配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃的智能優(yōu)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(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃優(yōu)化研究的背景

隨著國家電網(wǎng)公司對全系統(tǒng)精益化管理要求的提高，供電企業(yè)配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃在整個生產(chǎn)管理過程中的重要性越來越高。

配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)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(diào)度所、變電工區(qū)、線路工區(qū)、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(wǎng)規(guī)模的日益擴大，電網(wǎng)拓撲結構也越來越復雜。

面對復雜電網(wǎng)，面對多任務、多部門、多約束條件和各種不確定因素，配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃制定過程越來越復雜。而傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計劃編制的自動化程度低，依賴于人工溝通和協(xié)調(diào)，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(zhí)行時往往要做反復調(diào)整，增加了安全生產(chǎn)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(yōu)化模型與算法支持，實現(xiàn)對生產(chǎn)作業(yè)計劃的優(yōu)化。

國內(nèi)外對電力系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計劃優(yōu)化的研究主要集中在機組檢修，對電網(wǎng)設備的生產(chǎn)計劃研究相對較少，已有的配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃優(yōu)化研究大多集中在理論方面，較少從實際應用角度出發(fā)[1-4]。有學者提出了在月檢修計劃安排中，以配電網(wǎng)檢修最經(jīng)濟為目標，并用免疫算法與禁忌搜索相結合的優(yōu)化策略。還有學者根據(jù)供電系統(tǒng)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(guī)則，以系統(tǒng)接線、調(diào)度規(guī)程和設備極限傳輸容量為約束，利用排序方法實現(xiàn)檢修計劃的自動制定。

由此可見，目前國內(nèi)在電網(wǎng)生產(chǎn)計劃優(yōu)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(yè)對生產(chǎn)作業(yè)計劃管理的要求；國外在生產(chǎn)計劃優(yōu)化方面的研究雖然已經(jīng)具有了一定的成果，但尚未涉及完整的生產(chǎn)計劃優(yōu)化。另外，生產(chǎn)計劃優(yōu)化系統(tǒng)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(shù)研究只從技術層面研究了生產(chǎn)計劃優(yōu)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(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃管理面臨的問題

由于配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)存在“四多”的特點，且拓撲結構越來越復雜，使傳統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)計劃管理存在諸多問題。

（1）生產(chǎn)單位編制計劃時難以考慮周全，易錯漏。生產(chǎn)單位（線路工區(qū)、變電工區(qū)、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(chǎn)作業(yè)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(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)任務來源多、涉及部門多，一份可行的生產(chǎn)作業(yè)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(nèi)容上容易出現(xiàn)不一致，很多協(xié)調(diào)工作要在協(xié)調(diào)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(shù)、提高供電可靠性，除加強電網(wǎng)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(tǒng)計劃編制結合工作主要依賴于管理人員的經(jīng)驗判斷，費時費力，且容易疏漏。

（4）生產(chǎn)作業(yè)計劃剛性管理難。由于配網(wǎng)銜接著輸電網(wǎng)和用戶，供電企業(yè)對計劃的剛性管理有非常嚴格的要求，否則會增加電網(wǎng)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(zhí)行面臨反復和調(diào)整，無法實現(xiàn)高效和有序管理，剛性管理困難，安全生產(chǎn)風險增加。

3 配電網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃的優(yōu)化途徑

針對傳統(tǒng)配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)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(chǎn)計劃智能優(yōu)化系統(tǒng)。實現(xiàn)配網(wǎng)作業(yè)生產(chǎn)資源和約束條件由系統(tǒng)提醒，配合工作由系統(tǒng)傳遞，結合工作由系統(tǒng)分析等功能，從而提高計劃科學合理性和管理水平。

要實現(xiàn)配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃智能優(yōu)化，首先要實現(xiàn)配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)所涉及的過程元素（即配網(wǎng)拓撲結構和生產(chǎn)資源）數(shù)字化、信息化。在目前部分供電企業(yè)已建設生產(chǎn)管理信息化平臺（SG186-XPMS）基礎上進行科學建模，并采用優(yōu)化技術研究配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃智能優(yōu)化是完全可行的。

3.1 生產(chǎn)作業(yè)計劃智能優(yōu)化系統(tǒng)的技術實現(xiàn)

為保證計劃管理理念和優(yōu)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(fā)建立了一套配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃智能優(yōu)化系統(tǒng)（簡稱智能優(yōu)化系統(tǒng)），將管理制度整合到系統(tǒng)流程里，將優(yōu)化技術轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)里的模塊。智能優(yōu)化系統(tǒng)與目前應用的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（XPMS系統(tǒng)）無縫集成，從中獲取配網(wǎng)拓撲結構及設備和人力資源等基礎數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對獲取的基礎數(shù)據(jù)進行建模，對計劃進行提醒、傳遞和優(yōu)化分析，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃的智能優(yōu)化。

智能優(yōu)化系統(tǒng)緊扣生產(chǎn)作業(yè)計劃的編制、協(xié)調(diào)與平衡3個環(huán)節(jié)，建立了“部門優(yōu)化”、“協(xié)調(diào)優(yōu)化”、“全局優(yōu)化”3層優(yōu)化框架。系統(tǒng)具有以下3層核心功能：

（1）部門優(yōu)化：防錯漏。進行計劃編制時，系統(tǒng)通過拓撲分析、約束優(yōu)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(chǎn)作業(yè)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(zhì)量，避免錯漏。

（2）協(xié)調(diào)優(yōu)化：理配合，促結合。進行計劃編制時，系統(tǒng)動態(tài)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(lián)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(tǒng)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(shù)，降低重復停役率。

（3）全局優(yōu)化∶解疑難。生產(chǎn)單位完成計劃編制后，計劃管理部門通過系統(tǒng)進行全局優(yōu)化，查找遺漏問題，從而使得生產(chǎn)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(chǎn)作業(yè)計劃的管理優(yōu)化

為使智能優(yōu)化系統(tǒng)有效發(fā)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(chǎn)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(zhí)行時，通過對計劃進行周-月-年層層關聯(lián)，提高每層計劃的執(zhí)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(chǎn)任務與基建任務的結合、生產(chǎn)單位施工力量和配網(wǎng)施工作業(yè)的季節(jié)特點，確保計劃切實可行。

其次，利用系統(tǒng)編制內(nèi)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(chǎn)作業(yè)任務，充分考慮多任務的結合、多部門的配合和作業(yè)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(tǒng)對月度、雙周計劃執(zhí)行后的偏差情況進行統(tǒng)計和公布，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的閉環(huán)管理。

4 生產(chǎn)作業(yè)計劃智能優(yōu)化系統(tǒng)的關鍵技術

4.1 智能優(yōu)化系統(tǒng)結構

為了保證系統(tǒng)的先進性和實用性，在系統(tǒng)設計和開發(fā)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(xiàn)有的系統(tǒng)狀況。系統(tǒng)優(yōu)化層次見圖1所示。

智能優(yōu)化系統(tǒng)采用經(jīng)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(yōu)化系統(tǒng)三層優(yōu)化結構示意圖

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

服務器端的程序是系統(tǒng)的主體，依次分為表現(xiàn)層、控制層、業(yè)務層、持久層和數(shù)據(jù)庫幾個層次。表現(xiàn)層負責處理用戶的交互與系統(tǒng)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(diào)用業(yè)務層的Service Bean來處理，并將處理結果傳遞到表現(xiàn)層展現(xiàn)給用戶。業(yè)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(fā)工作量、提高代碼質(zhì)量的同時，通過優(yōu)化SQL語句等方式保證持久層的性能。數(shù)據(jù)庫采用Oracle 10.1。

4.2 智能優(yōu)化系統(tǒng)的關鍵技術

（1）兼顧先進性和實用性的系統(tǒng)框架?？紤]到生產(chǎn)計劃編制既分散又集中的特點，智能優(yōu)化系統(tǒng)借鑒計劃優(yōu)化領域先進的分層優(yōu)化理念，在部門優(yōu)化、協(xié)調(diào)優(yōu)化、全局優(yōu)化3個層次上對生產(chǎn)計劃進行優(yōu)化；同時在技術上采用Struts+Spring+Ibatis的輕量級J2EE架構，系統(tǒng)結構得到簡化。

（2）解決兩大關鍵問題。智能優(yōu)化系統(tǒng)構建結合智能分析、配合自動提醒、結合/配合計劃關聯(lián)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(zhì)量和平衡效率，使得部門協(xié)同工作更為順暢。系統(tǒng)全面采用Ajax技術，網(wǎng)絡通信量大大降低，頁面響應迅速，系統(tǒng)界面交互更快捷。

（3）基于CIM模型，與已有系統(tǒng)無縫集成。智能優(yōu)化系統(tǒng)通過拓撲分析技術，實現(xiàn)了多任務結合分析、保供電分析、雙電源分析等功能。在實現(xiàn)拓撲分析時，采用電力行業(yè)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(tǒng)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(fā)的配網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)計劃智能優(yōu)化系統(tǒng)，已于2009年9月建成并試運行。智能優(yōu)化系統(tǒng)有效提高了生產(chǎn)計劃管理工作效率，實現(xiàn)了企業(yè)管理效益的提升，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

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

（2）通過智能優(yōu)化系統(tǒng)的輔助決策，提高了計劃編制的效率。通過系統(tǒng)平臺，部門間人工溝通協(xié)調(diào)量減少，計劃協(xié)調(diào)工作更為順暢，從而提高了生產(chǎn)計劃管理工作效率。

（3）通過智能優(yōu)化系統(tǒng)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(zhí)行性，保證了計劃的剛性執(zhí)行。系統(tǒng)實現(xiàn)計劃執(zhí)行的整體跟蹤與掌握，實現(xiàn)閉環(huán)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(yōu)化系統(tǒng)對生產(chǎn)計劃的優(yōu)化，保證了供電企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)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(chǎn)管理水平，最終提高客戶滿意度，提升企業(yè)服務形象。

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