基于综合风险的输变电设备月度检修计划协调方法

摘要

本发明公开了一种基于综合风险的月度输变电设备检修计划协调方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明包括如下步骤：针对检修计划月度的候选检修设备，获取相关信息；基于设备检修对电网运行影响的分析，对候选检修设备进行分组，形成若干项检修任务；从设备资产损失风险和电网运行安全风险两个维度，计算在计划月度内不进行检修的综合风险；对检修任务进行风险预警和紧迫性分类；计算相应的检修导致的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险；协调紧急检修任务的计划时段；协调建议检修任务的计划时段。本发明为实现输变电设备检修收益最大化与检修代价最小化提供技术支撑，从而提高检修计划的科学性和可操作性。

说明书

技术领域

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及基于综合风险的输变电设备月度检修计划协调方法。

背景技术

制定合理的输变电设备检修计划一直是电网运行管理部门十分重视的问题。目前，在工程应用层面，输变电设备检修计划大多是根据设备状态提出初步的检修时间和相应的电网运行计划，通过对计划的检修方式进行安全稳定校核，考虑检修对电网安全稳定运行的影响。输变电设备状态监测技术的发展为及时、准确掌握设备故障概率情况创造了更好的条件，基于设备风险进行检修计划协调逐渐成为可能。在电网运行安全风险方面，有关自然灾害引发设备故障的概率评估和防御自然灾害对电网安全稳定运行的影响，在理论研究和工程应用方面都取得了很多成果。

如果输变电设备检修不及时，将给设备自身和电网运行都会带来风险。通过检修输变电设备，可以减少设备故障概率和电网故障概率，从而降低设备资产损失风险和电网运行安全风险。在检修期间，需要部分设备停运，可能给电网运行方式安排带来不利影响，在一定程度上增加电网运行控制代价。综合考虑输变电设备检修对设备自身和电网安全稳定运行的影响，通过综合评估不检修计划的风险、检修期间增加的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险，确定检修计划，有益于实现输变电设备检修收益最大化与检修代价最小化，从而提升输变电设备检修的综合效益水平。

发明内容

本发明的目的是：从设备自身风险和电网安全稳定运行风险两个维度，通过综合评估不检修计划的风险、检修期间增加的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险，提供一种基于综合风险的输变电设备月度检修计划协调方法，为实现输变电设备检修收益最大化与检修代价最小化提供技术支撑，从而提升输变电设备检修的综合效益水平。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)针对检修计划月度的候选检修设备，获取电网相关设备故障概率和设备资产现值信息，获取电网运行计划工况信息和进行安全稳定分析需要的模型与参数，获取月度交易计划及违约电价信息。

2)根据设备停运对电网拓扑结构和电网运行的影响情况，对候选检修设备进行分组，一组设备可在同一时段停运检修，构成一个检修任务，从而将月度计划内候选检修设备的检修工作，形成若干项检修任务。

所述设备停运对电网拓扑结构和电网运行的影响是指：导致母线、线路、主变和无功补偿装置退出运行，母线相联的线路、主变发生变化，母线之间的联接发生变化。

所述设备分组的原则是：对于一组设备，其中任一和多个设备停运，对电网拓扑结构和电网运行的影响相同。

3)针对各候选检修任务，考虑设备资产损失风险和电网运行安全风险，计算在计划月度内不进行检修的综合风险。

所述第i个检修任务的设备资产损失风险按下式计算：

$>{\mathrm{RE}}_i=\underset{j=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}{\mathrm{RE}}_{i,j}$>

N_i是检修任务i涉及的设备数目，RE_i,j是检修任务i中第j个设备不检修的设备资产损失风险。

所述不安排第i个检修任务的电网运行安全风险按下式计算：

$>{\mathrm{RP}}_i=C_i*\underset{j=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}{\lambda }_{i,j}$>

其中λ_i,j为第i个检修任务中第j个设备在计划月度内的故障概率，C_i是检修任务i涉及的设备故障导致的电网运行控制代价。

所述第i个检修任务不列入月度检修计划的综合风险按下式计算：

RT_i＝RE_i+RP_i

所述不安排检修任务i的电网运行控制代价C_i的计算方法如下：

对计划月度内每天的电网运行方式，分析检修任务i涉及的设备故障停运对电网拓扑结构和电网运行的影响，以设备故障停运后的电网运行方式满足导则一级标准作为约束，分析设备故障停运对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电以及与外部电网交易违约电量，结合违约电价信息，计算得到检修任务i涉及的设备故障停运引起的每天的电网运行控制代价C_i,j。

按下式计算计划月度内不安排检修任务i的电网运行控制总代价C_i

$>C_i=\underset{j=1}{\overset{MT}{\Sigma }}{C}_{i,j}$>

其中MT是检修计划月度日历天数。

4)按检修任务在计划月度内不进行检修的综合风险，对检修任务进行风险预警和紧迫性分类。

所述检修任务风险预警和紧迫性分类方法如下：

RT_i≥RTW_h，检修任务i为有严重风险，紧急检修任务

RTW_l<RT_i≤RTW_h，检修任务i为有一般风险，建议检修任务

RT_i<RTW_l，检修任务i为有低风险，暂缓检修任务

所述RTW_h为检修任务严重风险下限值，所述RTW_l为检修任务一般风险下限值。

5)对各项检修任务，结合其可能的各个检修时段，计算相应的检修导致的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险。

按下式计算检修导致的电网运行控制代价：

$>{\mathrm{DP}}_{i,l}=\underset{j=1}{\overset{{\mathrm{NB}}_i}{\Sigma }}{\mathrm{DP}}_{i,l,j}$>

其中，DP_i,l是第i个检修任务在第l个检修时段实施检修的电网运行控制代价，DP_i,l,j是第i个检修任务在第l个检修时段实施检修时第j天的电网运行控制代价，NB_i是检修任务i可能的检修计划时段数。

按下式计算检修任务实施后降低的电网运行安全风险：

$>{\mathrm{RPM}}_{i,l}=\frac{M_{i,l}}{MT}*{\mathrm{RP}}_i$>

其中M_i,l是第i个检修任务计划在第l个检修时段完成检修后至计划月度结束这段时间的日历天数。

6)按检修后降低的电网运行安全风险最大化和检修期间电网运行控制代价最小化的原则，进行紧急检修任务计划时段协调。

所述协调方法分为以下三步：

第一步是，对紧急检修任务i，按检修后降低的电网运行安全风险最大化，初步确定其检修计划时段KT_i＝k，k满足下式：

RPM_i,k＝max{RPM_i,l,l＝1,NB_i}

第二步是，如果第一步的结果KT_i有惟一解，则直接转第三步；如果KT_i有多个解，即对应多个检修计划时段，则按检修期间电网运行控制代价最小，选取相应的检修计划时段k0，KT_i＝k0作为检修任务i的计划检修时段，执行第三步。

第三步是，如果按前两步确定的检修计划时段KT_i，已经有其它计划检修任务，则进行新增检修任务i后，多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核。如果校核结果是可接受，则检修任务i的计划检修时段KT_i不变；否则，将KT_i从检修任务i可能的检修计划时段中剔除，返回第一步，重新优化。

7)按检修期间电网运行控制代价最小化和检修后降低的电网运行安全风险最大化的原则，进行建议检修任务计划时段协调。

所述协调方法分为以下三步：

第一步是，对建议检修任务i，按检修期间电网运行控制代价最小化，初步确定其检修计划时段KT_i＝k，k满足下式：

DP_i,k＝min{DP_i,l,l＝1,NB_i}

第二步是，如果第一步的结果KT_i有惟一解，则直接转第三步；如果KT_i有多个解，即对应多个检修计划时段，则按检修后降低的电网运行安全风险最大，选取相应的检修计划时段k0，KT_i＝k0作为检修任务i的计划检修时段，执行第三步。

第三步是，如果按前两步确定的检修计划时段KT_i，已经有其它计划检修任务，则进行新增检修任务i后，多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核。如果校核结果是可接受，则检修任务i的计划检修时段KT_i不变；否则，将KT_i从检修任务i可能的检修计划时段中剔除，返回第一步，重新优化。

进一步，如果若干个输变电设备中的任一设备单独停运或多个设备同时停运，对电网拓扑结构和电网运行有相同、且最小的影响，则将这N_i个设备同时安排检修，定义为一个检修任务。以检修任务为单位，将其涉及的设备作为整体，安排相同的检修时间。通过优化，确定各项检修任务的时序及检修时段，实现检修计划协调。

进一步，计算设备故障导致的电网运行控制代价方法是，分析设备故障停运对电网结构和电网运行的影响，以故障设备停运后的电网运行方式满足《电力系统安全稳定导则》一级安全稳定标准(以下简称导则一级标准)作为约束，分析需要对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电交易违约电量，结合违约电价信息，计算得到设备故障导致的电网运行控制代价。

进一步，检修导致的电网运行控制代价计算方法是，根据检修任务涉及的设备，计及其停运对电网结构和电网运行的影响，以检修设备停运后的电网运行方式满足导则一级标准作为约束，分析实施检修任务需对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电以及与外部电网交易违约电量，结合违约电价信息，计算检修导致的电网运行控制代价。

进一步，针对各候选检修任务，考虑设备资产损失风险和电网运行安全风险，计算在计划月度内不进行检修的综合风险。按检修任务在计划月度内不进行检修的综合风险，对检修任务进行风险预警，对检修任务的紧迫程度进行分类，分为紧急检修任务、建议检修任务和暂缓检修任务。

进一步，按下述方法进行紧急检修任务的计划协调：

(1)按检修后降低的电网运行风险，初步确定检修时段

针第i个检修任务，对NB_i个可能的检修时段，结合每个时段对应的检修后降低的电网运行风险RPM_i,l，将RPM_i,l按从大到小进行排序，取RPM_i,l最大值对应的时段作为第i个检修任务的初步检修计划时段。

(2)按检修期间电网运行控制代价，调整检修时段

如果RPM_i,l最大对应的时段有多个，则对这些时段，取检修期间的电网运行控制代价DP_i,l最小值对应的时段作为第i个检修任务的检修计划时段。

进一步，按下述方法进行建议检修任务的计划协调：

(1)按检修期间电网运行控制代价，初步确定检修时段

针对第i个检修任务，对NB_i个可能的检修时段，结合每个时段对应的检修期间电网运行控制代价DP_i,l，剔除电网运行控制代价不可接受的检修时段，将DP_i,l按从小到大进行排序，DP_i,l最小值对应的检修时段作为初步确定的检修时段。

(2)按检修后降低的电网运行风险，调整检修时段

如果DP_i,l最小值对应的时段有多个，则对这些时段，取检修后降低的电网运行风险RPM_i,l最大值对应的时段作为第i个检修任务的检修计划时段。

进一步，按下述方法进行相同时段多个检修任务的计划协调：

(1)对于同一时段的多个检修任务，进行多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核。

(2)如果电网运行控制代价可接受，则可将这些检修任务安排在同一时段。

(3)如果电网运行控制代价不可接受，则对新增检修任务i，将该时段从可能的检修时段中剔除，重新优化检修任务i的计划时段。

进一步，所述多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核是，在时段KT_i同时实施多个检修任务，以这些检修任务涉及的设备同时检修停运后的电网运行方式满足导则一级标准作为约束，分析这些设备同时检修停运对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电以及与外部电网交易违约电量，结合违约电价信息，计算得到多个检修任务同时实施的电网运行控制代价，如果小于预设可接受电网运行控制代价比较，则多个检修任务同时实施的电网运行控制代价为可接受。

本发明的有益效果如下：针对定义的各项检修任务，从设备资产损失风险和电网运行安全风险两个维度，对检修任务进行综合风险预警和检修紧迫性分类，通过综合评估不列入月度检修计划的风险、检修期间增加的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险，确定计划月度内进行检修的输变电设备及其顺序和时段，从而实现基于综合风险的输变电设备月度检修计划协调。本发明能够综合考虑检修对输变电设备和电网运行安全的影响，全面统筹检修任务的紧迫性、实施检修任务的电网运行控制代价和实施检修任务降低的电网运行安全风险，为实现输变电设备检修收益最大化与检修代价最小化提供技术支撑，从而提高输变电设备月度检修计划的科学性和可操作性，提升输变电设备检修的整体综合效能水平。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中描述的步骤1是获取候选检修输变电设备信息，电网运行计划信息、系统模型和参数以及交易计划及违约电价信息。其中，输变电设备信息包括设备故障概率、设备资产现值和设备故障资产损失率信息；电网运行计划信息包括电网设备投停、发电机开停和出力；系统模型和参数信息应满足安全稳定分析要求；交易计划及违约电价信息包括计划月度内各电厂发电电量交易计划及违约电价信息，以及与外部电网电量交易计划与违约电价、大用户电量交易计划与违约电价。

图1中描述的步骤2是通过分析候选检修设备停运对电网拓扑结构和电网运行的影响，对设备进行分组。划分在同一组的设备在相同时段进行检修，构成一个检修任务，从而将月度计划内候选检修设备的检修工作，形成若干项检修任务。

所述设备停运对电网拓扑结构和电网运行的影响是指：设备停运导致母线、线路、主变和无功补偿装置退出运行，母线相联的线路、主变发生变化，母线之间的联接发生变化。

所述设备分组的原则是：对于一组设备，其中任一和多个设备停运，对电网拓扑结构和电网运行的影响相同。

图1中描述的步骤3是针对步骤2定义的各项候选检修任务i，从设备故障导致的设备资产损失风险和电网运行安全风险两个维度，计算其在计划月度内不进行检修的综合风险。

所述第i个检修任务不进行检修，设备故障导致的设备资产损失风险按下式计算：

$>{\mathrm{RE}}_i=\underset{j=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}{\mathrm{RE}}_{i,j}=\underset{j=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}{\lambda }_{i,j}*F_{i,j}*A_{i,j}$>

N_i是检修任务i涉及的设备数目，RE_i,j是检修任务i中第j个设备不检修的设备资产损失风险，λ_i,j是计划月度内的平均故障概率、F_i,j是故障引起的设备资产损失率和A_i,j是设备资产现值。

所述第i个检修任务不进行检修，电网运行安全风险按下式计算：

$>{\mathrm{RP}}_i=C_i*\underset{j=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}{\lambda }_{i,j}$>

其中，C_i是检修任务i涉及的设备故障导致的电网运行控制代价。

所述第i个检修任务不列入月度检修计划的综合风险按下式计算：

RT_i＝RE_i+RP_i

进一步，所述不安排检修任务i的电网运行控制代价C_i的计算方法如下：

对计划月度内每天的电网运行方式，分析检修任务i涉及的设备故障停运对电网拓扑结构和电网运行的影响，以设备故障停运后的电网运行方式满足《电力系统安全稳定导则》第一级安全稳定标准(简称导则一级标准)作为约束，分析设备故障停运对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电以及与外部电网交易违约电量，结合违约电价信息，计算得到检修任务i涉及的设备故障停运引起的每天的电网运行控制代价C_i,j。

按下式计算计划月度内不安排检修任务i的电网运行控制总代价C_i

$>C_i=\underset{j=1}{\overset{MT}{\Sigma }}{C}_{i,j}$>

其中MT是检修计划月度日历天数。

图1中描述的步骤4是对各项检修任务，基于步骤3得到的其不进行检修的综合风险，对检修任务进行风险预警和检修紧迫性分类。

所述检修任务风险预警和紧迫性分类方法如下：

RT_i≥RTW_h，检修任务i为有严重风险，紧急检修任务

RTW_l<RT_i≤RTW_h，检修任务i为有一般风险，建议检修任务

RT_i<RTW_l，检修任务i为有低风险，暂缓检修任务

所述RTW_h为检修任务严重风险下限值，RTW_l为检修任务一般风险下限值。

对于紧急检修任务，优先安排检修；对于建议检修任务，在安排紧急检修任务的基础上协调检修计划。对于暂缓检修任务，不纳入检修计划。

图1中描述的步骤5是对各项紧急检修任务和各项建议检修任务，分别计算各项检修任务分别实施导致的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险。

对检修任务i，按下式计算检修导致的电网运行控制代价：

$>{\mathrm{DP}}_{i,l}=\underset{j=1}{\overset{{\mathrm{NB}}_i}{\Sigma }}{\mathrm{DP}}_{i,l,j}$>

其中，DP_i,l是第i个检修任务在第l个检修时段实施检修的电网运行控制代价，DP_i,l,j是第i个检修任务在第l个检修时段实施检修时第j天的电网运行控制代价，NB_i是第i个检修任务可能进行检修的时段数目。

进一步，所述第i个检修任务在第l个检修时段实施检修时第j天，检修导致的电网运行控制代价计算方法是，结合该天的电网计划运行方式，根据检修任务涉及的设备，计及其停运对电网结构和电网运行的影响，以检修设备停运后的电网运行方式满足导则一级标准作为约束，分析实施检修任务需对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电以及与外部电网交易违约电量，结合违约电价信息，计算检修导致的电网运行控制代价。

对检修任务i及其可能的各个检修时段l，按下式计算检修任务实施后降低的电网运行安全风险：

$>{\mathrm{RPM}}_{i,l}=\frac{M_{i,l}}{MT}*{\mathrm{RP}}_i$>

其中M_i,l是第i个检修任务计划在第l个检修时段完成检修后至计划月度结束这段时间的日历天数。

图1中描述的步骤6是按检修后降低的电网运行安全风险最大化和检修期间电网运行控制代价最小化的原则，优化协调紧急检修任务计划时段。

所述协调方法是，对各项紧急检修任务，按其在计划月度内不进行检修的综合风险从大到小的顺序，依次执行以下三步：

第一步是，对紧急检修任务i，按检修后降低的电网运行安全风险最大化，初步确定其检修计划时段KT_i＝k，k满足下式：

RPM_i,k＝max{RPM_i,l,l＝1,NB_i}

第二步是，如果第一步的结果KT_i有惟一解，则直接转第三步；如果KT_i有多个解，即对应多个检修计划时段，则按检修期间电网运行控制代价最小，选取相应的检修计划时段k0，KT_i＝k0作为检修任务i的计划检修时段，执行第三步。

第三步是，如果按前两步确定的检修计划时段KT_i，已经有其它计划检修任务，则进行新增检修任务i后，多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核。如果校核结果是可接受，则检修任务i的计划检修时段KT_i不变；否则，将KT_i从检修任务i可能的检修计划时段中剔除，返回第一步，重新优化。

进一步，所述多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核方法是，在时段KT_i同时实施多个检修任务，以这些检修任务涉及的设备同时检修停运后的电网运行方式满足导则一级标准作为约束，分析这些设备同时检修停运对预定交易计划进行修正的情况，包括限负荷和增、减发电出力，得到供电和发电以及与外部电网交易违约电量，结合违约电价信息，计算得到多个检修任务同时实施的电网运行控制代价，如果小于预设可接受电网运行控制代价，则多个检修任务同时实施的电网运行控制代价为可接受，否则为不可接受。

图1中描述的步骤7是，在步骤6的基础上，按检修期间电网运行控制代价最小化和检修后降低的电网运行安全风险最大化的原则，优化协调建议检修任务计划时段。

所述协调方法是，对各项建议检修任务，按其在计划月度内不进行检修的综合风险从大到小的顺序，依次执行以下三步：

第一步是，对建议检修任务i，按检修期间电网运行控制代价最小化，初步确定其检修计划时段KT_i＝k，k满足下式：

DP_i,k＝min{DP_i,l,l＝1,NB_i}

第二步是，如果第一步的结果KT_i有惟一解，则直接转第三步；如果KT_i有多个解，即对应多个检修计划时段，则按检修后降低的电网运行安全风险最大，选取相应的检修计划时段k0，KT_i＝k0作为检修任务i的计划检修时段，执行第三步。

第三步是，如果按前两步确定的检修计划时段KT_i，已经有其它计划检修任务，则进行新增检修任务i后，多个检修任务同时实施的电网运行控制代价可接受性校核(方法同步骤6)。如果校核结果是可接受，则检修任务i的计划检修时段KT_i不变；否则，将KT_i从检修任务i可能的检修计划时段中剔除，返回第一步，重新优化。

综上所述，本发明公开了一种基于综合风险的月度输变电设备检修计划协调方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明从设备资产损失风险和电网运行安全风险两个维度，针对定义的各项检修任务，通过综合评估不列入月度检修计划的风险、检修期间增加的电网运行控制代价和检修任务实施后降低的电网运行安全风险，确定计划月度内进行检修的输变电设备及其顺序和计划时段。本发明依据检修任务不列入月度计划的风险，对检修任务进行风险预警和紧迫性分类。对紧急检修任务，按检修后降低的电网运行安全风险最大化，初步确定检修计划；按检修期间电网运行控制代价最小，优化检修计划。对建议检修任务，按检修期间电网运行控制代价最小化，初步确定检修计划；按检修后降低的电网运行安全风险，优化检修计划。本发明能够综合考虑检修对输变电设备和电网运行安全的影响，全面统筹检修任务的紧迫性、实施检修任务的电网运行控制代价和实施检修任务降低的电网运行安全风险，为实现输变电设备检修收益最大化与检修代价最小化提供技术支撑，从而提高输变电设备月度检修计划的科学性和可操作性，提升输变电设备检修的整体综合效能水平。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。