基于GIS電子地圖的配電網電力搶修智能調度方法

【關鍵詞】GIS 電子地圖；配電網；電力搶修；智能調度；粒子群算法

引言

隨著社會經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，電力需求量逐年增加，對電力系統的穩定性和可靠性提出了更高的要求。然而，由于各種原因導致的電力故障不可避免，如自然災害、設備故障等。為了盡快恢復供電，減少對用戶的影響，電力搶修工作顯得尤為重要。傳統的電力搶修方法主要依靠人工經驗和現場勘查，無法實現快速、準確地調度和資源配置，往往導致搶修效率低下，延誤恢復供電時間。因此，如何實現配電網電力搶修的智能化調度和管理，提高搶修效率和準確性，已成為當前電力行業面臨的重要問題。地理信息系統（GIS）是一種集成了空間數據、屬性數據和圖形顯示技術的信息系統，具有強大的空間分析和可視化功能。通過將GIS技術與電力搶修工作相結合，可以實現對配電網電力搶修的智能化調度和管理。具體而言，基于GIS電子地圖的配電網電力搶修智能調度方法可以利用電子地圖的直觀性和信息集成優勢，快速定位故障地點，分析故障影響范圍和程度，自適應地調整電力資源和維修力量，實現資源的優化配置和高效利用。同時，該方法還可以結合智能調度算法，根據歷史數據和實時監測數據，對電力搶修任務進行預測和調度，提高搶修效率和準確性。通過本文的研究，期望能夠為配電網電力搶修工作提供一種新的思路和方法，提高搶修效率和準確性，減少對用戶的用電影響。

一、生成配電網GIS電子地圖

本文設計的調度方法是利用GIS電子地圖對電力搶修資源規劃，在地圖中測算出配電網電力故障點與搶修隊伍所在位置之間的距離，優先調動距離最近的搶修隊伍對電力故障進行搶修，為了清晰地描述出配電網故障與搶修隊伍之間的空間位置關系，首先需要建立路網模型。

交通網絡圖是為了加快GPS顯示電子地圖的速度，將調取的交通網絡圖進行分割與編號，采用柵格數據對GPS電子地圖顯示，將GPS電子地圖劃分為若干個形狀相同，大小相等的柵格塊[1]。在進行GPS電子地圖劃分時，為保證GPS電子地圖的連續性，必須使相鄰兩個地理空間之間存在一定的重疊。將整個地圖分割成一片區域，在顯示該區域的時候，只需將該區域的一小片區域提取出來，從而大幅縮短了讀取GPS電子地圖所需的時間[2]。假設將GPS電子地圖分割成們m*n個矩形柵格，每個矩形柵格大小為400×400，使用數字對每個柵格進行編號，其用公式表示為：

式中，K表示配電網GIS電子地圖柵格編號；d表示柵格在配電網GIS電子地圖中行號；l表示柵格在配電網GIS電子地圖中列號[3]。對于一個面積比較小的區域，可以認為地球表面是個平面，因此對于一個點，其經緯坐標和圖像像素坐標都是平面坐標系[4]。GIS電子地圖是以圖像的形式表示，因此在GIS電子地圖中某一點的坐標是在圖像像素坐標系中，因此需要將配電網經緯坐標轉換為像素坐標，實現將配電網地理信息在GIS電子地圖上的映射，其用公式表示為：

式中，x、y分別表示配電網任意一點在GIS電子地圖上的橫坐標和縱坐標；a、b、c、d、e、h均表示坐標轉換參數；X、Y分別表示配電網任意一點的經度坐標和緯度坐標。上述公式中六個參數是未知的，在GIS電子地圖上隨機選擇三個地點，將其經緯坐標和GIS電子地圖圖像像素坐標代入公式（2）中，即可求出六個參數值[5]。再將配電網經緯坐標代入公式（2）中，即可得到所有點的像素坐標，根據坐標將配電網映射到GIS電子地圖上，以此生成配電網GIS電子地圖。

二、建立調度目標函數及調度決策

為了保證配電網電力搶修及時，以搶修路徑最短為目標，建立電力搶修調度目標函數，利用上文生成的配電網電子地圖中故障位置與搶修隊伍位置信息，計算出搶修路徑，其用公式表示為：

式中，H表示搶修隊伍與配電網故障點之間的距離；xg、yg分別表示配電網GIS電子地圖中故障點的橫坐標與縱坐標；xq、yq分別表示配電網GIS電子地圖中搶修隊伍的橫坐標與縱坐標[6]。因此建立的調度目標函數用公式表示為：

式中，f表示配電網電力搶修智能調度目標函數。通常情況下，搶修隊伍需要在規定時間內達到現場，完成電力搶修任務，因此為了保證調度決策的合理性，設定搶修時間約束條件，其用公式表示為：

式中，t表示GIS電子地圖上搶修路徑擁塞時間；v表示搶修車輛行駛速度；T表示配電網電力搶修最長等待時間[7]。根據GIS電子地圖上顯示的路況，利用粒子群算法對目標函數求解，選擇一條符合約束條件的路徑最短的電力搶修路徑，調度該路徑上搶修隊伍進行電力搶修，以此實現基于GIS電子地圖的配電網電力搶修智能調度。

三、實驗論證

（一）實驗準備與設計

以某配電網為研究對象，該配電網在0-24h時間段內共發生8起故障，具體故障情況如下表所示。

該電網配電區域內共有5組搶修隊伍，搶修資源包括線路班組、電纜班組、搶修吊車、斗臂車、發電車、路徑儀和測試設備，按照本文設計方法對該配電網電力故障進行搶修智能調度，調度結果為：搶修隊伍1任務為故障3，搶修隊伍2任務為故障4、故障5，搶修隊伍3任務為故障1、7，搶修隊伍4為故障2，搶修隊伍5為故障6、8。

（二）實驗結果與討論

為了驗證調度方法的性能，選擇電網故障供電等待時間和電力搶修成本為評價指標，電網故障供電等待時間越長，電力搶修成本越高，則表示電力搶修調度越不合理，反之則表示調度越合理。針對以上兩個指標測評，將設計方法與基于數據挖掘的調度方法和基于蟻群算法的調度方法比較，測評結果如圖1、表2所示。

從圖1可以看出，本文方法應用下配電網故障供電等待時間比較短，最長等待時間僅為3.45h，在搶修時間范圍內，與基于數據挖掘的調度方法相比，供電等待時間縮短了將近32%，與基于蟻群算法的調度方法相比，供電等待時間縮短了將近35%，證明本文方法電力搶修速度更快，調度更加合理。從表2中數據可以看出，本文方法應用下配電網電力搶修成本比較少，最少搶修成本為1024.54元，與基于數據挖掘的調度方法相比，搶修成本降低了將近50%，與基于蟻群算法的調度方法相比，搶修成本降低了將近46%，證明本文方法經濟性良好。這是因為本文采用了GIS電子地圖將故障點位置與電力搶修隊伍位置在地圖中標識，以搶修路徑最短為目標，因此在一定程度上保證了電力搶修速度和成本。通過以上實驗數據統計與對比，證明了本文方法可以實現對配電網電力搶修高精度智能調度，調度效果良好。

結束語

綜上所述，本文提出了一種基于GIS電子地圖的配電網電力搶修智能調度方法。該方法利用GIS電子地圖的直觀性和信息集成優勢，結合智能調度算法，實現了對配電網電力搶修的快速、高效調度。通過實驗驗證，發現該方法能夠在配電網出現故障時，自適應地調整電力資源和維修力量，以最快的速度恢復供電。同時，該方法還具有較好的魯棒性和可靠性，能夠應對各種復雜情況和高壓力下的電力搶修工作。盡管本文提出的方法取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。首先，該方法主要針對配電網電力搶修調度問題進行建模和分析，對于更復雜的電力系統還需要進一步探討。其次，該方法主要基于歷史數據和經驗進行調度，對于具有不確定性和隨機性的故障情況，還需要進一步完善算法以實現更加精準地預測和調度。