考慮設備重要度的地區電網檢修計劃優化方法分析

楊舍近，李 軍，韓 源，劉保軍，王建軍

（國網河南省電力公司漯河供電公司，河南 漯河 462000）

引言

電網檢修計劃的編制是電網調度管理部門的重要工作內容之一，直接關系到電網中各類設備的安全可靠運行和電力用戶的供電可靠性，對于電網的經濟運行也具有一定的影響，有必要制定合理的地區電網檢修計劃，保證地區電網的穩定運行，防止出現設備運行事故[1]。在傳統檢修計劃編制中，主要是依靠人工進行判斷和決策，將線路、變檢等專業管理人員和調度管理人員召集起來，探討線路是否能夠停運、負荷能否轉移等問題。這種電網檢修計劃編制方式容易帶有決策者的偏好，也難以適應現代大規模電網的檢修工作需求，本文主要介紹考慮設備重要度的地區電網檢修計劃優化技術，對于提高地區電網檢修計劃編制的合理性具有一定的價值。

1 設備重要度的量化

電網中需要進行檢修的設備類型主要包括主變、電力線路、隔離開關、斷路器、電壓互感器、電流互感器、電容器、電抗器、母線、避雷器等，不同類型的設備在電網運行中具有不同的地位和重要性[2]，在電網設備檢修計劃的編制中應加以考慮，保證檢修計劃的合理性。

電力設備在檢修計劃編制中的重要度可以采用eR進行表示，其中R 采用下式（1）加以量化，重要度值越大，表明該設備越需要盡快安排檢修工作。

式（1）中：R 為設備的重要度影響因子，ν 為根據設備所屬電壓等級所賦的權重值，ε 為不同類型設備所設的調節系數，T 為設備制造廠家所規定的檢修周期。公式中采用進行表示，當 T 值越大越小，則 R 越小，表明設備規定的檢修周期越長，則設備的重要度越低，設備運行的可靠性較高。a 為各類待檢修設備的可靠性系數，該值越大，則R 越小，表明可靠性較高的設備其檢修的重要性較低。在上式（1）中，v 的取值如表1 所示。

表1 設備電壓等級的系數值

對于設備類型調節系數ε，由于主變、線路和斷路器等設備的重要程度較高，故所設系數應偏大，可取1。隔離開關和二次測量設備可取0.85，其他包括電容器等設備取0.7。

2 考慮設備重要度的地區電網檢修計劃優化技術

2.1 地區電網檢修計劃優化模型

2.1.1 目標函數

地區電網檢修計劃優化可以選取的目標函數較多，如系統網損最小、檢修成本最低、供電可靠性最高、電網企業停電損失最小等，不同的目標函數所優化的側重點不同[3]，本文選取設備的檢修時間偏離到周期時間最小為目標函數建立地區電網檢修計劃優化模型，目標函數表達式如式（2）所示。

式（2）中：n 為待檢修的設備綜述；eRi為第 i 個設備的重要度；ti為第i 個設備的計劃檢修時間；Ti為第i 個設備的到周期時間。采用上式作為檢修計劃優化的目標函數，可以將設備的重要度考慮到優化模型中。待檢修的設備重要度值越大，則越要求設備的檢修時間與設備的到周期時間之間的差值越小，從而盡快安排檢修，實現檢修計劃優化的目的。

2.1.2 約束條件

對于地區電網檢修計劃優化模型中的約束條件，主要包括以下幾類，以下分別進行分析：

第一類約束是線路潮流約束，某個設備檢修導致線路停運時，不應引起系統中其他線路出線潮流越限的情況，如式（3）所示。

式（3）中：Pi，max第 i 條線路的最大允許潮流，Pi為第 i條線路的實際潮流值，由于線路潮流具有兩個方向，故在此用絕對值進行表示。

第二類約束條件是設備檢修的安排約束，如式（4）所示。

式（4）中 ti，min為設備檢修的最早時間，ti，max為最晚時間，采用該約束可保證設備檢修所安排的時間符合規定的要求。

第三類約束是檢修資源的限制約束，如式（5）所示。

第四類約束條件為檢修設備的同時性約束，如式（6）所示。

上式表示某些待檢修設備屬于同一檢修集合中時，則安排在一起進行檢修，從而避免線路的重復停電，降低電網企業的停電經濟損失。

第五類約束為某些特殊設備不能同時安排檢修，如雙母線或兩臺主變同時檢修等[4]，從而避免了在檢修時引起不必要的停電，采用式（7）進行表示。

上式中Dj為第j 個設備檢修所需要花費的時間，表達式中加1 的物理意義是第i 個設備的檢修實際應在第j 個設備檢修完成后再延后一天，保證雙母線或雙主變不會同時檢修，恢復系統供電之后再安排下一個設備檢修。

2.2 優化模型求解算法

上述建立的地區電網檢修計劃優化模型，可以采用粒子群優化算法進行求解，求解的具體流程圖如圖1 所示。

圖1 檢修計劃優化模型的求解流程圖

圖2 電網運行狀態的控制

采用粒子群算法求解地區電網檢修計劃優化模型時，需要通過迭代計算，不斷對粒子進行更新，直到滿足計算收斂結束的條件，否則再次進入到迭代計算的過程[5]。在計算的過程中，應將各類約束條件反映在尋找最優解的過程中。計算結束之后，得出相應的檢修計劃方案。

3 地區電網檢修計劃的安全校核

為了保證電網在檢修期間的安全穩定運行，需要對電網進行安全校核，本文主要采用N-1 靜態安全分析的方法進行安全校核。當采用制定的檢修計劃時不滿足N-1 靜態安全校核時，則應調整檢修計劃，并重新進行潮流計算和安全校核，主要的電網運行狀態控制和調節如圖2 所示。

在圖2 中，電網所受的擾動主要包括某條線路因檢修任務需要停運或某臺主變停運等，這些擾動都會對電力系統的運行狀態產生較大的影響和干擾，需要對電網的運行狀態進行控制。當電網處于不安全正常狀態時，此時只需要采用預防控制措施，如倒換電網的運行方式等，就可以使得電網恢復正常的運行狀態。如果電網處于緊急狀態時，則應調整檢修計劃或者切負荷，保證電網恢復到正常運行狀態。

以某五節點系統為算例進行分析，系統結構圖如圖3 所示，其中節點四為PV 節點，節點五為平衡節點，其余為負荷節點。圖中標示支路電抗標么值及注入功率，支路1－2 極限輸送功率1.5，當支路2－3 因檢修計劃需要進行開斷后，校核線路1－2 的安全性。

圖3 系統結構圖

為此首先需要計算線路1－2 的潮流，根據圖3 數據，建立式（8）矩陣。

則線路1－2 的潮流為：

當支路2－3 因檢修計劃需要進行開斷后，此時可得：

此時線路1－2 的功率為：

可見線路1－2 的功率不超過極限輸送功率1.5，故符合安全校核。當線路1－2 的功率超過極限輸送功率時，此時需要調整檢修計劃或者切除部分線路負荷，保證系統的安全運行。

4 結論

制定合理的電網設備檢修計劃，對于保證地區電網的安全穩定運行具有關鍵意義和價值。針對不同類型的設備，安排不同的檢修時間，在制定檢修計劃的過程中具有較強的實際意義。本文系統分析了考慮設備重要度的地區電網檢修計劃優化方法，在實際中可以加以應用。