張 恒，劉 卉，萬 斌，劉宗政

山東電力集團公司泰安供電公司，山東泰安 271000

0 引言

隨著電力市場管制放松，電力傳輸需要通過減小電力輸送過程所產(chǎn)生的費用來獲得電價的競爭力。同時，維持電網(wǎng)運行的可靠性也越來越受到關(guān)注。利用以可靠性為中心的維修策略是降低費用提高電網(wǎng)可靠性的一種方法[1，-2]。以可靠性為中心的維修方法是提供最優(yōu)維修策略的關(guān)鍵，它考慮了前期維修費用和失負荷導致的潛在維修費用之間的折衷問題[3]。

輸電系統(tǒng)是由許多不同種類的輸電設(shè)備組成，這些設(shè)備有不同的壽命期限，在運行一段時期后，會出現(xiàn)不同程度的老化[4]。即使相同設(shè)備的壽命也會隨著不同的運行條件而改變，因而很難按照一種設(shè)備的維修策略來定其他設(shè)備的檢修策略。本文提出以可靠性為中心的輸電系統(tǒng)維修方法[5-7]，提出考慮系統(tǒng)中設(shè)備的差異性，并有序處理設(shè)備老化、故障和維修的改進的半馬爾科夫鏈的設(shè)備狀態(tài)模型。由于維修設(shè)備的數(shù)量與對計算機內(nèi)存的需求呈指數(shù)增長關(guān)系，這將限制仿真輸電系統(tǒng)的大小。因而本文使用遺傳算法來找到一種接近最優(yōu)解決方案的可行方案。

1 設(shè)備狀態(tài)模型

本文應用了設(shè)備狀態(tài)模型來給輸電系統(tǒng)中各種不同的設(shè)備建立一種合適的維修策略。分別使用幾個狀態(tài)來表征設(shè)備的老化、故障和維修狀態(tài)，通過調(diào)整狀態(tài)的數(shù)量來使不同的設(shè)備或系統(tǒng)具有一定的通用性。

圖1 改進的半馬爾科夫鏈基本設(shè)備狀態(tài)模型

2 基于遺傳算法的最優(yōu)維修策略

運用遺傳算法尋找最優(yōu)維修策略步驟如下：

步驟1：產(chǎn)生群及設(shè)備的維修決議向量

本文選擇架空線，絕緣子和鋼塔三種設(shè)備為研究對象，架空線有三個巡檢特征，絕緣子和鋼塔都有兩個巡檢特征，每個巡檢特征表示一個劣化狀態(tài)，如上文所述。例如一個決議向量為0010001，前三位表示架空線垂度出現(xiàn)了故障，中間兩位表示絕緣子處于正常狀態(tài)，末兩位表示鋼塔檢測到污閃點。

步驟2：設(shè)置循環(huán)，評估適應度函數(shù)

遺傳算法中適應度函數(shù)是使總維修費用最小，其公式如下：

式中，θ為維修決議相量，Θ為搜索空間的染色體，J=[MC+RC+GC+OC]，J為總期望費用，MC為維修費用，RC為修復費用，GC為發(fā)電費用，OC為停電費用。

適應度函數(shù)的評估過程如下：

1）設(shè)定決議相量的計數(shù)器；

2）指定所有設(shè)備的初始狀態(tài)。在本研究中，所有設(shè)備的初始狀態(tài)均為正常狀態(tài)；

3）估計故障形式，用序貫蒙特卡洛按時間的前后順序模擬設(shè)備處在當前狀態(tài)的持續(xù)時間；

4）傳輸由基于故障形式得到的設(shè)備狀態(tài)及狀態(tài)的轉(zhuǎn)移時間；

5）檢查設(shè)備故障或修復完成是否帶來系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)改變。這些改變可能是負荷削減、整個系統(tǒng)停電或者發(fā)電費用的改變。表達式如下：

此處，發(fā)電費用是以每臺發(fā)電機的電力輸出功能來衡量，停電費用是通過負荷削減總量。PGk是第k個發(fā)電機的出力，LGi是第i個負荷的負荷削減量。公式（3）是電力平衡約束方程。式（4）和（5）分別是發(fā)電機出力限制和負荷削減量限制。在（6）式中，LF（Sj）是第j個系統(tǒng)狀態(tài)Sj的線流相量，這個等式表明了輸電線路的載流量限制。故障設(shè)備的RC通過查詢實際工程數(shù)據(jù)得到。

6）通過決議相量來檢查維修順序。如果產(chǎn)生了任意的維修決定，MC（維修費用）就被加到總期望費用中，維修費用是由惡化狀態(tài)決定的。在一段給定的維修時間之后，設(shè)備維修后將進入正常狀態(tài)N，回到第（4）步。

7）按給定的時限內(nèi)重復步驟（4）～（6）。

8）更新決議向量計數(shù)器Dec=Dec+1，根據(jù)群的大小重復步驟（2）～（7）。

步驟3，找到最優(yōu)維修策略，結(jié)束循環(huán)。

3 算例分析

通過IEEE-118節(jié)點測試系統(tǒng)驗證本文提出的確定維修策略方法的實用性，并與傳統(tǒng)的基于時間的維修策略作對比得出結(jié)論。

表1 不同維修策略的總期望費用

IEEE-118節(jié)點系統(tǒng)有54臺發(fā)電機、186條線路、91個負荷、5條架空線、10個絕緣子和15基輸電桿塔。因此，決議向量有95（3×15+2×15+2×10）位，搜索空間為295。根據(jù)本文所提出方法獲得的最優(yōu)維修策略，表1給出了本文提出方法的總期望費用和基于時間傳統(tǒng)維修方法的費用對比。

由表1可見，本文提出的以可靠性為中心的最優(yōu)維修策略所需的總維修費用明顯小于傳統(tǒng)的基于時間的維修方法。

4 結(jié)論

本文提出使用以可靠性為中心，通過遺傳算法為各種不同的輸電設(shè)備提出最優(yōu)維修策略。通過與傳統(tǒng)的基于時間的維修策略對比，證明了本文提出的維修策略更高效。此外，本文應用改進馬爾科夫鏈確定設(shè)備狀態(tài)模型，通過調(diào)整設(shè)備的狀態(tài)數(shù)量可使本模型具有復雜系統(tǒng)的通用性。

[1]李文沅.電力系統(tǒng)風險評估模型、方法和應用[M].科學出版社，2006.

[2]束洪春.電力系統(tǒng)以可靠性為中心的維修[M].機械工業(yè)出版社，2009.

[3]簡根妹.基于RCM的設(shè)備維修方式?jīng)Q策[J].甘肅科技，2010，26(16)：94-95.

[4]徐淑文，李志剛，等.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)研究[J].山東電力技術(shù)，2010，6：14-17.

[5]雍新萍.淺析以可靠性為中心的狀態(tài)檢修[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2006，24（增刊）：150-151.

[6]徐習東，朱俊永，等.一種改進的RCM方法——精簡型RCM（SRCM）[J].華北電力技術(shù)，2006，3：40-42.

[7]Endrenyi J.The present status of maintenance strategies and the impact of maintenance on reliability.IEEE Transaction on power systems，2001，16(4)：638-646.