基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方法

摘要

本发明提供一种基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方法，包括：生成月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据；生成各可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电网运行方式计算数据；计算各可调整检修设备的月度网损下降度指标；计及安全稳定约束进行月度内可调整检修设备经济性优化编排。本发明基于电力系统潮流计算和时域仿真技术，通过设备月度检修计划的优化编排，降低设备月度检修计划下的电网运行方式总网损，为电力系统发输变电设备月度检修计划经济性优化编排提供决策支持。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体是一种基于网损下降度指标的设 备月度检修计划经济性优化方法。

背景技术

发输变电设备月度检修计划优化编排是电力系统中短期运行计划中的一项主要 内容，发输变电设备检修计划的合理性直接影响电力系统运行的经济性。随着电力系统运 行精益化管理的深入推进和计算机、通信技术的发展，使得传统基于经验安排设备检修计 划的方式逐步向智能化决策方向转变，以期实现设备检修环节的节能减排、降损降耗，提高 电网运行的经济效益。

电网检修计划的经济性优化问题是一个以设备检修开始时间为优化变量的多目 标多约束规则问题，是一个复杂的多阶段动态规划过程，在数学上属于非确定多项式问题。 目前国内外研究检修计划的经济性优化方法主要有规划优化方法和启发式方法(如粒子群 算法、遗传算法、禁忌搜索等)，大多处在理论研究阶段，且难以满足经济性优化中的安全稳 定约束，距离工程实用仍有较大差距。

现有电力调度自动化系统中月度计划安全稳定评估已达到实用化要求，实现了基 于月度发电计划、负荷预测、联络线功率交换计划信息和电网模型的月度计划运行方式计 算数据自动生成和基于大规模集群系统的多类调度计划安全校核的滚动计算 (CN201310553305.0)，为电力系统月度计划运行方式安全稳定评估和决策提供了高效的量 化分析与决策支持功能。但针对设备月度检修计划的经济性优化仍然缺乏实用化的优化方 法，难以为电网调度运行计划的编排提供决策支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优 化方法，可为电力系统发输变电设备月度检修计划的优化编排提供决策。

本发明的技术方案为：

一种基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方法，包括以下步骤：

(1)将月度内不可变更检修设备和检修周期为月度最大天数的设备按其检修开始 日期和检修周期首先安排检修，通过对所述月度内不可变更检修设备和检修周期为月度最 大天数的设备投退状态的转换设置，生成月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式 数据，并对生成的月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式进行预想故障的安全稳 定性校核，当满足安全稳定约束要求时，继续执行步骤(2)；

(2)基于月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据，计及月度内可调 整检修设备集合中各可调整检修设备的检修周期、同时检修、顺序检修以及与已安排检修 设备的互斥检修约束，确定各可调整检修设备月度内的可检修起始时间区间；在此基础上， 通过对各可调整检修设备投退状态的转换设置，生成各可调整检修设备在可检修起始时间 区间内不同检修开始日期下的电网运行方式计算数据；

(3)基于各可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电网 运行方式计算数据，计算各可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下 的电网运行方式月度总网损，并根据所述各可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同 检修开始日期下的电网运行方式月度总网损的最大值和最小值，计算得到各可调整检修设 备的月度网损下降度指标；

(4)对月度内可调整检修设备集合中的各可调整检修设备的月度网损下降度指标 进行比较，优先安排月度网损下降度指标最大的可调整检修设备，将该可调整检修设备在 可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电网运行方式月度总网损的最小值所对应 的检修开始日期作为该可调整检修设备的检修开始日期，并对该可调整检修设备在该检修 开始日期下的电网运行方式进行预想故障的安全稳定校核；

将已安排检修设备从月度内可调整检修设备集合中剔除，更新月度内可调整检修 设备集合，并将已安排检修设备的月度检修计划下的电网运行方式计算数据作为新的月度 检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据，更新月度检修计划经济性优化下的基准 电网运行方式数据；判断是否所有可调整检修设备均已安排完，若是，则输出设备月度检修 计划经济性优化编排方案，若否，则返回步骤(2)。

所述的基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方法，步骤(2)中，所 述确定各可调整检修设备月度内的可检修起始时间区间，具体包括以下步骤：

(a)对于无同时检修、顺序检修和互斥检修约束的可调整检修设备，其月度内的可 检修起始时间区间采用以下公式计算：

Ω_j＝[1，M_max-D_j+1]

其中，Ω_j表示无同时检修、顺序检修和互斥检修约束的可调整检修设备j的月度 内可检修起始时间区间，D_j表示设备j的检修周期，M_max表示月度最大天数；

(b)对于只有同时检修约束的可调整检修设备，其在同时检修约束下的检修周期 与任一彼此间存在同时检修约束的可调整检修设备的检修周期一致，其可检修起始时间区 间等于任一彼此间存在同时检修约束的可调整检修设备的可检修起始时间区间；

若可调整检修设备i和j存在同时检修约束，则其月度内的可检修起始时间区间采 用以下公式计算：

Ω_i＝Ω_j＝[1，M_max-D_j+1]或Ω_i＝Ω_j＝[1，M_max-D_j+1]

其中，Ω_i、Ω_j分别表示存在同时检修约束的可调整检修设备i、j的月度内可检修 起始时间区间，D_i、D_j分别表示设备i、j的检修周期；

(c)对于只有顺序检修约束的可调整检修设备，其在顺序检修约束下的检修周期 等于所有彼此间存在顺序检修约束的可调整检修设备的检修周期之和，根据彼此间存在顺 序检修约束的各可调整检修设备的检修周期之和确定其可检修起始时间区间；

若可调整检修设备i和j存在顺序检修约束，则其月度内的可检修起始时间区间采 用以下公式计算：

Ω_i＝Ω_j＝[1，M_max-D_i-D_j+1]

其中，Ω_i、Ω_j分别表示存在顺序检修约束的可调整检修设备i、j的月度内可检修 起始时间区间，D_i、D_j分别表示设备i、j的检修周期；

(d)针对与已安排检修设备有互斥检修约束的可调整检修设备，根据其检修周期 和已安排检修设备的检修日期区间确定其可检修起始时间区间；

若可调整检修设备i与已安排检修设备j存在互斥检修约束，已安排检修设备j的 检修日期区间为Ψ_j＝[d_j.min,d_j.max],则可调整检修设备i的非互斥检修时段为：

$\overline{{\Psi }_J}=[1,d_{j,\min }-1]\cup [d_{j,\max }+1,M_{\max }]$

可调整检修设备i的月度内可检修起始时间区间为：

其中，Ω_i表示与已安排检修设备j存在互斥检修约束的可调整检修设备i的月度 内可检修起始时间区间，D_i表示设备i的检修周期，d_j.min表示已安排检修设备j的检修开始 日期，d_j.max表示已安排检修设备j的检修结束日期；

(e)对于同时存在同时检修、顺序检修和与已安排检修设备有互斥检修中两种以 上约束的可调整检修设备，其月度内的可检修起始时间区间的识别分为如下两种情况：

第一种情况是同时存在同时检修约束和顺序检修约束的可调整检修设备，首先按 步骤(b)、(c)确定其在同时检修约束和顺序检修约束下的检修周期，再进一步确定其月度 内的可检修起始时间区间；

第二种情况是同时存在同时检修约束和/或顺序检修约束与互斥检修约束的可调 整检修设备，首先按步骤(b)和/或(c)确定其在同时检修约束和/或顺序检修约束下的检修 周期，然后再按步骤(d)确定其月度内的可检修起始时间区间。

所述的基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方法，步骤(3)中，所 述计算各可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电网运行方式 月度总网损，具体通过以下公式实现：

$P_{loss,i,d}=\underset{k\in {\psi }_{i,d}}{\overset{D_i+1-1}{\underset{k=d}{\Sigma }}}\underset{l=1}{\overset{N_k}{\Sigma }}\frac{T_{k,l}}{T_E}{P}_{loss,i,d,k,l}+\underset{k\in \overline{{\psi }_{l,d}}}{\Sigma }\underset{l=1}{\overset{N_k}{\Sigma }}\frac{T_{k,l}}{T_E}{P}_{loss,k,l}$

ψ_i.d＝[d，D_i+d-1]

$\overline{{\psi }_{1,d}}=[1,d-1]\cup [D_i+d,M_{\max }]$

其中，P_loss.i.d表示可调整检修设备i第d天开始检修下的电网运行方式月度总网 损，P_loss.i.d.k.l表示可调整检修设备i第d天开始检修下新生成的第k天第l个电网运行方式 的网损，P_loss.k.l表示可调整检修设备i第d天开始检修下没有发生设备投退状态转换的第k 天第l个电网运行方式的网损，T_k.l表示第k天第l个电网运行方式的持续时间，T_E表示月度 的总时间基准，N_k表示第k天的电网运行方式总数，D_i表示可调整检修设备i的检修周期，ψ_i.d表示可调整检修设备i第d天开始检修下的检修日期区间；

所述计算得到各可调整检修设备的月度网损下降度指标，具体通过以下公式实 现：

ξ_i＝max{P_loss.i.d}-min{P_loss.i.d}

其中，ξ_i表示可调整检修设备i的月度网损下降度指标，max{P_loss.i.d}、min {P_loss.i.d}分别表示可调整检修设备i在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电网 运行方式月度总网损的最大值和最小值。

本发明的有益效果为：

由上述技术方案可知，本发明基于电力系统潮流计算和时域仿真技术，针对发输 变电设备月度检修计划的经济性优化，给出一种基于网损下降度指标的设备月度检修计划 经济性优化方法，通过设备月度检修计划的优化编排，降低设备月度检修计划下的电网运 行方式总网损，为电力系统发输变电设备月度检修计划经济性优化编排提供决策支持。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，一种基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方法，包括 以下步骤：

S1、发输变电设备月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据生成：

在电力系统月度计划电网运行方式计算数据生成的基础上，依据发输变电设备月 度检修计划信息，将月度内不可变更检修设备和检修周期为月度最大天数的设备按其检修 开始日期和检修周期首先安排检修，通过对月度内不可变更检修设备和检修周期为月度最 大天数的设备投退状态的转换设置，生成月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式 数据，并对生成的月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式进行预想故障的安全稳 定性校核，若满足安全稳定约束要求，则转入步骤S2，否则，结束并输出告警信息，需要重新 生成月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据。

发输变电设备是指发电机组、输电线路、变压器、开关和断路器设备。不可变更检 修设备是指检修起始时间和检修周期固定，不参与检修计划时间变更的设备。

电力系统月度计划电网运行方式中，月度最大天数以M_max(基于所优化目标月度天 数进行取值)表示，第k日生成N_k个电网运行方式数据，月度计划电网运行方式总数为M_max× N_k个，一般依据电网运行高峰负荷、低谷负荷和平峰负荷每日生成3个电网运行方式，即N_k＝ 3。

S2、月度内可调整检修设备不同检修开始日期下的电网运行方式计算数据生成：

基于月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据，计及月度内可调整检 修设备集合中发输变电设备的检修周期、同时检修、顺序检修以及与已安排检修设备的互 斥检修约束，确定各可调整检修设备的最晚开始检修日期，从而确定各可调整检修设备月 度内的可检修起始时间区间；在此基础上，通过对各可调整检修设备投退状态的转换设置， 生成各可调整检修设备不同检修开始日期下的电网运行方式计算数据。转入步骤S3。

可调整检修设备是指月度内除不可变更检修设备和检修周期为月度最大天数设 备外的计划检修设备。

同时检修约束是指为了避免设备检修中的重复性停电，相关联设备检修安排在相 同时间段内进行检修的约束。

顺序检修约束是指不同设备检修过程中检修起始时间存在先后关联关系的约束。

互斥检修约束是指相关设备不能安排在相同时间段内检修的约束。

各可调整检修设备月度内的可检修起始时间区间的确定，具体过程包括：

a)对于无同时检修、顺序检修和互斥检修约束的月度内可调整检修设备，其可检 修起始时间区间如式(1)所示：

Ω_j＝[1，M_max-D_j+1](1)

式中，Ω_j为可调整检修设备j的月度内可检修起始时间区间，D_j为可调整检修设备 j的检修周期。

b)对于只有同时检修约束的可调整检修设备，其在同时检修约束下的检修周期与 任一彼此间存在同时检修约束的可调整检修设备的检修周期一致，其可检修起始时间区间 等于任一彼此间存在同时检修约束的可调整检修设备的可检修起始时间区间。

若可调整检修设备i和j存在同时检修约束，则可将二者在同时检修约束下的检修 周期设定为可调整检修设备i的检修周期(当然，也可以选取可调整检修设备j的检修周期 作为二者在同时检修约束下的检修周期)，此时其可检修起始时间区间如式(2)所示：

Ω_i＝Ω_j＝[1，M_max-D_i+1](2)

c)对于只有顺序检修约束的可调整检修设备，其在顺序检修约束下的检修周期等 于所有彼此间存在顺序检修约束的可调整检修设备的检修周期之和，根据彼此间存在顺序 检修约束的各可调整检修设备的检修周期之和确定其可检修起始时间区间。

若可调整检修设备i和j存在顺序检修约束，其可检修起始时间区间如式(3)所示：

Ω_i＝Ω_j＝[1，M_max-D_i-D_j+1](3)

d)针对与已安排检修设备有互斥检修约束的可调整检修设备，根据其检修周期和 已安排检修设备的检修日期区间确定其可检修起始时间区间。首先，统计月度内与可调整 检修设备i存在互斥约束的已安排检修设备j的检修日期集合，记为Ψ_j；其次，确定月度内 除去与可调整检修设备i存在互斥约束的已安排检修设备j检修日期集合外的时段(称为非 互斥检修时段)，记为最后，基于非互斥检修时段和可调整检修设备i的检修周期确定可 调整检修设备i的可检修起始时间区间。

若可调整检修设备i与已安排检修设备j存在互斥检修约束，已安排检修设备j的 检修日期区间为Ψ_j＝[d_j.min,d_j.max],则可调整检修设备i的非互斥检修时段为：

${\bar{\psi }}_j=[1,d_{j.\min }-1]\cup [d_{j.max}+1,M_{\max }]---\left(4\right)$

可调整检修设备i的可检修起始时间区间为：

式中，d_j.min为已安排检修设备j的检修开始日期，d_j.max为已安排检修设备j的检修 结束日期。

e)对于同时存在同时检修、顺序检修和与已安排检修设备有互斥检修中两种以上 约束的可调整检修设备，其可检修起始时间区间的识别分为如下两种情况：

第一种情况是同时存在同时检修约束和顺序检修约束的可调整检修设备，首先按 步骤b)、c)确定其在同时检修约束和顺序检修约束下的检修周期，再进一步确定其可检修 起始时间区间。

第二种情况是同时存在同时检修约束和/或顺序检修约束与互斥检修约束的可调 整检修设备，首先按步骤b)和/或c)确定其在同时检修约束和/或顺序检修约束下的检修周 期，然后再按步骤d)确定其可检修起始时间区间。

S3、月度内可调整检修设备的网损下降度指标计算：

首先，通过潮流计算获取月度检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据， 并计算各基准电网运行方式的网损；基于月度内各可调整检修设备的可检修起始时间区 间，通过对各可调整检修设备投退状态的转换设置，生成各可调整检修设备不同检修开始 日期下的电网运行方式计算数据，计算各可调整检修设备不同检修开始日期下新生成的电 网运行方式的网损，通过式(6)计算各可调整检修设备不同检修开始日期下的电网运行方 式月度总网损。

$P_{loss.i.d}=\underset{k\in {\psi }_{i.d}}{\overset{D_i+1-1}{\underset{k=d}{\Sigma }}}\underset{l=1}{\overset{N_k}{\Sigma }}\frac{T_{k.l}}{T_E}{P}_{loss.i.d.k.l}+\underset{k\in {\psi }_{l.d}}{\Sigma }\underset{l=1}{\overset{N_k}{\Sigma }}\frac{T_{k.l}}{T_E}{P}_{loss.k.l}$

式中，P_loss.i.d表示可调整检修设备i第d天开始检修下的电网运行方式月度总网损 (MW)，P_loss.i.d.k.l表示可调整检修设备i第d天开始检修下新生成的第k天第l个电网运行方 式的网损，P_loss.k.l表示可调整检修设备i第d天开始检修下没有发生设备投退状态转换的第 k天第l个电网运行方式的网损，T_k.l表示第k天第l个电网运行方式的持续时间(针对每日生 成的高峰负荷、平峰负荷和低谷负荷3个电网运行方式，典型取值分别为6h、8h和10h)，T_E表 示月度总时间基准(取为24×M_max)，N_k表示第k天电网运行方式总数，D_i表示设备i的检修周 期(天)，ψ_i.d表示设备i第d天开始检修下的检修日期区间。

最后，统计各可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电 网运行方式月度总网损最大值和最小值，将二者的差值定义为可调整检修设备的月度网损 下降度指标，该指标反应了可调整检修设备检修调整的月度网损最大优化空间。设备i的月 度网损下降度指标计算如式(7)所示：

ξ_i＝max{P_loss.i.d}-min{P_loss.i.d}(7)

S4、月度内可调整检修设备经济性优化编排：

首先，对月度内可调整检修设备集合中的各可调整检修设备的月度网损下降度指 标进行比较，优先安排月度内可调整检修设备集合中月度网损下降度指标最大的可调整检 修设备进行检修，找出该可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的 电网运行方式月度总网损最小值所对应的检修开始日期，对该可调整检修设备在该检修开 始日期下的电网运行方式进行预想故障的安全稳定校核，若满足安全稳定约束要求，则将 该可调整检修设备在可检修起始时间区间内不同检修开始日期下的电网运行方式月度总 网损最小值所对应的检修开始日期作为该可调整检修设备的检修开始日期，若不满足安全 稳定约束要求，则针对影响系统安全稳定性的关键检修设备进行调整，在保证安全稳定约 束的前提下，优先安排该可调整检修设备在电网运行方式月度总网损取值较小的日期开始 检修。

将已安排检修设备从月度内可调整检修设备集合中剔除，更新月度内可调整检修 设备集合，并将已安排检修设备的月度检修计划下的电网运行方式计算数据作为新的月度 检修计划经济性优化下的基准电网运行方式数据，更新月度检修计划经济性优化下的基准 电网运行方式数据。判断是否所有可调整检修设备均已安排完，若是，则结束并输出设备月 度检修计划经济性优化编排方案，若否，则返回步骤S2，计及已安排检修设备的影响，对下 一个可调整检修设备迭代进行经济性优化编排，直至所有可调整检修设备的检修计划均已 安排。

总之，本发明是基于电力系统潮流计算和时域仿真技术，针对发输变电设备月度 检修计划的经济性优化，给出一种基于网损下降度指标的设备月度检修计划经济性优化方 法，通过设备月度检修计划的优化编排，降低设备月度检修计划下电网运行方式的总网损。 基于发输变电设备月度检修计划信息中不可变更检修设备的检修约束生成月度检修计划 经济性优化下的基准电网运行方式数据，在基准电网运行方式满足安全稳定约束的前提下 通过优化可调整检修设备的检修时段以降低网损；根据可调整检修设备月度内可检修起始 时间区间，计算各可调整检修设备不同检修开始日期下电网运行方式的月度总网损，获取 各可调整检修设备的网损下降度指标；按各可调整检修设备的网损下降度指标，优先安排 网损下降度指标较大的设备进行检修，在保证安全稳定约束的前提下优先安排该设备在电 网运行方式月度总网损取值最小的日期开始检修，并计及已安排检修设备的影响迭代进行 设备检修计划的经济性优化。本发明可为电力系统发输变电设备月度检修计划的经济性优 化编排提供决策支持。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。