CN103400209A

CN103400209A - 配电网检修实施方案优化方法

Info

Publication number: CN103400209A
Application number: CN2013103422655A
Authority: CN
Inventors: 段珺; 马保恒; 栗然; 康勇; 杨勇; 吕志平; 赵宇晗; 李国冀; 赵军宪; 骆兴华; 姚跃; 宋胜参; 陈笑宇; 郭彦廷; 岳素华; 李英锐; 王飞飞
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; North China Electric Power University; Xingtai Power Supply Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; North China Electric Power University; Xingtai Power Supply Co Ltd
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: CN103400209B

Abstract

本发明公开了一种配电网检修实施方案优化方法，其步骤如下：配电网和配电设备信息的收集；计算配电设备的故障率；评估配电网的运行风险，计算检修方案的检修收益率；采用粒子群优化算法对检修方案进行优化，粒子适应度值为检修方案的检修收益率。本发明的有益效果如下：与当下配电网检修计划优化方法相比，本发明的配电网检修计划优化方法对配电网风险的评估更加全面准确，综合考虑了多种因素的相互作用，优化得到的检修计划方案更加科学合理，有利于检修工作的有效开展及成本的降低。

Description

配电网检修实施方案优化方法

技术领域

本发明涉及配电网检修技术领域。

背景技术

配电网检修计划优化问题是一个多目标多约束非线性的优化问题，合理科学地安排配电网检修计划对于提高用户的供电可靠性，降低电网和设备风险，同时控制检修成本具有十分重要的意义。随着电力系统的发展和建设坚强智能电网工程的展开，不断扩大的电网规模和状态检修、分布式发电等新兴技术的出现对配网检修计划的制定提出了新的挑战。

近年来，国内外专家学者对配电网检修计划的优化方法进行了大量的研究，取得了一定的成果，主要体现在三个方面：优化思想、优化模型和优化算法。

检修决策的优化思想主要有以可靠性为中心的检修（RCM）、基于风险的检修（RBM）和基于全寿命周期成本的检修（LCC）。在目前的研究中，LCC更注重经济性，旨在降低设备的使用成本；RCM则更注重设备和系统的可靠性；RBM可以较好地同时体现设备和系统的要求，将经济性和可靠性较好地结合起来，但实现更为复杂。

检修计划优化模型包括优化目标和约束条件两部分。优化目标包括可靠性目标、经济性目标和管理性目标等；检修计划优化的约束条件一般有：检修时间约束、检修关系约束、电网安全约束、检修资源约束等。

配电网检修计划优化算法主要有传统的数学优化算法和启发式智能算法。

传统的数学优化算法主要有：动态规划法、整数规划法、Benders分解法等。传统的数学优化方法主要用于简单线性问题的求解，理论上可以找到最优解，但是针对不同的问题要采取不同的处理方法；另外，配电网检修计划优化是一种复杂的非线性问题，传统的数学优化算法存在着模型抽取难、计算量大等问题。相比传统的数学算法，启发式的智能算法对于解决这类问题有着广泛的应用。常用的智能算法有遗传算法、粒子群算法、蚁群算法、免疫算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法、差异算法等。这些单独的算法本身都有明显的缺点，很多学者对其进行了改进或者算法组合，取得了不错的效果。

目前，各个配网检修计划优化模型对电网的风险评估都不够全面准确，在计划优化的模块设计上也往往与状态检修脱节，不能很好地使用状态检修的成果，严重影响了配电网检修的准确度和效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更加全面准确的配电网检修实施方案优化方法，以便更好地解决现有技术中存在的准确度差和效率低的问题，实现配电网准确、快速的检修，提高检修效率和配电网运行的经济效益。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种配电网检修实施方案优化方法，其步骤如下：

（1）配电网和配电设备信息的收集；

（2）计算配电设备的故障率；

（3）评估配电网的运行风险，计算检修方案的检修收益率；

（4）采用粒子群优化算法对检修方案进行优化，粒子适应度值为检修方案的检修收益率。

所述步骤（1）中配电网和配电设备信息收集的方式包括：与其他系统进行信息交换和人工输入；所述配电网和配电设备信息包括配电网负荷、拓扑结构，配电设备状态、检修等级和故障率参数。

所述步骤（2）的具体实现方法如下：

根据配电设备健康指数和设备故障率的经验公式计算配电设备的故障率，根据老化经验公式计算配电设备健康状态的发展变化，采用“健康修复因子”描述各类检修方式对配电设备状态的改善。

所述步骤（3）中的配电网运行风险评估模型包括电网检修和电网故障风险，以电网安全约束、检修关系约束和检修资源约束为约束条件。

本发明的有益效果如下：

与当下配电网检修计划优化方法相比，本发明的配电网检修计划优化方法对配电网风险的评估更加全面准确，综合考虑了多种因素的相互作用，优化得到的检修计划方案更加科学合理，有利于检修工作的有效开展及成本的降低。从而更好地解决现有技术中存在的问题，实现配电网准确、快速的检修，提高检修效率和配电网运行的经济效益。

具体实施方式

实施例

一种配电网检修实施方案优化方法，其具体步骤如下：

（1）读入配电网和各配电设备的信息，这其中包括电网的负荷波动和拓扑结构，配电设备的状态、检修等级、故障率参数、上次检修时间、检修费用、故障更换费用、故障检修费用等；

（2）对待检修设备按同时检修约束进行分组，将同时检修的设备分在一组，生成初始检修计划方案；

（3）对不同状态和不同检修等级下的配电设备在各个检修时段的故障发生概率进行计算。不同配电设备处在不同健康状态时，其发生故障的概率是不同的，一般由如下的经验公式计算得到：

λ＝Ke^HI*C，

式中λ为配电设备的故障率，HI为配电设备的健康指数，直接使用状态检修中状态评估的结果，K、C为配电设备的故障率参数，随着配电设备的不同而不同，采用基于历史的统计数据分析得到。

在一个检修计划周期内，配电设备的健康状态不仅随着时间的推移而变化，而且经历不同的检修工作其变化情况也不同，因此必须对检修周期内设备健康状态的变化进行合理的预测。配电设备健康状态的变化一般认为近似满足如下老化经验公式：

HI＝HI₀e^B*ΔT，

式中HI₀为设备初始健康指数，HI为设备最终健康指数，B为老化系数，ΔT为从初始时刻到最终时刻所跨越的时间。

不同检修等级对设备健康状态的改善程度不一样，本发明引入健康修复因子的概念，认为对设备进行不同等级的检修后可以改变设备的健康指数，进而降低了设备的故障率：

HI_after＝βHI_before，

其中，HI_before、HI_after分别为检修前后设备的健康指数，β为健康修复因子，不同设备的不同检修等级健康修复因子是不同的，一般取其历史平均值；

通过上述三个公式可以得到配网各设备在检修周期内各个时段的设备故障率，计算设备故障概率的公式如下：

R (t) = e^{- {&Integral;}_{t_{1}}^{t_{2}} λ (τ) dτ}

（4）对不同检修方案下，配电网全年所面临的运行风险（包括电网检修风险和电网故障风险）进行准确全面地评估，计算检修方案的收益率。配电网的检修风险和故障风险是一对矛盾，检修不足会导致配电网故障风险升高，造成电网可靠性降低；检修过剩会导致检修风险升高，造成电网可靠性降低的同时也会降低检修的效益。配电网中的配电设备以各自的故障率发生故障，就会造成配电网故障风险，包括两种风险：一种是配电网的失负荷损失R1，另一种是配电设备自身故障后检修和更换的损失R2；配电网中的配电设备在检修过程中存在检修成本C_M，配电设备停电检修会造成配电网失去部分负荷R3，同时由于停电检修，配电设备失去可靠，使得配电网的可靠性进一步降低，增加了配电网失负荷的风险R4。综合考虑以上各项因素确定以“检修收益率R_I”为检修计划方案的评价指标：

R_{I} = \frac{R_{0} - (R_{1} + R_{2})}{R_{3} + R_{4} + C_{M}},

式中R0为检修方案未实施时配电网的运行风险，其他参数与检修方案有关。

（5）利用粒子群优化算法对配电网检修计划方案进行优化，适应度值选择方案的检修收益率。根据步骤（4）的评估结果产生新的检修方案，判断迭代是否终止，重复步骤（3）～（5），直到获得足够好的检修方案。

综上所述，本发明的创新点如下：

1）基于风险评估的检修计划优化。本发明采用货币化的风险值作为评价配电网检修方案的指标，对配电网运行模式进行分析，定义检修模式和故障模式的概念，并全面分析电网的检修风险和故障风险，最终以检修收益率作为方案的评价标准；

2）配电设备故障率的计算。目前大部分的模型都认为一个检修周期内设备的故障率不变，本发明为了提高对设备评价的准确度，引入了设备老化经验公式来估计设备健康状态的变化；

3）配电设备检修作用的表征。对配电设备进行不同等级检修前后设备的健康状态发生不同的改善，本发明定义了一个健康修复因子的概念，不同的等级和不同的检修内容数值不同，并取其历史平均值；

4）粒子群算法的使用。以检修收益率为粒子的适应度值，同时处理配电网安全约束、检修资源约束、检修关系约束，通过设置合理的参数对检修计划进行优化，完全排除人为因素的干扰，相比排序法和人工决策结果更优。

Claims

1.一种配电网检修实施方案优化方法，其特征在于，其方法步骤如下：

（1）配电网和配电设备信息的收集；

（2）计算配电设备的故障率；

（3）评估配电网的运行风险，计算检修方案的检修收益率；

2.根据权利要求1所述的配电网检修实施方案优化方法，其特征在于，所述步骤（1）中配电网和配电设备信息收集的方式包括：与其他系统进行信息交换和人工输入；所述配电网和配电设备信息包括配电网负荷、拓扑结构，配电设备状态、检修等级和故障率参数。

3.根据权利要求1所述的配电网检修实施方案优化方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体实现方法如下：

4.根据权利要求1所述的配电网检修实施方案优化方法，其特征在于，所述步骤（3）中的配电网运行风险评估模型包括电网检修和电网故障风险，以电网安全约束、检修关系约束和检修资源约束为约束条件。