基于多约束条件的配电网抢修网格迭代寻优划分研究

文/竺佳一、孙珑、方云辉 国网宁波供电公司 浙江宁波 315010

基于多约束条件的配电网抢修网格迭代寻优划分研究

文/竺佳一、孙珑、方云辉 国网宁波供电公司 浙江宁波 315010

本文主要研究了对配电网按电气拓扑进行基于多约束条件的配电网抢修网格迭代寻优划分，提供一张以综合考虑基本维修成本、并将外界影响因数折算至维修成本的最优维修匹配网格图，该图除日常用于指导电网维修测算外，特别能应用于电网在洪涝灾害等极端天气情况下的抢修指挥和调度。

配电网抢修网格；网格模型；迭代寻优；抢修消耗值

为了更好完成突发情况下，快速摸清设备故障情况，及时统计设备受损面积和维修工作量，并以此为依据合理引进、调配抢修资源（人力、物资）并对整体抢修态势进行监控和调节，最终实现快速恢复送电，原有依靠电网地理接线图和设备台账并以此为依据按行政区域、线路供电范围来粗略划分抢修区域的操作模式已不能很好的适应目前的情况。如果没有一个划分大小合适、位置固定，网格内设备种类、数量、电气连接关系、地貌等标识清楚，网格设备运行人员明确的网格图作为依据，那么抢修合理、有序、安全开展将是比较困难的。

1、目前操作模式存在的问题：

(1)、应急抢修的全程展现。整个应急抢修过程缺乏抢修任务划分和任务完成情况量化、图形化的“综合一张图”指导工具，造成了一系列的问题。首先，电力企业在做抢修应急预案时，预案制定人员缺乏智能化辅助工具来量化并实现在图上表示和抢修有关的抢修人员需求，抢修设备、备品备件的准备，以及制定片区负责人员和抢修力量配备。其次，当灾害发生时，受援单位和抢修队伍之间工作交接缺乏量化的依据，包括抢修范围内的抢修设备量、抢修人员等。抢修队伍也无法快速了解区域内的设备情况，原设备负责人，周围环境等要素，以便快速确保其工作任务及时有效的分配和开展。 [1]

(2)、电网区域的科学划分。原有的按行政区域及主干线路供电范围划分的方式，由于划分网格的颗粒度太大，局部信息往往不够充分。不能给抢修决策人员提供相对精确、直观有针对性的设备检修提示，更不能在应急情况下迅速给抢修指挥人员提供辅助决策起到实质性的作用。如果单纯从行政区域的面积划分,可能造成两个队伍分管两个片区,但是片区的供电电源为同一个,那么当一方抢修完成需对其进行送电时，将有可能对另外一组抢修队伍造成安全隐患。 (3)、抢修信息的合理展示。地理接线图和基础台账虽然能很好的反映电网实际，但由于涉及信息过于庞杂，并不能过滤出对抢修有针对性的信息并图形化显示。同时，一张没有分区、分片并反映设备检修工程量等抢修相关信息的抢修图，也不能给抢修决策人员提供有针对性的、直观的设备检修提示，更不能在应急情况下迅速给抢修指挥人员提供辅助决策。 [2]。

2、研究的关键技术

（1）网格大小位置确定和应用模式

为了清晰化网格抢修模式的运用，我们将网格确定和应用一分为二，网格的确定和划分属于受灾前，网格的应用（如按网格进行抢修任务安排和进度统计、受损后按网格统计等）是属于受灾后。网格的应用是在已划分网格的基础进行后续抢修状态展示和抢修策略调整的过程，是基于网格的上层应用。网格大小、位置确定在灾害前一次性固定划定，抢修过程中不进行修改，用于日常评估网格区域内维修工作量和受灾抢修状态下排摸、组织协调的唯一依据。它的划分以不考虑受灾情况，单纯根据划定区域内设备各种维修工作量来衡量的，影响网格维修工作量的只有当前设备状态、地理位置等静态信息，并统一折算进维修工作量。网格划分和受灾损失情况、灾后抢修难度、网格抢修调度优先级等无关。

（2）网格模型的建立

网格模型需要主要给出网格的设备数量、地理地貌信息、网格维修需求工作量等关键信息。对网格维修工作量的计算需要考虑多种约束条件对检修量的影响。如根据此网格内配电设备特性、设备数量、运行环境、交通状况、施工环境，按照标准化检修的工作定量标准，按照单元格给出每条线路的维修力量需求值。同时，因为需要考虑网格的合并，所以需要在网格模型内部保存网格间的电气拓扑关联信息和包含子网格的数据。 [3]。

3、研究的基础条件

（1）必须以真实有效的具备设备详细信息和电气拓扑的电网接线图为基础，离开了电网基础数据，那么整个抢修网格的划分甚至抢修过程将是无意义的。

（2）抢修网格模型的合理性，一方面具备反映基本维修信息的属性信息，同时需要具备网格间关联关系（包括电气拓扑关系和网格间包含关系）的属性信息，以方便网格的迭代合并。

（3）对影响网格内设备维修量的可能因数范围的界定和折算到网格维修量的比例系数和合理计算公式，以达到一个能较精确标定网格维修值。

（4）配网最小单元格可以分为线路和配电设备，其中线路又分为架空线路和电缆，配电设备有配变、开关柜等。配网的最小单元网格可以分为线路和配网设备两种类型。一个最小单元网格划分依据为具备电气断开点为分割，如架空线的一个耐张段长度的导线，具有接头的一段电缆等，配网设备以单个设备为最小单元网格。最终抢修网格是在最小单元网格的基础上的合并组合。

4、详细设计方案

（1）网格模型，所有网格只有一种模型，只是区分最小单元网格和最终网格，同时根据网格所含设备的不通，网格的相关属性值有所区别。

网格属性：

（1.1）网格编号（ID）：用来唯一表识一个网格

（1.2）网格类型：最小单元网格由于为单一设备，故类型值为“架空线路”、“电缆”、“开关”、“开关柜”、“配变”，而最终迭代合并后的网格类型为“综合”）

（1.3）网格内设备数量：最小单元网格数量取值为“1”，其他网格按所含设备数量取值。

（1.4）网格维修消耗基准值：最小单元网格按所含设备类型进行定值，其他网格为所含网格基准值的综合。可查询标准化抢修手册查阅可得，目前典型设备根据经验值确定：跌落式熔断器（刀闸）为2人*25分钟，避雷器为2人*30分钟，柱上开关为2人*25分钟，开关站间隔、低压分支箱为5人*40分钟，电杆（包含一档线路）为10人*40分钟，变压器（包含变压器附件安装）为10人*40分钟，电缆头6人*40分钟，低压表箱（包含低压线路）为1人*20分钟。

（1.5）维修难度修正系数(K)，主要是根据设备类型造成的排查及维修难度、设备自身坚强程度、设备所在地域环境给维修及物质输送带来的困难等外界因数折算到实际维修消耗值的修正系数。该系数目前采用配网大修项目工程量计算定额。地形系数对维修量的修正，平原为1，市区、丘陵为1.2，一般山地、泥沼系数为1.6。对于合并后的网格，默认值是1。

（1.6）最终维修消耗值=基本维修消耗值*K1* K 2* K 3…,其中k1 k2 k3…分别对应各种修正系数值，取值区间为0、1-1.9。

（1.7）设备电气控制点是为了标明维修网格设备上级开关刀闸等，作为对网格合并重组的基本依据。因为根据实际检修情况，同一电气控制点（开关、分支令克等）的网格可以合并或则在拉开上级控制设备后独立范围内开展维修。

(1.8)抢修指数：用于形成最终网格划分后，根据受灾实际情况和外界信息输入，对网格抢修重要性和优先级进行评定，指导后续的抢修安排和策略。数值高的优先级越高。在划定网格后，默认该值都为1。

（1.9）包含子网格集：用于在网格迭代划分过程中存储合并的子网格号，最小单元格默认为空

（1.10）网格负责人：日常的网格内设备的运行人员等，用于指导抢修队伍及时排摸设备。

（1.11）网格负荷性质：网格内用户的性质，如医院、通讯枢纽、水泵抽水站等。

（1.12）网格信息备注：可以用于标注网格基本地貌或则突出表示的信息。

（2）基于多约束条件的配电网抢修网格迭代寻优划分。

总体分为两个阶段，首先建立最小单元网格，并根据多条件约束对往网格抢修消耗值进行设定。然后根抢修队伍能力按照迭代方式多次进行最优匹配并确定最终网格。

（2.1）建立最小单元网格，依靠电网G IS系统图形和电气拓扑关系，以一条线路供电范围为单位从电源点向供电末端进行依次扫描，以最小单元网格划分原则建立最小网格实例，并对网格进行复制。通过此步骤，可以建立一张能显示维修消耗值的最小网格划分图。维修难度修正系数的选择：配网设备分为线路和设备。其中，线路可以分为电缆和架空线，由于其铺设方式及成本，受灾情况下的排查难度等不一致，故其维修消耗值是不一样的需要区分。设备本身性质也决定了维修难度修正系数，如固体绝缘柜可以适应水灾环境免维护，其修正系数为“0”。城区新居民小区可以设定为1（环境对维修无直接影响）。

(2.2)根据标准化抢修队伍维修能力，考虑地理、上下级电气关系等进行多次迭代划定最优网格。

标准化抢修队伍维修能力是指按标准化抢修队伍所具备的维修能力。网格的最终划分，是以建立新网格对最小单元网格进行合并重组的方式多次迭代进行的，合并后抢修值总和应正好匹配一支标准化抢修队伍的维修能力。

迭代划分过程总体为根据维修实际需求和抢修安全性考虑，每次从电网末端向电源点划分，执行首次匹配即确定网格的原则，然后第二次对剩余不优的网格进行再次划分，如此迭代往复直至所有网格大小都为最优。划分的限制因数为抢修队伍的维修能力及被合并的网格是否已经跨越本级电网网格。

结论：

综合以上论述，建成一张电网网格化抢修划分图为指导的抢修综合展示图将对日常划定抢修预案和指导实际抢修起到关键性作用。抢修网格图图示系统是多套图纸信息的叠加综合展示，底层是电力网基础数据（包括设备名称、实时运行状态、设备地理位置及海拔高度等），分层标记道路、水系、通讯水厂储油罐等与公共民生及抢修密切相关的地图信息，政府机构通过外联渠道得到的灾害下的公共信息，最上面层是网格图层信息，他是对所有信息（包括各抢修队伍网格的划分和进度、状态显示等）的汇总统计显示，以供灾害下抢修指挥中心进行抢修决策起到指导作用。

[1]张晶伟,张粒子,黄弦超.基于遗传拓扑混合算法的配电网多故障抢修策略.电力系统自动化 2008年第22期.

[2]张之枫.基于G IS的电力故障抢修系统研究与设计.华中科技大学，水利水电工程，2007，硕士论文.

[3]吴孟泉,王周龙,崔青春,等. 配电网G IS中的拓扑分析研究.武汉大学,2004.

竺佳一（1971-），男，副总经理，高级工程师，从事电力系统自动化工作。