電力系統檢修計劃優(yōu)化思考論文
電力系統檢修計劃優(yōu)化思考論文
摘要:隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展,對電力的要求也越來(lái)越高。在電力系統檢修中,檢修費用在電力成本中占據很大的一部分。電力系統規模的不斷擴大,電力設備數目的不斷增長(cháng),人工進(jìn)行檢修的難度也在不斷的增加。經(jīng)常性的檢修會(huì )造成停電,給電力企業(yè)帶來(lái)一定的損失。針對這些問(wèn)題,亟需對電力系統的檢修計劃進(jìn)行優(yōu)化,以提升檢修效率。該文擬先對電力系統檢修的方式方法進(jìn)行歷史性的回顧,然后對現有的電力網(wǎng)絡(luò )模型進(jìn)行詳細的分析,進(jìn)而闡述當前電力系統檢修計劃優(yōu)化的方法,最后對還未能解決的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的陳述。
關(guān)鍵詞:電力系統檢修計劃優(yōu)化方法
當前,隨著(zhù)電力系統的不斷發(fā)展,在進(jìn)行電力檢修的時(shí)候,通常還是使用人工檢修的方法來(lái)進(jìn)行。這種傳統的方法伴隨著(zhù)電力結構日趨復雜,已經(jīng)遠遠不能符合實(shí)際的需要,因此急需對原有的檢修計劃進(jìn)行優(yōu)化。電力系統的檢修計劃對電力系統的正常運行具有十分重要的影響,使用人工方式進(jìn)行檢修,不僅無(wú)法保證電力系統的正常運行,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(jìn)行電力系統檢修計劃優(yōu)化時(shí),要兼顧考慮的因素很多,也比較復雜,建立一個(gè)標準統一的優(yōu)化模型也是比較困難的。該文主要采用目標函數以及約束條件來(lái)建立優(yōu)化模型,并進(jìn)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(jìn)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(shí)的對設備進(jìn)行檢修,能夠保證設備元件的安全以及系統運行的穩定性,最大程度的提升設備的使用率,節省成本。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。對于電力系統來(lái)說(shuō),使用每種檢修方式都存有利弊,現在進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。事后檢修是指在設備出現故障之后,對設備進(jìn)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(wú)法確保電力系統的可靠性,如果情況嚴重會(huì )引發(fā)連鎖反應,并且對停電時(shí)間沒(méi)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。定期檢修是根據設備磨損的規律,按照相關(guān)的時(shí)間對設備定期進(jìn)行維修。只要到了特定的時(shí)間,不論設備是否存在問(wèn)題,都要對設備進(jìn)行維修。它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠最大限度的減少設備故障的發(fā)生,但也有缺點(diǎn),主要是檢修出現過(guò)剩,浪費人力、物力、財力;另外就是存在一定盲目性,不能根據設備本身的具體情況來(lái)進(jìn)行檢修,如果出現失誤,就會(huì )給設備的壽命帶來(lái)影響。定期更換是指到了規定的時(shí)間就要對設備進(jìn)行更換。狀態(tài)檢修是指以設備運行的狀態(tài)為基礎,進(jìn)而預測設備是否會(huì )出現故障的一種檢修方法。通過(guò)日常對設備的檢查,將檢查的數據與標準參數作對比,然后對設備運行的未來(lái)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量的檢測設備,無(wú)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(jìn)行了綜合,它不但考慮的電力設備運行的狀態(tài),同時(shí)還考慮了其在電力系統中的重要性。在我國,電力企業(yè)傳統的檢修方法是采用事后檢修以及預防性檢修。現在狀態(tài)檢修已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的趨勢。對于未來(lái)電力系統的發(fā)展,還需要做進(jìn)一步的觀(guān)察,根據實(shí)際情況,對電力系統的檢修方式進(jìn)行優(yōu)化。
2檢修計劃優(yōu)化模型的建立
2.1目標函數
在電力系統檢修計劃中,目標函數可以分為單目標函數和多目標函數兩類(lèi)。其中,單目標函數包括經(jīng)濟性目標、實(shí)用性目標以及可靠性目標。傳統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(zhù)電力系統規模的不斷發(fā)展,檢修的問(wèn)題日益復雜化,針對這種情況,多目標函數被逐漸的引入到檢修計劃中來(lái)。
(1)經(jīng)濟性目標函數,
在這類(lèi)函數中,通常包含著(zhù)生產(chǎn)費用和設備檢修費用。設備檢修費用包括在長(cháng)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的額外費用。生產(chǎn)費用指的是由于停電而導致出現損失的電費。通過(guò)對相關(guān)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。還有一些文獻中的案例對電力市場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行了充分的考慮,把由于檢修導致線(xiàn)路潮流變化而出現的無(wú)功缺額而增加的購買(mǎi)無(wú)功的費用也算到經(jīng)濟性目標函數里面。
(2)可靠性目標函數,
可靠性目標函數又可以分成隨機與確定兩個(gè)類(lèi)別。確定的目標中,如果一個(gè)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。使用確定性目標函數的時(shí)候,通常會(huì )認為設備運行狀態(tài)會(huì )一直很好,但實(shí)際上運行后各個(gè)階段是有一定的差異的。隨機性目標函數對由于故障而導致的停機以及設備可利用率的不穩定性進(jìn)行了充分的考慮,這樣就使得目標函數與實(shí)際更加符合。通過(guò)分析相關(guān)的文獻,一些文獻中的實(shí)例對機組檢修時(shí)所占用的一部分備用容量進(jìn)行了考量,因此,將剩下的凈備用容量的最大化來(lái)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(hù)數和停電持續的時(shí)間相乘得出的積作為目標函數。
2.2多目標優(yōu)化函數
對檢修計劃進(jìn)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(gè)函數進(jìn)行相加,之后再將其轉化為單目標函數,這種算法會(huì )將一些函數所具有的功能抹殺掉。除此之外,使用單目標函數對于最后的優(yōu)化結果分析也是不利的,所以為了能夠有效的對檢修計劃進(jìn)行優(yōu)化,應該將多目標理論應用到檢修計劃優(yōu)化中來(lái)。通過(guò)分析相關(guān)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(xiàn)性加權來(lái)對多個(gè)目標函數進(jìn)行轉化,使其成為單個(gè)目標,把停電帶來(lái)的損失負荷以及檢修的工作量的加權作為目標函數,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(wèn)題進(jìn)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(lái)進(jìn)行。
2.3約束條件
為了能夠確保檢修計劃切實(shí)可行,必須設定相應的約束條件。約束條件主要包括技術(shù)約束、資源約束以及系統運行約束三類(lèi)種。
（1)技術(shù)約束條件
,所謂技術(shù)約束是指在進(jìn)行檢修的時(shí)候,必須要遵守相關(guān)的技術(shù)規范,按照上級部門(mén)的要求進(jìn)行工作。技術(shù)約束包括檢修時(shí)段的約束、持續時(shí)間的上下限、連續性的要求、檢修順序、同時(shí)檢修以及不可變更的檢修等幾個(gè)方面,每個(gè)方面都有各自具體的要求,需要按照規章制度嚴格遵守。
（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(chē)輛等資源。按照不同的要求可以將資源約束分為以下幾個(gè)方面:其一,多組可用檢修人員,分類(lèi)標準是依據專(zhuān)業(yè)以及地理位置來(lái)劃分;其二,同時(shí)檢修容量約束,分類(lèi)標準是檢修設備以及備品備件等。
(3)系統運行條件約束
,所謂系統運行條件約束,指的是在對設備進(jìn)行檢修的期間,除了要確保電力用戶(hù)用電的可靠性,同時(shí)還要確保電力運行的安全穩定。一般情況下,為了確保電力系統運行的穩定性,必須要考慮支路潮流、網(wǎng)絡(luò )連通性、系統運行的網(wǎng)絡(luò )輻射性等方面。在進(jìn)行電力檢修計劃優(yōu)化模型建立的時(shí)候,對于上面提到的約束條件,應該根據實(shí)際情況進(jìn)行考慮,無(wú)需將所有的約束條件都考慮進(jìn)去。通過(guò)查找相關(guān)文獻,一些文獻的論述中對基本的檢修資源、時(shí)間以及潮流約束進(jìn)行了考慮,同時(shí)運用缺供電約束來(lái)對可靠性進(jìn)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(mǎn)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(shí)間段以及與系統安全運行有關(guān)的約束等;對于人力和資源的要求靈活性比較大,可以根據實(shí)際情況來(lái)考慮。
3檢修優(yōu)化算法分析
電力系統檢修計劃模型建立之后,就需要運用算法對模型進(jìn)行求解。大體上,可以將求解的方法分成傳統的數學(xué)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(jìn)行詳細的分析。
3.1傳統數學(xué)算法
(1)0—1整數規劃算法,
在整數規劃中,這種形式是比較特殊的,變量的取值只有兩個(gè),0或者1。求取0—1整數規劃最直接的方式是采用枚舉法進(jìn)行。具體做法是對每個(gè)變量進(jìn)行觀(guān)察,對每個(gè)組合的函數值進(jìn)行比較,進(jìn)而求取結果;這種方法的好處是能夠確保整個(gè)過(guò)程的最優(yōu)性,但當變量數目很大時(shí),求解就比較費勁。(2)線(xiàn)性規劃法,這種理論發(fā)展的歷史比較長(cháng),成熟的比較早。它主要是對在一組線(xiàn)性約束條件下,來(lái)對線(xiàn)性目標函數的最大或者最小進(jìn)行優(yōu)化。它計算簡(jiǎn)答方便。如果使用線(xiàn)性代數來(lái)對檢修計劃優(yōu)化進(jìn)行求解的話(huà),還需要簡(jiǎn)化優(yōu)化模型,這樣一來(lái),最終的結果可能與實(shí)際預期是不同的。所以,一般情況下,可以把線(xiàn)性規劃與啟發(fā)式算法結合在一塊,來(lái)對電力檢修計劃優(yōu)化進(jìn)行求解。通過(guò)對相關(guān)文獻的分析,一些文獻將線(xiàn)性規劃和模糊推理相結合,通過(guò)兩步就可以將檢修計劃優(yōu)化進(jìn)行求解。
3.2啟發(fā)式算法
所謂的啟發(fā)式算法就是根據所要求解問(wèn)題的基本特性,找尋能夠解決問(wèn)題的最佳途徑,其目的是在能夠可以接受的范圍內尋求最佳的解決方案。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于計算方法簡(jiǎn)單、速度較快,很容易實(shí)現。但同時(shí)也存在不少缺陷,比如,所求解答不能保證是最優(yōu)的結果;如果設計者的技術(shù)和經(jīng)驗水平較低,那么求解就會(huì )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(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人類(lèi)在自然規律的啟發(fā)下,研制出了人工智能算法。電力系統的復雜性在逐漸的增大,在對其進(jìn)行檢修的時(shí)候,困難也在逐漸的增加。傳統的算法在對檢修計劃優(yōu)化進(jìn)行求解時(shí),遇到的挑戰越來(lái)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(lǐng)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(jìn)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(guò)程加以模擬,進(jìn)而尋找最優(yōu)的求解方式的方法。在使用這種算法進(jìn)行求解的時(shí)候,能夠接受一定概率的劣解,能夠站在全局的角度來(lái)進(jìn)行求解,而不是只關(guān)注局部的最優(yōu)。它對于初始值的依賴(lài)程度比較低,并且很容易能夠實(shí)現,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(diǎn),主要是運算的速度比較緩慢。通過(guò)分析相關(guān)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(lái)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(jìn)化的啟迪之后研究出的智能算法之一,由于這種算法能夠實(shí)現高效的全局搜索,在許多工程領(lǐng)域已經(jīng)普遍應用了。它的基本原理是將遺傳空間的串結構數據當做解數據,隨機的產(chǎn)生初始群體,同時(shí)對每一個(gè)個(gè)體的適應度進(jìn)行計算,之后進(jìn)行選擇,最后得到適應度最大的個(gè)體,這就是所要優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解答。通過(guò)分析相關(guān)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(jìn)方式,進(jìn)而來(lái)提升優(yōu)化的效率,同時(shí)運用改進(jìn)之后的遺傳算法來(lái)對電力設備的檢修進(jìn)行優(yōu)化。
(4)智能混合算法
分析隨著(zhù)電力系統的規模不斷擴大,其復雜性也在日益的增加,如果采用單一的算法進(jìn)行最優(yōu)解的求取,還是會(huì )存在一定程度的局限性。因此,把多種智能化算法結合起來(lái),將各自的優(yōu)點(diǎn)融合在一起的混合智能算法越來(lái)越受到人們的歡迎。在電力系統的檢修優(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(gè)個(gè)體局部啟發(fā)式搜索和遺傳算法結合在一塊,創(chuàng )造出了一種文化基因算法,同時(shí)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(wèn)題的求解中,取得了良好的效果。
4結語(yǔ)
綜上所述,隨著(zhù)電力系統規模的不斷擴大,電力系統的檢修難度也在逐漸的加大。傳統的檢修計劃存在一些問(wèn)題,急需對其進(jìn)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,從目標函數以及約束目標兩方面對其進(jìn)行了分析,最后對優(yōu)化問(wèn)題的求解方法進(jìn)行詳細的分析,期待本文的研究能夠對電力系統的檢修計劃優(yōu)化在理論上有所啟迪。
參考文獻
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