(北京物資學院 北京 100000)

電網(wǎng)應急物資調(diào)配的多目標優(yōu)化

趙雄

(北京物資學院北京100000)

近年來，自然災害爆發(fā)的頻次和影響程度日益增加，突發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)定運行。提出了滿足最大保障率和最小總時間的雙目標優(yōu)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(tǒng)；調(diào)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(tǒng)一定義，相關(guān)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(wǎng)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(yè)應急物流，則是指電力設施設備受損，造成輸配電系統(tǒng)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(wǎng)節(jié)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(fā)區(qū)，共有D1，D2……D14個很可能產(chǎn)生應急配送需求的節(jié)點，現(xiàn)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(diào)運。

根據(jù)模型假設，配送車輛型號最大裝載量相同，且數(shù)量沒有限制，車輛速度可通過地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)實時監(jiān)測反饋，現(xiàn)依據(jù)實地走訪調(diào)研的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，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(qū)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(tǒng)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(shù)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(fā)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(jié)點間線路存在性

二、結(jié)果及分析

本文用NSGA-Ⅱ求解，設計算法時，種群數(shù)設為200，迭代次數(shù)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(shù)的全局尋優(yōu)。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(jié)果

運行結(jié)果可以看出，個體大約進化到350代可得到問題的最優(yōu)解，算法的最佳保留機制，讓目標函數(shù)值在獲得最優(yōu)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(diào)配路線數(shù)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(yōu)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(guī)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(jù)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(diào)配方案

圖5 S供電局電力應急物資調(diào)配路線規(guī)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(diào)配現(xiàn)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(fā)性特點，應急專用運輸車輛平時多處于閑置狀態(tài)，縣市級供電企業(yè)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(diào)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(diào)配，不但可以節(jié)約采購成本，還可以保證充足的運力。

(2)全方位打造政企聯(lián)動機制：對應急運輸車發(fā)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(jiān)控：構(gòu)建應急車輛車聯(lián)網(wǎng)，運用GPRS定位技術(shù)，實現(xiàn)運輸信息實時傳遞、交通路況全程監(jiān)控、調(diào)配方案動態(tài)優(yōu)化，最終構(gòu)建電力應急物資調(diào)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(nèi)配送更多物資。

(4)信息共享：借助ERP信息平臺，實現(xiàn)電力應急物資配送中心和供應商之間庫存資源和周轉(zhuǎn)信息的共享，尤其是自然災害高發(fā)季，啟動應急預案，物資流動、補貨頻次和調(diào)配需求加大，庫存信息的動態(tài)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(diào)配方案。

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

四、結(jié)論

本文基于聯(lián)合調(diào)度的視角，研究了多儲存點—多需求點的調(diào)配方案優(yōu)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(yōu)化問題時有很大優(yōu)勢，在引入三角模糊數(shù)構(gòu)造配送保障率求解函數(shù)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(tǒng)優(yōu)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(yè)物流系統(tǒng)優(yōu)化。