肖輔盛 羅艷 王庭剛 周智海

關(guān)鍵詞：輸電設(shè)備;檢修計劃;故障率;設(shè)備自身風(fēng)險;電網(wǎng)運行風(fēng)險

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

按照風(fēng)險來源，輸電設(shè)備檢修優(yōu)化問題中共有兩類需要考慮的風(fēng)險類型，分別為設(shè)備自身風(fēng)險、電網(wǎng)運行風(fēng)險。設(shè)備自身風(fēng)險是指輸電設(shè)備運行過程中發(fā)生故障跳閘造成自身損傷，而產(chǎn)生的設(shè)備風(fēng)險?；谌芷诶碚摌?gòu)建了一種考慮設(shè)備剩余價值的檢修經(jīng)濟性評價指標(biāo)。該指標(biāo)可作為檢修計劃重要性的參考依據(jù)，以實現(xiàn)輸電設(shè)備檢修計劃優(yōu)化編制，從而降低設(shè)備自身風(fēng)險，提高運行效益。引入檢修市場窗概念，提出了一種市場化下的設(shè)備檢修優(yōu)化模式。其核心理念在于通過市場競價方式，確定設(shè)備檢修計劃的經(jīng)濟價值，作為設(shè)備檢修優(yōu)化的依據(jù)。進一步完善了設(shè)備自身風(fēng)險指標(biāo)的計算方法，通過綜合考慮設(shè)備運行成本、檢修費用等，提出一項輸電設(shè)備檢修綜合成本指標(biāo)，作為設(shè)備自身風(fēng)險的評價標(biāo)準。而電網(wǎng)運行風(fēng)險則側(cè)重于評價設(shè)備故障跳閘后電網(wǎng)所存在的運行風(fēng)險，包括損失負荷、重要客戶停電等?；谳旊娫O(shè)備故障跳閘掃描提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的電網(wǎng)運行風(fēng)險評價方法，可將其作為不同檢修方案的評價依據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備檢修優(yōu)化。提出了一種內(nèi)嵌電網(wǎng)運行風(fēng)險的輸電設(shè)備檢修優(yōu)化方法，通過動態(tài)調(diào)整檢修項目，降低電網(wǎng)運行風(fēng)險。

實際上，設(shè)備自身風(fēng)險和電網(wǎng)運行風(fēng)險是檢修計劃編制中并存的兩類風(fēng)險因素。在輸電設(shè)備檢修優(yōu)化中更宜于統(tǒng)籌考慮兩類風(fēng)險因素，降低電網(wǎng)運行整體風(fēng)險水平。近年來也有部分專家開展了輸電設(shè)備檢修優(yōu)化綜合風(fēng)險相關(guān)研究，其主要思路是通過設(shè)置權(quán)重系數(shù)整合上述兩類風(fēng)險。然而，該整合方法存在兩方面難以解決的問題：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)險可能掩蓋部分關(guān)鍵信息，造成設(shè)備自身風(fēng)險高而電網(wǎng)運行風(fēng)險低或設(shè)備自身風(fēng)險低而電網(wǎng)運行風(fēng)險高的檢修項目長期得不到合理安排。

造成上述問題的原因在于加權(quán)整合方法是以風(fēng)險作為驅(qū)動因素，忽視了設(shè)備故障率這一根本評價要素。為此，將提出一種基于設(shè)備故障率分級的綜合風(fēng)險評價方法，對不同故障率等級的設(shè)備檢修項目，更為細致的考慮設(shè)備自身風(fēng)險、電網(wǎng)運行風(fēng)險的重要性，實現(xiàn)輸電設(shè)備檢修優(yōu)化。最后基于IEEE30節(jié)點系統(tǒng)構(gòu)造算例，驗證該方法的有效性。

1輸電設(shè)備檢修綜合風(fēng)險分析

1.1設(shè)備自身風(fēng)險分析

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

式中，Ri為輸電設(shè)備i自身風(fēng)險，r、EI分別為其故障率及故障損失。故障率為不同運行狀態(tài)下輸電設(shè)備故障跳閘的發(fā)生概率，可通過運行狀態(tài)監(jiān)測系統(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)運行狀態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的缺陷類型測算得到。

1.2電網(wǎng)運行風(fēng)險分析

輸電設(shè)備檢修問題中，電網(wǎng)運行風(fēng)險是指在輸電設(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)致的最大失負荷風(fēng)險，可表示為：

1.3綜合風(fēng)險分析

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

為此，提出一種基于設(shè)備故障率分級的綜合風(fēng)險評價方法。與上述加權(quán)綜合方法相比，設(shè)備故障率分級的特點在于以故障率為標(biāo)準，對設(shè)備進行分級，確定不同層級中設(shè)備主導(dǎo)性風(fēng)險，從而避免簡單加權(quán)所導(dǎo)致的關(guān)鍵風(fēng)險信息掩蓋問題。

現(xiàn)有研究表明不同故障率水平下，設(shè)備運行可靠性差異較大，特別是對于輸電設(shè)備，由于其運行于室外，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。

2基于設(shè)備故障率分級的檢修優(yōu)化

2.1實施流程

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

2.2緊急類設(shè)備檢修計劃編制

緊急類輸電設(shè)備故障率高，因此對其檢修計劃應(yīng)以盡早開展檢修以降低設(shè)備故障跳閘風(fēng)險為首要目標(biāo)，并考慮電網(wǎng)運行風(fēng)險不超過限值等約束條件，可表示為：

該優(yōu)化模型以緊急類設(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)運行風(fēng)險約束。求解上述模型，若存在某緊急類設(shè)備檢修項目未確定檢修周期，表明電網(wǎng)運行風(fēng)險或投入檢修資源不足，則檢修計劃編制完畢;否則轉(zhuǎn)入重要類輸電設(shè)備檢修環(huán)節(jié)。

2.3重要類設(shè)備檢修計劃優(yōu)化

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

與緊急類輸電設(shè)備相比，重要類輸電設(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），若存在重要類設(shè)備檢修任務(wù)未安排，表明電網(wǎng)運行風(fēng)險已超過限值或檢修資源投入量不足，則檢修計劃編制完畢;否則繼續(xù)編制一般類設(shè)備檢修計劃。

2.4一般類設(shè)備檢修計劃優(yōu)化

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

式（7）中，N為一般類輸電設(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)運行風(fēng)險。一般類設(shè)備檢修計劃以電網(wǎng)運行風(fēng)險最小化為目標(biāo)，以避免檢修設(shè)備過多導(dǎo)致電網(wǎng)運行風(fēng)險激增的問題。

3算例分析

3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

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

如表2所示，算例中共設(shè)置8項檢修任務(wù)，其中緊急類型2項、重要類型3項、一般類型3項。算例中以投人人工為資源投入的標(biāo)準，并規(guī)定全網(wǎng)每天資源投入量不超過100人。除上述8項檢修任務(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

為驗證所提出方法的有效性，算例中將對比本文方法與傳統(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、電網(wǎng)運行風(fēng)險的權(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均安排在第一天開始檢修;重要類設(shè)備檢修任務(wù)在緊急類之后安排，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)險較高，因此在重要類設(shè)備中排序靠前;最后安排一般類設(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)險與電網(wǎng)運行風(fēng)險的加權(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)險較高，而因加權(quán)后綜合風(fēng)險低于線路18-19，優(yōu)化結(jié)果仍優(yōu)先安排線路18-19的檢修任務(wù)，造成整個優(yōu)化結(jié)果與本文所提出方法有較大差別。

圖4中進一步展示了兩種檢修結(jié)果所對應(yīng)的風(fēng)險變化?？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。其中設(shè)備自身風(fēng)險為當(dāng)天剩余檢修任務(wù)的最大設(shè)備自身風(fēng)險;電網(wǎng)運行風(fēng)險為在當(dāng)前檢修計劃基礎(chǔ)上進一步考慮任一輸電線路故障跳閘的最大失負荷風(fēng)險?？梢钥闯鲇捎诰€路6-9對應(yīng)電網(wǎng)運行風(fēng)險較低，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。同時，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)致整個電網(wǎng)解列全停。而優(yōu)先安排兩項緊急類輸電設(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)備故障率分級的輸電設(shè)備檢修優(yōu)化方法具有兩方面顯著優(yōu)勢：

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

（2）降低高故障率設(shè)備由于風(fēng)險較低導(dǎo)致檢修任務(wù)滯后引發(fā)電網(wǎng)連鎖故障的風(fēng)險，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)險問題出發(fā)，提出了以故障率分級為主線的設(shè)備檢修優(yōu)化方法，該方法能夠保證緊急類設(shè)備盡早安排檢修，重要類設(shè)備以設(shè)備自身風(fēng)險最小為目標(biāo)優(yōu)化編制，一般類設(shè)備則根據(jù)電網(wǎng)剩余空間綜合考慮安排，實現(xiàn)了電網(wǎng)運行風(fēng)險與設(shè)備自身風(fēng)險的有機協(xié)調(diào)，對提升檢修計劃效益具有顯著作用。

后續(xù)可基于本研究成果，進一步完善優(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)化中的計算效率，提升其工程實用性。