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應急電力物資供應節點是對電力調度穩定性的重要保障，免除自然災害對電力調度穩定性的影響，設計基于物聯網的電力應急物資智能調配管理系統，對比該系統在不同自然災害中的性能。在硬件結構中，設計復位電路，增強系統數據調配速度。在軟件結構中，建立電力應急物資智能調配函數模型，根據物聯網反饋信息，計算自然災害下物資需求量，設計智能調配優化算法。以地震、洪水、臺風作為自然災害的變量，設計實驗驗證不同自然災害下該系統的適應性。實驗結果顯示，地震災害需要的調配資金為12739.01元，洪水災害需要調配資金14556.74元，臺風災害需要資金10057.3元。根據以上實驗結果可知，基于物聯網的電力應急物資智能調配管理系統在三種自然災害中均有較好的效果，其中臺風災害所需成本最少。害，對電力應急物資的調配方法做出了優化設計。
1基于物聯網的電力應急物資智能調配管理硬件系統
在電力應急物資智能調配管理系統中，經常會出現數據調配速度較慢的情況，因此設計硬件結構時，可以適當增強微處理器模塊的性能。微處理器模塊一般包括電源電路、時鐘模塊、復位電路、穩壓芯片以及處理器芯片等，在本文的設計中，以微處理器芯片STM45作為協議的通訊接口，設置參考電壓為3V，工作電流為5A，將MR引腳作為低電平的復位信號，則可以設計復位電路如圖1所示。圖1中，在低電平的STM45芯片復位電路中，可以將手動復位功能作為一種電壓檢測芯片。若電源電壓抵御3V，則圖1中的SET物聯網的電力應急物資智能調配管理系統廣東電網有限責任公司何章瑋南方電網數字電網研究院有限公司皮云霞圖1復位電路示意圖電網安全是所有電力調度的核心問題，也是保證國家安全，社會正常運行的重要基礎。電力系統的穩定性受到外界影響較大，如果外界受到自然災害或其他災害的影響，則電力設施會受到嚴重的破壞，此時就需要電力應急物資的支持。因此需要在電力網絡中設置若干電力應急物資供應節點，作為災害發生時的保障。為更好地解決災害區域的電力網絡應急物資調配問題，考慮了約束條件和優化目標，并在綜合代價成本評估模型的基礎上，設計了一種基于多層代碼的遺傳算法，并選取了全局最優的物資管理地點。該方法雖然可以選擇最佳地址，但是對系統的物資配送路徑沒有明確地表示?；诘缆返目尚迯托裕O計了一種可以兼顧多種道路運載模型的目標函數，減少了物資運載調配的時間以及其消耗的成本，并改進智能算法獲取最優物資調度方案。該方法可以在調度時間及成本中獲取較理想的效果，但是沒有建立一個集成的系統，對硬件層面沒有較好的優化方法。通過物聯網技術，在硬件與軟件兩個層面，設計了一種可以更好地調度物資儲備的系統。通過電源電路保證硬件的可持續運行，建立軟件層面的數據庫，選擇最佳地質，連接最優調度路線，減少調度時間。該系統提出了調度系統硬件層面的優化方法，但是沒有綜合多種災害模型分別求解。本文綜合以上內容，設計了一種基于物聯網的電力應急物資智能調配管理系統，優化硬件與軟件技術，綜合三種最常見的自然災引腳會變為一種更低的電平芯片；若電源電壓高于3V，則圖1中的VRR引腳會變為超過100ms的高電平裝置。這樣一來，芯片會直接通過OFF1和OFF2傳送復位信號給電源電路，則此時的電阻R1和R2都會通過連接不同路徑的方式降低噪聲點的干擾作用。將該復位電路安裝在基于物聯網的電力應急物資智能調配管理系統中，電壓的精度指標可以直接達到0.16%，這樣的系統硬件會進一步增強系統中數據調配速度。
2基于物聯網的電力應急物資智能調配管理軟件系統
2.1建立電力應急物資智能調配函數模型
在基于物聯網的電力應急物資智能調配管理系統中，想要在滿足需求量與運輸時間的共同約束下，建立一個最小化的目標函數，可以以物資和運輸費用為基礎，此時的函數公式為：(1)式中，Fn表示電力應急物資的調配數量；fij表示在電力應急物資儲備點i向電力節點j中出送物資的費用；fij'表示電力節點j中接收由儲備點i中輸送的物資費用。該函數模型的約束函數包括儲備點約束、資金約束、時間約束等，約束條件為：(2)式中，ai表示在備選點a中的儲備變量；bi表示在備選點b中的儲備變量；fu表示建設應急物資供給點的費用；F表示供給點的總投資份額；φt表示應急物資到達規定地點的最大時間；uab表示自a點到達b點的實際時間；wc表示運輸時間的限制。通過該目標函數和約束條件，可以計算最短的配送線路。
2.2基于物聯網計算自然災害下物資需求量
通過物聯網可以將不同的電力應急物資儲備點連接在一起，設物資儲備點的數量為M時，可以設置一個集合P={Pz|z=1,2,L,M}。若根據自然災害來記錄物聯網下的物資需求值，則某地發生自然災害后的電力事故發生概率為：(3)式中，Pmw,1表示在第m中自然災害下，第w個物資儲備點所需投放物資的數量；u表示電力事故的嚴重程度。此時各物聯網節點對電力應急物資的需求量計算公式為：(4)式中，fs表示在第s個自然災害下，某電力節點對電力應急物資的需求量；emw表示自然災害引發的電力事故等級；Aw表示配送點與需求點的第w條路徑。通過該公式，可以求出不同自然災害下各物聯網節點的物資需求量。
2.3設計智能調配優化算法
在設計算法的過程中，需要計算出運輸速度與路程的關系式，并以此得到智能調配的優化算法，算法流程如圖2所示。根據該算法，得到運輸時間與速度關系式為：(5)式中，Xij表示從節點i到節點j的總路程；Tij表示兩地往返所需的時間；vs表示運輸車的運行速度；μx表示時間與速度的影響因數。通過該算法，可以得到電力應急物資的智能調配結果。
3算例分析
上文對受災地區的電網應急物資調配最優路線進行了設計，并建立了一個調配管理系統。在本實驗中，以某地區的電力系統為例，提出了不同自然災害下的條件假設，在電力網絡的基礎上測試了本文系統在不同災害下的調配效果。
3.1電力應急物資網絡結構
以某城市的電網為例，提取某一片受災區域的電力核心架構，10個電力節點以及3個供應節點組成的電網架構如圖3所示。圖3電網中共有10個電網節點和3個供應節點。以O點為坐標原點，在X軸與Y軸內分別標出13個電力節點的坐標軸，并計算個電網節點以及供應節點的橫縱坐標，其中x軸的最大長度為13km，y軸的最大長度為12km。根據文中的計算模型，設每個電力物資供應節點中的車輛為統一的型號，且沒有數量的限制（即不需要考慮車輛問題）。設車輛在城市內部的平均行駛速度為45km/h，電力應急物資在各電網節點間的配送速度約為8km/h，在電網節點與供應節點間的配送速度約為4km/h。其中10個電網節點的電力物資存儲量分別為15t、30t、21t、18t、31t、12t、36t、20t、19t、12t，3個供應節點的電力物資儲備量分別為150t、100t、100t。計算每個節點與其他12個節點之間的距離，獲取距離最近的三個節點信息，將這些連通的線路建立為鄰接矩陣X=[xij]。在矩陣X中有一些距離過長的連接線路，此時調整連接線路的最大值θmax=8km，則可以得到修正后的矩陣X'為：通過該矩陣可以構建電力應急物資網絡如圖4所示。在圖4中，根據矩陣(6)連接各電力網絡節點以及物資供應節點。由于電力應急物資受到車輛行駛速度的限制，每個電力網絡節點受到救援時間的約束，可以從2-3個其他節點中獲得電力應急物資的補充。
3.2電力應急物資配送區域劃分
選擇電力物資的供應節點Ni作為電力應急物資配送的中心，此時i=1,2,3，則可以計算各電力網絡節點距離供應節點的距離。依據圖4可以劃分不同的電力應急物資配送區域，并得到算例模型。(7)式中，Fi表示各個電力網絡節點相對于其他節點的電力物資剩余總量；Uf表示在各電網節點中，第f種自然災害所需調配物資的總數量，其中f=1,2,3，分別代表地震、洪水、臺風等自然災害。這兩個未知數的計算公式為：(8)式中，λab表示電力物資供應節點，表示第i個電力物資供應節點周邊的網絡節點，且a=1,2,3，b=1,2,L,10；tki表示第i電力應急物資供應節點周邊的節點數量。該模型的約束條件較為復雜，其中包括：(9)該公式表示每一個電力網絡節點只屬于一個物資供應點，不能自另一個物資供應點中獲取電力物資。(10)該公式表示該智能調配管理系統包含的自然災害種類為3，所需調配的電網節點數量為10，參與調配的節點總數量為13。(11)不等式中，ui表示第i個電力應急物資供應節點內網絡節點的數量。通過該算例模型，可以得到應急電力物資的調配結果，并計算各節點間的最短運輸距離，從而保證了電力應急物資調配成本的最小化。
3.3物資調度線路選擇
依據電力應急物資配送區域算例模型，則此時10個電網節點電力物資存儲量的具體情況，以及物資調度路線如圖5所示。以各供應節點為中心，將不同的區域一一劃分，圖中深灰色的節點為供應節點，其中具備較大量的備用電力應急物資，淺灰色的節點為物資存量較多的電力網絡節點，白色的節點為存量不足的電力網絡節點，箭頭方向標明了物資調度的方向。在這樣的路線選擇下，假設每輛汽車的最大載重量為10t，每輛車運行一公里的成本費用為500元，則可以以此計算車輛運輸的總成本，其計算公式為：(12)式中，m表示所需調度物資的重量；x表示物資調度的距離。通過公式(12)可以計算：在地震災害中，所需資金總額為12739.01元，在洪水災害中，所需資金14556.74元，在臺風災害中，所需資金10057.3元。根據實驗所的數據可以得知：文中設計的基于物聯網的電力應急物資智能管理系統，在三種自然災害下均可以有效調配電力應急物資，且所需資金均在1-1.5萬元之間，其中臺風災害所需調配成本最低。
結束語：
本文設計了一種基于物聯網的電力應急物資智能調配管理系統，在硬件與軟件兩方面對物資的調配做出了優化。最后在算例分析中，對三種不同的自然災害做出了測試，對比該調配系統對不同災害的調度能力以及調度成本。通過綜合分析，該系統在較為常見的幾種災害中均具備較好的適應性，尤其是在臺風災害中效果最好。
作者：何章瑋 皮云霞 單位：廣東電網有限責任公司 南方電網數字電網研究院有限公司
