基于多約束條件的配電網搶修網格迭代尋優劃分研究

文/竺佳一、孫瓏、方云輝 國網寧波供電公司 浙江寧波 315010

基于多約束條件的配電網搶修網格迭代尋優劃分研究

文/竺佳一、孫瓏、方云輝 國網寧波供電公司 浙江寧波 315010

本文主要研究了對配電網按電氣拓撲進行基于多約束條件的配電網搶修網格迭代尋優劃分，提供一張以綜合考慮基本維修成本、并將外界影響因數折算至維修成本的最優維修匹配網格圖，該圖除日常用于指導電網維修測算外，特別能應用于電網在洪澇災害等極端天氣情況下的搶修指揮和調度。

配電網搶修網格；網格模型；迭代尋優；搶修消耗值

為了更好完成突發情況下，快速摸清設備故障情況，及時統計設備受損面積和維修工作量，并以此為依據合理引進、調配搶修資源（人力、物資）并對整體搶修態勢進行監控和調節，最終實現快速恢復送電，原有依靠電網地理接線圖和設備臺賬并以此為依據按行政區域、線路供電范圍來粗略劃分搶修區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，網格內設備種類、數量、電氣連接關系、地貌等標識清楚，網格設備運行人員明確的網格圖作為依據，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。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，以及制定片區負責人員和搶修力量配備。其次，當災害發生時，受援單位和搶修隊伍之間工作交接缺乏量化的依據，包括搶修范圍內的搶修設備量、搶修人員等。搶修隊伍也無法快速了解區域內的設備情況，原設備負責人，周圍環境等要素，以便快速確保其工作任務及時有效的分配和開展。 [1]

(2)、電網區域的科學劃分。原有的按行政區域及主干線路供電范圍劃分的方式，由于劃分網格的顆粒度太大，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。如果單純從行政區域的面積劃分,可能造成兩個隊伍分管兩個片區,但是片區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、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]。

2、研究的關鍵技術

（1）網格大小位置確定和應用模式

為了清晰化網格搶修模式的運用，我們將網格確定和應用一分為二，網格的確定和劃分屬于受災前，網格的應用（如按網格進行搶修任務安排和進度統計、受損后按網格統計等）是屬于受災后。網格的應用是在已劃分網格的基礎進行后續搶修狀態展示和搶修策略調整的過程，是基于網格的上層應用。網格大小、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，用于日常評估網格區域內維修工作量和受災搶修狀態下排摸、組織協調的唯一依據。它的劃分以不考慮受災情況，單純根據劃定區域內設備各種維修工作量來衡量的，影響網格維修工作量的只有當前設備狀態、地理位置等靜態信息，并統一折算進維修工作量。網格劃分和受災損失情況、災后搶修難度、網格搶修調度優先級等無關。

（2）網格模型的建立

網格模型需要主要給出網格的設備數量、地理地貌信息、網格維修需求工作量等關鍵信息。對網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。如根據此網格內配電設備特性、設備數量、運行環境、交通狀況、施工環境，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，因為需要考慮網格的合并，所以需要在網格模型內部保存網格間的電氣拓撲關聯信息和包含子網格的數據。 [3]。

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接線圖為基礎，離開了電網基礎數據，那么整個搶修網格的劃分甚至搶修過程將是無意義的。

（2）搶修網格模型的合理性，一方面具備反映基本維修信息的屬性信息，同時需要具備網格間關聯關系（包括電氣拓撲關系和網格間包含關系）的屬性信息，以方便網格的迭代合并。

（3）對影響網格內設備維修量的可能因數范圍的界定和折算到網格維修量的比例系數和合理計算公式，以達到一個能較精確標定網格維修值。

（4）配網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。配網的最小單元網格可以分為線路和配網設備兩種類型。一個最小單元網格劃分依據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，具有接頭的一段電纜等，配網設備以單個設備為最小單元網格。最終搶修網格是在最小單元網格的基礎上的合并組合。

4、詳細設計方案

（1）網格模型，所有網格只有一種模型，只是區分最小單元網格和最終網格，同時根據網格所含設備的不通，網格的相關屬性值有所區別。

網格屬性：

（1.1）網格編號（ID）：用來唯一表識一個網格

（1.2）網格類型：最小單元網格由于為單一設備，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格類型為“綜合”）

（1.3）網格內設備數量：最小單元網格數量取值為“1”，其他網格按所含設備數量取值。

（1.4）網格維修消耗基準值：最小單元網格按所含設備類型進行定值，其他網格為所含網格基準值的綜合。可查詢標準化搶修手冊查閱可得，目前典型設備根據經驗值確定：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(K)，主要是根據設備類型造成的排查及維修難度、設備自身堅強程度、設備所在地域環境給維修及物質輸送帶來的困難等外界因數折算到實際維修消耗值的修正系數。該系數目前采用配網大修項目工程量計算定額。地形系數對維修量的修正，平原為1，市區、丘陵為1.2，一般山地、泥沼系數為1.6。對于合并后的網格，默認值是1。

（1.6）最終維修消耗值=基本維修消耗值*K1* K 2* K 3…,其中k1 k2 k3…分別對應各種修正系數值，取值區間為0、1-1.9。

（1.7）設備電氣控制點是為了標明維修網格設備上級開關刀閘等，作為對網格合并重組的基本依據。因為根據實際檢修情況，同一電氣控制點（開關、分支令克等）的網格可以合并或則在拉開上級控制設備后獨立范圍內開展維修。

(1.8)搶修指數：用于形成最終網格劃分后，根據受災實際情況和外界信息輸入，對網格搶修重要性和優先級進行評定，指導后續的搶修安排和策略。數值高的優先級越高。在劃定網格后，默認該值都為1。

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

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

（1.11）網格負荷性質：網格內用戶的性質，如醫院、通訊樞紐、水泵抽水站等。

（1.12）網格信息備注：可以用于標注網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搶修網格迭代尋優劃分。

總體分為兩個階段，首先建立最小單元網格，并根據多條件約束對往網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匹配并確定最終網格。

（2.1）建立最小單元網格，依靠電網G IS系統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，以最小單元網格劃分原則建立最小網格實例，并對網格進行復制。通過此步驟，可以建立一張能顯示維修消耗值的最小網格劃分圖。維修難度修正系數的選擇：配網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分。設備本身性質也決定了維修難度修正系數，如固體絕緣柜可以適應水災環境免維護，其修正系數為“0”。城區新居民小區可以設定為1（環境對維修無直接影響）。

(2.2)根據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網格。

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。網格的最終劃分，是以建立新網格對最小單元網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維修實際需求和搶修安全性考慮，每次從電網末端向電源點劃分，執行首次匹配即確定網格的原則，然后第二次對剩余不優的網格進行再次劃分，如此迭代往復直至所有網格大小都為最優。劃分的限制因數為搶修隊伍的維修能力及被合并的網格是否已經跨越本級電網網格。

結論：

綜合以上論述，建成一張電網網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。搶修網格圖圖示系統是多套圖紙信息的疊加綜合展示，底層是電力網基礎數據（包括設備名稱、實時運行狀態、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，政府機構通過外聯渠道得到的災害下的公共信息，最上面層是網格圖層信息，他是對所有信息（包括各搶修隊伍網格的劃分和進度、狀態顯示等）的匯總統計顯示，以供災害下搶修指揮中心進行搶修決策起到指導作用。

[1]張晶偉,張粒子,黃弦超.基于遺傳拓撲混合算法的配電網多故障搶修策略.電力系統自動化 2008年第22期.

[2]張之楓.基于G IS的電力故障搶修系統研究與設計.華中科技大學，水利水電工程，2007，碩士論文.

[3]吳孟泉,王周龍,崔青春,等. 配電網G IS中的拓撲分析研究.武漢大學,2004.

竺佳一（1971-），男，副總經理，高級工程師，從事電力系統自動化工作。