配電網生產作業計劃的智能優化探索

肖龍海，金 鋒，周浦江，錢國良，姜福濤

（1.嘉興平湖市供電局，浙江 平湖 314200；2.IBM中國研究院，上海 201203）

1 配電網生產作業計劃優化研究的背景

隨著國家電網公司對全系統精益化管理要求的提高，供電企業配電網生產作業計劃在整個生產管理過程中的重要性越來越高。

配電網生產作業的特點是“四多”：

（1）任務來源多，涉及多種類型，包括基建工程、技改工程、大修工程、消缺、預試、用戶工程及配合上級的任務等。

（2）牽涉部門多，包括生技、營銷、基建、調度所、變電工區、線路工區、施工部門等。

（3）約束條件多，包括保供電約束（時段保供電、重要和雙電源用戶保供電）、時間約束、人力和設備資源約束。

（4）不確定因素多，如天氣因素、上級配合和客戶工程等。

同時，隨著配網規模的日益擴大，電網拓撲結構也越來越復雜。

面對復雜電網，面對多任務、多部門、多約束條件和各種不確定因素，配網生產作業計劃制定過程越來越復雜。而傳統生產作業計劃編制的自動化程度低，依賴于人工溝通和協調，制定的計劃也難以保證多任務的有效結合、多部門的有效配合、人力和設備資源的充分利用，計劃執行時往往要做反復調整，增加了安全生產風險，造成了設備的重復停電，難以滿足精益化管理的要求。因此，迫切需要采用自動化的優化模型與算法支持，實現對生產作業計劃的優化。

國內外對電力系統生產作業計劃優化的研究主要集中在機組檢修，對電網設備的生產計劃研究相對較少，已有的配電網生產作業計劃優化研究大多集中在理論方面，較少從實際應用角度出發[1-4]。有學者提出了在月檢修計劃安排中，以配電網檢修最經濟為目標，并用免疫算法與禁忌搜索相結合的優化策略。還有學者根據供電系統檢修計劃由人工制定的特點，建立設備屬性，歸納適合檢修計劃制定的規則，以系統接線、調度規程和設備極限傳輸容量為約束，利用排序方法實現檢修計劃的自動制定。

由此可見，目前國內在電網生產計劃優化問題的領域開展了一些研究工作，但還屬于起步階段，遠遠滿足不了供電企業對生產作業計劃管理的要求；國外在生產計劃優化方面的研究雖然已經具有了一定的成果，但尚未涉及完整的生產計劃優化。另外，生產計劃優化系統必須有相應的管理制度配合才能得到充分應用，而絕大多數研究只從技術層面研究了生產計劃優化，這也是這些研究未得到實際應用的重要原因之一。

2 配電網生產作業計劃管理面臨的問題

由于配電網生產作業存在“四多”的特點，且拓撲結構越來越復雜，使傳統生產作業計劃管理存在諸多問題。

（1）生產單位編制計劃時難以考慮周全，易錯漏。生產單位（線路工區、變電工區、施工部門等）在編制計劃時，需要考慮的因素較多，如：同桿架設的另外一條線路是否需要陪停、是否導致雙電源用戶失電、是否與保供電要求沖突、生產作業計劃是否超出了人力設備資源約束等等。編制者對這些因素并不完全掌握，需要大量的人工溝通，也容易造成錯漏。

（2）多部門難以有序配合。配網生產作業任務來源多、涉及部門多，一份可行的生產作業計劃往往需要多部門有序配合，但計劃編制時配合工作的各方在計劃時間和內容上容易出現不一致，很多協調工作要在協調會討論，溝通成本高。

（3）多任務難以有效結合。要減少停電時戶數、提高供電可靠性，除加強電網建設外，另一個途徑就是盡量使相同停電范圍的停電工作盡可能安排在一起，即多任務（同一停電范圍）之間需要充分結合。傳統計劃編制結合工作主要依賴于管理人員的經驗判斷，費時費力，且容易疏漏。

（4）生產作業計劃剛性管理難。由于配網銜接著輸電網和用戶，供電企業對計劃的剛性管理有非常嚴格的要求，否則會增加電網安全風險、降低客戶滿意度。由于前述問題的存在，導致計劃執行面臨反復和調整，無法實現高效和有序管理，剛性管理困難，安全生產風險增加。

3 配電網生產作業計劃的優化途徑

針對傳統配網生產作業計劃管理所存在的問題，探索借助計算機智能化和信息化技術建立生產計劃智能優化系統。實現配網作業生產資源和約束條件由系統提醒，配合工作由系統傳遞，結合工作由系統分析等功能，從而提高計劃科學合理性和管理水平。

要實現配網生產作業計劃智能優化，首先要實現配網生產作業所涉及的過程元素（即配網拓撲結構和生產資源）數字化、信息化。在目前部分供電企業已建設生產管理信息化平臺（SG186-XPMS）基礎上進行科學建模，并采用優化技術研究配網生產作業計劃智能優化是完全可行的。

3.1 生產作業計劃智能優化系統的技術實現

為保證計劃管理理念和優化技術得到有效的落實，嘉興平湖市供電局和IBM中國研究院共同研發建立了一套配網生產作業計劃智能優化系統（簡稱智能優化系統），將管理制度整合到系統流程里，將優化技術轉化為系統里的模塊。智能優化系統與目前應用的生產管理系統（XPMS系統）無縫集成，從中獲取配網拓撲結構及設備和人力資源等基礎數據。系統對獲取的基礎數據進行建模，對計劃進行提醒、傳遞和優化分析，實現了生產計劃的智能優化。

智能優化系統緊扣生產作業計劃的編制、協調與平衡3個環節，建立了“部門優化”、“協調優化”、“全局優化”3層優化框架。系統具有以下3層核心功能：

（1）部門優化：防錯漏。進行計劃編制時，系統通過拓撲分析、約束優化等技術，自動分析計劃中的錯漏問題，如同桿并架的陪停線路是否遺漏，停電工作是否會導致雙電源用戶失電，停電工作是否與保供電任務沖突，生產作業是否違反了人力設備資源約束等，從而有效提高計劃編制的效率和質量，避免錯漏。

（2）協調優化：理配合，促結合。進行計劃編制時，系統動態提醒相關單位的配合請求和配合計劃的確認情況，自動建立主計劃與配合計劃之間的關聯關系，方便多部門之間的配合工作計劃編制。通過拓撲分析等技術，系統在計劃編制時自動提醒可以結合的停電工作，從而有效減少停電時戶數，降低重復停役率。

（3）全局優化∶解疑難。生產單位完成計劃編制后，計劃管理部門通過系統進行全局優化，查找遺漏問題，從而使得生產計劃平衡會有針對性地解決疑難問題，提高工作效率。

3.2 生產作業計劃的管理優化

為使智能優化系統有效發揮作用，并進一步加強計劃剛性，在管理層面也進行了探索。在計劃編制和平衡時，通過對生產計劃進行年-月-周的層層分解，確保計劃有序及可行。在計劃執行時，通過對計劃進行周-月-年層層關聯，提高每層計劃的執行力度和剛性。

首先，編制完整的年度計劃（包括基建技改計劃、大修計劃、預試計劃）。年度計劃充分考慮生產任務與基建任務的結合、生產單位施工力量和配網施工作業的季節特點，確保計劃切實可行。

其次，利用系統編制內容詳實的月周計劃。月度計劃以年度計劃為基礎，明確本月的核心生產作業任務，充分考慮多任務的結合、多部門的配合和作業約束條件，停電計劃細化到天，確保計劃的嚴肅性和可控性。

最后，利用系統對月度、雙周計劃執行后的偏差情況進行統計和公布，實現生產計劃的閉環管理。

4 生產作業計劃智能優化系統的關鍵技術

4.1 智能優化系統結構

為了保證系統的先進性和實用性，在系統設計和開發過程中應用了一系列的關鍵技術，牢牢把握結合、配合兩大核心問題，并且充分考慮現有的系統狀況。系統優化層次見圖1所示。

智能優化系統采用經典的Browser/Server體系結構，分Web端和服務器端兩大部分。

圖1 智能優化系統三層優化結構示意圖

Web端主要使用 JavaScript、HTML和 Ajax等技術開發。其中Ajax技術向服務器提交數據和接受服務器返回的數據，然后再用JavaScript刷新前臺界面。

服務器端的程序是系統的主體，依次分為表現層、控制層、業務層、持久層和數據庫幾個層次。表現層負責處理用戶的交互與系統分析結果的展示，主要采用JSP技術。控制層采用Struts框架，接受前端請求，調用業務層的Service Bean來處理，并將處理結果傳遞到表現層展現給用戶。業務層采用Spring框架，每個Service Bean可以在多個不同類型的請求間共享。持久層采用Ibatis框架，可以在降低開發工作量、提高代碼質量的同時，通過優化SQL語句等方式保證持久層的性能。數據庫采用Oracle 10.1。

4.2 智能優化系統的關鍵技術

（1）兼顧先進性和實用性的系統框架。考慮到生產計劃編制既分散又集中的特點，智能優化系統借鑒計劃優化領域先進的分層優化理念，在部門優化、協調優化、全局優化3個層次上對生產計劃進行優化；同時在技術上采用Struts+Spring+Ibatis的輕量級J2EE架構，系統結構得到簡化。

（2）解決兩大關鍵問題。智能優化系統構建結合智能分析、配合自動提醒、結合/配合計劃關聯等功能，有效解決多部門配合和多任務結合這兩個關鍵問題，提高計劃編制質量和平衡效率，使得部門協同工作更為順暢。系統全面采用Ajax技術，網絡通信量大大降低，頁面響應迅速，系統界面交互更快捷。

（3）基于CIM模型，與已有系統無縫集成。智能優化系統通過拓撲分析技術，實現了多任務結合分析、保供電分析、雙電源分析等功能。在實現拓撲分析時，采用電力行業IEC 61970標準中的公共信息模型（即CIM模型）進行描述，可非常方便地進行擴展或與其他系統進行對接。

5 結語

由嘉興平湖市供電局和IBM中國研究院共同研發的配網生產作業計劃智能優化系統，已于2009年9月建成并試運行。智能優化系統有效提高了生產計劃管理工作效率，實現了企業管理效益的提升，具體體現在以下幾個方面：

（1）通過智能優化系統對停電計劃的優化，減少了設備的停電時間和次數，減少停電時戶數，增加銷售電量，提高供電可靠率。

（2）通過智能優化系統的輔助決策，提高了計劃編制的效率。通過系統平臺，部門間人工溝通協調量減少，計劃協調工作更為順暢，從而提高了生產計劃管理工作效率。

（3）通過智能優化系統的智能分析、自動提醒等功能，使計劃編制更準確、無遺漏，提高了計劃科學合理性和可執行性，保證了計劃的剛性執行。系統實現計劃執行的整體跟蹤與掌握，實現閉環管理，降低了潛在的安全風險，提高精益化管理水平。

（4）通過智能優化系統對生產計劃的優化，保證了供電企業生產作業的有序進行，保證了多任務的有效結合和多資源的合理利用，提高了生產管理水平，最終提高客戶滿意度，提升企業服務形象。

[1] 蔣獻偉，黃民翔，許諾，等.供電設備檢修計劃優化[J].電力系統及其自動化學報.2007，19（4）：116-120.

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