一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法技术

本发明专利技术涉及一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法，具体包括：1、线路开关故障位置确定：利用无人机搭载的传感器对线路开关故障进行评估，进行故障开关的确定和定位；2、维修计划制定方法：针对配电网内存在的线路开关故障，协调维修人员，制定维修计划；3、基于无人机的线路开关通信恢复方法：利用搭载通信基站的无人机恢复线路开关与调度中心之间的通信连接。最后，实现灾后配电网的配电自动化应急恢复。本发明专利技术可以利用无人机搭载的各类传感器实现对线路开关的故障评估，进而制定维修计划，同时，无人机搭建的通信基站能对灾后线路开关的通信进行恢复，实现灾后配电网的配电自动化应急恢复。应急恢复。应急恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法


[0001]本专利技术涉及灾后配电网应急恢复领域，尤其涉及一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法。

技术介绍

[0002]随着配电网的自动化、智能化发展，配电网运行越发依赖通信系统及智能开关设备。当配电自动化系统受自然灾害影响受损时，有必要对其进行快速有效地应急恢复，其中包括线路开关的通信恢复、故障评估、维修计划制定，进而快速隔离故障、缩短断电恢复时间、提高电网可靠性。
[0003]随着无人机技术的快速发展，现有商用无人机可搭载各类传感器及通信设备，为灾后配电网的通信系统恢复、故障评估带来了极大的便利，为灾后配电网的配电自动化应急恢复提供有力的技术支撑。

技术实现思路

[0004]为了克服灾后配电网通信系统恢复及故障评估、修复的问题，本专利技术提供了一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法。
[0005]本专利技术的具体方案如下：
[0006]一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、利用无人机搭载的传感器对线路开关故障进行评估，进行故障开关的确定和定位；
[0008]步骤2、针对线路内所有的故障开关，确定维修人员移动时间矩阵T
r
和不同维修计划对应的维修计划矩阵P，计算维修人员移动总时间T
sum
＝P
×
T
r
，通过最小化T
sum
确定维修计划矩阵P，进而确定维修计划，根据维修计划对故障开关进行维修；
[0009]步骤3、根据应急恢复期间的无人机约束条件确定应急恢复需要部署的无人机的数量和无人机部署位置，所述约束条件为：确保每个故障开关至少位于一台无人机的监测范围内，且每个无人机的飞行高度大于安全高度；
[0010]步骤4、令搭载通信基站的无人机移动到上一步确定的无人机部署位置，在故障开关维修期间，利用搭载通信基站的无人机对线路开关与调度中心之间的通信连接进行应急恢复，直到故障维修完毕。
[0011]进一步的，步骤2具体包括以下步骤：
[0012]步骤2.1、假设配电网内线路开关故障数目为M，则维修计划矩阵P的形式如下：
[0013]若m＝n，则p
mn
＝0
[0014]式中，p
mn
表示故障m与故障n的维修先后顺序，均为布尔变量，即其值为0或1，例如，若p
mn
＝1，则表示故障m维修完毕后进行故障n的维修工作，若p
mn
＝0，则表示故障m与故障n的维修没有直接的先后关系，且当m＝n时，p
mn
＝0，即矩阵P对角线元素均为0；
[0015]根据各线路开关故障所在位置，能够得到维修人员在各故障之间转移的时间，定义维修人员移动时间矩阵T
r
如下：
[0016]若m＝n，则τ
mn
＝0
[0017]式中，τ
mn
表示维修人员从故障m移动到故障n所需要的时间，且当m＝n时，τ
mn
＝0，即矩阵T
r
对角线元素均为0，故障开关的位置确定后，能确定对应的维修人员移动时间矩阵T
r
；
[0018]步骤2.2、计算得到每一种维修顺序对应的维修计划矩阵P，通过公式T
sum
＝P
×
T
r
计算得到所有维修顺序对应的维修人员移动总时间，选择最小的T
sum
对应的维修顺序作为最终确定的维修计划。
[0019]进一步的，所述步骤3中：
[0020]无人机与故障开关之间的距离计算方法为：
[0021](x
s
‑
x
i,t
)2+(y
s
‑
y
i,t
)2＝l
s,i
(t)2[0022]l
s,i
(t)≥0
[0023]式中，x
s
是编号为s的故障开关的位置横坐标，y
s
是编号为s的故障开关的位置纵坐标，x
i,t
为在t时刻编号为i的无人机的位置横坐标，y
i,t
为在t时刻编号为i的无人机的位置纵坐标，l
s,i
(t)为在t时刻无人机i与故障开关s之间的距离；
[0024]无人机与故障开关的通信连接约束条件如下：
[0025][0026][0027]式中，T
v,s
为故障开关s的通信应急恢复时间区间，η
s,i
为无人机i与故障开关s之间的通信连接关系；
[0047]式中，x
k
是编号为k的故障线路开关的位置横坐标，y
k
是编号为k的故障线路开关的位置纵坐标，各故障的位置坐标信息如图1所示。x
i,t
为在t时刻编号为i的无人机的位置横坐标，y
i,t
为在t时刻编号为i的无人机的位置纵坐标，l
k,i
(t)为在t时刻无人机i与故障线路开关k之间的距离。同时为保证l
k,i
(t)计算结果为正数，需满足：
[0048]l
k,i
(t)≥0
[0049]由于无人机搭建的传感器，包括实时图传、热成像、红外，都是以图像形式反馈电网故障情况，因此传感器的监测范围有限，需要无人机与故障线路开关保持一定的距离范围。定义无人机传感器监测范围为r
w
，取值为50m，在对线路开关故障进行评估期间，需要满足无人机与故障之间的距离l
k,i
(t)小于监测范围r
w
，同时为保障无人机设备的安全，需要保证无人机在电力设备安全距离之外，且飞行高度大于安全高度，具体介绍如下：
[0050]l
k,i
(t)≤r
w
,t∈T
P,k
[0051][0052][0053]式中，r
d
为无人机与线路开关设备的最小安全距离，取值为10m，T
P,k
为线路开关k的评估时间区间，h
d
为线路开关设备的最小安全高度，取值为10m，h
i
(t)为在t时刻无人机i的飞行高度。
[0054]在本专利技术实施例中，线路开关S1、S2、S5、S8均出现故障，需要每个故障对应一台无人机，对故障情况进行评估，根据各故障线路开关的位置信息，无人机部署如图3所示，调度中心共出动四台无人机，一台无人机对应一个故障线路开关，进行故障的评估工作，并将故障的评估结果返回调度中心。
[0055]步骤二：维修计划制定方法，针对配电网内存在的线路开关故障，协调维修人员，制定维修计划。在探明配电网内存在的线路开关故障情况的基础上，根据各故障的位置信息，以维修时间最短为目标，设定维修人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的配电自动化应急恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用无人机搭载的传感器对线路开关故障进行评估，进行故障开关的确定和定位；步骤2、针对线路内所有的故障开关，确定维修人员移动时间矩阵T
r
和不同维修计划对应的维修计划矩阵P，计算维修人员移动总时间T
sum
＝P
×
T，通过最小化T
sum
确定维修计划矩阵P，进而确定维修计划，根据维修计划对故障开关进行维修；步骤3、根据应急恢复期间的无人机约束条件确定应急恢复需要部署的无人机的数量和无人机部署位置，所述约束条件为：确保每个故障开关至少位于一台无人机的监测范围内，且每个无人机的飞行高度大于安全高度；步骤4、令搭载通信基站的无人机移动到上一步确定的无人机部署位置，在故障开关维修期间，利用搭载通信基站的无人机对线路开关与调度中心之间的通信连接进行应急恢复，直到故障维修完毕。2.根据权利要求1所述的基于无人机的配电自动化应急恢复方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、假设配电网内线路开关故障数目为M，则维修计划矩阵P的形式如下：若m＝n，则p
mn
＝0式中，p
mn
表示故障m与故障n的维修先后顺序，均为布尔变量，即其值为0或1，例如，若p
mn
＝1，则表示故障m维修完毕后进行故障n的维修工作，若p
mn
＝0，则表示故障m与故障n的维修没有直接的先后关系，且当m＝n时，p
mn
＝0，即矩阵P对角线元素均为0；根据各线路开关故障所在位置，能够得到维修人员在各故障之间转移的时间，定义维修人员移动时间矩阵T
r
如下：若m＝n，则τ
mn
＝0式中，τ
mn
表示维修人员从故障m移动到故障n所需要的时间，且当m＝n时，τ
mn
＝0，即矩阵T
r
对角线元素均为0，故障开关的位置确定后，能确定对应的维修人员移动时间矩阵T
r
；步骤2.2、计算得到每一种维修顺序对应的维...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪涛，徐昂，黄梓欣，周德智，林湘宁，李正天，魏繁荣，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：