【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统抗震韧性优化领域，尤其涉及一种基于禁忌搜索的变电站系统备品备件准备方案优化方法。
技术介绍
1、近年来，极端自然灾害日益频繁，对电网的安全运行造成极大威胁。其中地震这类“小概率—高损失”的极端灾害给电力系统造成巨大破坏，进而引发大面积停电，所造成的停电经济损失急剧增长，地震灾害的影响巨大。变电站作为电网中的关键节点，是由一系列电气设备组成的复杂系统，在我国电力系统的送配电领域发挥着重要作用。经验表明，变电站是地震灾害破坏电网的主要途径，因此提升变电站设备的抗震能力和震后快速恢复供电功能对降低震害影响、保障抢险救灾乃至恢复经济发展和社会秩序具有极其重要的意义。
2、然而，现有的理论研究，只侧重于从设计层面提升变电站设备的抗震能力，并未深究变电站抗震韧性提升与变电站整体供电可靠性之间的内在联系，不能给出震后变电站设备恢复的优化方案以及震前备品备件的准备策略。同时，人们往往难以预测和控制地震灾害事件，使得变电站系统的震后响应过程具有高度不确定性，变电站的震后系统功能能以被准确地描述。针对某一特定地震灾害破坏情况下对变电站做出的优化，可能会导致变电站在面临其他地震灾害破坏情况时，具有更大的易损性，因此地震灾害对变电站造成的损伤不确定性不容忽视。综上所述，迫切地需要一种能够处理地震灾害事件损伤不确定性的变电站抗震韧性优化方法，制定最优化的震前设备备品备件准备策略，以提高变电站抗震韧性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：优化变电站系统抗震能力，
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，实现步骤如下：
4、步骤1：定义变电站系统输电能力与时间的积分为系统韧性；
5、步骤2：收集地震信息并输入至地震动强度模型，获得地区地震动加速度；
6、步骤3：采集关联基础设施网络的结构以及运行信息，结合变电站系统内各电气设备的连接关系、功能实现要求，建立变电站系统功能逻辑模型；
7、步骤4：建立变电站内设备的地震易损性曲线；
8、步骤5：结合变电站设备的地震易损性曲线与变电站功能逻辑模型，使用蒙特卡洛模拟仿真法仿真地震下变电站系统损伤场景；
9、步骤6：设定设备备品备件费用与总费用预算，结合变电站功能逻辑模型建立变电站韧性优化模型；
10、步骤7：建立变电站震后损伤设备恢复优化方法，结合禁忌搜索求解变电站韧性优化模型；
11、步骤8：给出费用约束条件下变电站系统震前备品备件的准备策略；
12、进一步的，所述步骤1定义了变电站系统输电能力与时间的积分值为系统抗震韧性，其内涵包括了系统的抵抗灾害以及从灾害中恢复的能力，明确了缩短震后变电站修复时间可提升系统韧性，其具体公式表示为：
13、
14、其中，r表示变电站系统抗震韧性；t表示震后设定的变电站恢复时间限制；f(t)表示震后变电站在t时刻的系统功能。
15、进一步的，所述步骤2中考虑实际地震的复杂情况，地震动强度模型综合考虑地震等级、传播路径、场地条件震源辐射能量及不确定性，得到的地震动参数可表示为：
16、lg(y(m，r))＝f(m)+g(m，r)+s+ε (2)
17、式中，y(m，r)表示地震动参数，本专利技术中使用地震峰值加速度(pga:peak groundacceleration)表示地震动信息；ε表示不确定性产生的误差；m和r分别为地震震级和与电站所在位置与地震震中的距离；g(m，r)表示地震波的衰减；f(m)为震级标定函数；s表示综合反映地震类型、场地条件等因素的影响。
18、进一步的，所述步骤3中建立变电站系统功能逻辑模型时，假设电气设备仅具有二态，即正常和失效，同时不考虑设备间共因失效问题和连接导线失效问题。确定每一条线路工作时所必须的设备类型和数量，分别建立线路工作的串联模型，再确定线路间所使用到的公用设备，建立线路间公用设备的并联模型，最终建立变电站功能逻辑模型，用以判断震后变电站系统功能。
19、进一步的，所述步骤4中假设地震下各电气设备地震易损性即失效概率与pga的关系服从对数正态累计分布：
20、
21、其中，p表示变电站设备的失效概率；μ表示易损性曲线的均值；β表示易损性曲线的方差。
22、进一步的，所述步骤5中通过蒙特卡洛模拟仿真获得变电站系统在地震条件下的失效情况，通过产生随机数与电气设备易损性曲线对比，确定设备的失效情况，结合变电站系统逻辑模型，确定变电站系统失效情况与整站系统功能：
23、
24、其中，l表示变电站总支路数量；fi表示支路i的工作状态，为二态变量。
25、进一步的，所述步骤6中提升变电站系统抗震韧性，在费用约束的条件下，准备充足的备品备件并提升备品备件的利用率可缩短震后修复时间提升抗震韧性，在震害损伤不确定性下基于二阶段随机规划建立韧性优化模型：
26、z＝mineξ[cost(ξ)] (5)
27、s.t.
28、
29、
30、
31、rξ＞a (9)
32、其中，cost(ξ)表示在ξ地震灾害情景下的变电站惩罚成本，由公式(7)计算得到，并且表示该情景下设备i缺少的备件数量，使用第一阶段备件数量减去该情景下实际使用到的备件数量，ai表示设备i缺少一个备品备件的惩罚成本；eξ[cost(ξ)]＝∑ξ∈ecost(∈)/|e|并且|e|表示地震灾害情景的数量；rξ与a分别代表情景下的抗震韧性与约束水平；在该模型中由公式(5)和(6)组成第一阶段模型，公式(5)为目标函数，目的为最小化变电站因为缺少备品备件而导致的惩罚成本的期望值，约束条件为震前备件费用，决策变量为各类设备震前准备的备品备件数量；公式(7)-(9)组成第二阶段模型，公式(7)为目标函数，为变电站在特定的地震灾害下的缺少备品备件而导致的惩罚成本，约束条件为在该特定情景下的抗震韧性大于某一特定值，决策变量为该特定情景下的抗震韧性。
33、进一步的，所述步骤7中为快速获得在特定的地震灾害情景下的变电站抗震韧性rξ，提出一种规则下的变电站震后恢复优化方法，用以决定震后设备的恢复顺序，其具体思想如下：将变电站拆解为l条支路，获得每一条支路的损坏设备，计算每一条支路的恢复时间，选择其中恢复时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于，实现步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤1中定义了变电站系统输电能力与时间的积分值为系统抗震韧性，其内涵包括了系统的抵抗灾害以及从灾害中恢复的能力，明确了缩短震后变电站修复时间可提升系统韧性，其具体公式表示为：
3.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤2中考虑实际地震的复杂情况，地震动强度模型综合考虑地震等级、传播路径、场地条件震源辐射能量及不确定性，得到的地震动参数可表示为：
4.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤3中建立变电站系统功能逻辑模型时，假设电气设备仅具有二态，即正常和失效，同时不考虑设备间共因失效问题和连接导线失效问题；确定每一条线路工作时所必须的设备类型和数量，分别建立线路工作的串联模型，再确定线路间所使用到的公用设备，建立线路间公用设备的并联模型，最终建立变电站功能逻辑模型，用以判断震后变电站系统功能
5.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤4中假设地震下各电气设备地震易损性即失效概率与PGA的关系服从对数正态累计分布：
6.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤5中通过蒙特卡洛模拟仿真获得变电站系统在地震条件下的失效情况，通过产生随机数与电气设备易损性曲线对比，确定设备的失效情况，结合变电站系统逻辑模型，确定变电站系统失效情况与整站系统功能：
7.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤6中提升变电站系统抗震韧性，在费用约束的条件下，准备充足的备品备件并提升备品备件的利用率可缩短震后修复时间提升抗震韧性，在震害损伤不确定性下基于二阶段随机规划建立韧性优化模型：
8.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤7中为快速获得在特定的地震灾害情景下的变电站抗震韧性Rξ，提出一种规则下的变电站震后恢复优化方法，用以决定震后设备的恢复顺序，其具体思想如下：将变电站拆解为L条支路，获得每一条支路的损坏设备，计算每一条支路的恢复时间，选择其中恢复时间最短的支路进行优先恢复，当该支路所有损伤设备全部修复完成后，进行下一条支路的恢复，直到所有设备全部恢复完成或者到达设定的恢复时间上限后停止恢复进程；此时得到变电站震后的系统功能随时间变化的函数，如公式(4)所示，进一步结合公式(1)得到该特定情景下的变电站抗震韧性，进一步地，为了快速求解所建立的二阶段随机规划模型，本专利技术采用一种启发式算法启发式算法——禁忌搜索(Tabu Search,TS)算法求解该问题，从一个全局解出发，逐步在其邻域内寻找解，减少不必要的计算，快速以获得满意解，为获得的解能包含集合内所有损伤情景，采取以下邻域动作：(1)Swap算子，选择损伤情景中相邻的两个元素进行交换；(2)复制算子，将损伤情景中的某一个元素复制到其相邻元素上；为防止陷入局部最优，主要将已经搜索过的损伤情景记录于禁忌表中；同时设定两个停止规则：(1)一定迭代次数内解的效果未得到改进；(2)一定迭代次数内未寻找到比主问题的目标函数值更大的解；采用邻居选择原则，并构建用于评价解的质量的好坏的构建评价函数为z，即为公式(5)，禁忌搜索算法步骤展示如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于，实现步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤1中定义了变电站系统输电能力与时间的积分值为系统抗震韧性，其内涵包括了系统的抵抗灾害以及从灾害中恢复的能力，明确了缩短震后变电站修复时间可提升系统韧性，其具体公式表示为：
3.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤2中考虑实际地震的复杂情况，地震动强度模型综合考虑地震等级、传播路径、场地条件震源辐射能量及不确定性，得到的地震动参数可表示为：
4.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤3中建立变电站系统功能逻辑模型时，假设电气设备仅具有二态，即正常和失效，同时不考虑设备间共因失效问题和连接导线失效问题；确定每一条线路工作时所必须的设备类型和数量，分别建立线路工作的串联模型，再确定线路间所使用到的公用设备，建立线路间公用设备的并联模型，最终建立变电站功能逻辑模型，用以判断震后变电站系统功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤4中假设地震下各电气设备地震易损性即失效概率与pga的关系服从对数正态累计分布：
6.根据权利要求1所述的一种基于禁忌搜索的变电站系统抗震韧性优化方法，其特征在于：所述步骤5中通过蒙特卡洛模拟仿真获得变电站系统在地震条件下的失效情况，通过产生随机数与电气设备易损性曲线对比，确定设备的失效情况，结合变电站系统逻辑模型，确定变电站系统失效情况与整站系统功能：
7.根据权利要求1所述的一种基于禁忌...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昌华，王洪俊，邹长杰，李铁城，杨富全，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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