摘 要

根据台风灾害后受损线路抢修特点，本文融合管理学和运筹学中的车辆路径问题（Vehicle Routing Problem，VRP）特点，提出了一种考虑电网侧和用户侧的多目标车辆路径问题优化策略。一方面，电网侧希望能尽可能地减少受损线路的抢修成本；另一方面，用户侧则希望能尽快的恢复供电。而实际抢修作业中的消耗主要是工作人员的精力和劳动，所以做出了以抢修所需工作量作为受损点需求的处理。以及根据实际抢修过程中车辆容量、抢修任务独立性、运输路线连续性等要求，添加了相应的约束条件。针对以上优化模型，本文用改进的非支配排序遗传算法（Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）进行优化求解。最后以算例对所提策略进行仿真分析，得到了同时兼顾两个目标的抢修方案，并与只对单侧目标进行优化的情况进行对比。对于只对电网侧目标优化的情况，该方案以电网侧目标12.1%的恶化来换取了用户侧目标31.4%的提升；而对于只对用户侧目标优化的情况，该方案以用户侧目标24.4%的恶化来换取了29.6%的电网侧目标提升。仿真结果表明该策略可以快速的帮助决策者在台风灾害以后寻找最佳抢修方案，减少台风灾害带来的损失。

关键词：车辆路径问题；电力抢修；台风灾害；遗传算法；多目标优化。

Abstract

According to the characteristics of power system emergency repair after typhoon disaster, this thesis combines the characteristics of vehicle routing problem (VRP) in management and operation research, and puts forward a multi-objective vehicle routing optimization strategy considering grid company and user. On the one hand, the power grid company hopes to reduce the cost of repairing the damaged lines as much as possible; on the other hand, the user hopes to restore the power supply as soon as possible. However, the energy and labor of the crews are the main consumption in the power system emergency repair, so the workload required for emergency repair is taken as the demand of the damaged point. According to the requirements of vehicle capacity, independence of emergency repair task and continuity of transportation route, some corresponding constraints are added. For the above two optimization objectives, the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA - Ⅱ) is used to solve the optimization problem. Finally, a specific example is used to simulate the proposed strategy, and a emergency repair scheme is obtained, which compared with the case of single objective optimization. For the case of only objective optimization on the grid side, the scheme trades the deterioration of the objective on the grid side for the improvement of the objective on the user side by 31.4%; for the case of only objective optimization on the user side, the scheme trades the deterioration of the objective on the user side for the improvement of the objective on the grid side by 29.6%. The simulation results show that the strategy can help decision-makers to find the best emergency repair scheme after typhoon disaster, and reduce the losses caused by typhoon disaster.

Key Words：vehicle routing problem; power system emergency repair; typhoon disaster; genetic algorithm; Multi-objective optimization.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状综述 2

1.2.1台风后的电力应急响应 2

1.2.2.电力抢修中的车辆路径问题 3

1.2.3.车辆路径问题的求解算法 4

1.3 本文研究内容 5

第2章 台风灾害下电力抢修多目标调度策略 7

2.1 台风灾害下电力抢修中的车辆路径问题 7

2.2 台风灾害下电力抢修的优化目标 8

2.3 台风灾害下电力抢修的约束条件 9

2.4 台风灾害下电力抢修求解过程 9

2.4.1 NSGA－Ⅱ算法介绍 9

2.4.2 染色体编码方式 13

2.4.3 交叉算子 14

2.4.4 变异算子 15

2.4.5 决策方法 15

2.5 本章小结 17

第3章 台风灾害下电力抢修多目标调度策略算例分析 18

3.1 数据来源与分析 18

3.2 计算过程与结果分析 19

3.3 本章小结 21

第4章 总结与展望 22

致 谢 23

参考文献 24

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

近些年来，随着全球气温升高，环境不断恶化，极端天气的出现越来越频繁。尤其是台风天气，对电力网的可靠运行造成了极大的挑战^[1]。所谓台风，一般是指发生在西北太平洋热带或副热带洋面上的低压涡旋，是一种破坏力极强的热带天气系统。

通常，台风在登陆后会受到地面摩擦和能量供应不足的双重影响，使得台风迅速衰减消亡，所以沿海地区尤其是广东、福建以及浙江等省份受到台风破坏尤为严重。对于电力网而言，台风的破坏力主要体现在强风和暴雨上。强风一方面会使导线产生风偏放电，另一方面会使输电线路以及杆塔造成机械性的损坏，导致导线断线、杆塔倒断。强风还会吹倒周围的树木，压毁输电线路，产生的树枝等漂浮物也会间接造成输电线路相间短路。而暴雨会冲倒杆塔，侵蚀线路造成绝缘子击穿或者闪络，甚至雨水入侵变电站造成大面积的停电^{[2, 3]}。这一系列的危害对电力系统的正常运行造成了极大的威胁，为人们的日常生活造成了极大的不便，并对经济造成巨大的损失。

以广东省为例：2014年7月的超强台风“威马逊”造成广东省50条10kV以线路发生跳闸700多次，28座35kV及以上变电站失压，10kV线路倒杆（倒塔）6507基，徐闻县全县停电^[4]。2015年10月台风“彩虹”造成广东省多条主网线路跳闸，3座110kV变电站全部失压，海珠、番禺、黄埔等多个区域损失负荷达72.4万kW，占广东省总负荷的8.23%，约40.9万户居民停电^[5]。近几年台风对广东造成的电力损失由表1.1所示。