一种基于运行风险快速辨识的电网检修计划优化编排方法与流程

本发明属于电力系统调度自动化，具体涉及一种基于运行风险快速辨识的电网检修计划优化编排方法。

背景技术：

1、电力设备检修是保障电网安全稳定运行的重要手段。科学合理的检修计划不仅需要满足设备检修和电网运行安全要求，还应兼顾运行经济性与供电可靠性，尽可能降低检修停电对用户侧用电的影响。随着电网规模持续扩大以及新能源大规模接入，电网运行方式更加多变，设备停电安排与潮流分布、供电路径、备用能力之间的耦合关系更加紧密。传统主要依赖人工经验的检修计划编制方式已难以适应复杂运行管理需求，存在效率偏低、主观性较强、难以统筹多类约束等不足。

2、围绕电网检修计划优化问题，国内外学者已开展了较为系统的研究。早期研究主要集中于单目标、静态约束模型，随着电网规模扩大和运行方式复杂化，逐步发展为多目标、多约束、强耦合的复杂优化问题。近年来，相关研究进一步将可解释强化学习、图强化学习、网络拓扑优化、时序相关不确定性建模以及发输联合检修调度等方法引入停电计划和检修计划优化问题，为复杂运行方式下的风险协调和工程化求解提供了新的思路。

3、随着电网结构日益复杂、新能源接入比例不断提高以及负荷波动性增强，检修计划编排不仅需要满足设备检修需求和现场作业约束，还需要充分考虑检修期间电网运行方式变化对供电可靠性和运行安全性的影响。

4、传统检修计划编排方法通常依据设备检修窗口、检修工期、班组资源、停电范围和人工经验制定计划。当运行方式发生变化或部分检修任务需要调整时，往往通过人工方式判断不同检修事项之间是否存在冲突。然而，实际电网运行中的检修冲突并不完全等同于设备拓扑上的静态互斥关系。某些检修事项单独执行时不会产生风险，但在特定负荷水平、网络拓扑或运行方式下同时执行时，可能导致线路过载、电压越限、重要负荷失供或n-1校核不通过。因此，仅依靠预设静态互斥规则难以准确反映实际运行风险。

5、另一方面，实际检修计划中常存在成组检修事项。由于施工逻辑、停电范围、作业班组、物资调配或设备联动关系，若干检修事项需要作为一个整体进行时间调整。此类检修组在优化过程中不能任意改变组内事项的相对时间关系，只能整体向前或向后平移。因此，在模型中需要区分“检修组开始时间决策”和“检修事项停运状态刻画”，以兼顾调度优化决策和电网运行风险辨识的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对电网检修计划编排过程中存在的检修事项成组联动、运行风险辩识计算量大、检修冲突依赖人工经验判定等问题，提供一种基于运行风险快速辨识的电网检修计划优化编排方法，旨在实现检修组整体平移调整与事项级停运状态的统一建模，通过风险快速辨识自动生成互斥约束与冲突约束，并采用逐轮次检修计划优化编排方法，提升检修计划的可行性及编排效率。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于运行风险快速辨识的电网检修计划优化编排方法，包括：

3、获取电网检修计划基础数据，包括检修周期、检修事项清单、各检修事项的持续天数、原计划开始时间、禁止检修时段、不可变更检修事项信息以及电网拓扑结构与运行方式数据；

4、将具有固定时序关系的检修事项划分为检修组，采用检修组开始检修变量与检修事项执行状态变量相结合的0-1建模方式，建立检修组整体平移调整和事项级停运状态模型；

5、以检修组取消数量最少、时间调整数量最小、调整天数最少以及检修引起的负荷停电天数最小为目标，结合预设的多类约束条件，构建多目标优化模型；

6、将电网运行风险快速辨识引入检修计划优化，对于任一时段内同时处于检修状态的事项集合，快速辨识其是否引起运行风险；

7、对单一检修事项进行风险识别，若单一检修事项下出现不可接受风险，则该检修事项所在的检修组在检修期内不能安排，否则采用启发式规则确定其影响范围；

8、对不同检修组间的检修事项两两组合，并对影响范围有重叠的组合进行风险辨识，生成检修互斥约束，所述检修互斥约束用于限制两个检修事项不能安排在同一时段执行；

9、采用逐轮次的编排策略对任一时段内同时处于检修状态的事项集合进行高阶检修风险辨识，生成高阶检修冲突约束，所述高阶检修冲突约束用于限制三个及以上检修事项不能安排在同一时段执行，每轮风险辨识后将新增约束加入模型重新优化，直至当前检修计划下无不可接受风险，输出最终检修计划。

10、进一步的，本发明结合实际应用需求，以天为基本时间单位，构建电网检修计划优化调整模型。考虑到实际电网检修计划编排中，部分检修事项并非相互独立，而是具有固定的相对时间关系，本发明采有检修组来管理这类具有固定相对时序的检修事项，以检修组为整体确定开始时间，通过组内检修事项相对于组开始时间的固定偏移量描述各检修事项的执行状态，使得组内检修事项仅能整体平移、相对时序保持不变；所建立的检修计划优化模型为混合整数线性规划模型，采用分支割平面法求解。

11、进一步的，以检修组取消数量最少、时间调整数量最小、调整天数最少以及检修引起的负荷停电天数最小为目标，对四个目标进行加权，构建多目标优化模型的目标函数为：

12、

13、其中，表示检修组集合，表示检修组编号；表示检修组执行时间调整天数的权重；为表示检修组时间窗口调整天数，负数表示前移，正数表示后移；表示检修组调整数量权重；为表示检修组是否改变原检修计划时间的0-1变量，0表示维持原检修时间，1表示改变检修时间；表示检修组取消执行的权重；为表示检修组g在检修期内是否被取消的0-1变量，1表示取消，0表示执行；表示电力设备停电的权重；表示检修周期内停电设备的集合；为0-1变量，表示电力设备在第天是否停电，1表示停电，0表示不停电；表示检修计划优化期总天数。

14、进一步的，所述多类约束条件包括：

15、检修组执行或取消约束：

16、设电网中存在若干检修事项。实际运行中，部分检修事项由于施工组织、停电范围或作业逻辑上的关联关系，需要构成检修组统一调整。对于同一检修组内的不同检修事项，其相对开始时间和持续时间关系保持不变，优化模型仅决定该检修组的整体开始时间。

17、一个检修组在检修周期内要么选择一个开始时间执行，要么被取消，故有：

18、

19、其中，为检修组的允许开始检修日集合；为表示检修组是否选择从第天开始执行的0-1变量，1表示是，0表示否。

20、检修组时间窗口是否调整约束：

21、若检修组的实际开始时间不同于原计划开始时间，则认为该检修组发生时间调整：

22、

23、其中，为检修组的原计划开始时间。检修组的时间窗口调整或取消均被认为发生调整。

24、检修组调整天数约束：

25、

26、检修组与检修事项状态关联约束：

27、检修事项的执行状态由所属检修组的开始时间唯一决定：

28、

29、其中，表示检修事项编号；表示检修组的检修事项集；表示检修事项在时段是否执行检修工作；是与检修事项时间窗口决定的常数，当所属检修组在时段开始检修时，检修事项在第天处于检修状态时取1，否则取0：

30、

31、其中，表示检修事项相对于所属检修组开始时间的固定偏移量；为检修事项的持续天数。

32、禁止检修时间约束：

33、部分检修事项在特定时段内不允许安排检修。若检修事项在某一日期属于禁止检修范围，则该日期的检修状态变量应取0，即：

34、

35、不可变更检修约束：

36、实际应用中，部分检修组的时间不宜调整，例如上级调度部门已确定的检修计划、上一检修周期延续至本周期的检修事项以及故障检修等。对于此类不可变更检修组中的检修事项，不需要添加检修组各日的启动状态变量，并将各检修项的状态置为与相应日的状态对应的常量：

37、

38、同停检修约束：

39、若两个检修事项均会引起同一设备停电，则应尽量将二者安排在相同时段实施，以避免设备重复停电并缩短总停电时间。假设两个检修事项均会导致同一设备停电，则有：

40、

41、其中，k为受检修影响的停电设备，i、j为均会导致设备k停电的两个检修事项。

42、进一步的，本发明将电网运行风险快速辨识引入检修计划优化，对于任一时段内同时处于检修状态的事项集合，快速辨识其是否引起运行风险。若某一检修组合会导致不可接受风险，则将该组合识别为实际检修冲突，并转化为线性0-1约束，禁止该组合在对应时段同时出现。

43、本发明采用如下启发式规则确定单一检修事项的影响范围：（1）拓扑图上经3条支路连通的节点及支路，考虑到低电压等级设备检修对高电压等级设备的影响一般较小，实用中可以不搜索高一电压等级的线路；（2）各检修事项单独执行时潮流增大明显的支路，实用中取支路潮流增量与检修设备潮流的比值超过一定阈值（如0.1）进行判断。

44、进一步的，由于检修事项数量多，省级电网一个月的检修事项可能达上百项，若对所有组合进检测同样存在计算量过大的问题。因此本发明对不同检修组间的检修事项两两组合进行风险辨识时，仅对两个检修事项影响范围的重叠区域内的预想故障进行n-1风险辨识。

45、若两个检修事项同时执行时存在检修后基态潮流越限、停电范围过大、n-1后潮流越限或停电范围过大等风险时，对该检修事项对添加互斥约束，以避免检修计划编排时将其安排在同一时段，减少检修计划编排轮数。

46、进一步的，当两个检修事项同时执行时出现以下任一情况时，生成互斥检修约束，其中为检修事项i在第t天的检修状态0-1变量，为检修事项j在第t天的检修状态0-1变量，p为互斥检修事项对的集合，，：

47、检修后基态潮流越限；

48、检修后停电范围超过预设阈值；

49、n-1后潮流越限；

50、n-1后停电范围超过预设阈值。

51、进一步的，高阶检修冲突组合的确定及约束生成，包括：

52、采用逐轮次检修计划编排、风险辨识及冲突约束生成的策略实现检修计划的总体优化；在每一轮次风险辨识中，仅针对当前检修计划安排下出现的检修事项组合进行高阶检修风险辨识；

53、若风险辨识出现检修方式下基态或n-1预想故障后停电范围超过预设阈值，将与停电区域相邻的各检修事项纳入同一冲突组合；

54、若风险辨识出现设备过载，通过对过载设备潮流进行灵敏度分析，将与潮流过载的灵敏度绝对值大于预设阈值的检修事项纳入同一冲突组合；

55、高阶冲突检修约束：

56、若多个检修事项同时进行将导致停电范围过大、基态设备过载、n-1后停电范围过大或设备过载等情况，则这些检修事项不能安排在同一天检修。

57、生成高阶检修冲突约束，其中为任一冲突组合，为冲突组合内的检修事项总数，为检修事项i在第t天的检修状态0-1变量，，，m为冲突组合的集合。

58、当时，该约束退化为两两互斥约束。当时，该约束可表达高阶检修冲突，即多个事项全部同时检修才会触发风险，而其中部分事项同时检修仍可能可行。该约束将电网运行风险辨识结果转化为优化模型中的线性约束，从而避免优化结果出现实际运行不可接受的检修组合。

59、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明将具有固定时序关系的检修事项划分为检修组，采用检修组开始检修变量与检修事项执行状态变量相结合的0-1建模方式，实现检修组整体平移调整和事项级停运状态建模；以检修组取消数量最少、时间调整数量最小、调整天数最少以及检修引起的负荷停电天数最小为目标构建多目标优化模型；引入电网运行风险快速辨识机制，对于任一时段内同时处于检修状态的事项集合，基于启发式规则缩小预想故障集范围，进行基态潮流校核和n-1安全准则校核，判断是否存在停电范围过大或设备过载风险；根据风险辨识结果自动生成检修互斥约束和高阶检修冲突约束；采用“风险辨识—冲突生成—优化编排”的逐轮次检修计划优化编排方法，在每一轮次风险辨识中仅针对当前检修计划安排下出现的检修事项组合进行高阶检修风险辨识，将新增冲突约束加入模型后重新优化，直至不存在不可接受风险，输出最终的电网检修计划优化编排结果，有效避免了高阶检修状态组合爆炸问题，保证了最终检修计划的可行性。本发明能够有效提升检修计划的可行性及编排效率。