發(fā)輸電設(shè)備檢修優(yōu)化決策系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

王正風(fēng)， 袁　輝

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230022)

0　引言

發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃是電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行的重要組成部分，其可行性和合理性將直接影響發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司生產(chǎn)運營的安全性與經(jīng)濟性。目前國內(nèi)電網(wǎng)公司的通常做法是每月定期召開月度分析會，針對年度及月度申報的發(fā)輸變電檢修計劃進行離線穩(wěn)定計算分析，最后排定年度及月度發(fā)輸變電檢修計劃，這種離線的分析不僅工作量大，而且費時。近年來，隨著智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的建設(shè)[1-3]，電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定評估已逐步實用化，實現(xiàn)了實時和次日電網(wǎng)運行方式數(shù)據(jù)的自動生成[4-6]，實現(xiàn)了電網(wǎng)運行方式實時和次日穩(wěn)定計算評估與安全校核，為電力安全穩(wěn)定評估和輔助決策提供了高效的量化分析與決策支持功能[7-13]。但針對年度及月度發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃的安全性與經(jīng)濟性仍缺乏實用化的優(yōu)化方法，難以為電網(wǎng)中長期發(fā)輸變電檢修計劃優(yōu)化安排提供決策支持。

因此文中基于智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)(D5000)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及功能，設(shè)計開發(fā)中長期發(fā)輸變電檢修優(yōu)化決策系統(tǒng)，實現(xiàn)對年/月度發(fā)輸變電檢修的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

1　系統(tǒng)總體架構(gòu)

發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃決策支持系統(tǒng)以智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)(D5000)為支撐平臺，針對預(yù)先指定的檢修計劃和發(fā)電計劃，從電網(wǎng)歷史運行數(shù)據(jù)中提取負荷信息，結(jié)合電網(wǎng)模型，生成檢修計劃方式數(shù)據(jù)；根據(jù)預(yù)先設(shè)置的安全穩(wěn)定考核故障限值，進行安全穩(wěn)定評估、檢修計劃優(yōu)化調(diào)整決策和供電能力評估；評估發(fā)電權(quán)交易對電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行以及極限發(fā)電權(quán)交易量的影響。

發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃決策支持系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃決策支持系統(tǒng)在智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)(D5000)上實現(xiàn)，軟件包括基礎(chǔ)功能軟件和應(yīng)用功能軟件兩部分?；A(chǔ)功能軟件包括數(shù)據(jù)庫管理、圖形管理、人機交互管理、網(wǎng)絡(luò)通信管理、數(shù)據(jù)通信與整合、分布式并行計算平臺等。應(yīng)用功能軟件包括檢修計劃方式數(shù)據(jù)生成、電網(wǎng)安全穩(wěn)定評估、檢修計劃方案優(yōu)化、檢修計劃調(diào)整決策、電網(wǎng)供電能力評估以及發(fā)電權(quán)交易評估等。

圖1　發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃決策支持系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1　Frame of maintenance plan optimization decision system

發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃決策支持系統(tǒng)屬于調(diào)度計劃安全校核類，部署在安全Ⅱ區(qū)。除從安全Ⅰ區(qū)能源管理系統(tǒng)(energy m￣a￣n￣a￣g￣e￣ment system, EMS)獲取設(shè)備參數(shù)、電網(wǎng)模型、當(dāng)月負荷數(shù)據(jù)、動態(tài)參數(shù)，還從安全Ⅲ區(qū)電網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)(outage m￣a￣n￣a￣g￣e￣ment system,OMS)獲取檢修計劃數(shù)據(jù)、新投運設(shè)備以及發(fā)電計劃數(shù)據(jù)，通過多源數(shù)據(jù)整合，自動生成安全穩(wěn)定分析計算數(shù)據(jù)，實現(xiàn)檢修運行方式校核和檢修計劃方案優(yōu)化。檢修計劃優(yōu)化決策各模塊邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2　發(fā)輸電檢修計劃決策支持系統(tǒng)各模塊邏輯關(guān)系Fig.2　Logical relation of functional module for maintenance plan optimization decision system

2　基于多源信息的檢修計劃方式自動生成

發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃決策支持系統(tǒng)基于電網(wǎng)次年/月的電網(wǎng)負荷預(yù)測、新建設(shè)備投運、發(fā)輸電設(shè)備檢修以及發(fā)電計劃等信息，并結(jié)合D5000系統(tǒng)的公共信息模型(common information model，CIM)，自動生成次年/月電網(wǎng)運行方式數(shù)據(jù)及模型，通常每天自動生成3個邦納維爾電力管理局格式(Bonneville power administration, BPA)的計劃潮流、穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)。發(fā)輸變電檢修計劃數(shù)據(jù)自動生成架構(gòu)如圖3所示。

計劃數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換程序?qū)⒋文?月的發(fā)電計劃數(shù)據(jù)、檢修計劃數(shù)據(jù)、聯(lián)絡(luò)線計劃數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部規(guī)范定義的調(diào)度計劃數(shù)據(jù)。

基準(zhǔn)斷面選擇程序從狀態(tài)估計歷史實例 (CASE)或動態(tài)安全分析(dynamic security analysis，DSA)在線系統(tǒng)緩存計算數(shù)據(jù)包中獲取用于月度檢修計劃功率分?jǐn)偤蜔o功電壓調(diào)整的基準(zhǔn)方式數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成設(shè)備列表文件。

計劃數(shù)據(jù)分配程序基于機組次年/月發(fā)電總量計劃，并結(jié)合次年/月負荷預(yù)測和機組檢修計劃，按照一定的負荷率，將電量轉(zhuǎn)化成發(fā)電電力曲線。

計劃數(shù)據(jù)緩存程序打包計劃數(shù)據(jù)處理需要的并行計算文件，并生成org文件。打包文件包括(新增)基準(zhǔn)斷面的列表文件、(新增)檢修計劃數(shù)據(jù)(發(fā)電、負荷、聯(lián)絡(luò)線和檢修計劃)、實時庫文件、配置文件、斷面索引文件、task文件和org文件等。

計劃數(shù)據(jù)處理程序?qū)崿F(xiàn)對計劃數(shù)據(jù)的功率分?jǐn)?、設(shè)備投停狀態(tài)置位的數(shù)據(jù)檢查，包括設(shè)備投停狀態(tài)沖突檢查、系統(tǒng)功率平衡檢查等。

數(shù)據(jù)處理管理程序調(diào)用計劃數(shù)據(jù)處理程序、拓撲分析程序、數(shù)據(jù)接口程序等模塊生成計劃數(shù)據(jù)包。

拓撲分析程序在全接線方式的基礎(chǔ)上，基于檢修計劃生成拓撲島號和拓撲節(jié)點。

圖3　發(fā)輸變電檢修計劃數(shù)據(jù)自動生成架構(gòu)Fig.3　Diagram for automatic generation and transmission maintenance plan date

發(fā)輸變電檢修計劃數(shù)據(jù)自動生成，按周相似日選擇基準(zhǔn)斷面，通常工作日與工作日相對應(yīng)，節(jié)假日與節(jié)假日相對應(yīng)，并修改配置文件。

3　計及電網(wǎng)安全穩(wěn)定的發(fā)輸變電檢修優(yōu)化

計及電網(wǎng)安全穩(wěn)定的發(fā)輸變電檢修優(yōu)化在自動實現(xiàn)電網(wǎng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上，對檢修停電計劃進行優(yōu)化調(diào)整，并對影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定的停電檢修計劃提供輔助優(yōu)化決策信息。在滿足電網(wǎng)安全可靠供電的基礎(chǔ)上，優(yōu)化發(fā)輸變電檢修的協(xié)調(diào)性，降低網(wǎng)損，提高電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。

3.1　靜態(tài)安全穩(wěn)定分析評估

靜態(tài)安全穩(wěn)定分析評估基于計劃檢修方式，對系統(tǒng)中所有元件進行潮流分析，確定在計劃檢修方式下系統(tǒng)是否存在過載或重載設(shè)備(線路、變壓器)以及在預(yù)想故障下所有元件進行靜態(tài)N-1開斷后潮流分析，確定在靜態(tài)N-1故障條件下系統(tǒng)是否存在過載或重線路、變壓器等。

3.2　暫態(tài)安全穩(wěn)定評估

暫態(tài)安全穩(wěn)定評估根據(jù)電網(wǎng)檢修方式、模型和參數(shù)、預(yù)想故障場景進行詳細模型的數(shù)值仿真，根據(jù)擴展的等面積標(biāo)準(zhǔn)理論(extended equaul area criterion,EEAC)對仿真曲線進行數(shù)據(jù)挖掘，提取系統(tǒng)安全穩(wěn)定性以及模式特征，提供暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度及穩(wěn)定模式，確定系統(tǒng)安全穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)。針對安全穩(wěn)定模式，分別給出了暫態(tài)功角穩(wěn)定發(fā)電機分群模式中各臺發(fā)電機的參與因子，依據(jù)這些量化信息可為電網(wǎng)檢修方式調(diào)整、電網(wǎng)供電能力評估和檢修計劃方案優(yōu)化等提供決策支持。

3.3　檢修計劃安全性優(yōu)化調(diào)整

對于不滿足安全穩(wěn)定要求的方式，求取檢修元件對各個不安全檢修計劃方式過載元件及暫態(tài)穩(wěn)定關(guān)鍵斷面的潮流轉(zhuǎn)移比，折算綜合相關(guān)性指標(biāo)，并按給定門檻值篩選過濾，獲得與各個不安全方式相關(guān)的檢修元件集合及綜合相關(guān)性指標(biāo)；再按排序結(jié)果獲得需要進行檢修計劃調(diào)整或取消的檢修元件；在此基礎(chǔ)上獲得進行調(diào)整的檢修元件集合，重新調(diào)整安排年/月度檢修計劃。優(yōu)化調(diào)整原則是盡量接近原檢修計劃，重新生成相應(yīng)的檢修計劃方式數(shù)據(jù)并進行安全穩(wěn)定評估，直至滿足電網(wǎng)靜態(tài)安全要求和暫態(tài)穩(wěn)定要求。

3.4　供電能力評估

根據(jù)檢修計劃優(yōu)化后的年/月度典型運行方式，計算關(guān)鍵供電斷面的輸電極限。關(guān)鍵斷面的極限計算，是對預(yù)想故障下可能出現(xiàn)的暫穩(wěn)、熱穩(wěn)的安全分析計算，在保證安全穩(wěn)定的前提下計算斷面極限傳輸功率。功率極限的計算根據(jù)斷面組成和潮流方向，指定潮流調(diào)整方式增加出力(或減少負荷)的區(qū)域、增加負荷(或減少出力)的區(qū)域和最大功率調(diào)整量。程序計算時根據(jù)計算，得到穩(wěn)定裕度按照類似二分法的原則分檔計算，逐步逼近極限值。

3.5　檢修計劃經(jīng)濟性優(yōu)化調(diào)整

月度檢修計劃方案基于月度計劃運行方式、設(shè)備檢修計劃等信息，綜合考慮設(shè)備元件檢修約束(包括檢修時間、檢修順序等約束)，優(yōu)化發(fā)輸變電檢修日程協(xié)調(diào)安排，降低網(wǎng)損，提高電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。通過逐個求取檢修集合中每個檢修元件在可優(yōu)化的時段內(nèi)系統(tǒng)的總網(wǎng)損，計算各檢修元件的網(wǎng)損最大下降度指標(biāo)，并進行排序；優(yōu)先選擇網(wǎng)損下降度最大的元件安排檢修，檢修的開始日期為元件檢修總網(wǎng)損最小對應(yīng)的開始日期；在此基礎(chǔ)上形成檢修計劃運行方式，動態(tài)更新剩余設(shè)備的網(wǎng)損最大下降度指標(biāo)，且考慮設(shè)備檢修的互斥約束，進入下一輪迭代，直至系統(tǒng)總網(wǎng)損下降小于門檻值為止。

4　算法實現(xiàn)

文中基于暫態(tài)安全穩(wěn)定量化分析方法，利用暫穩(wěn)評估前后斷面間的差異，以安全穩(wěn)定裕度為指標(biāo)進行故障篩選，并采用分時段并行安全穩(wěn)定校核技術(shù)，實現(xiàn)多類調(diào)度計劃安全校核滾動計算，從而提高了計算效率[14-19]。

4.1　檢修計劃方式的生成

在調(diào)度計劃數(shù)據(jù)生成的基礎(chǔ)上，根據(jù)發(fā)輸變電設(shè)備月度檢修計劃信息，經(jīng)拓撲分析生成檢修方式的拓撲信息。流程如圖4所示，具體步驟如下：

(1) 基于正常態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型和月度檢修計劃數(shù)據(jù)將所有檢修設(shè)備停運；

(2) 將停運設(shè)備直接關(guān)聯(lián)的開關(guān)、刀閘斷開；

(3) 根據(jù)開關(guān)、刀閘開合狀態(tài)和設(shè)備投停狀態(tài)分別進行廠站內(nèi)拓撲分析和全網(wǎng)拓撲分析，生成檢修計劃方式數(shù)據(jù)；

(4) 計算潮流，通過潮流計算程序自動投切容抗器使被控母線電壓限制在指定限值范圍。若潮流計算不收斂，則適當(dāng)松弛被控母線電壓上下限，重新計算潮流，若潮流計算收斂，則轉(zhuǎn)第(5)步；

(5) 從潮流計算結(jié)果提取控制母線無功補償容量，轉(zhuǎn)換成容抗器自動投切情況，并映射到模型數(shù)據(jù)容抗器設(shè)備投停狀態(tài)。

(6) 計算潮流，并加載潮流計算結(jié)果，生成單個檢修計劃方式潮流。

圖4　檢修計劃運行方式自動生成流程Fig.4　Flow chart of automatic maintenance plan

4.2　檢修方式調(diào)整流程

檢修方式調(diào)整基于自動生成的檢修方式基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，針對存在暫態(tài)失穩(wěn)問題的設(shè)備檢修計劃優(yōu)先進行輔助決策計算，根據(jù)決策結(jié)果調(diào)整電網(wǎng)檢修計劃，后續(xù)的過載決策計算在前面的計算基礎(chǔ)上進行。暫態(tài)失穩(wěn)的設(shè)備檢修計劃優(yōu)化決策計算完成后，輸出各關(guān)鍵檢修設(shè)備計及暫態(tài)穩(wěn)定約束的可調(diào)整檢修起始時間區(qū)間，后續(xù)的設(shè)備過載決策計算將其作為設(shè)備的檢修約束加以考慮。若設(shè)備過載的關(guān)鍵檢修設(shè)備與暫態(tài)失穩(wěn)的關(guān)鍵檢修設(shè)備相同，則在檢修起始時間區(qū)間內(nèi)進行優(yōu)化調(diào)整。流程如圖5所示，其中M表示并行處理計算的總核數(shù)。

圖5　檢修計劃運行方式優(yōu)化調(diào)整流程Fig.5　Flow chart of maintenance plan optimization

5　應(yīng)用情況

以某省級電網(wǎng)2017年3月4日檢修為例，表1為3月4日11時斷面檢修計劃。

表1　2017年3月4日檢修計劃Tab. 1　March 4,2017 maintenance plan

表2為發(fā)輸變電檢修計劃優(yōu)化決策系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算結(jié)果和輔助決策結(jié)果。2017年3月4日11:00初始檢修計劃，在220 kV濉顯4C13線路檢修時，220 kV濉顯4C14線路過載，過載裕度-7.16%，暫態(tài)分析功角、電壓、頻率裕度均滿足要求。其原因是220 kV濉顯4C13、4C14承擔(dān)著該省某地區(qū)電網(wǎng)供電的主要輸電斷面，220 kV濉顯4C13檢修造成了220 kV濉顯4C14過載。

表2　優(yōu)化控制前后穩(wěn)定分析計算結(jié)果Tab. 2　The comparison before and after optimization

按系統(tǒng)給出的控制輔助決策，取消濉顯4C13線路檢修工作后，熱穩(wěn)定裕度為18.13%，滿足熱穩(wěn)定要求，保證了該地區(qū)的可靠供電。

6　結(jié)語

發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃優(yōu)化決策系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用實現(xiàn)了設(shè)備檢修計劃的安全性與經(jīng)濟性優(yōu)化評估。開發(fā)的發(fā)輸電設(shè)備檢修計劃優(yōu)化決策系統(tǒng)在安徽電力調(diào)度控制中心投運以來運行狀況良好，有效地提升了電網(wǎng)檢修計劃安排的科學(xué)性與合理性，從而提高了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平。

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