本发明涉及电气工程及计算机处理
技术领域：
，尤其涉及一种多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法及系统。
背景技术：
：受工农业用火习俗以及气候等多因素影响，山火灾害经常在大范围内同时爆发，导致多条电网输电线路同时跳闸，严重威胁电网安全。当电网输电线路附近有山火时，必须马上安排灭火装备对火点实施灭火，以减小大范围山火灾害对电网的危害。当电网同时爆发多个火点时，需要研究最优的灭火装备调配方案，根据各火点和灭火装备的相对位置，将每个灭火装备调配到其最适合处理的火点处，使电网总体的损失降到最低。如果采用枚举法遍历所有不同的调配方案进行寻优，会出现维数灾，例如当有50个火点和20台灭火装备时，共有约1.15×1032种可能的方案，不满足实际电网的应急需求。专利zl201410191734.2提出了输电线路山火智能应急处置的火行为特征分析方法，该方法通过计算山火火点距离指数、分析火行为特征、计算植被条件指数等，得到火点的风险指标，并针对火点风险程度大小的不同，采取不同的处置措施，未整体考虑处置措施的优化问题；专利cn103942458a提出了大范围山火灾害下输电线路应急处置智能优化方法，该方法运用topsis计算火点的风险排序，根据火点风险大小的不同依序安排灭火，未考虑多火点情形下火点和灭火装备的相对位置和灭火装备路径的整体优化问题；专利cn104915775a提出了一种山火灾害下输电线路风险评估与应急决策方法，该方法首先计算所有火点的风险排序，然后优先处置风险优先级大的火点，未考虑整体处置效益的最大化。技术实现要素：本发明目的在于公开一种多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法及系统，以快速、准确地制定电网灭火装备的最优应急调配策略。为实现上述目的，本实施例公开的多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法包括：计算受火点j影响的所有线路的风险之和rj；建立多火点电网灭火备救援优化模型：其中，l为电网总的损失，m为火点数，ej为火点j对电网产生的损失，ej等于火点j的风险rj与火点j燃烧时间tj的乘积；假设有n台灭火装备和m个火点，将多火点电网灭火装备救援优化模型转换为：g为灭火装备的救援总收益；cij为灭火装备i救火点j的收益；xij表示灭火装备i救火点j的决策变量，xij＝1表示灭火装备i救火点j，xij＝0表示灭火装备i不去救火点j；cij＝rj×(tmax-tij)；其中，tij为当火点j有灭火装备i去救的时候灭火装备i从出发至火点j处路上所花的时间；tmax为当火点j没有灭火装备去救的时候的最大救援时间；构造多火点电网风险矩阵记为d，对风险矩阵d进行增零变换得到增零矩阵e，所述增零变换包括通过由每一行元素减去该行最小元素、以及每一列元素减去该列最小元素所组成的两种方式进行反复操作直到矩阵中出现n个独立的0元素为止，其中，增零矩阵e中独立的0元素是指该0元素所在行与列中无其他0元素；将增零矩阵e中所有0元素变为1，所有非零元素变为0，得到的新的矩阵即为电网灭火装备救援火点的决策矩阵，其中决策矩阵中元素xij＝1表示灭火装备i救火点j，xij＝0表示灭火装备i不去救火点j。可选的，上述任一线路的风险计算过程包括：获取受山火威胁的线路数为l，采用随机数列生成器生成长度为l的0/1数列作为电网的故障组合，为1表示正常运行，为0表示跳闸，当故障组合中有k个0时，该故障组合为k重故障组合；综合电网稳定裕度指标、电网事故风险指标和电网运行风险指标评估各故障组合下的电网风险r：其中，为电网稳定裕度指标，ra为电网事故风险指标，ro为电网运行风险指标；对各重故障组合进行抽样模拟，在每次模拟中，若线路跳闸，则该线路在该次模拟中的风险指标为r；若该线路未跳闸，则该线路在该次模拟中的风险指标为0；以及通过随机模拟并验证收敛性的方法或枚举法，将任一线路在各重故障组合的风险指标通过加权平均转换为最终受火点影响的相应线路的风险。与上述方法相对应的，本实施例还公开一种执行上述方法的多火点电网风险矩阵增零变换快速救援系统。可选的，本发明系统包括：火点和灭火装备信息统计模块：用于获取火点的位置和风险信息，以及灭火装备的位置信息；风险矩阵计算模块：用于计算各台灭火装备救援不同火点的风险矩阵；风险矩阵增零变换模块：用于对风险矩阵进行增零变换，得到电网灭火装备救援火点的决策矩阵，从而得到多火点电网风险最优应急救援方案。综上，本发明所公开的多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法及系统，考虑多火点情形下火点和灭火装备的相对位置和灭火装备路径的整体优化，数学建模明晰，实用价值高；将应急救援的寻优问题转化为灭火装备与山火灾害的最优匹配问题，构造电网风险矩阵，通过风险矩阵增零变换求解，而且由于风险矩阵d在增零变换前后的元素选取问题的解相同，使得增零变换满足科学性要求，从而可快、速准确地得到山火灾害下灭火装备应急救援路径的理论最优解；进而能够快速制定灭火装备的最优调配策略，使电网损失降到最低；因此对指导灭火装备实施最优电网山火救援、降低电网损失有重要作用。下面将对本发明作进一步详细的说明。具体实施方式以下结合具体实施例对本发明进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1本实施例公开一种多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法，包括：步骤s1、计算受火点j影响的所有线路的风险之和rj。在该步骤中，可选的，任一线路的风险计算过程包括：获取受山火威胁的线路数为l，采用随机数列生成器生成长度为l的0/1数列作为电网的故障组合，为1表示正常运行，为0表示跳闸，当故障组合中有k个0时，该故障组合为k重故障组合；综合电网稳定裕度指标、电网事故风险指标和电网运行风险指标评估各故障组合下的电网风险r：其中，为电网稳定裕度指标，ra为电网事故风险指标，ro为电网运行风险指标；对各重故障组合进行抽样模拟，在每次模拟中，若线路跳闸，则该线路在该次模拟中的风险指标为r；若该线路未跳闸，则该线路在该次模拟中的风险指标为0；以及通过随机模拟并验证收敛性的方法或枚举法，将任一线路在各重故障组合的风险指标通过加权平均转换为最终受火点影响的相应线路的风险。其中，在上述处理过程中，由于在同一故障组合所造成的电网风险中难以进一步量化任一线路的风险指标，因此，在一次模拟中，将同一故障组合中的各个线路的风险指标都设为该故障组合所造成的总的电网风险r；而且由于各种故障组合下各线路都遵循同一处理原则，因此对各线路的最终处理结果都是公平的，确保了最终结果的可靠性。本领域的技术人员应当理解，上述计算受火点影响的任一线路的风险还可以通过现有的或待开发的其他方法予以替换，此种替换为本领域技术人员的熟知技能，在此不做赘述。其中，为电网稳定裕度指标，根据文献《eeac和fastest》(薛禹胜，电力系统自动化，1998，22(9)：25-30)方法计算。根据国务院颁布的《电力安全事故应急处置和调查处理条例》、国家电网公司颁布的《国家电网公司安全事故调查规程》和南方电网公司颁布《中国南方电网有限责任公司电力事故(事件)调查规程》，将电网事故严重程度分为八个等级，电网事故风险指标ra如表1所示：表1：根据国家电网运检部对输电线路的考核评价规定，电网运行风险指标ro由所有跳闸线路中最高电压等级而定，如表2所示：表2：步骤s2、建立多火点电网灭火备救援优化模型：其中，m为火点数，ej为火点j对电网产生的损失，ej等于火点j的风险rj与火点j燃烧时间tj的乘积。步骤s3、假设有n台灭火装备和m个火点，将多火点电网灭火装备救援优化模型转换为：g为灭火装备的救援总收益；cij为灭火装备i救火点j的收益；xij表示灭火装备i救火点j的决策变量，xij＝1表示灭火装备i救火点j，xij＝0表示灭火装备i不去救火点j；cij＝rj×(tmax-tij)；其中，tij为当火点j有灭火装备i去救的时候灭火装备i从出发至火点j处路上所花的时间；tmax为当火点j没有灭火装备去救的时候的最大救援时间；步骤s4、构造多火点电网风险矩阵记为d，对风险矩阵d进行增零变换得到增零矩阵e，所述增零变换包括通过由每一行元素减去该行最小元素、以及每一列元素减去该列最小元素所组成的两种方式进行反复操作直到矩阵中出现n个独立的0元素为止，其中，增零矩阵e中独立的0元素是指该0元素所在行与列中无其他0元素。本实施例中，求解步骤(3)中的优化模型，等价于求解风险矩阵d的元素选取问题：在风险矩阵d中每一行选取一个元素，且所选元素中没有任何两个元素处于同一列，目标是使所取元素之和最小。假设风险矩阵d中第i行第j列的元素最终被选中，则表示灭火装备i应该去救火点j。值得说明的是，本实施例中，基于增零矩阵的特性，使得本实施例中的方法仅适用于火点数量大于或等于装配数量，且一台装备仅用于一个火点救火的特定分配情形。步骤s5、将增零矩阵e中所有0元素变为1，所有非零元素变为0，得到的新的矩阵即为电网灭火装备救援火点的决策矩阵，其中决策矩阵中元素xij＝1表示灭火装备i救火点j，xij＝0表示灭火装备i不去救火点j。在该步骤中，由于风险矩阵d在增零变换前后的元素选取问题的解相同，故增零矩阵e中n个独立零元素所处的位置对应的就是风险矩阵d的元素选取问题的解，也就是步骤(3)中优化模型的解。以3灭火装备6火点为具体场景，基于上述方法的典型应用如下：(1)、获取当前的灭火装备的信息(主要是位置信息)和火点信息(包括位置信息和风险信息)分别如表3和表4所示。表3：灭火装备经度纬度灭火装备111125灭火装备210926灭火装备310927表4：火点经度纬度风险值火点1113.529.51火点2112.528.52火点3111.527.53火点4110.526.54火点5109.525.55火点6108.524.56(2)、优化模型可表述为：其中，xij＝0,1；i＝1,2,3；j＝1,2,...,6。(3)、得到多火点下电网风险矩阵为：(4)、对多火点下电网风险矩阵d进行增零变换，得到增零矩阵e为：(5)、将增零矩阵e中所有0元素变为1，所有非零元素变为0，得到的新的矩阵即为电网灭火装备救援火点的决策矩阵x：其中xij＝1表示灭火装备i救火点j，xij＝0表示灭火装备i不去救火点j，故算例中电网山火灾害情形下灭火装备应急救援路径优化方案为：灭火装备1去火点5救火，灭火装备2去火点6救火，灭火装备3去火点4救火。其中，该方法得出的救火方案与枚举法所得出的结果一致。相对比的，如果采用枚举法求解最优应急救援方案，需要计算所有120种可能的方案；而采用本专利提出的多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法，只需要对风险矩阵进行3次变换，计算效率得到大大提高。而且本实施例上述方法尤其适用于多火点且多装配等复杂场景中的数据处理，在50个山火火点和20台灭火装备的条件下时求解计算量减少至1.25×105，在130万亿次/秒的超算平台上计算时间小于1秒，满足在线实时性的要求。与上述方法相对应的，本实施例还公开一种用于执行上述方法的多火点电网风险矩阵增零变换快速救援系统。可选的，该系统包括：火点和灭火装备信息统计模块：用于获取火点的位置和风险信息，以及灭火装备的位置信息；风险矩阵计算模块：用于计算各台灭火装备救援不同火点的风险矩阵；风险矩阵增零变换模块：用于对风险矩阵进行增零变换，得到电网灭火装备救援火点的决策矩阵，从而得到多火点电网风险最优应急救援方案。综上，本实施例所公开的多火点电网风险矩阵增零变换快速救援方法及系统，考虑多火点情形下火点和灭火装备的相对位置和灭火装备路径的整体优化，数学建模明晰，实用价值高；将应急救援的寻优问题转化为灭火装备与山火灾害的最优匹配问题，构造电网风险矩阵，通过风险矩阵增零变换求解，而且由于风险矩阵d在增零变换前后的元素选取问题的解相同，使得增零变换满足科学性要求，从而可快、速准确地得到山火灾害下灭火装备应急救援路径的理论最优解；进而能够快速制定灭火装备的最优调配策略，使电网损失降到最低；因此对指导灭火装备实施最优电网山火救援、降低电网损失有重要作用。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12