Оптимизация системы оперативного обслуживания электрических сетей 35 кВ и выше Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК621.311.11

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 35 КВ И ВЫШЕ

БАНДУРИН И.И.______________________________

Предлагается усовершенствованная методика, позволяющая создать рациональную систему оперативного обслуживания электрических сетей 35 кВ и выше, выполняющую с минимальными затратами все требования: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

1. Введение

Рыночные условия и снижение надежности стареющего электросетевого оборудования ведут к повышению риска возникновения технологических нарушений работы как на подстанциях (ПС), так и на линиях электропередач, к росту' расходов на поддержание требуемого уровня надежности в распределительном электросетевом комплексе. Поэтому обеспечение на-дежнойработы электроэнергетических систем является одной из важнейших задач современной электроэнергетики. Решение этой задачи зависит от правильного подхода к организации оперативного обслуживания (00) электрооборудования, от совершенства методов обоснованного принятия решений по 00.

В [1-4] представлены методики оптимизации системы 00 электрических сетей (ЭС)35-110кВпо критерию минимальных затрат при обслуживании всех требований: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания. В [5] показано, что математические модели, которые обслуживают требования в среднем и с заданным средним временем, являются частным случаем модели, обслуживающей требования с заданной вероятностью и надежностью выполнения. Методику оптимизации системы 00 представляется возможным распространить на ЭС 110 кВ и выше. Таким образом, целью работы является совершенствование методики оптимизации системы 00 ЭС 3 5 кВ и выше по критерию минимальных затрат.

2. Методика оптимизации системы оперативного обслуживания электрических сетей

В систему 00 поступают требования (заявки) со стороны ЭС. Потоктребованийраспределяетсямежду обслуживающими приборами. Обслуживающими приборами ПС 35 кВ и выше являются устройства телемеханики и автоматики (ТМиА), а также оперативный персонал. В методике рассматривается четыре типа обслуживающих приборов:

1) дежурство одного электромонтера (ДЭ) на ПС в смене;

2) дежурство одного электромонтера на дому (ДЭ на дому) в смене;

3) обслуживание ПС с помощью оперативно-выездной бригады (ОВБ);

4) обслуживание ПС с помощью устройств ТМиА.

Различные варианты организации системы 00 ПС получаются с помощью линейной комбинации из четырех обслуживающих приборов. На возможные комбинации вариантов организации системы 00 ПС накладывается ограничение на вид 00. Одну и ту же ПС не могут обслуживать ДЭ, ДЭ на дому и ОВБ одновременно. Данное ограничение следует из практики 00.

Все условные обозначения, принимаемые в оптимизационной модели, сведены в табл. 1-6. В табл. 1 приведены индексы, используемые моделях; в табл. 2 - переменные математической модели; в табл. 3 -исходные данные; в табл. 4 - расчетные данные; в табл. 5 - составляющие целевой функции; в табл. 6 -ограничения целевой функции.

Таблица 1

1= 1,2... птр; 1 - номер требования на ПС, птр; - количество всех обслуживаемых требований на і-й ПС

i=T.2...n і - номер ПС, п - количество всех обслуживаемых ПС

j=l,2...m j - номер ОВБ, m - количество ОВБ на всех базах

k=l,2...p к - номер базы, р - количество всех баз

Таблица 2

Основные переменные показывают требования, вы_______полняемые обслуживающим прибором___________

II, если 1- е требование выполняется ;

ДЭ на і- й ПС;

О, иначе

II, если 1- е требование выполняется;

ДЭ на дому на і- й ПС;

О, иначе

II, если 1- е требование выполняется ; j- й бригадой ОВБ на і- й ПС;

О, иначе

II, если 1- е требование выполняется ; устройством ТМиА на і- й ПС;

О, иначе

28

РИ, 2011, №3

Продолжение табл. 2

Индикаторные переменные показывают места расположения обслуживающих приборов

1, еслипдз. >0; 0, иначе

4ДЭ_на дому;

1, еслипдэ на дому. >0; 0, иначе

ЮВБ;

|1, еслипОВБ. . >0;

і j I л

J [0, иначе

_ \\ еслипТМиА. X): хТМиА; - |0

иначе

Уі =

j I если хотя бы одна хОВБ. > 0; 0, иначе

zk =

1, если хотя одна Vj > 1, где j є k;

0, иначе

Таблица 3

Обозначе- ние Комментарий

Параметры обслуживания

Чі Интенсивность обслуживания 1-го требования на і-й ПС

V Интенсивность отказов ОП ДЭ, ДЭ на дому и ОВБ ч"1

^ТМиА Интенсивность отказов ОП ТМИА ч-1

Время обслуживания ДЭ 1-го требования на і—й ПС ч

Чету Время доставки j-й бригады ОВБ с базы на 1-ю ПС ч

Vi Время прибытия ДЭ на дому на І-юПС ’ ч

1ТМиАіЛ Время обслуживания устройством ТМиА 1-го требования на 1-й ПС ч

bk Максимально возможное количество бригад ОВБ k-й на базе —

РЦ Мощность 1-го требования на і-й ПС кВт

СУДі.і Удельный ущерб 1-го требования на і—й ПС руб кВт-ч

Требования к системе

Ртр Вероятность обслуживания требования %

^max Максимально допустимое время обслуживания Ч

р -‘-'-mm Требуемый уровень надежности обслуживания требования —

Ежемесячные затраты на обслуживание требований при их выполнении

Здэ ДЭ руб

-дДЭ на дог^ ДЭ на дому руб

Продолжение табл. 3

Зове ОВБ руб

Зіч Затраты на 1 час работы машины ОВБ руб ч

Д исконтированные затраты, приведенные к одному месяцу, на создание обслуживающего прибора

К/Р, ДЭ на і—й ПС руб

ТА 1ЧДЭ на домуі ДЭ на дому на і-й ПС руб

Vibj j-й бригады ОВБ руб

Ck k-й базы для бригад ОВБ руб

ТА ‘Мтребц устройства ТМиА для 1-го требования на і—й ПС руб

КТМ; системы телемеханики на і-й ПС руб

Таблица 4

№

Комментарий и формула

Максимально допустимое время обслуживания

(Г

об max

= min

зад

^ f InR ^ ““Эпт

ІЩІ-Рср)^

ДЭ

J J

ft

об max

= min

'' t

зад

Ind-Pjp)

lnR„

V ЧмиАУ

Среднее время обслуживания требования

“ТИ

? 1Дэп

Vi

■ip;

“грі

2 ІДЗ на домуБ]

ДЭ на дому;

'ФІ

Ндрі

2 t0BE; j; + _ і

t0B4j

идр;

Время ожидания требования в очереди

4ll

0ЧДЭ; ]

ДЗі.1

і-Ч^ДЗи!

ЛТ-11ДЭ_ на дому^ ] очДЭ на _дому; j = ~, Г '

1 /“і.І1да_на_дому;;

^ Чі^оВБ; j;

1очОВБ; ы — 3 л •

‘-ЧііОВІділ

П t2

т-1*ТМиА;;

ЬчТМиА; і — 3 л 7 •

■' 1_ЧВТМиАц

3. Методика нахождения рационального вида системы ОО ЭС 35 кВ и выше

1. Определяем количество обслуживающих приборов для моделирования по формуле

РИ, 2011, №3

29

поп = ОКРВВЕРХ

обтах

'+ кп 2.

i=1

Л

t

п

где ОКРВВЕРХ - функция, которая округляет число до ближайшего по модулю большего целого; ton ~~ среднее время обслуживания одного требования обслуживающим прибором, ч.

2. Записываем целевую функцию (табл. 5) и ее ограничения (табл. 6) для конкретной задачи.

3. Приводим целевую функцию и ограничения к следующему виду:

целевая функция: f1 х —> min, ограничения

А х < b ,

Aeq•х = beq , х бинарный,

где f - n-мерный вектор коэффициентов целевой функции; b и beq - m-мерные векторы правых частей ограничений; А и Aeq - матрицы размера тґп, содержащие коэффициенты левыхчастей ограничений; х-n-мерный вектор переменных, который является бинарным (двоичным), т.е. его элементами могут быть числа, которые принимают значения 0 либо 1.

4. Решение х получаем методами булева линейного программирования (метод ветвей и границ, метод отсекающих плоскостей). Для нахождения решения х с помощью ЭВМ можно использовать стандартные математические пакеты, например, такие как М S Excel и Matlab. Для этого в программе Matlab нужно применять функцию bintprog [6].

Таблица 5

№ Составляющие целевой функции

1 Затраты на обслуживание требований

n n m Здэ X ХДЭ; + 3ДЭ на дому X ХДЭ На дому; + 3ОВБ X У, 1=1 ' i=l * J=1 ’

2 Затраты на доставку бригад ОВБ на ПС

n m 11 тр j 144031час2] 2 £ /-i.|t1()C хоиБ i-l.i-l 1=1 0 0

3 Затраты на создание обслуживающих приборов

п п X ^ДЭ{ХДЭ{ + X К-ДЭ на домуіХДЗ на дому^ i=l i=l m p ~hX KOBE;yj + X ckzk + j=l J k=l n n AITpi + Z Кхм.ХТМиА + Z Z К1треб. . ^тМиА; I i=l i=l 1=1 ' '

4 Затраты на оплату ущерба потребителям электроэнергии

пт„ n m TPj 720 V v v х р. і = 1 j = 1 1 = 1 Х((1ДЭц +1очДЭ1Д )^ДЭід + "*"^ДЭ на flOMyj і ^очДЭ на дому^)^ДЭ на дому^ ^ +(tOBE1J_i + ^чОВБ^д )^OBElj і + +(ТтМпАіД + ПчТМиАц )4тМиА;д ))

Таблица 6

№ Ограничения:

1 на значения переменных

а ЧДЭ| | - ^ДЭ на домуі} ’ ^ОВЬ, j j ’ ЧТМиА^} * хДЗі > хДЭ_на_дому1 > хОВБ1 j > хТМиА1 > У у zk “ -двоичные переменные

0 Птр; е - г ХДЭ, • хдз, £4дэ,г птрі X ^дэ на дому^ \ — ХДЭ на домуд ХДЭ на домуі — ^ДЭ на домуц ’ птрі X — xOBBj_j’ хОВБу - ^OBBijj ’ птрі X ^ТМиА; і - хТМиА; > хТМиА; - ^ТМиА; і '• Ы и і і i.i n X хОВБу - yj; yj ^ xoBBij; bk X Уі -zk- zk^yp jek j=bk-i+l

2 на время обслуживания

(1ДЭц +1очДЭц)4дЭ;д •|мЗдЭ на домуц + ^очДЗ на дому} j ^ДЭ на домущ 1 (l()BBi.j.l ; ’"'lOBIij n + [AlHAjj * 1оч ШиАіj )тТМиА]j ^ ^обтах

3 на загрузку обслуживающего прибора при обслуживании требований:

a в среднем

"ТР! - Чі'дз,.|Чр,.і -°-5: ЛТРІ _ — Л1.|*ДЭ на дому^ВДЭ на домуц ^0,5, п птрі Ё Ё У.РоВБ! п^ОВБ; ji -0-5'-

б с заданным средним временем обслуживания

"iPi J 1 £4iWt 3 ; н \ЦЭ[ lmax "ти ] і V * , 2 тт^ < — 'П.ІтДЗ на дому, ! - 4 * 1=1 ' ДЭ на домуі Lmax Н ПтРі 1 1 Ё Ё У.ЬОВБ! :! 5 , , > 1=1 1=1 ' ■ ЮВБ, hnax

в с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения

"ТР] I I 2 Чьдэц - t t • 1=1 ТДЭ! ^обтах nTPi 1 1 V } С • — Щ.ЬДЭ на_дпмуц - . , • 1=1 ДЭ на до мі' ..б. max п “тр; і ] Ё Е ЧіЧшБ; j і - , , - 1=1 1=1 ’ ’ ЮВБі j ^обтах

4 на вид ОО

a | "^ЬДЗ на домуі ] j_] | — ^

б ХДЭ; +хДЭ_на_дому; +xOBEi_j -1

30

РИ, 2011, №3

Выводы

Разработана методика, позволяющая создать рациональную систему 00 ЭС 35кВ и выше, обслуживающую с минимальными затратами все требования: а) в среднем; б) с заданным средним временем обслуживания; в) с заданной вероятностью обслуживания и надежностью выполнения.

Литература: 1. Бандурин И.И. Математические модели оптимальной структуры оперативного обслуживания электрических сетей / И.И. Бандурин, А. П. Васильев // ВестникИГЭУ. 2010. №2. С. 47-53. 2. Бандурин И.И. Оптимизация структуры оперативного обслуживания электрических сетей / И.И. Бандурин, А.П. Васильев // Научнотехнические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2010. №10. С. 71-75. 3. Бандурин И.И. Управление структурой оперативного обслуживания электрических сетей / Управление большими системами. Специальный выпуск ЗО. 1 “Сетевые модели в управлении”: сб. ст. М.: ИЛУ РАН, 2010. С.252- 273. 4. Бандурин И.И. Математическая модель, позволяющая построить систему оперативного

обслуживания электрических сетей 35-110кВс заданным средним временем обслуживания// Состояние и перспективы развития электротехнологии: Сб. науч. труд. ИГЭУ,Иваново, 2011. С. 110-112. 5. Бандурин И.И. Совершенствование системы оперативного обслуживания электрических сетей 35-110 кВ. Дис. ... канд. техн. наук / И.И. Бандурин ; Ивановский государственный энергетический университетимениВ.И. Ленина. Иваново, 2011. С. 6065. 6. Дьяконов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник / В. Дьяконов, В. Круглов // СПб.: Питер, 2001. 480 с.

Поступила в редколлегию 14.08.2011

Рецензент: д-р техн. наук, проф. Тевяшев А.Д.

Бандурин Иван Иванович, канд. техн. наук, ассистент кафедры «Теоретические основы электротехники» Псковского государственного университета. Научные интересы: АСУ ТП в электроэнергетике, надежность больших систем энергетики. Увлечения и хобби: шахматы, фитнесс. Адрес: Россия, 180760, Псков, пл. Ленина, 2, тел. +7-(8112)-55-56-61 (дом),+7-905-295-07-74 (моб).

РИ, 2011, №3

31