電網應急物資調配的多目標優化

(北京物資學院 北京 100000)

電網應急物資調配的多目標優化

趙雄

(北京物資學院北京100000)

近年來，自然災害爆發的頻次和影響程度日益增加，突發的臺風、暴雨、冰凍、地震、山體滑坡、泥石流等，均可造成輸電線路及設備的物理性破壞，路段損毀，嚴重影響電力系統的穩定運行。提出了滿足最大保障率和最小總時間的雙目標優化模型，基于MATLAB平臺，運用NSGA-Ⅱ(帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法)求解。

電力系統；調配NSGA-Ⅱ；MATLAB

前言

我國對電力應急物流的研究較少，缺少深度廣度，沒有給出一個明確的統一定義，相關的文獻資料普遍認為：電力應急物資是指為防范惡劣自然災害或其它因素造成電網停電、電站停運，滿足短時間恢復供電需要而儲備的物資。

而電力企業應急物流，則是指電力設施設備受損，造成輸配電系統無法正常使用，為了盡快搶修，保證恢復電力供應而進行的緊急物資運輸。狹義上講，多指遇到重大自然災害或事故，電網節點遭受破壞后采取的搶險救災物流活動。

一、案例描述

S供電局所處的城市屬于自然災害多發區，共有D1，D2……D14個很可能產生應急配送需求的節點，現有一個二級倉記作S1,一個急救包記作S3，情況嚴重時，可從鄰縣供電局倉庫S2調運。

根據模型假設，配送車輛型號最大裝載量相同，且數量沒有限制，車輛速度可通過地理信息系統(GIS)和全球定位系統(GPS)實時監測反饋，現依據實地走訪調研的經驗數據，假定最快速度為60km/h,最慢速度為40km/h，平均速度為50km/h,用來計算配送線路rij運輸時間tij的模糊取值區間為[tmin,tmax]，模糊速度綜合考慮到了天氣和交通等因素對車輛行駛速度的影響；限制每個需求點的最大等待時間t0為2小時，每條路徑的最低保障率f0為0.8。

論文統計了14個易損點的地理位置，把具體的搶修地點抽象成二維平面圖上的坐標，如表1和圖1所示。

表1 供需點位置坐標 單位：千米

圖1 供需點二維平面圖

每個儲備點和需求點的物資數量如表2,3所示：

表2 各儲備點電力應急物資儲備量 單位：噸

表3 各需求點電力應急需求量 單位：噸

我們假定在一次突發事件后，某兩點之間的運輸線路因為損毀存在不連通情況，將線路存在記為1，不存在記為0，如表4所示：

表4 節點間線路存在性

二、結果及分析

本文用NSGA-Ⅱ求解，設計算法時，種群數設為200，迭代次數選擇500，變異率PM設為0.1，交叉率PC設為0.7，進行滿足雙目標函數的全局尋優。部分程序如下。

圖2 NSGA-Ⅱ部分程序

圖3 用MATLAB運行NSGA-Ⅱ算法結果

運行結果可以看出，個體大約進化到350代可得到問題的最優解，算法的最佳保留機制，讓目標函數值在獲得最優解之后不再變化，有效的保證了算法的快速和準確，設定輸出15種方案，每種方案里，到達各需求點的時間、總時間、調配路線數量、線路保障率情況依次如下表所示：

表5 每種方案到各點時間一覽表 (時間單位：小時)

可以看出，方案一總時間最短，到各點的時間也最短，并且每條路線保障率均為1，這就是基于NSGA-Ⅱ求出的最優解，即Pareto前沿。

在此選擇方案一、方案五、方案十五比較，對比三種方案的配送規劃圖。

方案五相比較于方案一增加了4條線路，意味著有需求點從單供應點配送變成了多供應點配送，總時間也有所延長。方案十五的線路更多，但存在五條保障率不為1的線路，依據f0不小于0.8的最初設定，此方案是不能選擇的。

表6 方案15配送保障率

三、設計調配方案

圖5 S供電局電力應急物資調配路線規劃

配送中心需求點1需求點2需求點3需求點4需求點5需求點6需求點7配送中心120354045000配送中心2000001510配送中心300002000配送中心需求點8需求點9需求點10需求點11需求點12需求點13需求點14配送中心10250025．755125700配送中心25001535000配送中心3000029．24487433010

除此之外，針對S供電局應急物資調配現狀，提出以下建議：

(1)拓展應急配送運輸資源：因為應急物流突發性特點，應急專用運輸車輛平時多處于閑置狀態，縣市級供電企業資金有限，大量購買運輸車會造成資源浪費，而災情嚴重時，有限的車輛又往往無法滿足多受災點的物資需求，嚴重制約調配速度的提升。可通過租賃的方式，組織電力物資供應商的送貨車輛參與調配，不但可以節約采購成本，還可以保證充足的運力。

(2)全方位打造政企聯動機制：對應急運輸車發放特殊牌照，盡可能減少運輸阻滯，縮短配送時間，必要的時候，政府作為參與主體。

(3)運輸車輛實時監控：構建應急車輛車聯網，運用GPRS定位技術，實現運輸信息實時傳遞、交通路況全程監控、調配方案動態優化，最終構建電力應急物資調度信息平臺，合理安排運力，盡可能讓每輛車利用率最大，在更短時間內配送更多物資。

(4)信息共享：借助ERP信息平臺，實現電力應急物資配送中心和供應商之間庫存資源和周轉信息的共享，尤其是自然災害高發季，啟動應急預案，物資流動、補貨頻次和調配需求加大，庫存信息的動態更新和維護就更為重要，準確的倉儲信息，有利于制定合理的調配方案。

(5)調配流程標準化：精簡應急采購和應急調配的環節，加強與省公司的信息溝通，保證不同層級間電網公司的高效管理。

四、結論

本文基于聯合調度的視角，研究了多儲存點—多需求點的調配方案優化問題，論文用NSGA-Ⅱ(帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法)基于MATLAB平臺上求解，證明改進算法在求解多目標優化問題時有很大優勢，在引入三角模糊數構造配送保障率求解函數的基礎上，提出了以最大配送保障率和最小總時間為目標的配送優化模型，代入實際案例求解，證明模型可行性，也更符合電力應急物資特性。

[1]張國英,張宏偉,郅青.電力物資應急配送體系最優路徑模型設計[J].物流科技,2012,3505:54-57.

[2]樊煜坤.考慮道路可靠性的電力應急物資配送路線優化模型[D].華北電力大學,2015.

[3]王麗國.電力應急物資配送系統優化研究[D].華北電力大學,2014.

趙雄(1991.08-)，男，漢族，安徽蕪湖人，碩士，北京物資學院，企業物流系統優化。