基于大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)停電計劃全流程優(yōu)化編制技術(shù)

劉曉輝 王彬楠 金洪聲 陳啟龍 趙昱臣

（國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，工業(yè)化和城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，對電力資源的需求呈現(xiàn)出日益增長的趨勢［1］。這使得電力供應(yīng)的可靠性成為了一個備受關(guān)注的焦點(diǎn)議題。保障穩(wěn)定的電力供應(yīng)不僅對于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活至關(guān)重要，也直接影響到國家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展［2］。

在這一背景下，提高電網(wǎng)運(yùn)行管理的經(jīng)濟(jì)效率成為了能源領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)問題。特別是在配電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，停電檢修是一個不可避免的環(huán)節(jié)，也是影響電網(wǎng)可靠性的重要因素之一。為了優(yōu)化這一環(huán)節(jié)的安排，許多學(xué)者們投入了大量的研究工作。這項(xiàng)研究涉及到多個目標(biāo)和多個約束條件，因此在優(yōu)化的過程中需要考慮到各種不同的因素［3］。早期的研究主要側(cè)重于降低停電損失作為一個重要的優(yōu)化目標(biāo)，通過有效地安排檢修計劃來減少停電時間，提升電網(wǎng)的可靠性［4］。然而，除了降低停電損失，檢修計劃還需要考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移的路徑。這是因?yàn)樵谂潆娋W(wǎng)的運(yùn)行中，當(dāng)某一部分需要進(jìn)行檢修時，需要將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他部分，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行［5］。因此，許多研究將停電損失和負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑兩者進(jìn)行了整合建模，以尋求一個更為綜合的解決方案。在解決這類復(fù)雜的優(yōu)化問題時，考慮到遺傳算法相比較而言具有更為優(yōu)異的性能，其通過模擬生物進(jìn)化的過程，逐步優(yōu)化檢修計劃，尋找最優(yōu)解［6］。通過遺傳算法的應(yīng)用，能夠在考慮多個目標(biāo)和約束條件的情況下，找到一個相對較優(yōu)的解決方案。

綜合考慮時間和路徑的優(yōu)化策略在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的前景。通過先通過遺傳算法優(yōu)化檢修時間，再求解負(fù)荷轉(zhuǎn)移的路徑，最終得到理想方案，能夠?yàn)樘岣吲潆娋W(wǎng)的運(yùn)行管理效率提供有力的支持，從而保障穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

1 配網(wǎng)停電計劃實(shí)施方案

利用Sql Server數(shù)據(jù)庫建立：配網(wǎng)項(xiàng)目管理表、配網(wǎng)項(xiàng)目停電需求表、業(yè)擴(kuò)項(xiàng)目停電需求表、配網(wǎng)綜合停電計劃管理表等［7］。停電計劃信息流程圖如圖1所示。

圖1 停電計劃信息流程圖

使用Visual Studio構(gòu)建一個局域網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，同時設(shè)計相應(yīng)的網(wǎng)頁界面：包括配網(wǎng)項(xiàng)目管理界面、配網(wǎng)項(xiàng)目停電需求界面、業(yè)擴(kuò)項(xiàng)目停電需求界面以及配網(wǎng)綜合停電計劃管理界面等。

配網(wǎng)綜合停電檢修系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個高效的停電檢修計劃策略與算法。首先，將配網(wǎng)檢修停電需求中的項(xiàng)目，設(shè)備處缺、設(shè)備例試、業(yè)擴(kuò)工程、配網(wǎng)工程、遷建工程等，按照配網(wǎng)停電需求分出策略等級A級、B級、C級、D級、E級、F級［8］。隨后，基于停電線路或區(qū)域，將具有相似要素的策略等級進(jìn)行合并，以最高等級為準(zhǔn)，形成合并后的停電需求策略等級。檢修供電物資到達(dá)時，系統(tǒng)會優(yōu)先供應(yīng)高等級策略所需的物資，以保障重要線路或區(qū)域的優(yōu)先恢復(fù)。若物資不足，系統(tǒng)將強(qiáng)制執(zhí)行F級策略，以保證即使在資源有限的情況下，也能及時應(yīng)對緊急情況，最大程度地減少停電造成的影響。停電計劃優(yōu)化策略算法流程如圖2所示。

圖2 停電計劃優(yōu)化策略算法流程圖

2 配網(wǎng)停電計劃優(yōu)化模型

2.1 停電檢修時間優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

停電檢修時間優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式（1）所示：

式中：F為售電損失費(fèi)用；N為需要檢修設(shè)備的總數(shù)；Pi，t為t時段第i個設(shè)備檢修時造成停電的負(fù)荷；ui，t為t時段第i個檢修設(shè)備運(yùn)行的狀況：0正常運(yùn)行，1停機(jī)檢修；p為電價；T為檢修時段總數(shù)。

2.2 停電檢修時間優(yōu)化約束條件

（1）線路潮流約束：

式中：St為線路l的潮流；St，max為線路允許通過的潮流限值。

（2）互斥檢修約束：

式中：xi和xj分別為第i和第j個設(shè)備的開始檢修時間；Di為第i個設(shè)備檢修持續(xù)的天數(shù)。

（3）檢修資源約束：

式中：M為可以同時檢修的設(shè)備個數(shù)。

（4）時間調(diào)整約束：

式中：x0，i為第i個設(shè)備申報開始檢修時間；Λt為第i個設(shè)備調(diào)整時間限值。

（5）同時檢修約束：

（6）檢修窗口約束：

（7）檢修持續(xù)進(jìn)行：

式中：Xi為第i個設(shè)備允許開始檢修時間集合。

2.3 負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

（1）降低失電負(fù)荷：

（2）減少開關(guān)操作次數(shù)：

（3）降低轉(zhuǎn)移負(fù)荷后的系統(tǒng)網(wǎng)損：

式中：Pi為第i個設(shè)備檢修時造成的停電負(fù)荷界；Ti為第i個設(shè)備進(jìn)行檢修需要的時間；nops為負(fù)荷轉(zhuǎn)移時開關(guān)進(jìn)行操作的次數(shù)；ΔPi為第i個設(shè)備進(jìn)行檢修時造成的網(wǎng)損；Di為第i個設(shè)備進(jìn)行檢修造成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的持續(xù)時間。

2.4 負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑優(yōu)化約束條件

（1）潮流越限約束：

（2）電壓越限約束：

式中：、VK，min、VK，max分別為轉(zhuǎn)移負(fù)荷后各節(jié)點(diǎn)的電壓和電壓上下限。

（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束：

負(fù)荷轉(zhuǎn)移后的網(wǎng)絡(luò)保持輻射狀運(yùn)行。

3 配網(wǎng)停電計劃優(yōu)化方法

在初始檢修計劃基礎(chǔ)上，利用失電區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)的輻射狀特點(diǎn)，采用啟發(fā)式搜索方法來解決負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑問題，然后通過遺傳算法對檢修時間進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果將作為負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑的優(yōu)化輸入條件，產(chǎn)生多種可行的轉(zhuǎn)移方案。之后將售電損失、網(wǎng)損和開關(guān)操作費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù)，再次采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，對檢修時間進(jìn)行修正。最終，得到一份全面優(yōu)化的檢修計劃和相應(yīng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑，使得售電損失最小化的同時，最大限度地減少了失電負(fù)荷、開關(guān)操作次數(shù)和網(wǎng)損。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移基本計算步驟如下：

（1）利用寬度優(yōu)先搜索算法確定失電區(qū)域的范圍和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（2）通過從其他聯(lián)絡(luò)開關(guān)向根節(jié)點(diǎn)回溯，確定失電區(qū)域的范圍。

（3）根據(jù)時間優(yōu)化計劃，按順序轉(zhuǎn)移失電區(qū)域的負(fù)荷。在恢復(fù)每一個負(fù)荷后，要進(jìn)行潮流計算，這個計算能夠幫助確認(rèn)電流的流向和大小，以及檢查系統(tǒng)中是否存在過載或其他潛在問題。如果負(fù)荷符合約束條件，繼續(xù)恢復(fù)下游的負(fù)荷，逐步恢復(fù)整個區(qū)域的供電。

（4）再次檢查失電區(qū)域包含的負(fù)荷是否全部都得到轉(zhuǎn)移。如果有未轉(zhuǎn)移的負(fù)荷，重復(fù)以上步驟直至負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移，以保證失電區(qū)域的電力供應(yīng)得到全面恢復(fù)。

4 結(jié)束語

針對配電網(wǎng)檢修計劃優(yōu)化問題，在簡化了約束條件后，有效地提升了計算效率。運(yùn)用遺傳算法綜合考慮各種約束條件，以最大程度簡化約束條件為前提，保證了計算效率的同時，全面綜合了各項(xiàng)考量因素。遺傳算法的全局搜索能力為最終檢修計劃的可行性和合理性提供了堅(jiān)實(shí)保障。

本文設(shè)計的優(yōu)化方案綜合考慮了多方面因素的策略，為電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力的支持，不僅提高了配電網(wǎng)檢修計劃的效率，也為電力企業(yè)在保證供電可靠性的同時，兼顧了經(jīng)濟(jì)效益，為其提供了更為優(yōu)化的運(yùn)營方案。