一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法与流程

1.本发明涉及城轨交通牵引供电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法。


背景技术：

2.随着地铁日客流量的不断攀升，地铁列车运营时间不断延长，留给运营检修人员的作业时间也不断被压缩。通常情况下，除去设置安全措施时间及恢复设备的时间后，每个停电检修作业点有效作业时间仅剩1-2个小时左右，给检修工作带来很大困难。如果在运营期间的非高峰时段，部分系统通过提前倒闸采用其他运行方式，从而可以开展常规的检修作业，不仅为运营检修维护提供充足的时间，而且提升了运营检修的质量和效率。此时需要地铁运维人员及时的给出运维决策方案，在非高峰时段采用合理的运行方式使在对变电所进行常规的检修作业时不会危害到运营组织。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，包括以下步骤：
5.步骤1：根据不同的检修情况下的n-2工况，按照检修策略进行恢复供电操作。
6.检修策略具体如下：
7.(1)一座牵引变电所整流机组检修，同时供电分区内开闭所一段进线故障
8.如图1所示，tssi为编号为i的带开闭所的牵混所,由两路外部电源pi、p’i供电。tsi,j为第i个开闭所供电范围内的第j个牵混所。qf代表断路器。假设tsi,j处于检修工况,同时供电分区内开闭所一段进线故障。此时应断开tsi,j内整流机组的qf1、qf2，牵引所tsi,j-1至tsi,j+1区间采用大双边供电方式。断开tssi的qf1，闭合qf4，由另一路外部电源p’i带剩下的线路负荷。
9.(2)一座牵引变电所整流机组检修，同时供电分区内开闭所故障解列
10.如图2所示，rci、rc’i为编号为i的联络开关。设si、s’i为pi、p’i在模拟时段内的平均视在功率，si,c、s’i,c为其协议容量。定义pi剩余容量si,m＝si,c-si。假设tsi,j处于检修工况，同时供电分区内开闭所故障解列。此时若si-1,m》si+1,m且s’i-1,m》s’i+1,m则断开tsi,j上qf1、qf2，合上rci、rc’i，通过剩余容量较大的相邻电源支援供电的方式恢复供电。
11.(3)一座牵引变电所的整流机组检修的同时不相邻的牵引变电所整流机组故障
12.如图3所示，假设tsi,j处于检修工况，同时不相邻的tsi,l(l》j+1或l《j-1)处于故障工况。断开tsi,j、tsi,l上的qf1、qf2，此时牵混所tsi,j-1至tsi,j+1区间及tsi,l-1至tsi,l+1区间均采用大双边供电方式。
13.(4)开闭所一回进线检修，连续开闭所一回进线故障
14.如图4所示，假设tssi一回馈线处于检修工况，同时相邻的tssi+1一回进线处于故障工况。此时合上tssi、tssi+1上的qf4，此时由另一路外部电源p’i、p’i+1及带剩下的线路负荷。
15.(5)开闭所解列检修，非连续开闭所故障解列
16.如图5所示，假设tssi处于解列检修工况，同时相邻的tssi+1处于解列故障工况。此时若si-1,m》si+1,m、s’i-1,m》s’i+1,m且sj+1,m》sj-1,m、s’j+1,m》s’j-1,m,则合上rci、rc’i、rcj+1、rc’j+1，通过剩余容量较大的相邻电源支援供电的方式恢复供电。对i+2＝j且si-1,m《si+1,m、sj+1,m《sj,m这种特殊情况，若min(si+1,m-pi，sj+1,m-pj)》min(si-1,m-pi，sj-1,m-pj)，则合上rci+1,rcj+1。
17.步骤2：构建在满足所有n-2工况的供电系统约束条件下，以供电系统所支持的发车间隔n最小为目标的决策模型如式(1)所示。
[0018][0019][0020]
步骤3：通过暴力搜索算法对决策模型进行并行求解获得当前工况系统所支持的发车间隔。做法如下：
[0021]
初始化条件，包括原定的发车间隔n0、供电系统参数、线程池、任务队列等；
[0022]
根据不同的n-2工况在进行恢复供电操作后，生成相对应工况的计算单元；
[0023]
将每个计算单元的计算任务放入线程池的任务队列中，并行求个各个n-2工况。判断是否满足约束条件。若不满足依据设置的发车间隔搜索步长更新发车间隔重新开始计算任务，若都满足则输出系统所能支持的最小发车间隔，结束
[0024]
通过线程池技术实现并行计算，其原理如图6所示。
[0025]
一种城轨供电系统运维决策系统，包括以下模块：
[0026]
构建模块，用于构建以供电系统所支持的发车间隔n最小为目标的运维决策模型；
[0027]
第一处理模块，用于在某一检修工况时，当发生n-2的故障工况，通过检修策略进行恢复供电操作；
[0028]
第二处理模块，用于实现暴力搜索算法，通过调用第三处理模块求解发车间隔n的最小解；
[0029]
第三处理模块，用于所述并行计算方法，对计算任务进行分解并行计算各n-2工况。
[0030]
本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0031]
1、本设计通过对城轨运维决策方法进行改进，可快速的帮助地铁运维人员的制定出最佳的运维决策方案，使得工作人员在非高峰时段对变电所进行常规的检修作业时不会危害到运营组织，可以为运营检修维护提供充足的时间，有效的提升了运营检修的质量和效率；
[0032]
2、常规的串行运算方式计算n-2工况时需要耗费大量时间，通过并行计算可将运算时间大幅度的缩短，有利于地铁运维人员及时的制定出运维决策方案。
附图说明
[0033]
图1为n-2工况中供电分区内闭所一段进线故障工况恢复供电示意图。
[0034]
图2为n-2工况中供电分区内开闭所故障解列工况恢复供电示意图。
[0035]
图3为n-2工况中不相邻的牵引变电所整流机组故障工况恢复供电示意图。
[0036]
图4为n-2工况中连续开闭所一回进线故障工况恢复供电示意图。
[0037]
图5为n-2工况中非连续开闭所故障解列恢复供电示意图。
[0038]
图6为为本发明中通过线程池实现并行计算的原理图。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
实施例：
[0041]
一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，该城轨供电系统运维决策方法包括有以下步骤：
[0042]
步骤ss1：根据不同的检修情况下的n-2工况，按照检修策略进行恢复供电操作；
[0043]
步骤ss2：构建在满足所有n-2工况的供电系统约束条件下，以供电系统所支持的发车间隔n最小为目标的决策模型；
[0044]
步骤ss3：通过暴力搜索算法对决策模型进行求解，以此获得当前工况系统所支持的发车间隔；
[0045]
步骤ss4：以并行计算的方法实现对模型求解的运算过程。
[0046]
其中以某城市的地铁为例，具体的案例如下所示：
[0047]
地铁运维人员计划在非高峰运营时段对牵混所tss8的整流机组进行检修工作。为确保供电系统在n-2故障工况下的正常运行，通过运维决策模型给出该情形下的决策方案。该系统采用分散式供电方式含21个牵引所以及8个降压所。所有牵混所的整流机组容量均为2
×
2500kw。所有外部电源的协议容量均为12mva。utmin为1000v、utmax为1800v。地铁运营方在非高峰运营时段原定的发车间隔n0为2分30秒。
[0048]
运维决策过程中每种工况的仿真时间设置为当前搜索的发车间隔nm，仿真间隔设置为1s，nw设置为30s；当tss8的整流机组处于检修工况时所有n-2故障工况信息如表1所示。
[0049]
表1、工况信息
[0050][0051][0052]
tss8的整流机组处于检修状态时应断开tss8内qf2、qf3，当再发生其他故障工况时其恢复供电的操作如表2所示。
[0053]
表2、恢复供电操作
[0054]
编号操作1断开tss8中qf1，闭合qf42闭合rc8、闭合rc’93～20断开故障牵混所中qf2、qf3
[0055]
根据运维决策模型，解得最小的发车间隔解为3分30秒，搜索次数为3。
[0056]
综合上述情况，地铁运营方在进行tss8整流机组检修作业时应按选择3分30秒的发车间隔，确保供电系统安全运行。
[0057]
传统算法采用串行编程，将其简记为串行算法；本文中所提出的多层并行计算架构下的并行算法，采用多核cpu计算多个分解后的任务，把此算法记为pa；改进的暴力搜索算法通过越过不需要遍历的工况来缩小搜索范围，把此算法记为va。本实例中，各算法的仿真耗时如表3所示。由表3可见，sa+va和sa相比运算速度提升至2.37倍。而pa+va更是获得了12.7倍的加速比。pa+va在进行运维决策的运算时，具有十分高效的计算能力。通过运维决策模型和并行计算，地铁管理人员可根据检修需要在短时间内快速做出决策。这对地铁工作人员的运维工作和应急管理具有重要的工程意义。
[0058]
表3、算法仿真耗时
[0059][0060]
通过并行计算可将运算时间大幅度的缩短，有利于地铁运维人员及时的制定出运维决策方案，有效的提升了运营检修的质量和效率。
[0061]
本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
[0062]
最后：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，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。

技术特征：
1.一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，其特征在于：该城轨供电系统运维决策方法包括有以下步骤：步骤ss1：根据不同的检修情况下的n-2工况，按照检修策略进行恢复供电操作；步骤ss2：构建在满足所有n-2工况的供电系统约束条件下，以供电系统所支持的发车间隔n最小为目标的决策模型；步骤ss3：通过暴力搜索算法对决策模型进行求解，以此获得当前工况系统所支持的发车间隔；步骤ss4：以并行计算的方法实现对模型求解的运算过程。2.根据权利要求1所述的一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，其特征在于：所述的城市轨道检修策略具体为，根据不同的检修工况将其划分为直流系统检修工况和交流系统检修工况，针对不同工况给出相应恢复供电操作。3.根据权利要求1所述的一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，其特征在于：所述的运维决策模型具体为，在满足所有n-2工况的供电系统约束条件下，求解供电系统所支持的最小发车间隔n，其步骤为：遍历当前检修情况下的n-2工况，模拟t时段内的供电系统负荷过程；在满足所有n-2工况的供电系统约束条件下，求解供电系统所支持的最小发车间隔n4.根据权利要求1所述的一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，其特征在于：所述的暴力搜索算法具体为，在遍历n-2工况时通过越过不需要遍历的工况来缩小搜索范围提高效率，其步骤为：初始化条件，包括原定的发车间隔n0及供电系统参数等；依次遍历n-2工况，在进行恢复供电操作后进行供电计算并统计结果，判断是否满足约束条件，若不满足跳至下个步骤，若都满足则输出系统所能支持的最小发车间隔，结束；依据设置的发车间隔搜索步长更新发车间隔，跳至上个步骤。5.根据权利要求1所述的一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，其特征在于：所述的并行计算方法具体为：基于线程池技术实现线程的复用对决策模型进行并行的求解，其步骤为：初始化线程池，清空任务队列；根据不同的n-2工况，生成相对应的计算单元；将每个计算单元的计算任务放入线程池的任务队列中，并行求个各个n-2工况。6.根据权利要求1所述的一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，其特征在于：所述的城轨供电系统运维决策系统：包括以下模块：构建模块，用于构建以供电系统所支持的发车间隔n最小为目标的运维决策模型；第一处理模块，用于在某一检修工况时，当发生n-2的故障工况，通过检修策略进行恢复供电操作；
第二处理模块，用于实现基于暴力搜索算法的运维决策模型，通过调用第三处理模块并行求解发车间隔n的最小解；第三处理模块，用于实现所述并行计算方法，对计算任务进行分解并行计算各n-2工况。

技术总结
本发明公开了一种基于并行计算的城轨供电系统运维决策方法，具体涉及城轨交通牵引供电技术领域，具体是，根据不同的检修情况下的N-2工况，按照检修策略进行恢复供电操作；构建在满足所有N-2工况的供电系统约束条件下，以供电系统所支持的发车间隔N最小为目标的决策模型；通过暴力搜索算法对决策模型进行求解获得当前工况系统所支持的发车间隔；以并行计算的方法实现对模型求解的运算过程。本发明的方法可帮助地铁运维人员的快速制定出运维决策方案，使得在非高峰时段对变电所进行常规的检修作业时不会危害到运营组织，改进了常规的串行运算方式计算N-2工况，通过并行计算可将运算时间大幅度的缩短，有利于地铁运维人员及时的制定出运维决策方案。的制定出运维决策方案。的制定出运维决策方案。


技术研发人员：闫思玲 刘斌 孙振海 郑浩天 王胜利 陈林 解晓勇 李光 赵小皓 俞屹 刘洋 常文寰 戚贺
受保护的技术使用者：北京市地铁运营有限公司供电分公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/7/12