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(duì)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(gè)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(duì)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(gè)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(gè)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(gè)目標(biāo)和多個(gè)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(gè)重要的優(yōu)化目標(biāo)，通過有效地安排檢修計(jì)劃來減少停電時(shí)間，提升電網(wǎng)的可靠性［4］。然而，除了降低停電損失，檢修計(jì)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(shí)，需要將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他部分，以保證整個(gè)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(gè)更為綜合的解決方案。在解決這類復(fù)雜的優(yōu)化問題時(shí)，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(jì)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(gè)目標(biāo)和約束條件的情況下，找到一個(gè)相對(duì)較優(yōu)的解決方案。

綜合考慮時(shí)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(shí)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(jì)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(jì)劃管理表等［7］。停電計(jì)劃信息流程圖如圖1所示。

圖1 停電計(jì)劃信息流程圖

使用Visual Studio構(gòu)建一個(gè)局域網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，同時(shí)設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)高效的停電檢修計(jì)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(jí)A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)、E級(jí)、F級(jí)［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(jí)進(jìn)行合并，以最高等級(jí)為準(zhǔn)，形成合并后的停電需求策略等級(jí)。檢修供電物資到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先供應(yīng)高等級(jí)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(jí)策略，以保證即使在資源有限的情況下，也能及時(shí)應(yīng)對(duì)緊急情況，最大程度地減少停電造成的影響。停電計(jì)劃優(yōu)化策略算法流程如圖2所示。

圖2 停電計(jì)劃優(yōu)化策略算法流程圖

2 配網(wǎng)停電計(jì)劃優(yōu)化模型

2.1 停電檢修時(shí)間優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

停電檢修時(shí)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(shí)段第i個(gè)設(shè)備檢修時(shí)造成停電的負(fù)荷；ui，t為t時(shí)段第i個(gè)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(jià)；T為檢修時(shí)段總數(shù)。

2.2 停電檢修時(shí)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(gè)設(shè)備的開始檢修時(shí)間；Di為第i個(gè)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(shí)檢修的設(shè)備個(gè)數(shù)。

（4）時(shí)間調(diào)整約束：

式中：x0，i為第i個(gè)設(shè)備申報(bào)開始檢修時(shí)間；Λt為第i個(gè)設(shè)備調(diào)整時(shí)間限值。

（5）同時(shí)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(gè)設(shè)備允許開始檢修時(shí)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(gè)設(shè)備檢修時(shí)造成的停電負(fù)荷界；Ti為第i個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢修需要的時(shí)間；nops為負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)開關(guān)進(jìn)行操作的次數(shù)；ΔPi為第i個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)造成的網(wǎng)損；Di為第i個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢修造成轉(zhuǎn)移負(fù)荷的持續(xù)時(shí)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(jì)劃優(yōu)化方法

在初始檢修計(jì)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(duì)檢修時(shí)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(duì)檢修時(shí)間進(jìn)行修正。最終，得到一份全面優(yōu)化的檢修計(jì)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(shí)，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(jì)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(shí)間優(yōu)化計(jì)劃，按順序轉(zhuǎn)移失電區(qū)域的負(fù)荷。在恢復(fù)每一個(gè)負(fù)荷后，要進(jìn)行潮流計(jì)算，這個(gè)計(jì)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(gè)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(duì)配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化問題，在簡化了約束條件后，有效地提升了計(jì)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(jì)算效率的同時(shí)，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(jì)劃的可行性和合理性提供了堅(jiān)實(shí)保障。

本文設(shè)計(jì)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(jì)劃的效率，也為電力企業(yè)在保證供電可靠性的同時(shí)，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。