基于過程控制理論的變電站運維管控數(shù)學(xué)模型

李詩宇 王聰慧 王丹彤 李中堅 劉洵 王登族

摘 要：隨著社會發(fā)展，我國對變電站的需求也越來越大，對其過程控制也越來越嚴格。本文通過調(diào)查了解變電站運行現(xiàn)狀，對其在理論上基于過程控制的運維管控數(shù)學(xué)模型進行具體分析。確定了運維的具體量化數(shù)據(jù)。將現(xiàn)代數(shù)學(xué)模型與控制理論進行結(jié)合，從而構(gòu)建出一個科學(xué)的運維管控數(shù)學(xué)模型。取得了一定研究成果。

關(guān)鍵詞：過程控制；變電站；數(shù)學(xué)模型

隨著全球電力行業(yè)的快速發(fā)展，變電站自動化、信息化、數(shù)字化、智能化水平逐步提高，對變電站運行維護的要求越來越高。近年來，電網(wǎng)企業(yè)大力推進集約化管理模式，變電站基本形成了無人值班、集中控制、智能化運行的管理模式。如何適應(yīng)高水平的運行和維護要求，新的管理模式對電網(wǎng)的安全高效運行就顯得十分重要。本研究的核心突破是：首先提出變電站運行和維護控制的數(shù)學(xué)模型，取得了顯著的效果。二是運用過程控制理論和方法構(gòu)建科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型。三是利用控制能力指標(biāo)實現(xiàn)變電站運行和維護水平的定量評價，為運行和維護策略調(diào)整提供決策依據(jù)。

1變電站該概況

1.1變電站設(shè)備

變電站是電壓等級轉(zhuǎn)換的設(shè)備，主要由電力設(shè)備和輔助設(shè)備組成。電力設(shè)備是核心，主要包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、電容器、電抗器、電纜、架空線路、接地、避雷裝置等。輔助設(shè)備主要包括安裝現(xiàn)場、建筑、線路通道、消防設(shè)備、防盜設(shè)備、照明設(shè)施、常用工具等。

1.2變電站的運行和維護。

變得年站的運行和維護又稱變電站運維，是電力行業(yè)術(shù)語。其是指變電站的運行和維護，主要工作包括設(shè)備巡檢、倒閘操作、事故和異常處理、設(shè)備、定期輪轉(zhuǎn)、文明生產(chǎn)管理、電力設(shè)備維護和運行管理。

2數(shù)學(xué)模型

2.1數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建要求

變電站的運行工作，其實際工作和基本目標(biāo)的期望值一般會有較大的偏差問題，如果預(yù)期目標(biāo)集不同，所產(chǎn)生問題的數(shù)量和性質(zhì)就會不同。需要根據(jù)國內(nèi)外電力行業(yè)定期組織和編制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，制定各項工作指標(biāo)和指標(biāo)的指標(biāo)。理想情況下，每一份工作，每一個統(tǒng)計周期都需要達到或超過目標(biāo)，但在實際工作中，通常由設(shè)備水平、人員素質(zhì)、環(huán)境和其他因素，達到目標(biāo)，甚至一些工作人員盲目追求目標(biāo)和最優(yōu)值的資源投入造成資源浪費的情況，導(dǎo)致輸入和輸出較低，不能達到預(yù)期的效果?；谶^程控制理論，建立科學(xué)合理的變電站運行控制數(shù)學(xué)模型和評價系統(tǒng)，通過變電站運行維護的大數(shù)據(jù)要求實現(xiàn)運行水平的定量評價，引導(dǎo)人員、貨物合理配置，是解決上述問題的有效途徑。

2.2數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的理論依據(jù)

根據(jù)變電站運行維護水平的定量評價的核心運營數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵是基于統(tǒng)計學(xué)理論，構(gòu)建一個科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，需要具體分析和判斷運維工作數(shù)據(jù)分布，在固有的概率分布的基礎(chǔ)上，對運維工作進行定量評價其質(zhì)量。變電站運行維護工作是過程式工作時序變化的縱向延伸，統(tǒng)計規(guī)律與過程控制理論的有機結(jié)合是運行評價數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵，是本研究的重大突破。

2.3變電站運維管控數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

在變電站運維管控數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建中涉及到過程控制能力指數(shù)，也稱為過程能力指數(shù)，過程能力指數(shù)，是指在一定時期內(nèi)，在國家控制或者穩(wěn)定狀態(tài)的實際能力下，在變電站運行維護過程控制中的應(yīng)用情況[1]。將在每個統(tǒng)計周期內(nèi)完成作業(yè)工作，在分析和計算中采用標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)值和平均數(shù)值，將統(tǒng)計技術(shù)在升華過程管理過程中應(yīng)用于變電站運行水平評估中。其次需要對運維工作進行分類，根據(jù)變電站運行維護工作的性質(zhì)是不同的特點，其價值目標(biāo)可以分別設(shè)置為積極型或者是不限制或限制條件較低，負激勵，沒有下限上限和標(biāo)準(zhǔn)，上限下限無關(guān)使用情況等。其相應(yīng)的過程控制分別使用單邊過程控制能力，分別采用積極和消極控制模式，對雙方進行單方面的過程控制進行分析和評價其具體能力[2]。具體操作為將一個統(tǒng)計周期，如每日、每月、季度等時間段的完整價值和所有統(tǒng)計周期在一定時間段平均每天作業(yè)值之間的差異的平均值的平方和進行算術(shù)得出算數(shù)平方根，得出樣本標(biāo)準(zhǔn)差的工作。正向操作和維護工作可以采用正單側(cè)過程控制能力，在統(tǒng)計周期中最大完工值與平均完成值之間的差被劃分為3倍標(biāo)準(zhǔn)差。負激勵操作和維護采用負單側(cè)過程控制能力。統(tǒng)計期間的平均完工值與最小完工值的差值為3個標(biāo)準(zhǔn)差。類型標(biāo)準(zhǔn)的操作工作使雙邊過程控制能力在兩側(cè)得到應(yīng)用，將統(tǒng)計周期差減去2倍的目標(biāo)和評估，在差值范圍內(nèi)完成一個平均值，需要達到樣本標(biāo)準(zhǔn)差的6倍[3]。之后根據(jù)法律的過程管理和數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計，對變電站操作的工作具體過程控制能力指數(shù)進行分級，分為優(yōu)秀，合理，不足，嚴重不足等，每個等級都需要不同的應(yīng)對和改進策略。

2.4數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用要求

根據(jù)變電站運行維護要求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章制度、職責(zé)等，結(jié)合工作實踐，變電站運行維護內(nèi)容、項目內(nèi)容、各工作量化指標(biāo)、數(shù)據(jù)采集方法、評價范圍，如統(tǒng)計周期形成評價指標(biāo)等。具體制定評價指標(biāo)的內(nèi)容，綜合考慮了運維工作的重要性程度和工作量，建立嚴格評價指標(biāo)權(quán)重，形成了運行和維護工作的評價體系。根據(jù)評價指標(biāo)的統(tǒng)計周期，對各項指標(biāo)進行統(tǒng)計，對各項任務(wù)進行評價和分析，發(fā)現(xiàn)其短板和明顯優(yōu)勢，科學(xué)指導(dǎo)人員、財富和實物分配。

3結(jié)語

本文通過變電站操作控制數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用理論的有機結(jié)合和概率統(tǒng)計過程控制，分析了其科學(xué)應(yīng)用能力指數(shù)，構(gòu)建一個完整的評估過程，構(gòu)建了可操作性強的變電站操作控制模型。實現(xiàn)變電站操作的定量評價工作管理。多年來在變電站運維工作中，本研究主要要是從豐富的變電站運行經(jīng)驗中吸取經(jīng)驗，深入探索成果，在實際應(yīng)用中不止一個變電站的研究成果，取得了良好的效果。該控制模型在大尺度和多行業(yè)的應(yīng)用仍需要更多的實例驗證，下一步將繼續(xù)研究多領(lǐng)域設(shè)備控制的數(shù)學(xué)模型。雖然本文的研究與調(diào)查在力度和深度上不夠全面，但是也取得了一定的研究成果，相信在基于控制理論的變電站運維管控的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建中有一定的參考意義與價值，希望在以后基于過程控制的變電站運維管控的數(shù)學(xué)模型能越來越好。

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