一體化檢修計劃優化管理系統的研究及實現

謝麗榮，楊樂勇，吳炳祥，羅亞洲

(1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210061；2.華北電網公司電力調度通信中心，北京100001)

電網規模化發展后，電網設備達到相當規模的水平，設備種類千差萬別，各類設備的運行環境和運行情況差異也較大，其生命周期和檢修周期不盡相同。另外，電網在迅速發展過程中存在大量基建和技改的需要，為了保證電網按時、保質、保量的完成建設工作，電網運行過程中需要多次、不定性的進行設備停電和方式調整以配合基建和技改工作，加大了電網運行方式安排和電網調整控制的難度。目前的檢修計劃管理辦法對檢修計劃執行方式下的電網是否滿足供電安全和供電質量要求缺乏定量化的分析手段，無法快速捕捉各種檢修方案下可能存在的靜態、動態和暫態安全潛在風險，難以對檢修計劃進行優化分析和安排。針對上述情況，結合考慮各類因素，提出了一體化檢修計劃優化管理系統的研究。梳理各類設備檢修計劃工作需求，充分考慮未來發展的需要，合理采納目前國內外在檢修管理、優化等領域的經驗和新技術，合理、科學地安排年度、月度及日檢修計劃。

1 系統方案

該系統主要實現對檢修計劃進行評估、優化、基態、靜態、暫態和動態多維度一體化安全校核，實現了基于電網運行經驗專家庫、評估指標分析、靜態暫態動態校核的全過程檢修計劃優化輔助決策，校核檢修計劃的可行性安排。檢修計劃優化調整貫穿整個編制過程，實現了年度、月度、日前多周期及各周期多時段的檢修計劃優化管理，通過對電網日前及多未來模型的本地存儲管理，在計劃優化校核過程中自動匹配應用當前及未來多個電網模型。一體化檢修計劃優化管理系統是一項非常復雜的系統工程，需要從其他系統接入電網模型、負荷預測數據、檢修申請等信息，達到整合數據資源，實現檢修計劃優化管理的目標，提高電網設備檢修安排水平。

系統總體結構如圖1所示，主要包括檢修計劃制定模塊、檢修計劃申請審批模塊、人機界面和管理平臺模塊等組成。檢修計劃制定模塊完成年、月、日檢修計劃的制定、安全校核及優化，檢修申請審批模塊實現檢修計劃網絡申請和發布、檢修計劃的審批流轉和統計，人機界面和管理平臺模塊為工作人員提供友好的人機界面、管理其他模塊的運行。

圖1 系統總體結構示意圖

根據電力系統實際運行需求，檢修計劃編制周期分為年度、月度、日前3類。

年度檢修計劃編制結果用于指導運行單位申報月度檢修申請，運行單位在申報月度檢修計劃時，可以選擇已經批準的年度檢修計劃，自動重用檢修工期和檢修內容等信息，如果時間調整，則表示原年度檢修計劃需要變更。如果申報月度檢修計劃時沒有選擇年度檢修計劃，則表示檢修申請在年度計劃中未考慮，為新增檢修申請。在月度檢修計劃中，保留對應年度檢修計劃的檢修單號。

月度檢修計劃編制結果用于指導運行單位申報日前檢修申請，運行單位在申報日前檢修計劃時，可以選擇已經批準的月度檢修計劃，自動重用檢修工期和檢修內容等信息，如果時間調整，則表示原月度檢修計劃需要變更。如果申報日前檢修計劃時沒有選擇月度檢修計劃，則表示檢修申請在月度計劃中未考慮，為新增臨時檢修申請。

由于年度、月度和日前檢修需要分別申請，因此年度檢修計劃不直接用于月度檢修計劃編制，月度檢修計劃也不直接進入日前檢修計劃編制。

2 檢修計劃編制流程設計

針對不同的檢修計劃編制周期，總體業務流程大致相同，檢修計劃制定流程如圖2。

圖2 檢修計劃制定流程

2.1 數據準備

（1）檢修計劃、狀態檢修信息輸入。檢修申請信息、輸變電設備狀態檢修信息能輸入系統。在檢修申請中，檢修主體的選擇范圍包括機組、線路、變壓器、開關、電容電抗器。檢修申請的內容包括：檢修編號、設備名稱（檢修主體名稱）、對應月度檢修計劃單號（新增檢修申請編號為空）、檢修開始時間、檢修工期、最早開始時間、最遲結束時間、檢修影響容量等。

（2）負荷預測信息輸入。負荷預測系統的負荷預測信息（包括系統負荷預測和母線負荷預測）能輸入系統。

（3）聯絡線計劃數據的輸入。聯絡線計劃數據能夠輸入系統。

（4）當前或未來電網模型輸入。當前或未來電網模型能輸入系統，結合實際基建投產信息，并可人工調整。

以上信息均能自動保存至數據庫，在計劃編制時根據時間篩選出編制日期的檢修計劃，然后自動匹配相應時間的電網模型、方式數據、系統負荷預測、母線負荷預測、聯絡線計劃，構建潮流計算數據，并啟動檢修計劃預評估與優化計算。

2.2 檢修計劃評估與優化

對于提交來的檢修計劃，首先進行評估前的優化，過濾掉一些明顯不滿足安全性的問題，然后進行基于負荷供應充裕度和等效發電容量損失的安全評估，根據安全評估結果進一步優化，并給出優化輔助決策，調整檢修計劃或者負荷指標，在此基礎上進行安全校核。日前檢修計劃編制優化空間較小，因此只在月、年等周期進行優化分析。

2.3 安全校核

通過初始檢修計劃制定發電計劃后，進行靜態、動態、暫態的全維度多時段的安全校核，并輸出校核結果，為檢修計劃制定和運行提供建議。安全校核的數據由典型方式數據、穩定數據構建模塊自動生成，可人工干預。

2.4 審批發布及執行跟蹤

檢修計劃通過安全校核后，需要提交到調度業務數字支撐系統審批，審批通過后的檢修計劃需要在一體化檢修計劃優化管理系統中備案，在檢修計劃執行完成后，同樣要將實際執行信息由調度業務數字支撐系統提交到一體化檢修計劃優化管理系統備案。另外，該系統還能夠為其他系統以電子文檔的形式發布已經確定的檢修計劃。

3 關鍵技術研究

3.1 檢修計劃評估分析

一體化檢修計劃優化管理系統的主要目的就是在保障設備安全的情況下，合理組織電網輸電設備檢修和發電設備檢修，充分保障用電需求。通過對設備檢修計劃進行優化調整，盡可能提高電網輸電能力，提高發電可用容量。

母線負荷供應充裕度[1]反映檢修對母線負荷需求供應能力和供電可靠性的影響，評價在設定的檢修計劃模式下，各母線負荷需求供應的充足程度。對母線負荷供應充裕度的評估落實到每一個母線負荷節點上。母線負荷供應充裕度計算分時段進行。已知基態潮流下，在每一時段考慮相應的待評估的檢修計劃，根據支路有功對負荷有功的靈敏度[2，3]，計算在支路熱穩定限值下母線負荷裕度。如日檢修計劃的母線負荷供應充裕度評估可以分24個時間點進行，即每小時評估一個斷面。

電力系統實際運行中，發輸電設備檢修有可能造成實際可用發電能力[4]的降低。等效發電容量損失衡量由于發電或輸電設備檢修，而造成實際可用發電能力降低。等效發電容量損失是綜合考慮發電、輸電檢修和負荷需求的一個綜合指標。對等效發電容量損失進行評估,可避免在負荷高峰時段檢修以及同一輸電通道上多個輸電設備同時檢修，同時鼓勵發、輸電設備同時檢修。

發電容量損失的計算分時段進行。如日檢修計劃編制中的發電容量損失評估，可以分24個時段進行，得到24個等效發電容量損失值，通過比較每個時段檢修計劃的變化，分析得到每個檢修計劃所引起的等效發電容量損失的變化。

3.2 多周期多維度檢修優化輔助決策

檢修優化[5]輔助決策包括基于電網運行經驗專家庫、評估指標分析、靜態暫態動態校核的全過程檢修計劃優化輔助決策。基于電網運行經驗專家庫的優化輔助決策，根據實際電網運行經驗給出檢修計劃的優化調整建議。例如：檢修應與系統負荷配合，在系統負荷較小時期進行；檢修不應過于集中，應盡量錯開；保障500 kV主網、地區電網安全運行等原則。通過基于電網運行經驗專家庫的優化輔助決策過程，可以過濾掉一些明確不能滿足安全性能指標的檢修計劃，并對其執行時間進行自動調整。基于評估指標分析的優化是根據負荷充裕度評估的結果，如果某一時段的負荷充裕度不足，根據負荷充裕度評估的原理，必定是某一條或幾條輸電支路的輸電功率逼近或超過該支路的熱穩定限值造成發電量不能供應到此負荷，稱該種支路為母線負荷供應充裕度不足的相關支路。在該時段的檢修與該輸電支路有一定的相關性，稱之為檢修對負荷供應充裕度的靈敏度，該靈敏度越大，則檢修對此輸電支路影響越大，進而對該負荷的供應充裕度影響越大。通過找出對負荷供應充裕度的靈敏度大的檢修計劃，給出影響負荷供應充裕度不足的負荷的檢修計劃，并給出相應的檢修計劃調整建議。在基態和靜態安全校核過程中，通過自動調整機組開停機和發電出力來優化檢修計劃的安排，若存在不能消除的N-1越限且機組不再具備調整能力，則自動計算靈敏度，給出檢修計劃優化調整信息。暫態動態校核過程中，如果電網存在失穩的情況，會給出調整機群、地區電壓調整等輔助決策，例如某一機群增加出力或降低出力對抑制電網失穩有效等。

3.3 全維度檢修計劃安全校核

根據各計算時段系統負荷預測、聯絡線計劃、已安排檢修計劃和待安排檢修計劃，自動形成相應時段的網絡拓撲和發電計劃，進行基態潮流分析和N-1安全分析。如果出現基態越限，自動優化調整機組發電或啟停來消除越限，若越限無法消除，則自動計算給出越限對檢修的靈敏度，給出優化調整信息；基態校核通過后進入N-1校核，自動調整機組發電或啟停來消除越限，若存在無法消除越限，則自動計算檢修計劃對越限的靈敏度，給出優化調整輔助決策信息。

在靜態安全校核基礎上，使用各時段潮流斷面，對檢修計劃進行動態和暫態安全校核，分析可能導致失穩的預想故障及可能失穩的機組和母線組合。

3.4 基于多電網模型的檢修計劃安全分析與優化

電力系統實際運行中，電網設備拓撲關系會隨著檢修等工作的進行而發生變化。因此，在進行日、月、年各周期的檢修計劃安全分析和優化時，采用了多種典型電網模型以適應電網拓撲關系的變化。在檢修計劃的評估分析模塊、優化輔助決策模塊、靜態和動態安全校核模塊中都涉及到多電網模型的應用，各個模塊采用相同的模型匹配原則，保證各模塊模型應用的同一性。

4 應用

該系統在某區域電網中得到應用。從調度數字支撐系統獲取檢修申請，從已有模型拼接系統獲取區域電網模型和網絡拓撲數據，從負荷預測系統獲取系統負荷預測，從計劃管理系統獲取聯絡線計劃等。通過對基礎數據進行整合，構建潮流計算斷面，在此基礎上進行檢修計劃安全評估和檢修計劃安全校核，根據安全評估和校核結果提出優化輔助決策。該系統對該區域電網的檢修計劃編制工作給出了指導性建議，提高了系統運行的安全性。

5 結束語

在對輸電設備檢修計劃和發輸電設備配合檢修計劃的安全評估分析和優化輔助決策上進行了一體化檢修計劃優化管理系統的研究，提出了基于負荷供應充裕度和等效發電容量損失的安全評估分析理論和實現方案，并基于安全評估分析結果給出檢修計劃優化輔助決策，在完成檢修計劃優化調整后，進行檢修計劃的靜態、動態、暫態安全校核，降低檢修計劃對電網安全運行的影響，對合理安排和優化電網運行方式提供技術支持,提高電力市場環境下的調度能力，更好地實現資源優化配置。該系統目前在華北電網調度中心取得了很好的效果，通過一體化檢修計劃優化管理系統的建設，提高了設備檢修的計劃性及設備檢修時間的利用率，增強了設備檢修相互之間的配合，在保證電網安全穩定運行的前提下，將電網調整在最優的運行水平。

[1]劉 升，周京陽，潘 毅.基于直流靈敏度法的節點間可用輸電能力計算[J].華北電力技術，2008（10）：1-6.

[2]丁 明，羅初田.電力系統可靠性指標的靈敏度分析[J].合肥工業大學學報，1990，13（3）：72-81.

[3]邱永生，劉煥志，李 揚.區域間可用輸電能力計算的靈敏度分析法[J].繼電器，2005，33(2)：21-25.

[4]Transmission Transfer Capability.A Reference Document for Calculating and Reporting the Electic Power Transmission Capability of Interconnected Electric Systems[Z].North American Electric Reliability Council,1995.

[5]舒 雋，張粒子，黃弦超.市場環境下中長期發輸電協調檢修計劃優化[J].電力系統自動化，2007，31(2)：27-31.