肖輔盛 羅艷 王庭剛 周智海

關(guān)鍵詞：輸電設(shè)備;檢修計(jì)劃;故障率;設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn);電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

所謂輸電設(shè)備檢修優(yōu)化是指根據(jù)設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)化目標(biāo)，決策確定輸電設(shè)備檢修項(xiàng)目與檢修周期，以降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。近年來(lái)，隨著電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控要求不斷提升，輸電設(shè)備檢修優(yōu)化中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與優(yōu)化降級(jí)已成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

按照風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，輸電設(shè)備檢修優(yōu)化問(wèn)題中共有兩類(lèi)需要考慮的風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型，分別為設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)是指輸電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障跳閘造成自身?yè)p傷，而產(chǎn)生的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)?；谌芷诶碚摌?gòu)建了一種考慮設(shè)備剩余價(jià)值的檢修經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。該指標(biāo)可作為檢修計(jì)劃重要性的參考依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化編制，從而降低設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)行效益。引入檢修市場(chǎng)窗概念，提出了一種市場(chǎng)化下的設(shè)備檢修優(yōu)化模式。其核心理念在于通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)方式，確定設(shè)備檢修計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，作為設(shè)備檢修優(yōu)化的依據(jù)。進(jìn)一步完善了設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算方法，通過(guò)綜合考慮設(shè)備運(yùn)行成本、檢修費(fèi)用等，提出一項(xiàng)輸電設(shè)備檢修綜合成本指標(biāo)，作為設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。而電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)則側(cè)重于評(píng)價(jià)設(shè)備故障跳閘后電網(wǎng)所存在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，包括損失負(fù)荷、重要客戶停電等。基于輸電設(shè)備故障跳閘掃描提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，可將其作為不同檢修方案的評(píng)價(jià)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修優(yōu)化。提出了一種內(nèi)嵌電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的輸電設(shè)備檢修優(yōu)化方法，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整檢修項(xiàng)目，降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際上，設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)和電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是檢修計(jì)劃編制中并存的兩類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素。在輸電設(shè)備檢修優(yōu)化中更宜于統(tǒng)籌考慮兩類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素，降低電網(wǎng)運(yùn)行整體風(fēng)險(xiǎn)水平。近年來(lái)也有部分專(zhuān)家開(kāi)展了輸電設(shè)備檢修優(yōu)化綜合風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究，其主要思路是通過(guò)設(shè)置權(quán)重系數(shù)整合上述兩類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)。然而，該整合方法存在兩方面難以解決的問(wèn)題：一是難以科學(xué)設(shè)置權(quán)重系數(shù);二是加權(quán)整合后的綜合風(fēng)險(xiǎn)可能掩蓋部分關(guān)鍵信息，造成設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)高而電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低或設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)低而電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高的檢修項(xiàng)目長(zhǎng)期得不到合理安排。

造成上述問(wèn)題的原因在于加權(quán)整合方法是以風(fēng)險(xiǎn)作為驅(qū)動(dòng)因素，忽視了設(shè)備故障率這一根本評(píng)價(jià)要素。為此，將提出一種基于設(shè)備故障率分級(jí)的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，對(duì)不同故障率等級(jí)的設(shè)備檢修項(xiàng)目，更為細(xì)致的考慮設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的重要性，實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備檢修優(yōu)化。最后基于IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造算例，驗(yàn)證該方法的有效性。

1輸電設(shè)備檢修綜合風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)分析

影響設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)的因素包括設(shè)備故障率及設(shè)備故障損失兩個(gè)方面，可表示為：

式中，Ri為輸電設(shè)備i自身風(fēng)險(xiǎn)，r、EI分別為其故障率及故障損失。故障率為不同運(yùn)行狀態(tài)下輸電設(shè)備故障跳閘的發(fā)生概率，可通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取;故障損失則反映了輸電設(shè)備故障發(fā)生后可能的綜合損失，包括維修成本、設(shè)備折損等，可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷類(lèi)型測(cè)算得到。

1.2電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

輸電設(shè)備檢修問(wèn)題中，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是指在輸電設(shè)備檢修狀態(tài)下再次發(fā)生輸電設(shè)備故障跳閘可能導(dǎo)致的最大失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，可表示為：

1.3綜合風(fēng)險(xiǎn)分析

可以看出，設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)和電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)存在本質(zhì)差別。設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)側(cè)重于設(shè)備故障損失，而電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)則是設(shè)備故障跳閘所引起的電網(wǎng)運(yùn)行損失。傳統(tǒng)綜合風(fēng)險(xiǎn)分析中所采用的加權(quán)綜合方法，難以完整的揭示兩類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，可能造成檢修計(jì)劃編制不盡合理。

為此，提出一種基于設(shè)備故障率分級(jí)的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。與上述加權(quán)綜合方法相比，設(shè)備故障率分級(jí)的特點(diǎn)在于以故障率為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)，確定不同層級(jí)中設(shè)備主導(dǎo)性風(fēng)險(xiǎn)，從而避免簡(jiǎn)單加權(quán)所導(dǎo)致的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)信息掩蓋問(wèn)題。

現(xiàn)有研究表明不同故障率水平下，設(shè)備運(yùn)行可靠性差異較大，特別是對(duì)于輸電設(shè)備，由于其運(yùn)行于室外，其故障率水平受外界環(huán)境影響較大，較高故障率的輸電設(shè)備在惡劣條件下其故障率增長(zhǎng)幅度顯著高于低故障率設(shè)備。據(jù)此，如表1所示，本文將參考現(xiàn)有設(shè)備可靠性的研究，將根據(jù)故障率將輸由設(shè)備劃分為三級(jí)。

2基于設(shè)備故障率分級(jí)的檢修優(yōu)化

2.1實(shí)施流程

提出的基于設(shè)備故障率分級(jí)的綜合風(fēng)險(xiǎn)表明，輸電設(shè)備不同故障率水平下其設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響不同。延續(xù)該思路，所提出的基于設(shè)備故障率分級(jí)的設(shè)備檢修優(yōu)化編制流程如圖1所示。其實(shí)施思路可表述為：根據(jù)設(shè)備故障率分級(jí)依次編制緊急、重要、一般三個(gè)類(lèi)型的輸電設(shè)備檢修計(jì)劃，以保證緊急、重要類(lèi)型輸電設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)先安排;同一級(jí)里則根據(jù)設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化安排，提升整體運(yùn)行效益。

2.2緊急類(lèi)設(shè)備檢修計(jì)劃編制

緊急類(lèi)輸電設(shè)備故障率高，因此對(duì)其檢修計(jì)劃應(yīng)以盡早開(kāi)展檢修以降低設(shè)備故障跳閘風(fēng)險(xiǎn)為首要目標(biāo)，并考慮電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)不超過(guò)限值等約束條件，可表示為：

該優(yōu)化模型以緊急類(lèi)設(shè)備盡早檢修為目標(biāo)，所考慮的約束條件依次為檢修狀態(tài)約束、檢修資源約束和電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)約束。求解上述模型，若存在某緊急類(lèi)設(shè)備檢修項(xiàng)目未確定檢修周期，表明電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)或投入檢修資源不足，則檢修計(jì)劃編制完畢;否則轉(zhuǎn)入重要類(lèi)輸電設(shè)備檢修環(huán)節(jié)。

2.3重要類(lèi)設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化

設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)是重要類(lèi)設(shè)備檢修計(jì)劃中的主導(dǎo)性風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)以設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)最小化為目標(biāo)編制檢修計(jì)劃，可表示為：

與緊急類(lèi)輸電設(shè)備相比，重要類(lèi)輸電設(shè)備檢修優(yōu)化模型目標(biāo)調(diào)整為設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)最小化，更有利于降低設(shè)備跳閘所造成的故障損失。求解式（4），若存在重要類(lèi)設(shè)備檢修任務(wù)未安排，表明電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)已超過(guò)限值或檢修資源投入量不足，則檢修計(jì)劃編制完畢;否則繼續(xù)編制一般類(lèi)設(shè)備檢修計(jì)劃。

2.4一般類(lèi)設(shè)備檢修計(jì)劃優(yōu)化

一般類(lèi)設(shè)備故障率較低，然而數(shù)量龐大，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為其主導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)。其優(yōu)化模型以電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最小化為目標(biāo)，可表示為：

式（7）中，N為一般類(lèi)輸電設(shè)備檢修集合;N為該集合中檢修設(shè)備總數(shù);Ri;為第t天全網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。一般類(lèi)設(shè)備檢修計(jì)劃以電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最小化為目標(biāo)，以避免檢修設(shè)備過(guò)多導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)激增的問(wèn)題。

3算例分析

3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

如圖2所示，將在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)造算例，以驗(yàn)證所提出方法的有效性，算例中各節(jié)點(diǎn)及機(jī)組的基本參數(shù)。

如表2所示，算例中共設(shè)置8項(xiàng)檢修任務(wù)，其中緊急類(lèi)型2項(xiàng)、重要類(lèi)型3項(xiàng)、一般類(lèi)型3項(xiàng)。算例中以投人人工為資源投入的標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定全網(wǎng)每天資源投入量不超過(guò)100人。除上述8項(xiàng)檢修任務(wù)涉及的輸電設(shè)備外，剩余輸電線路的故障率統(tǒng)一規(guī)定設(shè)置為0.1‰。

3.2結(jié)果分析

為驗(yàn)證所提出方法的有效性，算例中將對(duì)比本文方法與傳統(tǒng)加權(quán)方法的優(yōu)化結(jié)果。傳統(tǒng)方法借鑒所提出的加權(quán)整合檢修優(yōu)化方法，并規(guī)定設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)均為1。

如圖3所示，為兩種方法優(yōu)化結(jié)果。圖3（a）為本文所提出方法的優(yōu)化結(jié)果。優(yōu)化結(jié)果顯示緊急類(lèi)設(shè)備檢修任務(wù)均得到了優(yōu)先安排，線路6-9和線路24-25均安排在第一天開(kāi)始檢修;重要類(lèi)設(shè)備檢修任務(wù)在緊急類(lèi)之后安排，并優(yōu)先安排了線路18-19的檢修任務(wù)，其原因是該設(shè)備故障損失較高，設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)較高，因此在重要類(lèi)設(shè)備中排序靠前;最后安排一般類(lèi)設(shè)備檢修任務(wù)。圖3（b）為傳統(tǒng)加權(quán)方法的優(yōu)化結(jié)果。該方法并不考慮設(shè)備故障率的差異，以設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)與電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的加權(quán)平均結(jié)果作為檢修任務(wù)重要性排序依據(jù)。因此，盡管線路6-9故障率較高，設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)較高，而因加權(quán)后綜合風(fēng)險(xiǎn)低于線路18-19，優(yōu)化結(jié)果仍?xún)?yōu)先安排線路18-19的檢修任務(wù)，造成整個(gè)優(yōu)化結(jié)果與本文所提出方法有較大差別。

圖4中進(jìn)一步展示了兩種檢修結(jié)果所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)變化?？紤]到兩種優(yōu)化結(jié)果在15日后均未安排檢修任務(wù)，因此圖4中僅展示前15天的檢修風(fēng)險(xiǎn)。其中設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)為當(dāng)天剩余檢修任務(wù)的最大設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn);電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為在當(dāng)前檢修計(jì)劃基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮任一輸電線路故障跳閘的最大失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)?？梢钥闯鲇捎诰€路6-9對(duì)應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較低，其在傳統(tǒng)加權(quán)方法中排序靠后，導(dǎo)致相比于本文所提出的方法，該線路檢修任務(wù)安排較滯后，在前五天電網(wǎng)將存在更高的設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，按照傳統(tǒng)方法優(yōu)化結(jié)果，在前5天線路2424及線路18-19檢修期間，由于線路6-9及線路4-12均存在較高故障概，因此這段時(shí)間上述設(shè)備發(fā)生相繼故障的概率較高，可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)解列全停。而優(yōu)先安排兩項(xiàng)緊急類(lèi)輸電設(shè)備檢修任務(wù)，則能夠大幅降低連鎖故障的發(fā)生概率，提升電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

因此，相較于傳統(tǒng)加權(quán)整合方法，所提出的基于設(shè)備故障率分級(jí)的輸電設(shè)備檢修優(yōu)化方法具有兩方面顯著優(yōu)勢(shì)：

（1）避免簡(jiǎn)單加權(quán)所造成的關(guān)鍵信息淹沒(méi)，能夠最大幅度提高電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的可靠性;

（2）降低高故障率設(shè)備由于風(fēng)險(xiǎn)較低導(dǎo)致檢修任務(wù)滯后引發(fā)電網(wǎng)連鎖故障的風(fēng)險(xiǎn)，避免潛在的極端電網(wǎng)事故發(fā)生。

4結(jié)論

從輸電設(shè)備檢修綜合風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題出發(fā)，提出了以故障率分級(jí)為主線的設(shè)備檢修優(yōu)化方法，該方法能夠保證緊急類(lèi)設(shè)備盡早安排檢修，重要類(lèi)設(shè)備以設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)最小為目標(biāo)優(yōu)化編制，一般類(lèi)設(shè)備則根據(jù)電網(wǎng)剩余空間綜合考慮安排，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)的有機(jī)協(xié)調(diào)，對(duì)提升檢修計(jì)劃效益具有顯著作用。

后續(xù)可基于本研究成果，進(jìn)一步完善優(yōu)化算法，提升所提出方法在大規(guī)模復(fù)雜電網(wǎng)檢修優(yōu)化中的計(jì)算效率，提升其工程實(shí)用性。