀況、施工環(huán)境，按照標準化檢修的工作定量標準，按照單元格給出每條線路的維修力量需求值。同時，因為需要考慮網(wǎng)格的合并，所以需要在網(wǎng)格模型內(nèi)部保存網(wǎng)格間的電氣拓撲關聯(lián)信息和包含子網(wǎng)格的數(shù)據(jù)。。

3、研究的基礎條件

（1）必須以真實有效的具備設備詳細信息和電氣拓撲的電網(wǎng)接線圖為基礎，離開了電網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)，那么整個搶修網(wǎng)格的劃分甚至搶修過程將是無意義的。

（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，同時需要具備網(wǎng)格間關聯(lián)關系（包括電氣拓撲關系和網(wǎng)格間包含關系）的屬性信息，以方便網(wǎng)格的迭代合并。--

（3）對影響網(wǎng)格內(nèi)設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)和合理計算公式，以達到一個能較精確標定網(wǎng)格維修值。

（4）配網(wǎng)最小單元格可以分為線路和配電設備，其中線路又分為架空線路和電纜，配電設備有配變、開關柜等。配網(wǎng)的最小單元網(wǎng)格可以分為線路和配網(wǎng)設備兩種類型。一個最小單元網(wǎng)格劃分依據(jù)為具備電氣斷開點為分割，如架空線的一個耐張段長度的導線，具有接頭的—段電纜等，配網(wǎng)設備以單個設備為最小單元網(wǎng)格。最終搶修網(wǎng)格是茌最小單元網(wǎng)格的基礎上的合并組合。

4、詳細設計方案

（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，同時根據(jù)網(wǎng)格所含設備的不通，網(wǎng)格的相關屬性值有所區(qū)別。

網(wǎng)格屬性：

（1.1）網(wǎng)格編號（1D）：用來唯一表識一個網(wǎng)格

（1.2）網(wǎng)格類型：最小單元網(wǎng)格由于為單一設備，故類型值為“架空線路”、“電纜”、“開關”、“開關柜”、“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)格按所含設備數(shù)量取值。

（1.4）網(wǎng)格維修消耗基準值：最小單元網(wǎng)格按所含設備類型進行定值，其他網(wǎng)格為所含網(wǎng)格基準值的綜合?？刹樵儤藴驶瘬屝奘謨圆殚喛傻?，目前典型設備根據(jù)經(jīng)驗值確定：跌落式熔斷器（刀閘）為2人*25分鐘，避雷器為2人*30分鐘，柱上開關為2人*25分鐘，開關站間隔、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)設備類型造成的排查及維修難度、設備自身堅強程度、設備所在地域環(huán)境給維修及物質輸送帶來的困難等外界因數(shù)折算到實際維修消耗值的修正系數(shù)。該系數(shù)目前采用配網(wǎng)大修項目工程量計算定額。地形系數(shù)對維修量的修正，平原為1，市區(qū)、丘陵為1.2，一般山地、泥沼系數(shù)為1.6。對于合并后的網(wǎng)格，默認值是1。

（1.6）最終維修消耗值=基本維修消耗值*K1*K2*K3….其中k1 k2 k3…分別對應各種修正系數(shù)值，取值區(qū)間為O、1-1.9。

（1.7）設備電氣控制點是為了標明維修網(wǎng)格設備上級開關刀閘等，作為對網(wǎng)格合并重組的基本依據(jù)。因為根據(jù)實際檢修情況，同一電氣控制點（開關、分支令克等）的網(wǎng)格可以合并或則在拉開上級控制設備后獨立范圍內(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)受災實際情況和外界信息輸入，對網(wǎng)格搶修重要性和優(yōu)先級進行評定，指導后續(xù)的搶修安排和策略。數(shù)值高的優(yōu)先級越高。在劃定網(wǎng)格后，默認該值都為1。

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

（1.10）網(wǎng)格負責人：日常的網(wǎng)格內(nèi)設備的運行人員等，用于指導搶修隊伍及時排摸設備。

（1.11）網(wǎng)格負荷性質：網(wǎng)格內(nèi)用戶的性質，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。

總體分為兩個階段，首先建立最小單元網(wǎng)格，并根據(jù)多條件約束對往網(wǎng)格搶修消耗值進行設定。然后根搶修隊伍能力按照迭代方式多次進行最優(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 JS系統(tǒng)圖形和電氣拓撲關系，以一條線路供電范圍為單位從電源點向供電末端進行依次掃描，以最小單元網(wǎng)格劃分原則建立最小網(wǎng)格實例，并對網(wǎng)格進行復制。通過此步驟，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)設備分為線路和設備。其中，線路可以分為電纜和架空線，由于其鋪設方式及成本，受災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。設備本身性質也決定了維修難度修正系數(shù)，如固體絕緣柜可以適應水災環(huán)境免維護，其修正系數(shù)為“0”。城區(qū)新居民小區(qū)可以設定為1（環(huán)境對維修無直接影響）。

（2.2）根據(jù)標準化搶修隊伍維修能力，考慮地理、上下級電氣關系等進行多次迭代劃定最優(yōu)網(wǎng)格。

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

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

結論：

綜合以上論述，建成—張電網(wǎng)網(wǎng)格化搶修劃分圖為指導的搶修綜合展示圖將對日常劃定搶修預案和指導實際搶修起到關鍵性作用。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)基礎數(shù)據(jù)（包括設備名稱、實時運行狀態(tài)、設備地理位置及海拔高度等），分層標記道路、水系、通訊水廠儲油罐等與公共民生及搶修密切相關的地圖信息，政府機構通過外聯(lián)渠道得到的災害下的公共信息，最上面層是網(wǎng)格圖層信息，他是對所有信息（包括各搶修隊伍網(wǎng)格的劃分和進度、狀態(tài)顯示等）的匯總統(tǒng)計顯示，以供災害下?lián)屝拗笓]中心進行搶修決策起到指導作用。