考慮設(shè)備重要度的地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化方法分析

楊舍近，李 軍，韓 源，劉保軍，王建軍

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司漯河供電公司，河南 漯河 462000）

引言

電網(wǎng)檢修計(jì)劃的編制是電網(wǎng)調(diào)度管理部門(mén)的重要工作內(nèi)容之一，直接關(guān)系到電網(wǎng)中各類(lèi)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行和電力用戶(hù)的供電可靠性，對(duì)于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也具有一定的影響，有必要制定合理的地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃，保證地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行事故[1]。在傳統(tǒng)檢修計(jì)劃編制中，主要是依靠人工進(jìn)行判斷和決策，將線(xiàn)路、變檢等專(zhuān)業(yè)管理人員和調(diào)度管理人員召集起來(lái)，探討線(xiàn)路是否能夠停運(yùn)、負(fù)荷能否轉(zhuǎn)移等問(wèn)題。這種電網(wǎng)檢修計(jì)劃編制方式容易帶有決策者的偏好，也難以適應(yīng)現(xiàn)代大規(guī)模電網(wǎng)的檢修工作需求，本文主要介紹考慮設(shè)備重要度的地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化技術(shù)，對(duì)于提高地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃編制的合理性具有一定的價(jià)值。

1 設(shè)備重要度的量化

電網(wǎng)中需要進(jìn)行檢修的設(shè)備類(lèi)型主要包括主變、電力線(xiàn)路、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、電壓互感器、電流互感器、電容器、電抗器、母線(xiàn)、避雷器等，不同類(lèi)型的設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行中具有不同的地位和重要性[2]，在電網(wǎng)設(shè)備檢修計(jì)劃的編制中應(yīng)加以考慮，保證檢修計(jì)劃的合理性。

電力設(shè)備在檢修計(jì)劃編制中的重要度可以采用eR進(jìn)行表示，其中R 采用下式（1）加以量化，重要度值越大，表明該設(shè)備越需要盡快安排檢修工作。

式（1）中：R 為設(shè)備的重要度影響因子，ν 為根據(jù)設(shè)備所屬電壓等級(jí)所賦的權(quán)重值，ε 為不同類(lèi)型設(shè)備所設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)，T 為設(shè)備制造廠(chǎng)家所規(guī)定的檢修周期。公式中采用進(jìn)行表示，當(dāng) T 值越大越小，則 R 越小，表明設(shè)備規(guī)定的檢修周期越長(zhǎng)，則設(shè)備的重要度越低，設(shè)備運(yùn)行的可靠性較高。a 為各類(lèi)待檢修設(shè)備的可靠性系數(shù)，該值越大，則R 越小，表明可靠性較高的設(shè)備其檢修的重要性較低。在上式（1）中，v 的取值如表1 所示。

表1 設(shè)備電壓等級(jí)的系數(shù)值

對(duì)于設(shè)備類(lèi)型調(diào)節(jié)系數(shù)ε，由于主變、線(xiàn)路和斷路器等設(shè)備的重要程度較高，故所設(shè)系數(shù)應(yīng)偏大，可取1。隔離開(kāi)關(guān)和二次測(cè)量設(shè)備可取0.85，其他包括電容器等設(shè)備取0.7。

2 考慮設(shè)備重要度的地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化技術(shù)

2.1 地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化可以選取的目標(biāo)函數(shù)較多，如系統(tǒng)網(wǎng)損最小、檢修成本最低、供電可靠性最高、電網(wǎng)企業(yè)停電損失最小等，不同的目標(biāo)函數(shù)所優(yōu)化的側(cè)重點(diǎn)不同[3]，本文選取設(shè)備的檢修時(shí)間偏離到周期時(shí)間最小為目標(biāo)函數(shù)建立地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型，目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式如式（2）所示。

式（2）中：n 為待檢修的設(shè)備綜述；eRi為第 i 個(gè)設(shè)備的重要度；ti為第i 個(gè)設(shè)備的計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間；Ti為第i 個(gè)設(shè)備的到周期時(shí)間。采用上式作為檢修計(jì)劃優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，可以將設(shè)備的重要度考慮到優(yōu)化模型中。待檢修的設(shè)備重要度值越大，則越要求設(shè)備的檢修時(shí)間與設(shè)備的到周期時(shí)間之間的差值越小，從而盡快安排檢修，實(shí)現(xiàn)檢修計(jì)劃優(yōu)化的目的。

2.1.2 約束條件

對(duì)于地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型中的約束條件，主要包括以下幾類(lèi)，以下分別進(jìn)行分析：

第一類(lèi)約束是線(xiàn)路潮流約束，某個(gè)設(shè)備檢修導(dǎo)致線(xiàn)路停運(yùn)時(shí)，不應(yīng)引起系統(tǒng)中其他線(xiàn)路出線(xiàn)潮流越限的情況，如式（3）所示。

式（3）中：Pi，max第 i 條線(xiàn)路的最大允許潮流，Pi為第 i條線(xiàn)路的實(shí)際潮流值，由于線(xiàn)路潮流具有兩個(gè)方向，故在此用絕對(duì)值進(jìn)行表示。

第二類(lèi)約束條件是設(shè)備檢修的安排約束，如式（4）所示。

式（4）中 ti，min為設(shè)備檢修的最早時(shí)間，ti，max為最晚時(shí)間，采用該約束可保證設(shè)備檢修所安排的時(shí)間符合規(guī)定的要求。

第三類(lèi)約束是檢修資源的限制約束，如式（5）所示。

第四類(lèi)約束條件為檢修設(shè)備的同時(shí)性約束，如式（6）所示。

上式表示某些待檢修設(shè)備屬于同一檢修集合中時(shí)，則安排在一起進(jìn)行檢修，從而避免線(xiàn)路的重復(fù)停電，降低電網(wǎng)企業(yè)的停電經(jīng)濟(jì)損失。

第五類(lèi)約束為某些特殊設(shè)備不能同時(shí)安排檢修，如雙母線(xiàn)或兩臺(tái)主變同時(shí)檢修等[4]，從而避免了在檢修時(shí)引起不必要的停電，采用式（7）進(jìn)行表示。

上式中Dj為第j 個(gè)設(shè)備檢修所需要花費(fèi)的時(shí)間，表達(dá)式中加1 的物理意義是第i 個(gè)設(shè)備的檢修實(shí)際應(yīng)在第j 個(gè)設(shè)備檢修完成后再延后一天，保證雙母線(xiàn)或雙主變不會(huì)同時(shí)檢修，恢復(fù)系統(tǒng)供電之后再安排下一個(gè)設(shè)備檢修。

2.2 優(yōu)化模型求解算法

上述建立的地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型，可以采用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解，求解的具體流程圖如圖1 所示。

圖1 檢修計(jì)劃優(yōu)化模型的求解流程圖

圖2 電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的控制

采用粒子群算法求解地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型時(shí)，需要通過(guò)迭代計(jì)算，不斷對(duì)粒子進(jìn)行更新，直到滿(mǎn)足計(jì)算收斂結(jié)束的條件，否則再次進(jìn)入到迭代計(jì)算的過(guò)程[5]。在計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)將各類(lèi)約束條件反映在尋找最優(yōu)解的過(guò)程中。計(jì)算結(jié)束之后，得出相應(yīng)的檢修計(jì)劃方案。

3 地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃的安全校核

為了保證電網(wǎng)在檢修期間的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行安全校核，本文主要采用N-1 靜態(tài)安全分析的方法進(jìn)行安全校核。當(dāng)采用制定的檢修計(jì)劃時(shí)不滿(mǎn)足N-1 靜態(tài)安全校核時(shí)，則應(yīng)調(diào)整檢修計(jì)劃，并重新進(jìn)行潮流計(jì)算和安全校核，主要的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)控制和調(diào)節(jié)如圖2 所示。

在圖2 中，電網(wǎng)所受的擾動(dòng)主要包括某條線(xiàn)路因檢修任務(wù)需要停運(yùn)或某臺(tái)主變停運(yùn)等，這些擾動(dòng)都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生較大的影響和干擾，需要對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。當(dāng)電網(wǎng)處于不安全正常狀態(tài)時(shí)，此時(shí)只需要采用預(yù)防控制措施，如倒換電網(wǎng)的運(yùn)行方式等，就可以使得電網(wǎng)恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)。如果電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)時(shí)，則應(yīng)調(diào)整檢修計(jì)劃或者切負(fù)荷，保證電網(wǎng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

以某五節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為算例進(jìn)行分析，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示，其中節(jié)點(diǎn)四為PV 節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)五為平衡節(jié)點(diǎn)，其余為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。圖中標(biāo)示支路電抗標(biāo)么值及注入功率，支路1－2 極限輸送功率1.5，當(dāng)支路2－3 因檢修計(jì)劃需要進(jìn)行開(kāi)斷后，校核線(xiàn)路1－2 的安全性。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為此首先需要計(jì)算線(xiàn)路1－2 的潮流，根據(jù)圖3 數(shù)據(jù)，建立式（8）矩陣。

則線(xiàn)路1－2 的潮流為：

當(dāng)支路2－3 因檢修計(jì)劃需要進(jìn)行開(kāi)斷后，此時(shí)可得：

此時(shí)線(xiàn)路1－2 的功率為：

可見(jiàn)線(xiàn)路1－2 的功率不超過(guò)極限輸送功率1.5，故符合安全校核。當(dāng)線(xiàn)路1－2 的功率超過(guò)極限輸送功率時(shí)，此時(shí)需要調(diào)整檢修計(jì)劃或者切除部分線(xiàn)路負(fù)荷，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

制定合理的電網(wǎng)設(shè)備檢修計(jì)劃，對(duì)于保證地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有關(guān)鍵意義和價(jià)值。針對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備，安排不同的檢修時(shí)間，在制定檢修計(jì)劃的過(guò)程中具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。本文系統(tǒng)分析了考慮設(shè)備重要度的地區(qū)電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化方法，在實(shí)際中可以加以應(yīng)用。