張 冰

（國網(wǎng)龍泉市供電公司，浙江 龍泉 323700）

0 引 言

配電網(wǎng)運行過程中由自然因素或人為因素所造成的大面積區(qū)域性多故障，根據(jù)搶修經(jīng)驗制定的搶修方案很難在最短時間內(nèi)完成搶修作業(yè)、減小配電網(wǎng)失電產(chǎn)生的影響。因此，在自適應(yīng)二代非支配排序遺傳算法（Non-domainated Sorting Geenetic Algorithms-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）支持下構(gòu)建配電網(wǎng)多故障搶修優(yōu)化模型，對于解決搶修方案缺少依據(jù)、搶修人員存在主觀判斷因素等問題具有重要意義。本文在考慮搶修時間和搶修任務(wù)分類等問題基礎(chǔ)上構(gòu)建配電網(wǎng)多故障搶修優(yōu)化模型，并利用NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行求解，在快速獲取最優(yōu)解的同時，擴(kuò)展搜索面積，減少多余計算步驟。

1 配電網(wǎng)多故障優(yōu)化模型

配電網(wǎng)通常由多個子網(wǎng)連接構(gòu)成，當(dāng)多個子網(wǎng)發(fā)生故障時配電網(wǎng)會造成負(fù)荷停電，針對該問題需要采用不同的停電搶修策略，以降低配電網(wǎng)負(fù)荷停電產(chǎn)生的影響。

1.1 配電網(wǎng)故障場景

（1）多個子網(wǎng)均存在故障。我國大部分城市配電網(wǎng)各子網(wǎng)均采用“N-1”，即將故障子網(wǎng)區(qū)域隔離后，非故障子網(wǎng)仍可以正常運行，為用電用戶正常供電。針對該情況，常用的檢修方案為關(guān)閉故障子網(wǎng)對其故障問題進(jìn)行檢查，待檢修完畢后并入配電網(wǎng)中[1]。

（2）單一子網(wǎng)出現(xiàn)密集故障。當(dāng)在同1個子網(wǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)不止1個故障時，便不再滿足“N-1”原則，因此搶修方案制定難度高于多個子網(wǎng)故障情況。此外，由于受配電網(wǎng)故障搶修資源的限制，搶修工作無法同時開展，而搶修方案的變更同時也對后續(xù)配電網(wǎng)供電恢復(fù)方案的內(nèi)容產(chǎn)生連帶影響。1份完善的配電網(wǎng)故障搶修方案除了需要制定故障設(shè)備搶修順序外，還需要制定停電恢復(fù)計劃，意味著配電網(wǎng)多故障搶修優(yōu)化策略應(yīng)當(dāng)是供電恢復(fù)和多故障搶修的聯(lián)合優(yōu)化。

實際配電網(wǎng)故障搶修作業(yè)中，當(dāng)明確配電網(wǎng)故障地點和故障類型后，根據(jù)配電網(wǎng)故障搶修工作經(jīng)驗和規(guī)程，可以估算故障搶修時間。目前，配電網(wǎng)故障采集系統(tǒng)和上報系統(tǒng)基本完善，并且故障診斷技術(shù)基本成熟，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障后，可以快速定位故障位置和故障類型，因此本文在了解配電網(wǎng)故障類型和故障位置的情況下，對配電網(wǎng)多故障搶修進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 搶修順序優(yōu)化模型

配電網(wǎng)多故障搶修順序優(yōu)化的目的是降低配電網(wǎng)停電故障對用電用戶的影響。故障檢修作業(yè)存在的約束條件為故障搶修資源，故障搶修順序優(yōu)化模型為

配電網(wǎng)多個設(shè)備發(fā)生故障時，第一階段下，所有故障設(shè)備都沒有經(jīng)受檢修，全部處于故障癱瘓狀態(tài)。之后每個階段表示有1個故障設(shè)備檢修完成[2]。在N+1階段下，所有檢修工作已經(jīng)完成，停電負(fù)荷停止產(chǎn)生，配電網(wǎng)故障全部排除，并能夠正常運行。

2 基于NSGA-Ⅱ算法的多故障優(yōu)化

2.1 算法流程

針對配電網(wǎng)多故障優(yōu)化問題，NSGA-Ⅱ算法在以下幾個方面優(yōu)于遺傳算法，一是更加先進(jìn)，通過非支配排序等級指標(biāo)和擁擠距離，NSGA-Ⅱ算法可以得出其中最優(yōu)解的優(yōu)劣性；二是更加方便，NSGA-Ⅱ算法在評價過程中無需將多目標(biāo)向單目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，節(jié)省了程序步驟。此外，NSGA-Ⅱ算法實現(xiàn)將輸出最小f1或f2值解集，以供檢修人員參考[3]。算法流程如圖1所示。

圖1 NSGA-Ⅱ算法流程

在本文中，所有故障恢復(fù)的算法流程都是將配電網(wǎng)失電負(fù)荷當(dāng)成動態(tài)恢復(fù)，即NSGA-Ⅱ算法在尋優(yōu)時，即使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解無法滿足配電網(wǎng)檢修約束條件，配電網(wǎng)恢復(fù)失電負(fù)荷也會進(jìn)行改變。該情況可以避免配電網(wǎng)故障檢修時陷入局部最優(yōu)解的情況。

2.2 算法實現(xiàn)

（1）交叉變異過程中，配電網(wǎng)在故障恢復(fù)下總會有至少1個聯(lián)絡(luò)開關(guān)與分段開關(guān)動作，因此在執(zhí)行交叉變異過程中，在算法基因前u位基因和后w位基因中進(jìn)行一次交叉變異[4]。

（2）環(huán)網(wǎng)檢驗過程。在尋找配電網(wǎng)故障檢修最優(yōu)解時，如果以某個閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)為起始點進(jìn)行搜索，當(dāng)搜素到另1個閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)時，表明存在環(huán)境，此時需要重新執(zhí)行變異較差操作，同時將環(huán)路對應(yīng)位為1的基因設(shè)置為0。

（3）孤島恢復(fù)過程。在配電網(wǎng)故障區(qū)域沒有進(jìn)行故障維修與電網(wǎng)恢復(fù)的情況下，具備一些自我能力恢復(fù)的儀器設(shè)備。此時可以從該臺設(shè)備開始檢索，包括可恢復(fù)配電網(wǎng)負(fù)荷路徑及可以滿足孤島內(nèi)功率約束條件路徑。

（4）選擇過程。以孤島恢復(fù)篩選路徑和配電網(wǎng)恢復(fù)路徑為標(biāo)準(zhǔn)，對可以滿足置信水平的種群進(jìn)行甄選，而對無法滿足需求的種群進(jìn)行更換迭代[5]。

（5）最優(yōu)解形成。最優(yōu)解不是單一的解，而是多個單解的結(jié)合，而當(dāng)有2個最優(yōu)解時，檢修人員可以根據(jù)配電網(wǎng)故障檢測需求靈活選擇檢修方案。

3 算例分析

3.1 算例參數(shù)

本文以某市配電網(wǎng)線路檢修為例，圖2為配電網(wǎng)電路簡圖。該線路某時間段出現(xiàn)10處故障，圖中C1～C10為線路故障位置，1～32為線路負(fù)荷節(jié)點，0為電源點。該線路只有1個電源點，當(dāng)出現(xiàn)故障時，故障點線路后的節(jié)點將失電。該線路中，節(jié)點8、10、12、15、27為一級負(fù)荷，節(jié)點6、7、13、18、19、21、24、26、29、30、32為二級負(fù)荷，節(jié)點5、9、11、14、16、17、20、23、25、28、31為三級符合，線路失電節(jié)點負(fù)荷功率如表1所示。

圖2 配電網(wǎng)電路

表1 線路失電節(jié)點負(fù)荷功率

一級負(fù)荷等級權(quán)重w1=100；節(jié)點二級負(fù)荷等級權(quán)重w2=10；節(jié)點三級負(fù)荷等級權(quán)重w3=1。不同節(jié)點故障類型和搶修時間如表2所示。

表2 故障點搶修類型和搶修時間

3.2 算例求解

假設(shè)配電站共有3組搶修能力相同的故障搶修班組，每組搶修人員行程速度為60 km/h，根據(jù)以上參數(shù)對NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行設(shè)置：準(zhǔn)群規(guī)模設(shè)置為100；最大進(jìn)化代數(shù)設(shè)置為200，其余自適應(yīng)參數(shù)Pc1=0.6，Pc2=0.7，Pc3=0.9，Pm1=0.2，Pm2=0.4，Pm3=0.3，Pm4=0.1，α=0.25，β=0.6[6]?；谝陨蠀?shù)運行算法程序，最優(yōu)解搶修方案如表3所示。

表3 配電網(wǎng)多故障搶修方案

為獲取最佳故障搶修方案，需要采用標(biāo)準(zhǔn)化方法對2個目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行處理，處理結(jié)果如表4所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果

從表中可以看出，方案4 目標(biāo)函數(shù)值f1*和f2*之間差距較小，差值僅為0.113 7，由此可見，方案4為配電網(wǎng)多故障最佳搶修方案[7]。

3.3 結(jié)果驗證

從實際配電網(wǎng)故障檢修情況來看，故障負(fù)荷等級較高的節(jié)點搶修緊急性較高。從表2可知，配電網(wǎng)故障點3、4、5、6、7、9的故障負(fù)荷為一級負(fù)荷，上述點故障造成節(jié)點8、10、12、15和27失電，因此需要及時對故障點進(jìn)行修復(fù)。從表3可知，7組故障點搶修方案中，前4組的搶修班組均將故障點3、4、5、6、7、9的維修順序放的較前，并且為節(jié)省檢修故障檢修時間，檢修方案將5、6、7均制定了順序為4→5→6→7的故障搶修順序[8]。

算例求解中，方案4為最佳故障搶修方案，符合等級越高搶修緊急程度越高的搶修要求，因此搶修方案4可以為配電網(wǎng)多故障搶修作業(yè)提供參考。

4 結(jié) 論

本文將NSGA-Ⅱ算法應(yīng)用于配電網(wǎng)多故障搶修優(yōu)化問題中，利用NSGA-Ⅱ算法尋找最佳搶修方案，一方面進(jìn)一步擴(kuò)大搜索面積，避免算法陷入局部最優(yōu)解的循環(huán)中；另一方面在尋找到最優(yōu)解時停止進(jìn)化，減少多余計算步驟。最后以某配電站為例進(jìn)行了算例分析，本文構(gòu)建的優(yōu)化模型獲取的最佳故障搶修方案符合實際故障搶修要求，可以為配電網(wǎng)多故障搶修作業(yè)提供參考。