電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃優(yōu)化思考

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摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對電力的要求也越來越高。在電力系統(tǒng)檢修中,檢修費(fèi)用在電力成本中占據(jù)很大的一部分。電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,電力設(shè)備數(shù)目的不斷增長,人工進(jìn)行檢修的難度也在不斷的增加。經(jīng)常性的檢修會(huì)造成停電,給電力企業(yè)帶來一定的損失。針對這些問題,亟需對電力系統(tǒng)的檢修計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化,以提升檢修效率。該文擬先對電力系統(tǒng)檢修的方式方法進(jìn)行歷史性的回顧,然后對現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行詳細(xì)的分析,進(jìn)而闡述當(dāng)前電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃優(yōu)化的方法,最后對還未能解決的問題進(jìn)行簡要的陳述。

關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃優(yōu)化方法

當(dāng)前,隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,在進(jìn)行電力檢修的時(shí)候,通常還是使用人工檢修的方法來進(jìn)行。這種傳統(tǒng)的方法伴隨著電力結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能符合實(shí)際的需要,因此急需對原有的檢修計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化。電力系統(tǒng)的檢修計(jì)劃對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有十分重要的影響,使用人工方式進(jìn)行檢修,不僅無法保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,工作量大、所花成本較高,工作人員的安全性也難以得到保證。在進(jìn)行電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃優(yōu)化時(shí),要兼顧考慮的因素很多,也比較復(fù)雜,建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的優(yōu)化模型也是比較困難的。該文主要采用目標(biāo)函數(shù)以及約束條件來建立優(yōu)化模型,并進(jìn)行深入分析,提出優(yōu)化方法。

1電力檢修方法的發(fā)展歷史

進(jìn)行設(shè)備檢修的主要目的是為了保證設(shè)備維持能夠完成某種工作的能力,合理及時(shí)的對設(shè)備進(jìn)行檢修,能夠保證設(shè)備元件的安全以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,最大程度的提升設(shè)備的使用率,節(jié)省成本。設(shè)備檢修的方法主要有:事后檢修、預(yù)防性定期維修、狀態(tài)檢查以及以可靠性為中心的檢修。對于電力系統(tǒng)來說,使用每種檢修方式都存有利弊,現(xiàn)在進(jìn)行簡要的分析。事后檢修是指在設(shè)備出現(xiàn)故障之后,對設(shè)備進(jìn)行檢修。其檢修的主要目的是排除故障。如果故障較輕,這是一種非常經(jīng)濟(jì)的檢修方式。然而使用這種檢修方式,無法確保電力系統(tǒng)的可靠性,如果情況嚴(yán)重會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng),并且對停電時(shí)間沒有明確的估計(jì)。預(yù)防性檢修包含兩方面,一是定期維修,一是定期更換。定期檢修是根據(jù)設(shè)備磨損的規(guī)律,按照相關(guān)的時(shí)間對設(shè)備定期進(jìn)行維修。只要到了特定的時(shí)間,不論設(shè)備是否存在問題,都要對設(shè)備進(jìn)行維修。它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠最大限度的減少設(shè)備故障的發(fā)生,但也有缺點(diǎn),主要是檢修出現(xiàn)過剩,浪費(fèi)人力、物力、財(cái)力;另外就是存在一定盲目性,不能根據(jù)設(shè)備本身的具體情況來進(jìn)行檢修,如果出現(xiàn)失誤,就會(huì)給設(shè)備的壽命帶來影響。定期更換是指到了規(guī)定的時(shí)間就要對設(shè)備進(jìn)行更換。狀態(tài)檢修是指以設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)為基礎(chǔ),進(jìn)而預(yù)測設(shè)備是否會(huì)出現(xiàn)故障的一種檢修方法。通過日常對設(shè)備的檢查,將檢查的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)作對比,然后對設(shè)備運(yùn)行的未來趨勢作出一定的判斷。這種檢修方法是為經(jīng)濟(jì)的,但是由于需要事先安裝一定數(shù)量的檢測設(shè)備,無形中又提升了成本。以可靠性為中心的檢修方式是對上述檢修方式進(jìn)行了綜合,它不但考慮的電力設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài),同時(shí)還考慮了其在電力系統(tǒng)中的重要性。在我國,電力企業(yè)傳統(tǒng)的檢修方法是采用事后檢修以及預(yù)防性檢修?，F(xiàn)在狀態(tài)檢修已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢。對于未來電力系統(tǒng)的發(fā)展,還需要做進(jìn)一步的觀察,根據(jù)實(shí)際情況,對電力系統(tǒng)的檢修方式進(jìn)行優(yōu)化。

2檢修計(jì)劃優(yōu)化模型的建立

2.1目標(biāo)函數(shù)

在電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃中,目標(biāo)函數(shù)可以分為單目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)兩類。其中,單目標(biāo)函數(shù)包括經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)、實(shí)用性目標(biāo)以及可靠性目標(biāo)。傳統(tǒng)的檢修計(jì)劃通常對經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)考慮的較多,目的是為了能夠有效的降低費(fèi)用,并將可靠性作為約束性條件。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展,檢修的問題日益復(fù)雜化,針對這種情況,多目標(biāo)函數(shù)被逐漸的引入到檢修計(jì)劃中來。

(1)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù),

在這類函數(shù)中,通常包含著生產(chǎn)費(fèi)用和設(shè)備檢修費(fèi)用。設(shè)備檢修費(fèi)用包括在長期的運(yùn)行中,設(shè)備由于磨損而產(chǎn)生的費(fèi)用以及增加人工而出現(xiàn)的額外費(fèi)用。生產(chǎn)費(fèi)用指的是由于停電而導(dǎo)致出現(xiàn)損失的電費(fèi)。通過對相關(guān)文獻(xiàn)的分析,一些案例中使用了經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),將檢修產(chǎn)生的費(fèi)用與停電產(chǎn)生的費(fèi)用相加,其和最為最小的目標(biāo)函數(shù)。還有一些文獻(xiàn)中的案例對電力市場的環(huán)境進(jìn)行了充分的考慮,把由于檢修導(dǎo)致線路潮流變化而出現(xiàn)的無功缺額而增加的購買無功的費(fèi)用也算到經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)里面。

(2)可靠性目標(biāo)函數(shù),

可靠性目標(biāo)函數(shù)又可以分成隨機(jī)與確定兩個(gè)類別。確定的目標(biāo)中,如果一個(gè)設(shè)備停止運(yùn)行,那么其它設(shè)備還能夠保持最大的電力供應(yīng)能力,將其作為目標(biāo)函數(shù)。使用確定性目標(biāo)函數(shù)的時(shí)候,通常會(huì)認(rèn)為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)會(huì)一直很好,但實(shí)際上運(yùn)行后各個(gè)階段是有一定的差異的。隨機(jī)性目標(biāo)函數(shù)對由于故障而導(dǎo)致的停機(jī)以及設(shè)備可利用率的不穩(wěn)定性進(jìn)行了充分的考慮,這樣就使得目標(biāo)函數(shù)與實(shí)際更加符合。通過分析相關(guān)的文獻(xiàn),一些文獻(xiàn)中的實(shí)例對機(jī)組檢修時(shí)所占用的一部分備用容量進(jìn)行了考量,因此,將剩下的凈備用容量的最大化來當(dāng)做目標(biāo)。還有一些文獻(xiàn)中以提升供電的可靠性作為最終的優(yōu)化目標(biāo),并且把每一次停電的戶數(shù)和停電持續(xù)的時(shí)間相乘得出的積作為目標(biāo)函數(shù)。

2.2多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)

對檢修計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)是多樣化的,目前許多文獻(xiàn)中所采用的方法是對每個(gè)函數(shù)進(jìn)行相加,之后再將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù),這種算法會(huì)將一些函數(shù)所具有的功能抹殺掉。除此之外,使用單目標(biāo)函數(shù)對于最后的優(yōu)化結(jié)果分析也是不利的,所以為了能夠有效的對檢修計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化,應(yīng)該將多目標(biāo)理論應(yīng)用到檢修計(jì)劃優(yōu)化中來。通過分析相關(guān)的文獻(xiàn),一些文獻(xiàn)提出了兩種檢修計(jì)劃優(yōu)化法:其一,使用線性加權(quán)來對多個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,使其成為單個(gè)目標(biāo),把停電帶來的損失負(fù)荷以及檢修的工作量的加權(quán)作為目標(biāo)函數(shù),在此基礎(chǔ)上建立優(yōu)化模型;其二,對檢修的經(jīng)濟(jì)性與可靠性之間的平衡問題進(jìn)行了充分的考慮,為了能夠反映出可靠性以及經(jīng)濟(jì)性,使用期望缺供電量以及維修成本來進(jìn)行。

2.3約束條件

為了能夠確保檢修計(jì)劃切實(shí)可行,必須設(shè)定相應(yīng)的約束條件。約束條件主要包括技術(shù)約束、資源約束以及系統(tǒng)運(yùn)行約束三類種。

（1)技術(shù)約束條件

,所謂技術(shù)約束是指在進(jìn)行檢修的時(shí)候,必須要遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范,按照上級部門的要求進(jìn)行工作。技術(shù)約束包括檢修時(shí)段的約束、持續(xù)時(shí)間的上下限、連續(xù)性的要求、檢修順序、同時(shí)檢修以及不可變更的檢修等幾個(gè)方面,每個(gè)方面都有各自具體的要求,需要按照規(guī)章制度嚴(yán)格遵守。

（2)資源條件約束,

所謂的資源約束指的是該電力企業(yè)所擁有的檢修人員、檢修設(shè)備包括車輛等資源。按照不同的要求可以將資源約束分為以下幾個(gè)方面:其一,多組可用檢修人員,分類標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)專業(yè)以及地理位置來劃分;其二,同時(shí)檢修容量約束,分類標(biāo)準(zhǔn)是檢修設(shè)備以及備品備件等。

(3)系統(tǒng)運(yùn)行條件約束

,所謂系統(tǒng)運(yùn)行條件約束,指的是在對設(shè)備進(jìn)行檢修的期間,除了要確保電力用戶用電的可靠性,同時(shí)還要確保電力運(yùn)行的安全穩(wěn)定。一般情況下,為了確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,必須要考慮支路潮流、網(wǎng)絡(luò)連通性、系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)輻射性等方面。在進(jìn)行電力檢修計(jì)劃優(yōu)化模型建立的時(shí)候,對于上面提到的約束條件,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行考慮,無需將所有的約束條件都考慮進(jìn)去。通過查找相關(guān)文獻(xiàn),一些文獻(xiàn)的論述中對基本的檢修資源、時(shí)間以及潮流約束進(jìn)行了考慮,同時(shí)運(yùn)用缺供電約束來對可靠性進(jìn)行保證。對于以上所提出的約束條件,一重要性也各不相同。有一些約束條件是必須要滿足的,而有一些就可以不用太多考慮。需要特別重視的約束條件,比如檢修計(jì)劃時(shí)間段以及與系統(tǒng)安全運(yùn)行有關(guān)的約束等;對于人力和資源的要求靈活性比較大,可以根據(jù)實(shí)際情況來考慮。

3檢修優(yōu)化算法分析

電力系統(tǒng)檢修計(jì)劃模型建立之后,就需要運(yùn)用算法對模型進(jìn)行求解。大體上,可以將求解的方法分成傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、啟發(fā)式算法以及采用人工智能。下面對這三種算法進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3.1傳統(tǒng)數(shù)學(xué)算法

(1)0—1整數(shù)規(guī)劃算法,

在整數(shù)規(guī)劃中,這種形式是比較特殊的,變量的取值只有兩個(gè),0或者1。求取0—1整數(shù)規(guī)劃最直接的方式是采用枚舉法進(jìn)行。具體做法是對每個(gè)變量進(jìn)行觀察,對每個(gè)組合的函數(shù)值進(jìn)行比較,進(jìn)而求取結(jié)果;這種方法的好處是能夠確保整個(gè)過程的最優(yōu)性,但當(dāng)變量數(shù)目很大時(shí),求解就比較費(fèi)勁。(2)線性規(guī)劃法,這種理論發(fā)展的歷史比較長,成熟的比較早。它主要是對在一組線性約束條件下,來對線性目標(biāo)函數(shù)的最大或者最小進(jìn)行優(yōu)化。它計(jì)算簡答方便。如果使用線性代數(shù)來對檢修計(jì)劃優(yōu)化進(jìn)行求解的話,還需要簡化優(yōu)化模型,這樣一來,最終的結(jié)果可能與實(shí)際預(yù)期是不同的。所以,一般情況下,可以把線性規(guī)劃與啟發(fā)式算法結(jié)合在一塊,來對電力檢修計(jì)劃優(yōu)化進(jìn)行求解。通過對相關(guān)文獻(xiàn)的分析,一些文獻(xiàn)將線性規(guī)劃和模糊推理相結(jié)合,通過兩步就可以將檢修計(jì)劃優(yōu)化進(jìn)行求解。

3.2啟發(fā)式算法

所謂的啟發(fā)式算法就是根據(jù)所要求解問題的基本特性,找尋能夠解決問題的最佳途徑,其目的是在能夠可以接受的范圍內(nèi)尋求最佳的解決方案。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算方法簡單、速度較快,很容易實(shí)現(xiàn)。但同時(shí)也存在不少缺陷,比如,所求解答不能保證是最優(yōu)的結(jié)果;如果設(shè)計(jì)者的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)水平較低,那么求解就會(huì)受到一定的限制。

3.3人工智能算法

(1)智能優(yōu)化算法,

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人類在自然規(guī)律的啟發(fā)下,研制出了人工智能算法。電力系統(tǒng)的復(fù)雜性在逐漸的增大,在對其進(jìn)行檢修的時(shí)候,困難也在逐漸的增加。傳統(tǒng)的算法在對檢修計(jì)劃優(yōu)化進(jìn)行求解時(shí),遇到的挑戰(zhàn)越來越大。因此,在電力檢修中,將人工智能算法引入,能夠極大的提升求解的效率。目前,電力維修領(lǐng)域使用最多的人工智能算法有模擬退火、遺傳算法等。下面對這兩種算法進(jìn)行分析闡述。

(2)模擬退火算法分析

,所謂的“模擬退火算法”是指對加熱后融化的金屬過程加以模擬,進(jìn)而尋找最優(yōu)的求解方式的方法。在使用這種算法進(jìn)行求解的時(shí)候,能夠接受一定概率的劣解,能夠站在全局的角度來進(jìn)行求解,而不是只關(guān)注局部的最優(yōu)。它對于初始值的依賴程度比較低,并且很容易能夠?qū)崿F(xiàn),從理論上講,能夠把全局的最優(yōu)解收集到。當(dāng)然也存在一些缺點(diǎn),主要是運(yùn)算的速度比較緩慢。通過分析相關(guān)的文獻(xiàn),一些文獻(xiàn)中對于發(fā)電機(jī)組的檢修優(yōu)化就使用了模擬退火算法來尋求最優(yōu)解。

(3)遺傳算法分析,

所謂的“遺傳算法”,是在接受了生物進(jìn)化的啟迪之后研究出的智能算法之一,由于這種算法能夠?qū)崿F(xiàn)高效的全局搜索,在許多工程領(lǐng)域已經(jīng)普遍應(yīng)用了。它的基本原理是將遺傳空間的串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)當(dāng)做解數(shù)據(jù),隨機(jī)的產(chǎn)生初始群體,同時(shí)對每一個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度進(jìn)行計(jì)算,之后進(jìn)行選擇,最后得到適應(yīng)度最大的個(gè)體,這就是所要優(yōu)化問題的最優(yōu)解答。通過分析相關(guān)的文獻(xiàn),一些文獻(xiàn)中,對于遺傳算法的復(fù)制、變異和交叉,提出了自己的改進(jìn)方式,進(jìn)而來提升優(yōu)化的效率,同時(shí)運(yùn)用改進(jìn)之后的遺傳算法來對電力設(shè)備的檢修進(jìn)行優(yōu)化。

(4)智能混合算法

分析隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,其復(fù)雜性也在日益的增加,如果采用單一的算法進(jìn)行最優(yōu)解的求取,還是會(huì)存在一定程度的局限性。因此,把多種智能化算法結(jié)合起來,將各自的優(yōu)點(diǎn)融合在一起的混合智能算法越來越受到人們的歡迎。在電力系統(tǒng)的檢修優(yōu)化中,智能混合算法已經(jīng)得到了應(yīng)用。例如,一些文獻(xiàn)中,將每個(gè)個(gè)體局部啟發(fā)式搜索和遺傳算法結(jié)合在一塊,創(chuàng)造出了一種文化基因算法,同時(shí)將這種新創(chuàng)立的算法應(yīng)用到對發(fā)電機(jī)組檢修計(jì)劃優(yōu)化問題的求解中,取得了良好的效果。

4結(jié)語

綜上所述,隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,電力系統(tǒng)的檢修難度也在逐漸的加大。傳統(tǒng)的檢修計(jì)劃存在一些問題,急需對其進(jìn)行優(yōu)化。該文先分析了電力檢修方式的發(fā)展歷程,然后針對建立的檢修計(jì)劃優(yōu)化模型,從目標(biāo)函數(shù)以及約束目標(biāo)兩方面對其進(jìn)行了分析,最后對優(yōu)化問題的求解方法進(jìn)行詳細(xì)的分析,期待本文的研究能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的檢修計(jì)劃優(yōu)化在理論上有所啟迪。

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作者：韓金洋 單位：沈陽供電公司調(diào)控中心