配电网检修计划优化探讨
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摘 要：新形势下供电企业的运营客观要求检修模式的转变。本文分析了配电网检修计划的制订现状，总结了检修计划优化的模型和求解算法，最后探讨了检修计划优化的开发情况，为在本企业所属配电网内实施检修计划的优化进行了一次有益的技术上的尝试。关键词：配电网，检修计划，可靠性，优化模型
ABSTRACT：The operation mode of power bureau must change under the new conditions.The current status of maintenance schedule optimization is analysed, model and algorithm of maintenance schedule optimization is summarized.In the end, the development is discued about maintenance schedule optimization.These aspects are the useful technology attempt in our power bureau.
KEY WORDS：distribution systems，maintenance schedule，reliability，optimization model
1 引言
电力市场条件下，供电企业的职能和盈利模式等都发生了很大的变化。为了保证供电企业持续稳定的发展、提高经济效益，应更加注重从提高电网运行水平、降低企业成本和提高电力产品质量入手。作为最接近用户的电网终端部分的配电网，设备检修是配电网运行中一项日常的且影响电网运行安全和经济效益的工作内容。
设备维修是电力企业的主要工作之一，包括设备的定期现场评估、检修、修复和更换。电力企业实施检修计划是为了使设备经常保持正常的工作状态。有计划地安排检修能够发现常规试验及外观观察无法发现的内部问题，在问题未扩大到危及系统安全运行前及时消除，避免事故的进一步发展，缩短了设备平均故障间隔期，使得设备隐患能够及时得到发现和处理，减少因设备缺陷的临时检修停电和故障停电的时间和次数。实施检修计划保证了统一的计划停电管理，有利于各个项目停电计划的优化和合并，使检修工作得到充分准备并有序开展，最大限度避免重复停电。设备检修计划安排的好坏至关重要。电力设备的检修与供电可靠性密切相关，设备维修总是伴随着整个系统运行风险的潜在上升。优化的检修计划可以提高供电可靠性、降低网损，直接关系到电网企业和用户的利益，对电力系统、乃至整个社会的安全性和经济性都有着很大的影响。
供电企业所属配电网中设备种类及数量众多，地理结构复杂，电网结构变动频繁，相关的检修项目繁杂。检修计划制定不仅考虑优化设备检修时间、设备检修时最优负荷转移和设备检修协调关系等问题，要考虑不同检修任务之间的互斥性与协调性，考虑电网的安全约束以及检修公司的检修能力，还要这就使得以往人工制定检修计划不仅工作量很大，而且实际上根本无法进行优化。因此，根据国内供电企业所有的配电网检修工作的实际情况，建立一
个兼顾电网安全性和经济性的优化检修计划数学模型，并构建相应的优化系统具有重要的理论价值和现实意义。
2 配电网检修现状
2.1 指导思想
供电局检修计划的编制一般是在省电力公司调度中心所确立的有关电网的年度运行方式的基础上，根据地区局有关部门提供的技术参数编制而成，它分为月调度检修计划和日调度检修计划。检修计划编制的指导思想主要有：
（1）、保证整个系统及其各个组成部分的安全运行；
（2）、保证整个系统继电保护与自动装置的配合，保证结线的可靠性、灵活性，便于消除事故，缩小事故范围，避免事故扩大；
（3）、尽可能保持对重要用户的安全可靠供电；
（4）、负荷不超过系统内设备允许值；
（5）、使系统内各处供电电压质量符合规定标准；
（6）、使地区系统在最经济的方式下运行。
在上述编制原则的思想指导下，加强地区输、配电设备在停电检修方面的计划性，明确设备停电的管理分工、审批程序，按照国家电力公司“应修必修，修必修好”的精神，保证安全，多供少损，制定地区停电检修管理规定，建立起设备停电检修的正常秩序和减少临时停电的次数，消除事故隐患，提高供电可靠性。
2.2 考虑的因素
检修计划编制人员在安排设备检修计划时，需考虑以下几个因素： 信息来
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(1)避免重复停电：
①上、下级电网统一检修，下级电网的检修工作配合上级电网的检修安排；②具有同一逻辑间隔的设备同时检修。
(2)尽量减少停电损失，提高供电可靠性：
①尽量将检修工作安排在负荷低谷区，以减少停电负荷；②尽量减少停电时间。
(3)错开互斥设备的检修时间，避免出现电气孤岛。
(4)电网安全校验：进行设备/线路的潮流越限校验和节点电压越限校验。
(5)地理位置约束：考虑检修人员检修路线的合理性，尽量沿地理位置安排检修顺序。
(6)检修资源约束：考虑检修人员和检修设备的能力，进行合理安排;
2.3实施中存在的主要问题
现阶段受多方面的影响，对配电网检修计划优化的研究还没有引起足够的重视，在实际
工作中对检修计划优化的问题考虑的并不是很全面。目前，供电局的检修计划基本上按照传统的检修程序，依靠检修人员的经验人工编制而成。结合本局实际情况和已有的研究成果分析，现有检修计划存在着以下几个主要问题：
（1）人员因素的影响
检修计划编制人员的专业技术能力、工作经验、对工作的责任心及事业心直接关系到计划编制的优劣，人员因素对计划编制有重要的影响，是导致后续相关问题存在的直接原因。
（2）供电可靠性得不到保证
由于是人工编制计划，对设备停电的频率及停电时间的控制不是很精确，导致重复停电；缺乏相关的定量分析，存在线路功率、母线电压越限等问题。
（3）检修及运行经济性得不到保证
由于是人工编制计划，没有系统的优化过程，因此制定的计划只能说是可行计划，而不是优化计划，经济性无法保证。
（4）工作量安排不合理
人工编制计划可行未必合适，导致检修工作量安排不适当，造成检修人员工作有时交叉重复，增大了工作中出错的概率；有时若干天没有工作任务，浪费了人力资源和检修时间，大大影响了供电可靠性。
5）检修工作量大，检修效率低
由于是人工编制检修计划，不仅要考虑目前电网运行方式和设备运行现状，还要充分考虑倒闸操作后系统运行的正确性、可靠性、经济性、灵活性，以及自动化、保护、通讯的配合使用的合理性，这就造成检修计划编制人员工作量很大，工作效率低下。
3 检修计划优化的模型和算法
讨论检修计划的目的就在于建立合适的配电网检修计划优化模型，并通过对多种算法的研究，提出最适合配电网检修计划优化的算法，最后通过编程实现将其应用到实际工作中，一方面将运行人员从大量繁琐的工作中解放出来，另一方面充分保证系统的安全可靠经济运行，最大限度的避免重复停电，减少用户和供电企业的停电损失，以达到系统和社会双赢的效果。
3.1 配电网检修计划的优化模型
用数学语言描述，配电网检修计划问题是一个多目标多约束的优化问题。优化的目标既可以包括经济优化目标又可以包括管理优化目标，而所包含的约束不仅有系统安全运行约束、检修管理约束，还涉及到检修项目之间的协调约束等。
综合起来[6]，检修计划的优化目标包括以下几个方面：
（1）协调各个检修项目的开工时间，尽量减少检修工人的往返时间和费用； 信息来源:http://tede.cn
（2）尽量避免将检修工作安排在非工作时间，以降低检修费用；
（3）合理安排检修工作量尽量避免将检修项目拖延到下一个检修时段；
（4）在满足约束条件的情况下，尽量减少对申报检修时间的调整。
涉及到的约束条件包括以下几个方面：
（1）有功潮流约束：在n-1情况下，保证线路、变压器等设备的安全运行；
（2）节点电压约束：节点电压应在其规定的偏差范围内；
（3）互斥检修约束：避免形成电气孤岛；
（4）检修资源约束：检修工作量应在人力、物力所能满足的范围内。
根据实际项目的需要，国内外专家从不同的侧面建立了适合配电网检修的检修计划优化模型，取得了较为丰富的研究成果。
文献[2]提出了一个实用的、程序化的电网检修计划制定方法。该方法根据成本——效益分析原理，首先定义了一个检修迫切性指标，通过该指标的计算可以对影响检修过程的各种因素进行定量的综合分析，然后按照检修迫切性指标对所有检修项目进行排序，从而确定某一时段内要安排的检修项目。该方法不仅考虑传统方法中的各种因素而且还从经济性的角度对检修项目实施了定量的计算，实现了检修计划制定工作的程序化。 信息来
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文献[9]针对国内配电网的实际情况，对检修计划优化模型进行了改进，但其强调的是通过优化设备的检修时间以降低电网企业的售电损失和检修费用，而忽略了如何提高系统可靠性、降低网损以及对检修任务进行协调的问题。
文献[10]认为配电网检修计划优化问题实际上是检修时负荷转移路径优化问题。协调检修优化问题和检修时间优化问题的综合，通过求解转移路径优化问题得到每个检修任务的负荷转移方案，并将此作为协调检修优化问题的输入条件继而得到检修任务之间的约束关系，最后通过求解检修时间优化问题得到售电损失和检修成本最小的优化计划。但该文在求解负荷转移路径优化问题时，采用的是典型负荷，并将该问题作为与设备检修时间无关的独立问题进行优化，这显然不够精确。
由于文献[10]所提出的协调检修优化问题要是为了得到检修任务之间的约束关系，而不恰当的约束关系必然会导致停电负荷的增加。因此为突出主要问题，文献[5]从配电网设备检修计划编制的实际情况出发，建立了考虑多种约束条件的负荷转移路径和设备检修时间联合优化模型。该模型以设备检修时间优化为主问题，以负荷转移路径优化为子问题，通过主问题和子问题的反复优化迭代，最终获得供电企业售电损失最小的检修计划以及停电负荷、开关操作次数和系统网损最小的负荷转移方案。
文献[11]认为配电网检修负荷转移路径的优化选择是一个以开关状态为变量的多目标多约束非线性组合优化问题，该文将基于启发本文从配电网日检修计划编制的实际需要出发，建立了综合考虑优化时间和优化效果两个因素条件下的以提高配电网经济性为目标的配电网检修负荷转移路径的优化模型。
3.2 配电网检修计划模型求解算法
文献[5]针对所建立的模型的具体特点，采用免疫禁忌混合算法对主问题进行求解，采用改进的待恢复树切割算法对子问题进行求解。针对基本待恢复切割算法需要对联络开关进行全排列，以穷举的方式获取最优解的不足，通过应用优先选择备用容量较大的联络开关启发规则以及在恢复树切割过程中引入网损比较环节，在保证解的质量的同时有效地降低了恢
复树的切割次数，提高了计算速度。
文献[11]并针对该模型的求解，提出了一种改进的遗传算法。该算法以遗传算法为主优化算法获取最优的联络开关组合，以启发式算法为辅助算法获取对应于某种联络开关组合下的分段开关组合，避免了简单遗传算法在求解过程中产生大量不可行解的弊端。最后通过算例分析验证了本文所提出的模型和算法的正确性。
4 检修计划优化系统的开发
信息来自:输配电设备网
文献[12]配电网检修计划仿真系统采用公共信息模型对配电网进行建模，通过图形化的操作界面，自动维护配电网的拓扑关系。在检修专工制定检修计划时，通过对设备检修方式的模拟，系统将根据模拟后的网络结构进行潮流计算，对网络进行动态着色，并突出显示越限设备，以辅助检修专工进行相应调整。现场运行结果表明， 配电网检修计划仿真系统具有良好的可操作性和实用性。
文献[1]分析了我国供电企业生产管理中配电设备缺陷管理过程，归纳出缺陷管理数据流。在此基础上，应用数据库规范化设计的方法建立了设备检修系统ER（实体联系）模型、设计了数据库的表结构，量化了检修排序问题应考虑的因素首先提出了优化排序模型，并采用遗传算法求解该模型。提出了采用Grefenstette编码方法编码保证求解检修问题的遗传操作在可行解空间进行，编制了配电变压器热点温度和绝缘寿命损失的计算程序，以可视化的图形界面显示配电变压器寿命损失和剩余寿命的统计结果，采用客户机/服务器技术为贵阳市北供电局息烽分局配电自动化管理系统开发了配电设备检修管理系统。文献[13]结合实际电力调度计划工作中检修计划的制定原则和需考虑的各种因素，提出了适合配电网检修计划优化的数学模型。采用加权系数法，使用VB语言进行程序设计，,编制了相应的应用软件，并已在辽阳县小北河变电所运行。
5 结论
配电网设备检修是电力系统运行中一项十分重要的内容，科学、合理、实用的检修计划有利于提高电力系统运行的可靠性，能够提高企业的现代化管理水平和效益。本文分析了检修计划的制定原则和所要考虑的各种因素，总结了目前已有的配电网检修优化模型及其解算方法，为在供电局所属配电网内实施检修计划优化做了有益的尝试。
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信息来自:输配电设备网
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