一种移动应急电源的双目标优化调度方法与流程

1.本发明涉及电力调度技术领域，具体的，涉及一种移动应急电源的双目标优化调度方法。


背景技术：

2.随着我国的经济发展，对电力的需求和依赖不断上升，电力系统不断发展壮大，其规模以及复杂性大大提升，目前已步入大电网、大机组、超高压和交直流混联的阶段，电力系统的运行特性的复杂程度直线上升，系统操作维护的难度也不断提升，能否给用户提供高质量的电能供应是一个不小的挑战。尽管各级电网都在不断提高电网的安全性，但是故障的发生始终是不可避免的，故障发生后会对社会经济造成巨大的损失，世界范围内发生了许多起重大停电事件，对社会的正常运行以及经济活动造成了极其严重的影响。例如2003年8月14日美加大停电事故、2005年俄罗斯莫斯科大停电事故、2006年西欧互联电网的大停电事故、2008年我国南方大部分地区因冰雪天气导致的大停电以及2012年印度大停电事故，这些事故的发生都表示电力系统不是绝对安全的，所以能否在事故发生之后将损失减至最小，做到未雨绸缪，在技术上对大停电事故有所准备。
3.由于大停电事故的后果极其严重，不仅给社会经济发展造成巨大损失，甚至会威胁人民的生命健康，导致社会发生混乱。尤其是近年来我国经济发展迅速，电量和负荷增长强劲，总体上我国还处于电量短缺的状态，在日后的发展中，发生大停电事故的可能性很大，所以建立高效的电力系统应急管理平台是十分必要的。
4.现有的电力系统应急方面的研究主要集中在电力应急机制与平台的建立、应急预案的生成等方向，对于应急系统的优化的研究还存在着较大的缺失。目前智能电网的建设旨在提高电力系统的可靠性，增强其自愈能力，但是要完全避免停电事件是不可能的，因此，设计一套能够快速、经济合理地处理突发事件的方案变得迫在眉睫。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计一种移动应急电源的双目标优化调度方法，根据应急电源选址模型确定应急电源的安装位置，通过对选址模型进行优化最大程度地降低停电损失，以总停电经济损失程度最小和应急电源容量浪费最小为双目标函数建立城市移动应急电源的优化模型；综合考虑电力系统的应急规划、调度与电能恢复问题，使得建立的模型在停电事件发生时能够提供快速、经济合理地处理突发事件的方案；减少停电造成的损失。
6.为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种移动应急电源的双目标优化调度方法，包括如下步骤：步骤s1、以电力应急系统各个负荷点停电风险之和最小作为目标优化函数，建立选址模型；步骤s2、引入超时惩罚因子对选址模型进行优化；采用floyd算法求解优化模型；步骤s3、根据负荷的重要性程度计算负荷点的停电损失；
步骤s4、以总停电经济损失程度最小和应急电源容量浪费最小为双目标函数建立城市移动应急电源的优化模型。
7.作为优选，步骤s1中，建立选址模型包括如下步骤：步骤s11、对各个负荷点的停电风险进行预测；由下式表示：r＝uy其中r表示负荷点的停电风险；u表示灾害发生的概率；y表示事件发生的严重程度；步骤s12、计算每个负荷点的停电损失，由下式表示：yi＝ci(p
i-p'i)其中yi表示负荷点i单位时间停电的损失；ci表示负荷点i单位时间单位功率的停电损失；pi表示负荷点i正常运行时所需的功率；p'i表示受灾后应急电源可供功率；步骤s13、以电力系统各个负荷点停电风险之和最小作为电力系统应急系统的优化目标；建立选址模型，由下式表示：其中n为负荷点的个数；ri为负荷点i在单位时间内的停电风险值；x表示应急服务点的位置；yi表示负荷点i的位置；l(yi,x)表示应急服务点x到负荷点yi所需的最短时间；t
l
为预设的应急时间上限；g为需要考虑的电力系统网络，其中y＝{y1,y2,...,yn}为g的点集，e＝{e1,e2,...,em}为连接g中各点的弧集。
8.作为优选，步骤s2中，引入超时惩罚因子对该模型进行优化，优化选址模型由下式表示：表示：其中，δ为超时惩罚因子。
9.作为优选，步骤s3中，负荷点的停电损失计算包括如下步骤：步骤31、确定负荷的重要性程度函数，表示如下：ij＝λ
α
αj λ
β
βj λ
γ
γj其中ij用来衡量负荷的重要性程度，αj、βj、γj分别表示其对人员生命健康、经济损失以及特殊用途的影响度；λ
α
表示人员生命健康所占权重、λ
β
表示经济损失所占权重、λ
γ
分别表示特殊用途所占权重，满足约束函数：λ
α
λ
β
λ
γ
＝1；步骤31、根据负荷点的单位时间、单位功率的基本停电损失c'j来确定负荷点j在单位时间、单位功率的停电损失cj，公式表示如下：cj＝ijc'j。
10.作为优选，步骤s4中，
以总停电经济损失程度最小为目标函数，由下式表示：上式中，z
ij
为0-1变量，若供电所i向失电负荷j能提供应急电源服务，则z
ij
＝1，否则z
ij
＝0；表示应急响应时间所对应的停电损失；表示移动应急电源提供的总功率计算所得的停电损失；表示富余容量所对应的停电损失。
11.作为优选，步骤s4中，应急电源容量浪费最小为目标函数，由下式表示：其中，为应急电源可提供功率，第二项为停电负荷所需功率。
12.本发明的有益效果：本发明一种移动应急电源的双目标优化调度方法，根据应急电源选址模型确定应急电源的安装位置，通过对选址模型进行优化最大程度地降低停电损失，以总停电经济损失程度最小和应急电源容量浪费最小为双目标函数建立城市移动应急电源的优化模型；综合考虑电力系统的应急规划、调度与电能恢复问题，使得建立的模型在停电事件发生时能够提供快速、经济合理地处理突发事件的方案；减少停电造成的损失。
附图说明
13.图1为本发明的一种移动应急电源的双目标优化调度方法的流程图。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例：如图1所示，一种移动应急电源的双目标优化调度方法的流程图。
16.步骤s1、以电力应急系统各个负荷点停电风险之和最小作为目标优化函数，建立选址模型；步骤s1中，电力系统应急资源的选址可以从多方面考虑，其中最主要的为经济因素和社会因素。其中经济因素顾名思义为所选地址产生的直接以及间接的花费，包括建成后的运行费用，一般情况下，经济因素较为容易确定以及量化分析。社会因素则要考虑应急资源库建成后可以产生的社会效益，主要是衡量其在突发的电力事件中能够对救灾减灾方面产生的作用，社会效益难以衡量，故在选取时一般将其转为可量化的指标来进行选址，比如与重要负荷的距离或者能覆盖最大面积等等。
17.步骤s1中，要对应急服务点选址进行优化，必须对各个负荷点的停电风险进行预测。负荷点停电风险可以由下式表示：r＝uy其中r表示负荷点的停电风险；u表示灾害发生的概率；y表示事件发生的严重程度。
18.进而可以得出每个负荷点的停电损失为：yi＝ci(p
i-p'i)其中yi表示负荷点i单位时间停电的损失；ci表示负荷点i单位时间单位功率的停电损失；pi表示负荷点i正常运行时所需的功率；p'i表示受灾后应急电源可供功率。
19.本发明在考虑应急选址时，不局限于“时间最短”，在满足时间要求的前提下，应将服务点设置在停电风险高的负荷点的附近，从而最大程度地降低停电损失；所以，在满足可以紧急救援的前提下，使得电力系统各个负荷点停电风险之和最小作为电力系统应急系统的优化目标。考虑负荷停电风险的电力应急服务点的选址问题可描述为：其中n为负荷点的个数；ri为负荷点i在单位时间内的停电风险值；x表示应急服务点的位置；yi表示负荷点i的位置；l(yi,x)表示应急服务点x到负荷点vi所需的最短时间；为预设的应急时间上限；g为需要考虑的电力系统网络，其中y＝{y1,y2,...,yn}为g的点集，e＝{e1,e2,...,em}为连接g中各点的弧集。
20.步骤s2、引入超时惩罚因子对选址模型进行优化；采用floyd(弗洛伊德)算法求解优化模型；弗洛伊德算法是解决任意两点间的最短路径的一种算法，可以正确处理有向图或有向图或负权(但不可存在负权回路)的最短路径问题，同时也被用于计算有向图的传递闭包，该算法作为本领域技术人员计算最优路径的常规技术手段，不再累述。
21.因为不同城市的道路交通有较大的差异，甚至同一城市的不同区域也有着较大的差异，故在某些情况下上述的时间约束可能无法被满足，所以在优化模型的基础上继续引入超时惩罚因子对该模型进行改进，可描述为：入超时惩罚因子对该模型进行改进，可描述为：其中，δ为超时惩罚因子。
22.在步骤s2中，为了便于对优化模型进行分析，xd能够使md(x)取得最小值：此时称xd为g的绝对中位点；xc能够使mc(x)取得最小值
此时称xc为g的绝对中心点。
23.步骤s3、根据负荷的重要性程度计算负荷点的停电损失；在步骤s3中，要确定用户单位时间、单位功率的停电损失就需要首先对其重要性程度进行分析，此时便需要综合考虑负荷点停电对生命安全、经济利益等方面的影响大小。本发明确定负荷的重要性程度函数，表示如下：ij＝λ
α
αj λ
β
βj λ
γ
γj其中ij用来衡量负荷的重要性程度，αj、βj、γj分别表示其对人员生命健康、经济损失以及特殊用途的影响度；λ
α
、λ
β
、λ
γ
分别表示上述三种影响度所占权重，且三者满足λ
α
λ
β
λ
γ
＝1。
24.然后可以根据负荷点的单位时间、单位功率的基本停电损失c'j来确定负荷点j在单位时间、单位功率的停电损失cj，即cj＝ijc'j。
25.步骤s4、以总停电经济损失程度最小和应急电源容量浪费最小为双目标函数建立城市移动应急电源的优化模型。
26.在步骤s4中，通常情况下，城市中较为重要的用电负荷都会配备一定容量的备用电源，因此，应急电源的作用就是弥补负荷需求电量与备用电源容量之差，使其可以正常运行，以总停电经济损失程度最小为目标函数的优化问题可由下式表示：上式中，z
ij
为0-1变量，若供电所i向失电负荷j能提供应急电源服务，则z
ij
＝1，否则z
ij
＝0。表示应急响应时间所对应的停电损失；表示移动应急电源提供的总功率计算所得的停电损失；表示富余容量所对应的停电损失；其中第二项与第三项之差可以表示移动应急电源在行驶所耗时间对应的停电损失。
27.针对移动应急电源与停电负荷尽可能匹配的要求，以避免应急电源容量的浪费，可以增加如下次目标优化函数：第一项为应急电源可提供功率，第二项为停电负荷所需功率。
28.引入时间比较量：t
ij
为移动应急电源从第i个供电所到达第j个失电负荷的时间，t
pj
为移动应急电源从第p个供电所到达第j个失电负荷的时间。
29.引入容量比较量：pq表示移动应急电源q的移动应急容量；pk表示应急电源k的移动应急容量。
30.以上所述之具体实施方式为本发明一种移动应急电源的双目标优化调度方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。