基于設(shè)備信息的配網(wǎng)巡檢路徑優(yōu)化研究

童 玲 趙志軍

（1.嘉興恒創(chuàng)電力集團(tuán)有限公司 2.嘉興恒創(chuàng)電力集團(tuán)有限公司華創(chuàng)信息科技分公司）

0 引言

定期巡檢是配電網(wǎng)安穩(wěn)運(yùn)行的重要保障［1］。巡檢路線的科學(xué)與否在很大程度上決定了巡檢效率，也就間接影響到巡檢質(zhì)量。當(dāng)前，巡檢路線制定基本依賴運(yùn)維人員對(duì)路況的感知，可以說帶有較大隨意性，亟須改進(jìn)。

關(guān)于配電設(shè)備巡檢的研究現(xiàn)狀。文獻(xiàn)［2-3］對(duì)巡檢策略進(jìn)行研究，雖引進(jìn)模糊聚類等數(shù)學(xué)方法，但僅從設(shè)備重要程度出發(fā)，未關(guān)聯(lián)設(shè)備具體的健康態(tài)勢(shì)，有失科學(xué)性。文獻(xiàn)［4］基于無線通信網(wǎng)絡(luò)和三角測(cè)量法建立智能巡檢系統(tǒng)，解決了路徑優(yōu)化問題，但將所有設(shè)備等同看視，不符合配電設(shè)備運(yùn)維要義。文獻(xiàn)［5］依托圖論中最小生成樹理論，同時(shí)考慮設(shè)備的缺陷情況（一般缺陷），達(dá)成了單組人員巡檢的路徑最優(yōu)化，但實(shí)際上配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣，巡檢時(shí)必由多組人員系統(tǒng)開展，各組之間存在耦合關(guān)系，故而該項(xiàng)研究與配網(wǎng)實(shí)情有所出入。綜合上述，關(guān)于配電網(wǎng)設(shè)備巡檢路徑優(yōu)化的問題牽涉到諸多層面，應(yīng)合理統(tǒng)籌。

1 關(guān)于配電設(shè)備的各類信息的建模

配電設(shè)備的信息紛繁蕪雜，但只有地理位置、以往運(yùn)維、實(shí)時(shí)運(yùn)況這三類信息是關(guān)系到巡檢路徑優(yōu)化問題的（該問題的實(shí)質(zhì)是以最少的人力、物力達(dá)成設(shè)備在全壽命周期內(nèi)正常運(yùn)行之目的）［6］。

（1）地理位置層面

地理位置即空間定位，可用地理距離矩陣Ln+1予以表示：

式中，lij表征現(xiàn)有交通條件下從設(shè)備i到設(shè)備j所經(jīng)歷的最短路程（要能滿足車輛行駛）。

（2）以往運(yùn)維層面

顯然，配電設(shè)備的實(shí)時(shí)健康態(tài)勢(shì)與歷史指標(biāo)高度相關(guān)［7］，不妨用He表征歷史健康指數(shù)，且作表1之設(shè)定。

表1 H e取值與設(shè)備歷史狀況的關(guān)系

對(duì)于配電設(shè)備來說，故障不能百分百避免。從時(shí)間線上看，配電設(shè)備的故障率變遷基本遵循所謂的失效率曲線，如圖1所示。

圖1 電力設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的故障率變遷曲線

根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，圖1中的設(shè)備故障率λ（t）與t的關(guān)系符合威布爾分布［7］：

式中，β為形狀系數(shù)，λc為穩(wěn)態(tài)期設(shè)備故障率。

然而，現(xiàn)實(shí)中，設(shè)備故障率必然與環(huán)境有關(guān)聯(lián)，故在式（2）基礎(chǔ)上給出慮及環(huán)境影響的He計(jì)算式：

式中，KE為系數(shù)，表征設(shè)備缺陷情況（“有”取0.95，“無”取1）；KS亦為系數(shù)，取近5年相同時(shí)段的故障次數(shù)。

（3）實(shí)時(shí)運(yùn)況層面

在在線監(jiān)測(cè)支撐下，配電設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)況不難辨識(shí)，以Hc表征配電設(shè)備實(shí)時(shí)健康指數(shù)，并作表2之設(shè)定。

表2 H c取值與設(shè)備實(shí)時(shí)狀況的關(guān)系

關(guān)于Hc的計(jì)算。因?yàn)榕潆娫O(shè)備都是由部件組成的，部件的健康程度直接映射整體設(shè)備的健康程度。式（4）所示為部件健康指數(shù)Mp算方法：

式中，mp為部件p的基礎(chǔ)分，KF為系數(shù)（表征元件缺陷，“有”取0.95，“無”取1），KT表壽命，Tp為投運(yùn)時(shí)長(zhǎng)，α表役齡折算（取值為0～1）。

假定某整體設(shè)備由n個(gè)部件組成，則其Hc求取方式如下（Kp表征權(quán)重）：

2 基于多組巡檢協(xié)同開展的路徑優(yōu)化

配電設(shè)備覆蓋范圍廣、數(shù)量繁多，一般需要多組人員協(xié)同開展巡檢才能保證以較短周期完成一個(gè)完備次（即所有設(shè)備均被巡遍）。在這種情況下，如何分配任務(wù)需要依托科學(xué)的數(shù)學(xué)模型。為此，不妨做出如圖2所示的合理假設(shè)。

圖2 路徑優(yōu)化建模前的幾個(gè)合理假設(shè)

令V＝｛0，1，2，…，n｝為巡檢點(diǎn)編號(hào)集，其中，“0”代表運(yùn)檢中心。設(shè)0-1變量xij，xij＝1代表從i巡到j(luò)，反之則代表無此行為。以總巡檢費(fèi)C最少為目標(biāo)函數(shù)，即：

式中，m表征同時(shí)出動(dòng)的人員組數(shù)，Ca表征每組耗費(fèi)，為：

式中，xija為a組從i到j(luò)的次數(shù)，cij為i到j(luò)的單趟費(fèi)用。

模型約束：①每個(gè)點(diǎn)只被檢視一次；②每組離開與回到運(yùn)檢中心均為一次。

運(yùn)檢中心及n個(gè)點(diǎn)之間的巡費(fèi)Cn+1的計(jì)算：

式中，Hej、Hcj的計(jì)算見式（3）和式（5）；ωe、ωc是兩類健康指數(shù)的影響權(quán)重，滿足ωe+ωc＝1；dij表征i到j(luò)的耗費(fèi)基準(zhǔn)。

鑒于所建模型的尋優(yōu)特點(diǎn)，宜選取遺傳算法作求解方式，相關(guān)流程如圖3所示。

圖3 路徑優(yōu)化算法的執(zhí)行流程

3 算例檢驗(yàn)

算例拓?fù)湟妶D4。圖中，“0”為運(yùn)檢中心，其余為待巡點(diǎn)，各點(diǎn)之間距離已標(biāo)出（單位：km）。各待巡點(diǎn)設(shè)備的健康指數(shù)如表3所示。

表3 算例設(shè)備的兩類健康指數(shù)

圖4 算例的地理拓?fù)?/p>

驗(yàn)算設(shè)定：①巡檢人員為2組；②提出3種策略進(jìn)行計(jì)算比對(duì)。

第一種策略：人工確定路線。由經(jīng)驗(yàn)豐富人員手動(dòng)規(guī)劃，兩組的路線分別為0-1-2-3-5-4-0和0-6-7-8-0，對(duì)應(yīng)里程為20.6km和11.4km，總計(jì)32.0km。顯然，這種方式雖然能顧及交通狀況，但可能任務(wù)分配不均，總里程也未必最小化。

第二種策略：以配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)確定路線。此種策略優(yōu)先巡檢Hc指數(shù)較低的設(shè)備，能縮減故障突顯概率。兩組的路線分別為0-4-3-5-6-0和0-8-7-1-2-0，總里程40.4km。

第三種策略：在慮及設(shè)備運(yùn)況情形下巡檢總耗費(fèi)最少。由前文所述方法可得具體巡檢耗費(fèi)分布，見圖5（計(jì)算中令ωe＝0.2，ωc＝0.8）。兩組路徑分別為0-4-5-3-2-0和0-6-7-8-1-0，總里程30.7km。

圖5 基于本文方法的巡檢費(fèi)用分布

三種策略對(duì)比結(jié)論：本文方法不但縮小總巡里程，而且充分照顧了健康指數(shù)較低設(shè)備顯得更為科學(xué)、合理。

4 結(jié)束語

電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維既要考慮成效性，又要統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)性。本文將配電設(shè)備的多維度健康信息與設(shè)備地理分布信息相結(jié)合，同時(shí)慮及多組人員協(xié)同開展巡檢的實(shí)情，建立了嚴(yán)密的路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并經(jīng)由算例檢驗(yàn)。結(jié)果表明：本文方法不但能降低巡檢成本，還能依照設(shè)備健康程度使巡檢任務(wù)具有時(shí)序針對(duì)性，能有效降低配網(wǎng)設(shè)備突顯故障的概率，值得推廣應(yīng)用。