電力系統(tǒng)檢修計劃優(yōu)化研究

韓金洋

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(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)模的不斷擴大，電力設備數(shù)目的不斷增長，人工進行檢修的難度也在不斷的增加。經(jīng)常性的檢修會造成停電，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)的檢修計劃進行優(yōu)化，以提升檢修效率。該文擬先對電力系統(tǒng)檢修的方式方法進行歷史性的回顧，然后對現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡模型進行詳細的分析，進而闡述當前電力系統(tǒng)檢修計劃優(yōu)化的方法，最后對還未能解決的問題進行簡要的陳述。

關鍵詞：電力系統(tǒng) 檢修計劃 優(yōu)化方法

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0057-02

當前，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在進行電力檢修的時候，通常還是使用人工檢修的方法來進行。這種傳統(tǒng)的方法伴隨著電力結(jié)構(gòu)日趨復雜，已經(jīng)遠遠不能符合實際的需要，因此急需對原有的檢修計劃進行優(yōu)化。電力系統(tǒng)的檢修計劃對電力系統(tǒng)的正常運行具有十分重要的影響，使用人工方式進行檢修，不僅無法保證電力系統(tǒng)的正常運行，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。在進行電力系統(tǒng)檢修計劃優(yōu)化時，要兼顧考慮的因素很多，也比較復雜，建立一個標準統(tǒng)一的優(yōu)化模型也是比較困難的。該文主要采用目標函數(shù)以及約束條件來建立優(yōu)化模型，并進行深入分析，提出優(yōu)化方法。

1 電力檢修方法的發(fā)展歷史

進行設備檢修的主要目的是為了保證設備維持能夠完成某種工作的能力，合理及時的對設備進行檢修，能夠保證設備元件的安全以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，最大程度的提升設備的使用率，節(jié)省成本。設備檢修的方法主要有：事后檢修、預防性定期維修、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)在進行簡要的分析。

事后檢修是指在設備出現(xiàn)故障之后，對設備進行檢修。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，如果情況嚴重會引發(fā)連鎖反應，并且對停電時間沒有明確的估計。

預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)設備磨損的規(guī)律，按照相關的時間對設備定期進行維修。只要到了特定的時間，不論設備是否存在問題，都要對設備進行維修。它的優(yōu)點在于能夠最大限度的減少設備故障的發(fā)生，但也有缺點，主要是檢修出現(xiàn)過剩，浪費人力、物力、財力；另外就是存在一定盲目性，不能根據(jù)設備本身的具體情況來進行檢修，如果出現(xiàn)失誤，就會給設備的壽命帶來影響。定期更換是指到了規(guī)定的時間就要對設備進行更換。

狀態(tài)檢修是指以設備運行的狀態(tài)為基礎，進而預測設備是否會出現(xiàn)故障的一種檢修方法。通過日常對設備的檢查，將檢查的數(shù)據(jù)與標準參數(shù)作對比，然后對設備運行的未來趨勢作出一定的判斷。這種檢修方法是為經(jīng)濟的，但是由于需要事先安裝一定數(shù)量的檢測設備，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行了綜合，它不但考慮的電力設備運行的狀態(tài)，同時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防性檢修。現(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，還需要做進一步的觀察，根據(jù)實際情況，對電力系統(tǒng)的檢修方式進行優(yōu)化。

2 檢修計劃優(yōu)化模型的建立

2.1 目標函數(shù)

在電力系統(tǒng)檢修計劃中，目標函數(shù)可以分為單目標函數(shù)和多目標函數(shù)兩類。其中，單目標函數(shù)包括經(jīng)濟性目標、實用性目標以及可靠性目標。傳統(tǒng)的檢修計劃通常對經(jīng)濟性目標考慮的較多，目的是為了能夠有效的降低費用，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，檢修的問題日益復雜化，針對這種情況，多目標函數(shù)被逐漸的引入到檢修計劃中來。

（1）經(jīng)濟性目標函數(shù)，在這類函數(shù)中，通常包含著生產(chǎn)費用和設備檢修費用。設備檢修費用包括在長期的運行中，設備由于磨損而產(chǎn)生的費用以及增加人工而出現(xiàn)的額外費用。生產(chǎn)費用指的是由于停電而導致出現(xiàn)損失的電費。

通過對相關文獻的分析，一些案例中使用了經(jīng)濟性指標，將檢修產(chǎn)生的費用與停電產(chǎn)生的費用相加，其和最為最小的目標函數(shù)。還有一些文獻中的案例對電力市場的環(huán)境進行了充分的考慮，把由于檢修導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用也算到經(jīng)濟性目標函數(shù)里面。

（2）可靠性目標函數(shù)，可靠性目標函數(shù)又可以分成隨機與確定兩個類別。確定的目標中，如果一個設備停止運行，那么其它設備還能夠保持最大的電力供應能力，將其作為目標函數(shù)。使用確定性目標函數(shù)的時候，通常會認為設備運行狀態(tài)會一直很好，但實際上運行后各個階段是有一定的差異的。隨機性目標函數(shù)對由于故障而導致的停機以及設備可利用率的不穩(wěn)定性進行了充分的考慮，這樣就使得目標函數(shù)與實際更加符合。

通過分析相關的文獻，一些文獻中的實例對機組檢修時所占用的一部分備用容量進行了考量，因此，將剩下的凈備用容量的最大化來當做目標。還有一些文獻中以提升供電的可靠性作為最終的優(yōu)化目標，并且把每一次停電的戶數(shù)和停電持續(xù)的時間相乘得出的積作為目標函數(shù)。

2.2 多目標優(yōu)化函數(shù)

對檢修計劃進行優(yōu)化的目標是多樣化的，目前許多文獻中所采用的方法是對每個函數(shù)進行相加，之后再將其轉(zhuǎn)化為單目標函數(shù)，這種算法會將一些函數(shù)所具有的功能抹殺掉。除此之外，使用單目標函數(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劃進行優(yōu)化，應該將多目標理論應用到檢修計劃優(yōu)化中來。

通過分析相關的文獻，一些文獻提出了兩種檢修計劃優(yōu)化法：其一，使用線性加權來對多個目標函數(shù)進行轉(zhuǎn)化，使其成為單個目標，把停電帶來的損失負荷以及檢修的工作量的加權作為目標函數(shù)，在此基礎上建立優(yōu)化模型；其二，對檢修的經(jīng)濟性與可靠性之間的平衡問題進行了充分的考慮，為了能夠反映出可靠性以及經(jīng)濟性，使用期望缺供電量以及維修成本來進行。

2.3 約束條件

為了能夠確保檢修計劃切實可行，必須設定相應的約束條件。約束條件主要包括技術約束、資源約束以及系統(tǒng)運行約束三類種。

（1）技術約束條件，所謂技術約束是指在進行檢修的時候，必須要遵守相關的技術規(guī)范，按照上級部門的要求進行工作。技術約束包括檢修時段的約束、持續(xù)時間的上下限、連續(xù)性的要求、檢修順序、同時檢修以及不可變更的檢修等幾個方面，每個方面都有各自具體的要求，需要按照規(guī)章制度嚴格遵守。

（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方面：其一，多組可用檢修人員，分類標準是依據(jù)專業(yè)以及地理位置來劃分；其二，同時檢修容量約束，分類標準是檢修設備以及備品備件等。

（3）系統(tǒng)運行條件約束，所謂系統(tǒng)運行條件約束，指的是在對設備進行檢修的期間，除了要確保電力用戶用電的可靠性，同時還要確保電力運行的安全穩(wěn)定。一般情況下，為了確保電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，必須要考慮支路潮流、網(wǎng)絡連通性、系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡輻射性等方面。

在進行電力檢修計劃優(yōu)化模型建立的時候，對于上面提到的約束條件，應該根據(jù)實際情況進行考慮，無需將所有的約束條件都考慮進去。通過查找相關文獻，一些文獻的論述中對基本的檢修資源、時間以及潮流約束進行了考慮，同時運用缺供電約束來對可靠性進行保證。

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，比如檢修計劃時間段以及與系統(tǒng)安全運行有關的約束等；對于人力和資源的要求靈活性比較大，可以根據(jù)實際情況來考慮。

3 檢修優(yōu)化算法分析

電力系統(tǒng)檢修計劃模型建立之后，就需要運用算法對模型進行求解。大體上，可以將求解的方法分成傳統(tǒng)的數(shù)學優(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行詳細的分析。

3.1 傳統(tǒng)數(shù)學算法

（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，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行。具體做法是對每個變量進行觀察，對每個組合的函數(shù)值進行比較，進而求取結(jié)果；這種方法的好處是能夠確保整個過程的最優(yōu)性，但當變量數(shù)目很大時，求解就比較費勁。

（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，來對線性目標函數(shù)的最大或者最小進行優(yōu)化。它計算簡答方便。如果使用線性代數(shù)來對檢修計劃優(yōu)化進行求解的話，還需要簡化優(yōu)化模型，這樣一來，最終的結(jié)果可能與實際預期是不同的。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，來對電力檢修計劃優(yōu)化進行求解。通過對相關文獻的分析，一些文獻將線性規(guī)劃和模糊推理相結(jié)合，通過兩步就可以將檢修計劃優(yōu)化進行求解。

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)點在于計算方法簡單、速度較快，很容易實現(xiàn)。但同時也存在不少缺陷，比如，所求解答不能保證是最優(yōu)的結(jié)果；如果設計者的技術和經(jīng)驗水平較低，那么求解就會受到一定的限制。

3.3 人工智能算法

（1）智能優(yōu)化算法，隨著科學技術的不斷進步，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)的復雜性在逐漸的增大，在對其進行檢修的時候，困難也在逐漸的增加。傳統(tǒng)的算法在對檢修計劃優(yōu)化進行求解時，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，進而尋找最優(yōu)的求解方式的方法。在使用這種算法進行求解的時候，能夠接受一定概率的劣解，能夠站在全局的角度來進行求解，而不是只關注局部的最優(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。當然也存在一些缺點，主要是運算的速度比較緩慢。通過分析相關的文獻，一些文獻中對于發(fā)電機組的檢修優(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，在許多工程領域已經(jīng)普遍應用了。它的基本原理是將遺傳空間的串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)當做解數(shù)據(jù)，隨機的產(chǎn)生初始群體，同時對每一個個體的適應度進行計算，之后進行選擇，最后得到適應度最大的個體，這就是所要優(yōu)化問題的最優(yōu)解答。通過分析相關的文獻，一些文獻中，對于遺傳算法的復制、變異和交叉，提出了自己的改進方式，進而來提升優(yōu)化的效率，同時運用改進之后的遺傳算法來對電力設備的檢修進行優(yōu)化。

（4）智能混合算法分析隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，其復雜性也在日益的增加，如果采用單一的算法進行最優(yōu)解的求取，還是會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)得到了應用。例如，一些文獻中，將每個個體局部啟發(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，同時將這種新創(chuàng)立的算法應用到對發(fā)電機組檢修計劃優(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)的檢修計劃存在一些問題，急需對其進行優(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劃優(yōu)化模型，從目標函數(shù)以及約束目標兩方面對其進行了分析，最后對優(yōu)化問題的求解方法進行詳細的分析，期待本文的研究能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的檢修計劃優(yōu)化在理論上有所啟迪。

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