配电网通信节点恢复方法和系统与流程

本发明涉及通信节点恢复方法，具体涉及台风灾害下配电网通信系统故障时通信节点恢复方法，属于电力配网自动化的技术领域。

背景技术：

由于超强台风的破坏力，配电网的电力系统和通信系统都大规模损坏。而在恢复电力系统时，需要指挥人员通过通信系统指挥、调度，通信系统的损坏极大的影响了对电力系统的监测与控制，导致调度自动化水平降低，从而严重危及到电网的安全、经济、稳定运行，进而影响到人们的生产生活。

在当前技术背景下，多是配电网通信系统发生小规模故障时对于故障位置的快速搜索以及故障恢复方式，以及对于配电网通信系统的风险评估和预防，而对配电网通信系统发生大规模故障的研究较少。

近年来，超强台风频发，“莫兰蒂”、“山竹”对配电网通信系统毁坏巨大，由于缺乏有效的恢复策略，对当地抢险救灾的指挥调度造成严重影响，造成的直接经济损失和间接经济损失都十分可观。

技术实现要素：

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提出了一种配电网通信系统故障时通信节点的恢复方案。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

提供配电网故障通信节点恢复方法，包括：

确定配电网中每一个通信节点影响范围内所有单个电力负荷的重要度，根据电力负荷重要度计算每一个通信节点的重要度并根据通信节点的重要度的大小对通信节点进行排序；

以区域内重要度最大的通信节点作为簇头节点，搜索该簇头节点的所有一跳节点和二跳节点，形成分簇，建立两层簇状结构的通信节点结构图；

计算各个通信节点损失价值，所述通信节点损失价值为通信节点失效控制代价与其对应失效时间的乘积；将分簇内所有通信节点损失价值的总和作为分簇内整体损失价值，以分簇内整体损失价值最小为目标确定配电网通信节点的修复路径。

进一步地，根据据电力负荷的生命安全、特殊性和经济效益的权重值以及所占的比重大小计算配电网单个电力负荷的重要度，单种电力负荷的重要度计算公式如下

i＝k1ω1α+k2ω2β+ω3γ，

其中ω1、ω2、ω3分别为生命安全、特殊性和经济效益所占的比重：

α、β、γ分别是电力负荷对生命安全的影响程度即电力负荷生命安全的权重、负荷的特殊性权重和对经济效益的影响程度即经济效益的权重；k1和k2分别是生命安全和特殊性的系数且k1>k2>1。

进一步地，生命安全的权重大于特殊性的权重，特殊性的权重大于经济效益的权重。

进一步地，所述每一个通信节点的重要度等于该通信节点影响范围内的多个电力负荷重要度的总和。

在以上技术方案中，优选地分簇内整体损失价值表达式为：

其中k是配电网通信节点失效单位时间所造成的经济损失，ij是分簇内第j个通信节点的重要度，tj是分簇内第j个通信节点的失效时间，n是该分簇内需要修复的通信节点的数量。

进一步地，确定一跳节点和二跳节点的方法如下：

满足d≤r时两个通信节点之间是连通的，反之不连通；d：两个通信节点之间的直线距离；r：单个通信节点的覆盖半径；两个节点连通，彼此称为一跳节点；两个节点本身不连通，但可以通过第三个节点连通，彼此称为二跳节点。

在另一方面，本发明提供了配电网通信节点恢复系统，包括：通信节点重要度计算模块：用于确定配电网中每一个通信节点影响范围内所有单个电力负荷的重要度，根据电力负荷重要度计算每一个通信节点的重要度并根据通信节点的重要度的大小对通信节点进行排序；

分簇模块，用于以重要度最大的通信节点作为簇头节点，搜索该簇头节点的所有一跳节点和二跳节点，形成分簇，建立两层簇状结构的通信节点结构图；

损失价值计算模块，用于计算各个通信节点损失价值，所述通信节点损失价值为通信节点失效控制代价与其对应失效时间的乘积；

修复路径选择模块，用于将分簇内所有通信节点损失价值的总和作为分簇内整体损失价值，以分簇内整体损失价值最小为目标确定配电网通信节点的修复路径。

优选地，在以上技术方案中所述分簇模块中包括一跳节点和二跳节点确定模块，

所述一跳节点和二跳节点确定模块用于若两个节点连通，则确定彼此为一跳节点；若两个节点本身不连通，但可以通过第三个节点连通，确定彼此为二跳节点；满足d≤r时两个通信节点之间是连通的，反之不连通；d：两个通信节点之间的直线距离；r：单个通信节点的覆盖半径。

本发明所达到的有益效果：本发明以电力负荷的重要度为基础确定配电网通信节点的重要度，解决了目前灾后配电网通信系统的抢修无序容易造成资源浪费等问题，结合配电网通信节点的连接关系，建立两层簇状的通信节点结构图，考虑配电网通信系统故障时的损失价值，以损失价值最小为目标，本发明提出的配电网通信节点恢复方法减小了损失，提高了资源的利用率，值得推广。

附图说明

图1为本发明具体实施例配电网通信节点重要度图；

图2为本发明具体实施例两层簇状结构的配电网通信节点结构图；

图3为本发明具体实施例分簇1通信节点修复路径图；

图4为本发明具体实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

步骤一：确定配电网中每一个通信节点所影响到的电力负荷，并计算影响范围内所有电力负荷的重要度，定义配电网通信系统的通信节点重要度即影响范围内所有电力负荷重要度的总和，并根据重要度的大小对通信节点进行排序。

计算影响范围内所有电力负荷的重要度即传统单种电力负荷的重要度，其表达式为：

i＝ω1α+ω2β+ω3γ

考虑到生命安全>特殊性>经济效益的关系，单种电力负荷的重要度更新为：

i＝k1ω1α+k2ω2β+ω3γ，(k1>k2>1)

其中ω1、ω2、ω3分别为生命安全、特殊性和经济效益所占的比重：

α、β、γ分别是电力负荷对生命安全的影响程度即电力负荷生命安全的权重、负荷的特殊性权重和对经济效益的影响程度即经济效益的权重，一些典型负荷的α、β、γ取值如表1所示。

表1、一些典型负荷的α、β、γ取值

配电网通信系统的通信节点重要度等于该通信节点影响范围内的所有电力负荷重要度总和，以图1为例：

ia＝i医+i学+i商+i宾

ib＝i医+i学+i政

ia、ib是节点a、节点b的重要度，i医、i学、i商、i宾、i政分别是各类电力负荷的重要度。单种电力负荷的重要度从该种负荷对生命安全的影响程度α、负荷的特殊性β和对经济效益的影响程度γ考虑，并将其分为5个等级，按{1、2、3、4、5}重要程度依次上升。

步骤二：以区域内通信节点重要度最大的通信节点作为簇头节点，搜索该簇头节点的所有一跳节点和二跳节点，形成分簇，建立两层簇状结构的通信节点结构图。

确定一跳节点和二跳节点即确定配电网通信系统的通信节点连接关系；满足d≤r时两个通信节点之间是连通的，反之不连通。d：两个通信节点之间的直线距离；r：单个通信节点的覆盖半径。两个节点连通，彼此称为一跳节点；两个节点本身不连通，但可以通过第三个节点连通，彼此称为二跳节点。

由于终端节点众多，每一个终端节点都与中央服务器连接通信会产生较大的能量损耗，任务的处理能力降低，利用移动自组织网络的相关知识，建立两层簇状的通信节点结构图(如图2所示)，即簇头节点和中央服务器相连，其他簇内节点与簇头节点进行通信，可以一定程度上解决该问题。本步骤的具体方法为：

a、根据步骤二，找出区域内重要度最高的通信节点，命名为簇头节点1，将簇头节点1的所有一跳节点和二跳节点自组成网，形成分簇1，并标记所有簇内节点；

b、找出未标记通信节点中重要度最高的节点，命名为簇头节点2，将簇头节点2的所有一跳节点和二跳节点自组成网，形成分簇2，并标记所有簇内节点；

c、重复步骤b，直到所有节点都在相应的分簇内，共形成n个分簇。

步骤三：

为避免无序造成资源浪费，对配电网通信节点采取簇内恢复的方式。单个通信节点损失价值为通信节点失效控制代价与其对应失效时间的乘积；所述失效控制代价根据配电网通信节点失效单位时间所造成的经济损失和通信节点的重要度确定。

步骤四：将簇内所有通信节点损失价值的总和作为簇内损失价值；并以簇内损失价值最小为目标搜索配电网通信节点的修复路径。

在超强台风灾害下，由于配电网通信系统大规模故障，能够投入到工作中的抢修队伍远小于步骤三中的分簇总数，假设能够投入到工作中的抢修队伍数量为m，分簇数量为n且每一个分簇内所有通信节点重要度的总和趋于平衡，m<<n，在此种情况下，将m个抢修队伍投入到前m个分簇中进行抢修工作。抢修队伍在重要度最高的节点即簇头节点处开始抢修工作，以损失价值低为目标规划抢修路径，在抢修簇头节点的二跳节点之前必须完成一个相应一跳节点的抢修工作，如果在抢修过程中有新的节点加入，以抢修队伍所在节点为簇头节点重新规划路径，直到完成该分簇内所有通信节点的抢修，退出该分簇，进入到第m+1～2m个分簇中开始抢修工作。以分簇1为例，其具体的流程如下：

定义分簇1内通信节点损失价值函数k是配电网通信节点失效单位时间所造成的经济损失，ij是分簇1内第j个通信节点的重要度，tj是分簇1内第j个通信节点的失效时间，n是分簇1内需要修复的通信节点的数量。

a、将分簇1内重要度最高的配电网通信节点(即16节点)确定为簇头节点，并搜索簇内所有可能的通信节点修复路径，由于在修复二跳节点之前必须修复一个相对应的一跳节点。如图3所示，分簇1路径总数为

b、抢修队伍从16节点开始抢修工作，抢修完成后，在54条路径中任选其一，计算其损失价值wmin；

c、在54条路径中选择区别于步骤b的路径，计算该路径损失价值w’，当满足w’＜wmin时，wmin＝w’；

d、重复步骤c，直到54条路径搜索完毕；

e、按照损失价值最低的路径进行抢修工作，在抢修过程中，如果有新的节点加入或离开，以抢修队伍所在节点为新的簇头节点，并进行重新规划。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。