輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策技術(shù)評(píng)述

崔曉丹，李威，李碧君，方勇杰，宋曉芳，王正風(fēng)

（1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京　211006；2.中國電力科學(xué)研究院，北京　100192；3.國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽合肥　230022）

輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策技術(shù)評(píng)述

崔曉丹1，2，李威1，李碧君1，方勇杰1，2，宋曉芳1，王正風(fēng)3

（1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211006；2.中國電力科學(xué)研究院，北京100192；3.國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽合肥230022）

電網(wǎng)和技術(shù)的發(fā)展給輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。分析了輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策關(guān)聯(lián)技術(shù)，提出了新形勢(shì)下檢修計(jì)劃決策研究及應(yīng)用技術(shù)面臨的主要問題和挑戰(zhàn)，對(duì)輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、計(jì)劃方式下電網(wǎng)安全校核及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、檢修計(jì)劃協(xié)調(diào)優(yōu)化算法、系統(tǒng)研發(fā)等關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)述，并從輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、檢修計(jì)劃優(yōu)化決策、研發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)方面提出了建議和技術(shù)展望。

輸變電設(shè)備；檢修計(jì)劃；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；優(yōu)化決策

輸變電設(shè)備安全可靠運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。隨著電力系統(tǒng)向多電壓等級(jí)、跨區(qū)大容量互聯(lián)發(fā)展，輸變電設(shè)備檢修造成系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)改變后，系統(tǒng)安全運(yùn)行裕度變小，故障導(dǎo)致的系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)增大，輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃的安排越發(fā)困難。因此，對(duì)檢修計(jì)劃形成符合調(diào)度運(yùn)行客觀實(shí)際的運(yùn)行方式，并進(jìn)行滾動(dòng)的安全穩(wěn)定校核，優(yōu)化檢修計(jì)劃安排，研發(fā)相關(guān)的自動(dòng)化輔助系統(tǒng)，勢(shì)在必行。

電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化問題是一個(gè)以設(shè)備檢修開始時(shí)間為優(yōu)化變量的多目標(biāo)多約束優(yōu)化問題。本文在討論其關(guān)聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上，討論了當(dāng)前輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。從輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策過程中涉及的計(jì)劃方式的自動(dòng)生成技術(shù)、計(jì)劃方式的安全穩(wěn)定校核技術(shù)、運(yùn)行方式的安全穩(wěn)定評(píng)估技術(shù)、檢修計(jì)劃的優(yōu)化決策算法等方面評(píng)述國內(nèi)外的研究進(jìn)展，并對(duì)今后該領(lǐng)域研究和應(yīng)用方面的發(fā)展進(jìn)行了展望，提出了相關(guān)建議。

1　輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

發(fā)達(dá)國家在工業(yè)化的進(jìn)程中，提出了各種設(shè)備管理理論和模式來開展設(shè)備檢修管理工作［1-4］：如前蘇聯(lián)的定期檢修制，英國的設(shè)備綜合工程學(xué)，日本的全員生產(chǎn)檢修，美國的后勤工程學(xué)等。1970年，美國杜邦公司I.D.Quinn首先提出了狀態(tài)檢修的檢修模式。隨著傳感技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、人工智能等在狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷中應(yīng)用，使基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和先進(jìn)診斷技術(shù)的狀態(tài)檢修研究得到發(fā)展，并已廣泛應(yīng)用于美國、法國等發(fā)達(dá)國家電力系統(tǒng)的鍋爐、發(fā)電機(jī)、變壓器等大型電器設(shè)備的檢修實(shí)踐中。目前，我國現(xiàn)行電力設(shè)備的檢修模式逐漸從故障檢修和預(yù)防性計(jì)劃檢修為主向狀態(tài)檢修模式轉(zhuǎn)變。

1.1關(guān)聯(lián)技術(shù)分析

輸變電設(shè)備檢修下系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大改變，因此，除了要根據(jù)設(shè)備本身狀態(tài)的緊急程度考慮檢修時(shí)序外，還應(yīng)計(jì)及檢修給電網(wǎng)運(yùn)行帶來的安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。由此角度，可將輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策方法歸結(jié)為2類：

1）將檢修導(dǎo)致的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、檢修的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估與設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)分開進(jìn)行，其技術(shù)路線示意圖如圖1所示。該方法將檢修計(jì)劃決策過程分為幾個(gè)不同的階段，每個(gè)階段獨(dú)立進(jìn)行，屬于基于經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)式方法。這種方法被電網(wǎng)運(yùn)行部門普遍采用：首先由輸變電設(shè)備管理部門申報(bào)待修設(shè)備的檢修時(shí)段（從設(shè)備自身可靠性和設(shè)備管理的經(jīng)濟(jì)性角度），調(diào)度中心根據(jù)申報(bào)結(jié)果制定檢修計(jì)劃（從系統(tǒng)可靠性和調(diào)度運(yùn)行角度）。

圖1　檢修計(jì)劃決策的技術(shù)路線示意圖Fig.1　Sketch map of the technical route of maintenance plan decision-making

2）將檢修導(dǎo)致的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估與設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)建立在同一數(shù)學(xué)模型中，部分因素作為模型的目標(biāo)函數(shù)，部分作為約束條件，并選擇相關(guān)優(yōu)化決策算法進(jìn)行求解。這里作為目標(biāo)函數(shù)的主導(dǎo)因素和作為約束條件的目標(biāo)函數(shù)一般是可以相互轉(zhuǎn)化的。

1.2面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

隨著電網(wǎng)快速發(fā)展，其規(guī)模越來越大，復(fù)雜性越來越高，檢修計(jì)劃安排時(shí)受到的制約條件也越多越復(fù)雜，給電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行部門帶來新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前的檢修決策方式和相關(guān)技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足電網(wǎng)發(fā)展新形勢(shì)下的諸多要求。電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行部門檢修計(jì)劃決策的模式仍較為粗放，檢修計(jì)劃決策設(shè)計(jì)部門和人員多，工作量大。校核計(jì)算主要依賴人工離線進(jìn)行，缺乏有效的自動(dòng)化輔助軟件和系統(tǒng)。

同時(shí)，技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用為解決上述矛盾提供了機(jī)遇。一方面設(shè)備狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、檢修計(jì)劃優(yōu)化決策算法、電網(wǎng)安全校核技術(shù)等理論和技術(shù)研究得到發(fā)展；另一方面電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、電網(wǎng)智能調(diào)度決策支持、電網(wǎng)設(shè)備管理等自動(dòng)化系統(tǒng)得到研發(fā)和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策水平的精細(xì)化和自動(dòng)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。隨著信息通信、大數(shù)據(jù)、并行計(jì)算、優(yōu)化決策等技術(shù)［5-11］的研究與應(yīng)用，更為電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化決策技術(shù)提供了發(fā)展條件。

2　關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀

2.1輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)是電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、設(shè)備檢修決策的前提，其代表性方法包括：人工智能算法［8-9］、基于Petri網(wǎng)模擬設(shè)備的故障樹［13］、設(shè)備健康指數(shù)概念［14-16］。就設(shè)備健康指數(shù)概念而言，國內(nèi)電網(wǎng)公司也頒布了有關(guān)規(guī)程和評(píng)價(jià)導(dǎo)則［17-18］，對(duì)各類設(shè)備狀態(tài)的影響因素進(jìn)行較詳細(xì)地劃分，并給出相應(yīng)的扣分標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備故障與設(shè)備狀態(tài)、電網(wǎng)運(yùn)行工況及外部環(huán)境等多個(gè)因素相關(guān)。除了電力系統(tǒng)內(nèi)部因素外，有時(shí)外部因素也可能成為輸變電設(shè)備發(fā)生故障的主導(dǎo)因素，如溫度、濕度、自然災(zāi)害等。

目前在設(shè)備故障概率模型及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，主要集中在考慮設(shè)備自身健康狀況信息建立各類設(shè)備故障的概率模型，還沒充分綜合協(xié)調(diào)多類因素對(duì)設(shè)備故障概率影響。有必要研究電網(wǎng)內(nèi)外部因素共同作用引起設(shè)備故障的機(jī)理，提出計(jì)及電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的融合輸變電設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測信息、外部環(huán)境信息、電網(wǎng)實(shí)時(shí)工況信息的輸變電關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別及預(yù)警技術(shù)。

2.2檢修計(jì)劃下的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

電網(wǎng)運(yùn)行可靠性是輸變電設(shè)備狀態(tài)、電網(wǎng)運(yùn)行工況和外部環(huán)境信息等的綜合作用結(jié)果。基于設(shè)備自身狀態(tài)的設(shè)備檢修計(jì)劃安排，同時(shí)要規(guī)避設(shè)備檢修對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不良影響。因此，檢修計(jì)劃下電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是進(jìn)行輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策的重要基礎(chǔ)。而檢修計(jì)劃下運(yùn)行方式是進(jìn)行電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)。本節(jié)從檢修計(jì)劃下運(yùn)行方式自動(dòng)生成技術(shù)及電網(wǎng)安全校核、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分別論述。

2.2.1檢修計(jì)劃下運(yùn)行方式自動(dòng)生成技術(shù)

輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃的系統(tǒng)運(yùn)行方式要考慮同時(shí)段設(shè)備檢修計(jì)劃、發(fā)電計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測等一種或多種計(jì)劃的安排，將這些計(jì)劃數(shù)據(jù)作用到基礎(chǔ)運(yùn)行方式。不同時(shí)間尺度的計(jì)劃方式對(duì)精度的要求也不盡相同，但其方法也有所不同，但總體上是一致的或相通的。該問題可以細(xì)化為3個(gè)方面的內(nèi)涵或步驟：

1）根據(jù)檢修計(jì)劃，以及相應(yīng)的發(fā)電計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測等硬約束在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上生成初始計(jì)劃方式；

2）初始方式基礎(chǔ)上提升初始方式收斂性；

3）考慮其他約束條件，進(jìn)一步提升方式的合理性，生成最終符合電網(wǎng)運(yùn)行合理性的計(jì)劃方式。

當(dāng)然，這3個(gè)步驟可以在1個(gè)或2個(gè)過程中同時(shí)完成。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取一般有2種途徑，一種是根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模型、參數(shù)數(shù)據(jù)庫，將檢修計(jì)劃更新到數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)方式生成規(guī)則，形成電網(wǎng)檢修計(jì)劃下的運(yùn)行方式；另一種是基于已有的全接線的基礎(chǔ)運(yùn)行方式數(shù)據(jù)文件，通過簡單修改計(jì)及檢修計(jì)劃生成檢修計(jì)劃下的運(yùn)行方式數(shù)據(jù)。一般情況下，第一種方式需要進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建模，建立方式生成規(guī)則，然后基于計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)化生成。其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化好，缺點(diǎn)是需要事先具備數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)，否則一次性重建過程相當(dāng)復(fù)雜，且需要定時(shí)進(jìn)行維護(hù)。第二種方式需要根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)或一定的規(guī)則選取最接近的全接線的基礎(chǔ)運(yùn)行方式，優(yōu)點(diǎn)是操作方便，實(shí)現(xiàn)簡單。

總體上，目前檢修計(jì)劃下運(yùn)行方式生成方法包括基于類似靈敏度指標(biāo)調(diào)整的啟發(fā)式算法和基于數(shù)學(xué)模型求解的優(yōu)化算法兩類，而考慮的目標(biāo)或/和約束有所側(cè)重。文獻(xiàn)［19］將復(fù)雜的日計(jì)劃優(yōu)化問題劃分為兩步：首先將電網(wǎng)潮流調(diào)整為相應(yīng)的日計(jì)劃負(fù)荷水平，然后對(duì)自流線路的輸電計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。文獻(xiàn)［20］將電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、計(jì)劃數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)整合，通過調(diào)整有功平衡、無功平衡得到收斂且滿足運(yùn)行約束的潮流。文獻(xiàn)［21］基于多數(shù)據(jù)源進(jìn)行參數(shù)擬合，初步形成日前預(yù)報(bào)潮流計(jì)算模型，并通過自動(dòng)潮流調(diào)整實(shí)現(xiàn)潮流收斂，形成日前預(yù)報(bào)潮流。文獻(xiàn)［22］根據(jù)發(fā)電機(jī)組計(jì)劃、檢修計(jì)劃、母線負(fù)荷預(yù)測和聯(lián)絡(luò)線交換計(jì)劃，按照潮流計(jì)算中有功、無功弱耦合的特點(diǎn)，將問題分解為有功子問題和無功子問題分別求解。2個(gè)子問題都構(gòu)建為滿足約束的最優(yōu)化模型，并采用內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解。文獻(xiàn)［23］采用時(shí)序優(yōu)化方式解決月度機(jī)組組合問題，針對(duì)電力市場和節(jié)能調(diào)度模式，建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。利用拉格朗日松弛算法進(jìn)行月度720時(shí)段機(jī)組組合優(yōu)化。文獻(xiàn)［24］開發(fā)了一套日發(fā)電計(jì)劃安全校核及最優(yōu)調(diào)整系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，利用降階基方程線性規(guī)劃法實(shí)現(xiàn)發(fā)電計(jì)劃的最優(yōu)調(diào)整。

然而，目前的方法在生成計(jì)劃方式時(shí)，只考慮了基礎(chǔ)潮流和靜態(tài)安全約束，基本未考慮暫態(tài)穩(wěn)定約束。實(shí)際上對(duì)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行部門而言，一個(gè)合理的計(jì)劃方式應(yīng)該能滿足一般單一故障下（部分特殊情況除外）的暫態(tài)穩(wěn)定性。另外，目前雖然利用了歷史信息［20］，但對(duì)于歷史信息的利用還不充分，例如與檢修計(jì)劃同期的負(fù)荷預(yù)測下的電力電量的分配，可以根據(jù)同一電網(wǎng)下不同時(shí)間尺度的負(fù)荷曲線變化規(guī)律進(jìn)行合理分配，從而生成計(jì)劃方式數(shù)據(jù)。已有的技術(shù)對(duì)于輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃、機(jī)組停運(yùn)計(jì)劃、系統(tǒng)備用約束、系統(tǒng)實(shí)際網(wǎng)損等影響，均只考慮其中部分因素，綜合協(xié)調(diào)考慮不足，導(dǎo)致了成果的實(shí)用性欠缺。另外，對(duì)于計(jì)劃方式生成過程中潮流不收斂的情況研究成果較多，不再詳述。

2.2.2檢修計(jì)劃下的電網(wǎng)安全校核及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1）檢修計(jì)劃下的電網(wǎng)安全校核技術(shù)。檢修計(jì)劃的校核技術(shù)主要是通過負(fù)荷建模、潮流建模、數(shù)據(jù)復(fù)用以及并行技術(shù)等對(duì)檢修計(jì)劃進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化和校核，以證明檢修計(jì)劃的合理性與實(shí)用性，從而降低運(yùn)行調(diào)度人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。文獻(xiàn)［23］利用非線性內(nèi)點(diǎn)最優(yōu)潮流算法進(jìn)行電網(wǎng)安全校核。文獻(xiàn)［24］建立了考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)移的檢修計(jì)劃安全校核優(yōu)化模型。文獻(xiàn)［25］研究了大電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃靜態(tài)安全校核中的并行計(jì)算技術(shù)和基于預(yù)測—校正的網(wǎng)損估計(jì)技術(shù)，以提高準(zhǔn)確性和計(jì)算速度。文獻(xiàn)［26］提出了基于直流潮流篩選的快速掃描技術(shù)，面向多時(shí)段斷面的多進(jìn)程并行計(jì)算技術(shù)，基于拓?fù)涮卣麝P(guān)聯(lián)性分析的數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)和面向單時(shí)段斷面的多線程并行計(jì)算技術(shù)等4種快速計(jì)算技術(shù)。

2）檢修計(jì)劃下的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。文獻(xiàn)［27］最早提出了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的正式定義。有關(guān)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的研究主要圍繞風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、擾動(dòng)概率建模和風(fēng)險(xiǎn)分析方法等方面［28］。文獻(xiàn)［29］指出采用使系統(tǒng)穩(wěn)定的最小控制代價(jià)來反映故障后果，不但可避免估計(jì)停電范圍和停電時(shí)間的困難，也更符合實(shí)際情況。已有較多研究采用最優(yōu)控制措施的費(fèi)用來反映不安全現(xiàn)象的經(jīng)濟(jì)代價(jià)［30-31］。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及其指標(biāo)研究的文獻(xiàn)很多，在此不一一列舉。這些方法和指標(biāo)均可應(yīng)用到輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策中來。其形式可以是進(jìn)行檢修計(jì)劃下風(fēng)險(xiǎn)程度的比較，也可以是應(yīng)用到優(yōu)化決策數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)或約束條件中去。

2.3輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策模型和算法

2.3.1數(shù)學(xué)模型

輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化本質(zhì)上是一個(gè)多目標(biāo)多約束混合整數(shù)優(yōu)化問題，不確定因素多，非線性強(qiáng)。優(yōu)化目標(biāo)主要有可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性及其三者的組合。

可靠性目標(biāo)主要有停電損失負(fù)荷［32-33］、系統(tǒng)可靠性指標(biāo)最大［34-37］、電量不足期望值最?。?8］、供電不足風(fēng)險(xiǎn)增加量最小、風(fēng)險(xiǎn)度增加量最小［34］，等等。文獻(xiàn)［39］在設(shè)備間關(guān)聯(lián)概念［40］基礎(chǔ)上將設(shè)備檢修的概念拓展到電網(wǎng)，提出了電網(wǎng)狀態(tài)檢修的概念，將電網(wǎng)檢修風(fēng)險(xiǎn)和故障風(fēng)險(xiǎn)作為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修與電網(wǎng)運(yùn)行間的協(xié)調(diào)優(yōu)化決策。文獻(xiàn)［41］從提高系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，依據(jù)設(shè)備間功能關(guān)聯(lián)，給出了給定系統(tǒng)關(guān)聯(lián)集的概念、分解方法及其狀態(tài)概率計(jì)算方法，建立了基于風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)狀態(tài)檢修模型。

經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)包括檢修費(fèi)用、停電損失、故障下再調(diào)度費(fèi)用及其組合，等等。文獻(xiàn)［42］以設(shè)備檢修期間其他設(shè)備發(fā)生故障后發(fā)電機(jī)組有功再調(diào)度的費(fèi)用增量作為風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。文獻(xiàn)［43］基于可信性理論建立了輸電線路短期檢修計(jì)劃的混合整數(shù)隨機(jī)模糊雙重不確定性優(yōu)化模型，其目標(biāo)函數(shù)是檢修費(fèi)用與停電損失費(fèi)用之和的隨機(jī)模糊期望值最小。文獻(xiàn)［44］建立了協(xié)調(diào)市場各方利益的發(fā)輸電一體化檢修計(jì)劃優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，綜合考慮電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)性和電力市場公平性。目標(biāo)函數(shù)是發(fā)電機(jī)組等備用率、等單位電量收益損失以及輸電系統(tǒng)可用輸電能力、輸電設(shè)備檢修費(fèi)用的加權(quán)疊加值。

實(shí)用性目標(biāo)含義主要有設(shè)備應(yīng)盡可能做到“到期檢修”，盡量減少檢修停電電量，檢修工作量分布均勻等。文獻(xiàn)［45-46］的目標(biāo)函數(shù)為設(shè)備檢修時(shí)間偏離檢修周期的時(shí)間最少。文獻(xiàn)［47］提出以檢修停電電量最小為目標(biāo)，根據(jù)待檢修線路段的重要性合理安排檢修計(jì)劃。文獻(xiàn)［48-49］以偏離到期應(yīng)檢修時(shí)間最少為目標(biāo)。

檢修優(yōu)化模型中包含大量約束條件，目前國內(nèi)外已有的數(shù)學(xué)模型所遵循的約束條件基本相同，包括檢修允許時(shí)間范圍約束、同時(shí)檢修約束、順序檢修約束、互斥檢修約束、檢修資源約束，以及安全約束、線路有功容量限制等。按約束性質(zhì)的不同可分為檢修技術(shù)約束、檢修資源約束和系統(tǒng)運(yùn)行約束3種類型［50］。

2.3.2求解算法

在檢修計(jì)劃優(yōu)化決策算法方面，主要包括數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、智能算法及啟發(fā)式算法3類。數(shù)學(xué)規(guī)劃方法包括Bender分解法、整數(shù)規(guī)劃、線性規(guī)劃等。

文獻(xiàn)［32］用枚舉法求解檢修優(yōu)化問題，文獻(xiàn)［51-52］在Benders分解法基礎(chǔ)上，用分支定界法求解整數(shù)規(guī)劃主問題、用傳輸模型求解運(yùn)行子問題。文獻(xiàn)［43，53］采用隱枚舉法求解主問題。文獻(xiàn)［37，42］將檢修優(yōu)化問題的整數(shù)性進(jìn)行松弛，采用松弛線性規(guī)劃法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法相結(jié)合對(duì)其求解，但動(dòng)態(tài)規(guī)劃可能有“維數(shù)災(zāi)”問題。

智能算法主要有禁忌搜索算法、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法、免疫算法等。文獻(xiàn)［34，37］在遺傳算法流程中加入了用模擬退火算子，充分發(fā)揮了遺傳算法的快速全局搜索性能和模擬退火算法的局部搜索能力。文獻(xiàn)［44］采用了基于遺傳算法和粒子群優(yōu)化算法的協(xié)同進(jìn)化算法。文獻(xiàn)［54］提出一種應(yīng)用于發(fā)輸電檢修計(jì)劃的模糊進(jìn)化算法，并介紹一種基于進(jìn)化規(guī)劃和爬山搜索的檢修計(jì)劃尋優(yōu)方法。文獻(xiàn)［55］提出一種基于小生境的改進(jìn)多目標(biāo)粒子群算法。

文獻(xiàn)［56］基于等風(fēng)險(xiǎn)度制定檢修策略，通過迭代，做到影響電量最大的設(shè)備安排在系統(tǒng)可靠性最高的時(shí)段。文獻(xiàn)［57］以系統(tǒng)停電損失和檢修成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)，基于系統(tǒng)總成本對(duì)計(jì)劃檢修率的靈敏度，采用啟發(fā)式迭代方式對(duì)系統(tǒng)各電力設(shè)備的計(jì)劃檢修率進(jìn)行優(yōu)化。

綜上，當(dāng)前研究確定最佳檢修方案時(shí)要么對(duì)設(shè)備狀態(tài)、外部環(huán)境、系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)、工程實(shí)施等多種因素考慮不足，要么求解算法過于復(fù)雜，從而工程應(yīng)用性不強(qiáng)，亟需尋找既綜合考慮多種因素影響，又具有工程應(yīng)用前景的實(shí)用算法。這里建議對(duì)于不同時(shí)間尺度的輸變電檢修規(guī)劃問題，突出其特點(diǎn)，在滿足工程合理性的基礎(chǔ)上盡量考慮其主導(dǎo)因素。

2.4系統(tǒng)研發(fā)方面的現(xiàn)狀

國內(nèi)大多電力部門已應(yīng)用了電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)［58-60］支撐輸變電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)決策：基于現(xiàn)有生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，采用狀態(tài)檢修管理思路，構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)中心，運(yùn)用專家系統(tǒng)等算法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)與檢修決策建議，有效地將電網(wǎng)地理信息、設(shè)備接線圖信息、運(yùn)行維護(hù)信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測信息等數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的應(yīng)用集成和跨部門、跨地域的數(shù)據(jù)共享。電力部門依靠類似系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測管理功能，然而系統(tǒng)可靠性和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性還難以保障，且還未見到或有效實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果的延伸應(yīng)用。例如，綜合不同業(yè)務(wù)對(duì)于設(shè)備管理需求，結(jié)合設(shè)備自身和檢修計(jì)劃下電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將檢修計(jì)劃優(yōu)化算法應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際，研發(fā)并應(yīng)用有關(guān)的輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策支持系統(tǒng)。

3　建議及展望

3.1基于大數(shù)據(jù)技術(shù)開展設(shè)備狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

具有數(shù)據(jù)挖掘、快速計(jì)算、信息通信等特征的大數(shù)據(jù)技術(shù)為輸變電設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了技術(shù)支撐。應(yīng)進(jìn)一步完善當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)評(píng)估的影響因素研究，基于設(shè)備外部環(huán)境、自身運(yùn)行工況、歷史狀態(tài)等多源信息開展導(dǎo)致輸變電設(shè)備故障的途徑研究，建立融合多源信息的輸變電設(shè)備綜合故障概率評(píng)估模型，提出輸變電關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別指標(biāo)和評(píng)估體系，完善當(dāng)前相關(guān)輸變電設(shè)備評(píng)價(jià)導(dǎo)則和規(guī)范，為輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃決策提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

3.2計(jì)及多目標(biāo)多約束的發(fā)輸電協(xié)調(diào)檢修計(jì)劃安排

輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃安排時(shí)要協(xié)調(diào)考慮發(fā)、輸電檢修需求；檢修計(jì)劃優(yōu)化決策中需同時(shí)考慮設(shè)備狀態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)和電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)、檢修的經(jīng)濟(jì)性、便利性等多個(gè)目標(biāo)；用于檢修計(jì)劃安全校核的運(yùn)行方式（包括機(jī)組組合、負(fù)荷分配等）既要符合理論上的合理性，又要盡量符合電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行實(shí)際操作習(xí)慣，盡量準(zhǔn)確地預(yù)測檢修周期內(nèi)的電力電量，特別是大規(guī)模間隙式電源的接入還給系統(tǒng)帶入了電源側(cè)的不確定性。在運(yùn)行方式安排應(yīng)綜合考慮主輔設(shè)備陪停、系統(tǒng)備用等硬性約束。另外，檢修計(jì)劃的安全校核或優(yōu)化決策算法應(yīng)計(jì)及單一故障下的系統(tǒng)暫態(tài)和動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定性要求。

3.3研發(fā)輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策軟件和系統(tǒng)

整合現(xiàn)有相關(guān)自動(dòng)化資源，研發(fā)輸變電設(shè)備檢修優(yōu)化決策軟件或系統(tǒng)。例如，引入已有的設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)（CMS）的設(shè)備狀態(tài)檢測和評(píng)價(jià)信息，引入智能調(diào)度決策支持系統(tǒng)（D5000）的電網(wǎng)實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行工況信息、調(diào)度管理信息系統(tǒng)（DMIS）設(shè)備管理相關(guān)應(yīng)用功能的信息，進(jìn)一步整合完善，設(shè)計(jì)輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策算法，開發(fā)輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策軟件和系統(tǒng)，提出輸變電設(shè)備計(jì)劃輔助決策或既定計(jì)劃下的應(yīng)急處置預(yù)案，并通過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段充分考核項(xiàng)目成果的適用性、有效性和可靠性。

4　結(jié)語

電網(wǎng)和科技發(fā)展給輸變電設(shè)備檢修決策技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，與此同時(shí)，相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展為輸變電設(shè)備檢修決策技術(shù)的提升帶來了新的基礎(chǔ)和新的機(jī)遇。在分析輸變電設(shè)備檢修決策的關(guān)聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上，評(píng)述了涉及的關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。建議利用新技術(shù)進(jìn)一步深化輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究和檢修優(yōu)化決策研究，研發(fā)輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化決策系統(tǒng)，從而提升輸變電設(shè)備運(yùn)維管理的精細(xì)化和自動(dòng)化水平。

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（編輯馮露）

Review on Transmission Equipment Maintenance Planning Decision-Making

CUI Xiaodan1，2，LI Wei1，LI Bijun1，F(xiàn)ANG Yongjie1，2，SONG Xiaofang1，WANG Zhengfeng3
（1.NARI Technology Co.，Ltd.，Nanjing 211106，Jiangsu，China；2.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；3.State Grid Anhui Electric Power Company，Hefei 230022，Anhui，China）

The development of power grid and technology has brought new opportunities and challenges to decisionmaking of power transmission equipment maintenance planning.In this paper the related technologies of power transmission equipment maintenance planning decision-making are analyzed，and the main problems and challenges under the new situation are proposed.The main related technologies，such as power transmission equipment risk assessment，power grid security checking and risk assessment of maintenance planning，the optimization algorithm of maintenance planning，system development，are reviewed.The prospect and some technical suggestions are proposed accordingly.

transmission equipment；maintenance planning；risk assessment；optimized decision

1674-3814（2015）12-0018-09

TM755

A

2015-04-28。

崔曉丹（1981—），男，博士研究生，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)分析規(guī)劃、安全穩(wěn)定控制方面的工作；

李威（1976—），男，博士，研究員級(jí)高工，從事電力系統(tǒng)分析規(guī)劃、安全穩(wěn)定控制方面的工作；

李碧君（1966—），男，博士，研究員級(jí)高工，從事電力系統(tǒng)分析規(guī)劃、安全穩(wěn)定控制方面的工作。

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“計(jì)及電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與運(yùn)維管理決策技術(shù)研究與應(yīng)用”。

Project Supported by State Grid Corporation of China：Research and Application on Risk Assessment and Operations Management Decision-Making Technology of Power Transmission and Transformation Equipment with Security and Stability Constrain of Power Grid Considered.