Автоматизация планирования ремонтов линий электропередач, отходящих от аэс, в сочетании с ремонтами блоков аэс (на основе теории расписаний)
1На правах рукописи
РЕДИН АНТОН ГЕННАДЬЕВИЧ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЛАНИРОВАНИЯ РЕМОНТОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, ОТХОДЯЩИХ ОТ АЭС, В СОЧЕТАНИИ С РЕМОНТАМИ БЛОКОВ АЭС (НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ РАСПИСАНИЙ) Специальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва, 2012 г.
2
Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».
Научный консультант: доктор технических наук Любарский Юрий Яковлевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук Новиков Николай Леонтьевич ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» Заместитель научного руководителя, начальник отдела новых электросетевых технологий кандидат технических наук Авагимова Юлия Сергеевна ОАО «СО ЕЭС» Ведущий специалист службы перспективного развития
Ведущая организация: ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ» г. Москва
Защита диссертации состоится «30» ноября 2012 года в 15 час. 00 мин. в аудитории Г–200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».
Автореферат разослан «29» октября 2012 г.
Председатель диссертационного совета Д 212.157. доктор технических наук, проф. Жуков В.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Планирование ремонтов электроэнергетического оборудования, проработка заявок и принятие решения по ним входят в число основных задач, которые решаются персоналом служб Открытого акционерного общества «Системный оператор Единой энергетической системы», далее ОАО «СО ЕЭС», а также персоналом служб сетевых предприятий (ФСК, МРСК). Важной частью планирования ремонтов является сопряжение ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий. Главной целью проведения ремонтов оборудования является поддержание и восстановление его работоспособности, а главной целью формирования графиков ремонтов является обеспечение надёжной работы сети при изменении состава работающего оборудования. Формирование графиков ремонтов является сложной технико-экономической задачей, определяемой условиями надёжности, устойчивости и экономичности работы энергосистемы, а формальных методов проверки режимных и топологических условий при «наложении» (совмещении по времени) ремонтов оборудования не существует. Исходя из этого, неавтоматизированное формирование таких графиков экспертами-технологами представляет довольно сложную и трудоёмкую задачу (происходит проработка сотен и тысяч заявок), при решении которой необходимо оперировать большим количеством данных.
В настоящее время широкое применение получили программные комплексы для оперативной проработки заявок. Такими программами являются ПК «Заявки», который позволяет специалистам осуществлять необходимые действия на всех уровнях делового процесса подготовки, рассмотрения, согласования и обработки диспетчерских заявок для проведения ремонтной кампании оборудования энергообъектов, и экспертная система ЭСОРЗ, которая позволяет прорабатывать заявки с автоматической выдачей рекомендаций для решений (разрешить, отказать, перенести) и режимных указаний по заявкам, рекомендованным к разрешению.
Помимо комплексов для оперативной проработки заявок, была разработана автоматизированная система планирования ремонтов электросетевого оборудования АСПР, являющаяся экспертной системой, которая уже применена в службе электрических режимов СО ЕЭС. Данная система призвана помочь на этапе формирования графиков ремонтов и облегчить труд экспертов-технологов при группировке и проработке ремонтных запросов, поступающих от предприятий собственников с целью включения в итоговый график.
Представляется актуальным построение новых и модернизация существующих прикладных экспертных систем для автоматизированного решения рассматриваемых задач планирования ремонтов и формирования графиков ремонтов.
Целью работы является разработка и создание методики, позволяющей анализировать и формировать возможные варианты сопряжения ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий между собой и выбирать среди них наилучший, с помощью решения многокритериальной задачи, а также реализация этой методики в прикладной экспертной системе для автоматизации планирования ремонтов электросетевого оборудования.
Задачи работы. Основными задачами
, решаемыми в диссертации, являются:
- разработка алгоритма сочетания запросов на ремонт линий электропередач, сопряженных с ремонтируемыми блоками АЭС;
- разработка и применение стратегий (эвристических методов и использование формализмов теории расписаний) для формирования возможных вариантов сочетания ремонтов блоков АЭС и ремонтов отходящих линий электропередач;
- разработка критериев, характеризующих каждый из полученных вариантов сочетания ремонтов;
- формирование целевой функции и решение многокритериальной задачи для оценки сформированных вариантов и выбора среди них наилучшего;
- автоматизированное формирование графиков ремонтов для линий электропередач, сопряженных с блоками АЭС, с учётом возможных несовместимостей, возникающих при выполнении ремонтов, а также последующая автоматизированная корректировка ремонтных запросов (сдвиг запросов, сокращение длительности);
- отображение полученных данных и графиков ремонтов оборудования в отчётных формах.
Реализация поставленных задач происходит в системе АСПР, путём её доработки и модернизации, на базе прикладной экспертной системы МИМИР (Малая информационная модель интеллектуальных решений), интеллектуальной информационной системы, разработанной ВНИИЭ.
Использование в данной работе технологии интеллектуальных информационных систем (экспертных систем) для организации прикладных систем, осуществляющих сложные логические выводы, способствует решению слабо формализуемых задач, в том числе с помощью эвристических методов.
Объектом исследования является комплекс проблем планирования ремонтов электроэнергетического оборудования, включающий в себя все этапы планирования, начиная от предварительного планирования – определения состава выводимого в ремонт оборудования, желаемого времени начала ремонта каждого оборудования, длительности ремонта, и заканчивая оперативной обработкой запросов на ремонт с целью принятия и согласования окончательных сроков проведения ремонтных работ по каждому отдельно взятому оборудованию.
Методы исследования. Используются формализмы теории расписаний в прикладной экспертной системе с целью подчинения сопряжения ремонтов друг с другом критериям, благодаря которым можно получить различные варианты распределения ремонтных запросов, а также используются методы решения многокритериальных задач, позволяющие судить о превосходстве одного варианта распределения ремонтных запросов над другим с последующим автоматическим формированием графиков ремонтов, соответствующих наилучшим решениям.
Для решения поставленных задач используется практический опыт персонала служб электрических режимов. При реализации алгоритма учтён опыт по созданию системы АСПР и опыт построения прикладных экспертных систем на базе МИМИР. Программирование процедур логического вывода выполнено на языке программирования МИМИР, доступном для использования в С++ программах.
Научная новизна работы. Работы по созданию прикладных экспертных систем существенно отличаются от «традиционного» направления решения задач в электроэнергетике. Научная новизна состоит:
- в создании и реализации методики формирования графиков ремонтов ЛЭП, сопряженных с блоками АЭС и подчинении планирования ремонтов определённым законам с учётом накладываемых ограничений;
- в создании метода формирования целевой функции для решения многокритериальной задачи выбора наилучшего варианта распределения ремонтов;
- в применении как эвристических принципов формирования вариантов распределения ремонтных запросов, так и формализмов теории расписаний, путём адаптации теории к задаче планирования ремонтов оборудования.
Достоверность полученных результатов подтверждается выводами экспертов-технологов и принятием графиков ремонтов блоков АЭС и отходящих линий электропередач к реализации и осуществлению по ним ремонтных работ.
Практическая значимость. Принятие решений по включению и времени включения оборудования в графики ремонтов в целом, и по сопряжению ремонтов ЛЭП с блоками АЭС в частности, является сложной технико-экономической задачей. Эта работа нуждается в автоматизации с целью исключения человеческих ошибок, которые могут привести к неоптимальным решениям и неполному учёту накладываемых ограничений.
Данная методика позволяет оптимизировать распределение запросов на ремонт оборудования, что улучшает надёжность планирования электрических режимов и в разы сокращает трудозатраты персонала, т.е. время, необходимое для формирования графиков ремонтов.
Разработанная экспертная система находится в эксплуатации в службе электрических режимов ОАО «СО ЕЭС», и предназначена для поддержки и автоматизации работы персонала.
Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы докладывались на заседании энергоэкономической секции Технического совета (ТС) ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ», конференции «Интеллектуальная электроэнергетическая система России – предпосылки и перспективы» в рамках «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ РОССИИ 2011», восемнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА", четвёртой международной научной конференции «Моделирование-2012» в Институте проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, г. Киев, заседании кафедры «Электроэнергетические системы» НИУ МЭИ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано четыре работы в виде статей и тезисов докладов на научно-технических конференциях, две из которых в печатных изданиях по перечню ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы включает в себя 159 страниц основного текста, 11 таблиц и 35 рисунков.
Приложения содержат 19 страниц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные задачи работы, дана оценка новизны и практической значимости полученных результатов, а также изложено краткое содержание работы.
В первой главе рассмотрены основные направления организации эксплуатации энергосистем. Эксплуатация энергосистем организуется в двух направлениях: технической эксплуатации оборудования и сооружений и оперативного управления работой энергосистемы в целом. Одной из самых важных задач, которые включает в себя техническая эксплуатация, является своевременное проведение ремонтов оборудования.
Рассмотрены основные виды ремонтов электроэнергетического оборудования. Качество ремонта и время простоя оборудования зависят от того, насколько хорошо и полно будут проведены все подготовительные мероприятия. В подготовительный период составляются ведомости объемов работ, разрабатываются графики и проекты организации работ.
Описаны виды графиков ремонтов оборудования и показано какую роль они играют в общем процессе планирования ремонтов электроэнергетического оборудования. Выявлено приоритетное значение, уделяемое организации сопряжения ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий. Установлены сроки и порядок формирования графиков ремонтов, при этом при формировании графиков ремонтов ЛЭП и сетевого оборудования (рисунок 1) задача планирования ремонтов энергетического оборудования считается решённой, и формирование таких графиков происходит заблаговременно.
Организация собственник до 30 июля РДУ до 15 августа ОДУ до 25 августа ЦДУ до 20 сентября ОДУ до 25 сентября РДУ до 15 октября Организация собственник Рисунок 1. Общая структура формирования сводных годовых графиков ремонтов ЛЭП и сетевого оборудования.
Изучена структура технического обслуживания и ремонта (ТОиР) оборудования на предприятиях электроэнергетики и определены основные его виды: выполнение работ по факту выхода оборудования из строя, периодическое обслуживание вне зависимости от состояния оборудования и обслуживание оборудования по состоянию. Описаны EAM-модули ERP систем (систем планирования (управления) ресурсов предприятия), которые позволяют оптимизировать управление процессами ТОиР. Однако формирование графиков ремонтов такими системами не производится.
Показано существование программных комплексов для оперативной проработки ремонтных заявок, таких как ПК «Заявки» и ЭСОРЗ, но в связи с отсутствием системы технологических правил применение данных систем для формирования графиков ремонтов также не представляется возможным.
Учтено существование экспертной системы АСПР, решающей задачи формирования графиков ремонтов и полностью подходящей для реализации задач сопряжения ремонтов блоков АЭС и отходящих линий электропередач.
Во второй главе описана автоматизированная система планирования ремонтов АСПР, которая обладает всеми необходимыми функциями и набором правил для составления и формирования графиков ремонтов.
Система АСПР использует технологию экспертных систем и построена на базе инструментальной интеллектуальной системы МИМИР. Технология экспертных систем является одним из направлений области исследования искусственного интеллекта. Исследования в этой области сконцентрированы на разработке и внедрении компьютерных программ, способных имитировать человеческую деятельность, требующую мышления, определенного мастерства и накопленного опыта эксперта-технолога для принятия решения или выработки рекомендаций.
Следует различать следующие типы экспертных систем:
- инструментальные интеллектуальные системы (ИИС) - системы оболочки, предназначенные для разработки на их базе прикладных систем;
- прикладные системы, настроенные на определенную область применения и определенные функции.
Определены этапы разработки экспертных систем, а также структура, позволяющая в полной мере использовать все компоненты экспертной системы и наладить между ними работу.
В связи с трудностями, возникающими при адаптации экспертных систем к задачам современной энергетики, следует обратить внимание на экспертные системы, специально разработанные с учетом требований применения для задач оперативного управления в энергосистемах. Такой системой является отечественная система МИМИР, разработанная ВНИИЭ.
Именно эта система была выбрана для реализации алгоритма формирования вариантов сочетания ремонтов линий электропередач, сопряженных с соответствующими блоками, с последующим внедрением алгоритма в систему АСПР. К настоящему время на базе МИМИР был разработан ряд прикладных экспертных систем, которые положительно зарекомендовали себя в опытной эксплуатации, в том числе и система АСПР.
Система АСПР представляет собой прикладную экспертную систему, предназначенную для поддержки персонала служб электрических режимов при формировании графиков ремонтов электросетевого оборудования. К основным функциям работы системы можно отнести автоматизированное формирование графиков ремонтов для оборудования, при учёте ограничений, с последующей автоматизированной коррекцией сформированных графиков, а также автоматическое формирование и проработку оперативных заявок в соответствии со сформированным графиком ремонтов. Алгоритм работы АСПР состоит из ряда последовательно выполняемых этапов, на каждом из которых решаются различного рода задачи, такие как ввод запросов, их группировка, проработка, а также итоговое отображение запросов.
Автором диссертации разработана методика, посвящённая важной части планирования ремонтов – сопряжению ремонтов блоков АЭС с ремонтами отходящих высоковольтных линий. Для отображения решаемых задач была выделена часть, посвящённая именно сочетанию ремонтов высоковольтных линий и блоков АЭС, сопряженных с ремонтируемыми отходящими линиями. При неверном планировании работ на отходящих высоковольтных линиях существует вероятность эффекта «запертой мощности» на АЭС, что является критической ситуацией, в связи с тем, что на таких станциях отсутствует возможность суточного регулирования выдаваемой мощности. Для избегания этого эффекта ремонты отходящих высоковольтных линий необходимо совмещать с ремонтами блоков АЭС.
Однако разработанная методика позволяет производить сочетание ремонтов линий электропередач, сопряженных и с другими электростанциями.
При разработке методики и алгоритмов были использованы как эвристические принципы построения экспертных систем, так и была проведена формализация правил с помощью использования теории расписаний.
Теория расписаний – часть научной дисциплины теории принятия решений, содержащая методы и модели, предназначенные для анализа и синтеза систем планирования. Для применения теории расписаний к решению поставленной задачи необходима адаптация теории к задаче планирования ремонтов оборудования и к задаче сопряжения ремонтов ЛЭП, отходящих от блоков АЭС с ремонтами блоков этих станций.
Основным понятием теории расписаний является понятие операции.
Операцию можно рассматривать как элементарную задачу, подлежащую выполнению. За «операцию» будет приниматься ремонтный запрос на линию Li. Под термином «запросы» будут пониматься заявки на включение оборудования в график ремонтов, поданные предприятием собственником.
Запрос характеризуется указанием на ремонтируемое оборудование, временем начала и длительностью. За «машину» будет приниматься блок АЭС, в сочетании с ремонтом которого можно проводить ремонт отходящих ЛЭП. «Окном ремонта» будет называться продолжительность ремонта блока АЭС. Для каждой операции будет задана её длительность, т.е. интервал времени, за который предполагается осуществление ремонта данной ВЛ.
В теории расписаний существуют ограничения, которые необходимо адаптировать к условиям решаемой задачи.
1. Машина – устройство, способное выполнить всё, что связано с операцией. Машины не могут быть недоступны, каждая машина формально представляет собой интервал (0,Т), где Т – произвольно большое число. В нашем случае интервал «машины» (срок ремонта блока) ограничен (t1, t2).
Работы представляют собой строго упорядоченные 2.
последовательности операций. Из отдельных операций этих последова тельностей не может формироваться никакая новая последовательность. Для заданной операции х существует не более одной операции у такой, что у х и одной операции z такой, что х z. В нашем случае будет иметь место вариант, при котором, каждая работа будет состоять из одной операции, а последовательность их выполнения может изменяться.
3. Каждая операция выполняется только одной машиной. При сопряжении ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий ремонт такой линии выполняется только при ремонте соответствующих блоков, с которыми данная линия имеет связь. В каждый момент времени машина может выполнять не более одной операции.
4. Между номерами машин и индексами операций, указывающими номер выполняющей их машины, существует взаимно однозначное соответствие. В нашем случае нет условия, что операция должна соответствовать определённой «машине», запрос на ремонт ЛЭП может удовлетворяться при ремонте любого блока АЭС, с которой ЛЭП имеет связь.
5. Для каждой операции задан единственный интервал (b,c), причем длительность операции равна (с-b). При производственной необходимости будет возможно изменение интервала ремонта ЛЭП.
Предполагается, что каждая работа состоит только из одной операции, т.е. из одного ремонтного запроса на линию Li. В этом случае множество работ можно разбить на группы в зависимости от вида операции и каждая «машина», выполняющая определённую операцию, не зависит от других. В общем виде можно ограничиться составлением расписания только для одной «машины» и выполняемого ею подмножества работ. Исключение будет в тех случаях, когда при выполнении работы будет возможен выбор «машины», на которой работа будет выполняться (производится ремонт двух блоков на АЭС). Число работ (ремонтных запросов) конечно и известно заранее, и все они должны быть выполнены (могут не выполняться при отказе сокращения или сдвига запроса). Считается, что «машины» всегда доступны и не выходят из строя (запрос можно удовлетворить на любом участке окна ремонта).
Задачи теории расписаний различаются характером поступления работ в систему. В зависимости от такого характера различают два вида задач:
статические и динамические. В нашем случае задача будет являться статической. Все запросы поступают в систему одновременно, так что при составлении расписания процесс обслуживания может начаться с любого из них, и графики ремонтов составляются для вполне определённого и известного заранее числа запросов.
В третьей главе описывается методика построения алгоритма сопряжения ремонтов линий электропередач, отходящих от АЭС, и блоков АЭС. Формальная схема упорядочения запросов при планировании ремонтов ЛЭП, сопряженных с блоками АЭС, выглядит следующим образом.
Пусть для блока АЭС J, есть совокупность последствий при ремонте отходящих линий в очередности L1 j, а затем L2 j, есть совокупность последствий при ремонте отходящих линий в очерёдности L2 j, а затем L1 j.
Тогда если предпочтительнее, чем, то представляется наилучшим ремонтировать линии в очерёдности L1 j, затем L2 j.
Общий вид алгоритма обработки поступающих в систему запросов на ремонт можно представить следующим образом (рисунок 2). Применение алгоритма позволяет получить различные варианты распределения запросов на ремонты линий, на временных интервалах ремонтов блоков.
Поступление данных АЭС на которых производится ремонт блоков нет да Наличие запроса нет да Определяется количество ремонтируемых блоков Определяются временные интервалы ремонтов блоков блоблоклвблоков Определяется количество запросов на линии Определяются временные интервалы запросов на линии Подбираются варианты расстановки запросов линии на временных интервалах ремонтов блоков Ф1 Ф2 Фi Фоптим Вариант расстановки запросов на временных интервалах окон ремонтов, соответствующий Фоптим КОЛ-ВО НЕУДОВЛЕТВОРЁННЫХ ЗАПРОСОВ ИТОГОВЫЙ ГРАФИК Рисунок 2. Алгоритм обработки поступающих запросов.
Для сравнения результатов сформированных вариантов вводится ряд критериев, связанных с решаемой задачей, которые отображают совокупность последствий при выборе очерёдности ремонтов.
Полнота по запросам. Это отношение общего числа запросов на линии, которые имеют связь с блоками АЭС, и числа запросов, получивших в конечном итоге разрешение и включённых в график ремонтов.
Злр Пз *100% ;
Зл где: П з - полнота по запросам, Злр - число запросов, получивших разрешение;
З л - общее число запросов на линии.
Суммарный сдвиг запросов. Это сумма сдвигов запросов на ремонт линий (разность между фактическим сроком начала ремонта ЛЭП и желаемым сроком), сгруппированных с запросами на ремонт блоков АЭС.
i С ( Tфактi Tпланi ) ;
где: С - суммарный сдвиг запросов, Т фактi - фактический срок начала ремонта ЛЭП, Т планi - желаемый срок начала ремонта ЛЭП.
Суммарное сокращение длительности запросов. Показывает суммарную разницу между желаемой продолжительностью ремонтных запросов и фактической продолжительностью запросов.
i Д фактi ), Д фактi Д желi ;
Д ( Д желi где: Д - суммарное сокращение длительности запросов, Д желi, Д фактi желаемая и фактическая продолжительность ремонта соответственно.
Целесообразно использовать относительные значения этих критериев:
Зл Tфактi Tпланi i ;
С, 1 П з* ), 0 С П з* * * ;
( Злр Злр Зл Д желi Д фактi i Д Д * * ), 0 1.
( Д желi Рассчитав для каждого варианта распределения запросов эти критерии, можно производить сравнение полученных данных и дальнейший выбор наилучшего распределения. Наилучшее сочетание приведённых критериев будет соответствовать приоритетному варианту распределения ремонтов.
Задача принятия решений, в которой существует множество критериев (два или более), называется многокритериальной. Достигнуть наилучших значений по всем критериям практически невозможно, поэтому необходимо выбрать вариант, сочетание критериев в котором будет наилучшим.
Существуют доминирующие, доминируемые и эффективные варианты.
Вариант A называется доминирующим, по отношению к варианту В, если по всем критериям оценки вариант А не хуже, чем вариант В, а хотя бы по одному критерию оценки вариант А лучше, чем вариант В. Вариант В определяется как доминируемый. Варианты являются эффективными, если каждый из них превосходит любой другой вариант по какому-либо из критериев. Эффективные варианты несравнимы между собой на основе критериальных оценок, и лучший из них может быть выбран только с учётом дополнительной информации.
Таким образом, предварительный этап решения многокритериальных задач состоит в попарном сравнении вариантов и исключении доминируемых. Дальнейший поиск наилучшего варианта может происходить различными способами. Для структурированных задач, описываемых объективными моделями, представляется возможным количественное определение значений критериальных оценок для различных параметров.
Для этого можно использовать такие методы, как аддитивной либо мультипликативной свертки, выбора главного критерия и перевод остальных критериев в ограничения, уступок, поиска удовлетворительных значений критериев (STEM). Анализ методов решения многокритериальных задач показал нежелательность применения какого-либо из методов из-за того, что неэффективные значения по одному критерию могли быть компенсированы значениями по другим критериям, отсутствовала возможность установки главного и ограничивающих критериев, а также нецелесообразность использования сложных математических моделей, что в конечном итоге могло приводить к результатам, противоречащим друг другу.
Поэтому для использования общего критерия, включающего в себя все исходные, была введена целевая функция Ф.
Ф k П П з* kС С * k Д Д * ;
где: П з*, С *, Д * - относительные значения критериев оценки, k П, kС, k Д - коэффициенты, характеризующие вклад параметра в целевую функцию.
Стоит отметить, что в связи с отсутствием главных и ограничивающих критериев при расчёте целевой функции значения коэффициентов k П, kС, k Д одинаковы и равны единице. Это соответствует равнозначному вкладу значений каждого из критериев в значение целевой функции. Однако существует возможность, по желанию эксперта технолога, воздействовать на коэффициенты и изменять их. Это означает изменение степени важности отдельно взятого критерия при расчёте целевой функции, и имеет место при определённых, заранее заданных, условиях приоритета одного критерия над другими. Для этих целей достаточным диапазоном изменения значений коэффициентов будет являться диапазон в пределах от 0 до 1.
На основе целевой функции Ф появляется возможность судить о превосходстве одного варианта распределения ремонтных запросов над другим. Наилучшим будет вариант, соответствующий минимальному значению целевой функции Ф.
Разработаны две стратегии формирования вариантов расстановки запросов на ремонты ЛЭП на временных интервалах ремонтов блоков.
Применение теории расписаний позволяет формально подходить к поиску наилучшего варианта. Для этих целей применим ряд критериев, а также их сочетание.
Для системы с некоторым числом запросов n на ремонт отходящих от АЭС линий и с одним ремонтируемым блоком расписание наиболее предпочтительно относительно регулярного критерия принадлежит классу, исключающему прерывания или искусственные простои на временном интервале ремонта блока. Регулярным критерием здесь будет выступать Ci момент окончания i-го запроса.
Пример распределения запросов, исключающих прерывания или простои показан на рисунках 3а), 3б), случай искусственного простоя на рисунке 3в), а случай прерывания на рисунках 3г) и 3д).
а) Запрос 1 Запрос б) Запрос 2 Запрос в) Запрос 1 Запрос г) Запрос 2 Запрос 1 Запрос Запрос 1 Запрос д) Рисунок 3. Распределение ремонтных запросов.
Технологическая необходимость отсутствия простоев и прерываний связана с нежелательностью разбивать окна ремонта блоков на кратковременные составляющие с целью сохранения как можно более продолжительного промежутка времени для распределения запросов.
Другим критерием, с помощью которого можно составлять расписание ремонтов, является критерий упорядочения по минимуму длительностей запросов. Средняя длительность прохождения запросов n, на ремонт отходящих от АЭС линий в системе минимальна, если после упорядочения длительности запросов не убывают.
p[1] p[2]... p[ n ] ;
где p[ n ] - означает длительность запроса выполняемого в n-ую очередь.
Обозначим Fi - длительность прохождения запроса i в системе (цикл обработки или производственный цикл).
Fi pi Wi ;
где pi - длительность запроса i, Wi - длительность ожидания для запроса i. Средняя длительность прохождения для n запросов:
n F[ k ] k, где F[ k ] p[i ] - длительность прохождения для запроса, k F n i выполняемого в k-ой позиции некоторого расписания. Тогда:
n k n p[i ] (n i 1) p[i ] k1i1 i ;
F n n При трёх запросах на ремонт линий продолжительностью pi каждый (таблица 1), сопряженных с ремонтируемым блоком, результаты вариантов упорядочения будут выглядеть следующим образом (таблица 2):
Таблица 1. Длительности запросов на ремонт линий.
Запрос 1 2 Длительность запроса p (день) 3 6 Таблица 2. Результаты упорядочения ремонтных запросов.
Вариант упорядочивания 1-2-3 1-3-2 2-1-3 2-3-1 3-1-2 3-2- F (день) 10 11 11 13 13 Видно, что если при упорядочивании длительности запросов не убывают, средняя длительность прохождения запросов в системе минимальна, и максимальна, если после упорядочения длительности запросов не возрастают.
Другим важным критерием является своевременное выполнение запросов. Одним из условий задачи является задание плановых сроков d i, т.е.
момента времени, к которому каждый i-ый запрос должен быть выполнен.
Расписание, минимизирующее максимум временного смещения и максимум запаздывания запросов, таково, что запросы выполняются в порядке неубывания плановых сроков:
d[1] d[2]... d[ n ] ;
где d[ n ] - означает плановый срок i-го запроса, выполняемого в n-ую очередь. При этом: d i - плановый срок, момент к которому i-ый запрос должен быть выполнен, Li Ci di - временное смещение i-го запроса, Ci ri pi Wi - момент окончания запроса i, ri - момент появления i-го запроса, Ti max(0, Li ) - запаздывание запроса i, Ei max(0, Li ) опережение запроса i.
Информацию, содержащуюся в величине d i, можно использовать иначе, а именно производить упорядочение в соответствии с резервом времени каждого ремонтного запроса. Резерв времени запроса i в момент времени t равен di pi t и представляет собой максимально допустимую длительность ожидания, при которой не произойдёт задержки. Запрос с минимальным резервом времени имеет больше шансов быть задержанным, поэтому при установлении очерёдности он должен иметь преимущества.
d[1] p[1] d[2] p[2]... d[ n ] p[ n ].
Расписание, максимизирующее минимальное временное смещение и минимальное запаздывание запросов, таково, что запросы выполняются в порядке неубывания резерва времени.
При трёх запросах на ремонт линий, представленных в таблице 3, сопряженных с ремонтируемым блоком, результаты вариантов упорядочения будут выглядеть следующим образом (таблица 4):
Таблица 3. Параметры запросов на ремонт линий.
Запрос 1 2 Длительность запроса p (день) 3 5 Плановый срок d (день) 3 4 Таблица 4. Результаты упорядочения ремонтных запросов.
Запросы Tmax Tmin T 1 2 Плановый срок 3 4 di Длительность 3 5 pi 4 9 Ci 3-1-2 (неубывание 2 5 длительностей запросов) 1 5 Ti 3 8 Ci 1-2-3 (неубывание 1,67 4 плановых сроков) 0 4 Ti 8 5 Ci 2-1-3 (неубывание резерва 2,33 5 времени) 5 1 Ti Существует возможность не только раздельной оценки распределения ремонтов по какому-либо из критериев, но и совместного использования критериев. Например, возможно совместить два критерия оценки в том случае, если наряду с минимизацией максимального временного смещения стремиться минимизировать и среднюю длительность прохождения.
n n pi при таких i, что di pj.
dK pi, pK i1 j Это условие утверждает, что запрос выполняется последним, только если это не приводит к его запаздыванию, и если его длительность максимальна среди всех запросов, выполнение которых в последнюю очередь не приводит к запаздыванию.
Эвристический способ распределения ремонтов.
В эвристических методах отражается опыт, накопленный в результате построения графиков ремонтов в однотипных условиях. Формирование вариантов распределения запросов происходит следующим образом.
1) Распределение запросов начинается с самого непродолжительного Д min i и происходит либо на ближайшее окно ремонта (ОР) в его начало или конец, в зависимости от того, в каком случае сдвиг запросов будет меньше Сmin i (ближОР), либо на ближайшее окно ремонта, при распределении на которое не потребуется сокращения длительности запроса Д i const.
2) Распределение запросов начинается с самого продолжительного Д max i, и происходит либо, как и в первом варианте, на ближайшее окно ремонта Сmin i (ближОР), либо запросы будут сопоставляться с наиболее максимальным окном ремонта, что позволит исключить большие сокращения длительности запросов maxОР.
3) Комбинированный. На каждом шаге перебора запросов будет возможно перейти от одного условия, к другому. Например, вначале распределить самый продолжительный запрос на максимальное окно ремонта, а затем распределять минимальные запросы на ближайшие окна ремонтов.
Структура перебора запросов представлена на рисунке 4.
Определяются приоритеты, и происходит перебор запросов в порядке убывания их значимости Д min i Д max i max ОР Сmin i Сmin i Дi const (ближОР) (ближОР) Фi Фоптим Вариант расстановки запросов на временных интервалах ОР, соответствующий Фоптим Рисунок 4. Структура перебора запросов эвристическим способом.
Для принятия решения и выбора наилучшего варианта формируется и вычисляется целевая функция Ф. Выбирается вариант, соответствующий минимальному значению целевой функции, для которого происходит построение итогового графика ремонта. Отображение итогового графика ремонтов производится в виде диаграммы Ганта в Microsoft Office Project.
Выглядеть отображение графика будет следующим образом. Допустим, в систему поступают шесть запросов, два на ремонт блоков АЭС, из которых формируются окна ремонтов и четыре на ремонт отходящих ЛЭП.
1 Курская АЭС БЛОК 1 Курская АЭС Начало ремонта: 1.04. 2012 длит Начало 92 день. Длит. 55 дней. ПРИОРИТЕТ 2 Курская АЭС БЛОК 3 Курская АЭС Начало ремонта: 28.07. 2012 длит Начало 210 день. Длит. 35 дней. ПРИОРИТЕТ 3 ВЛ 750 Курская АЭС-Новобрянская ЦДУ ЕЭС Начало ремонта: 1.05. 2012 длит Начало 122 день. Длит. 10 дней. ПРИОРИТЕТ 4 ВЛ 750 Курская АЭС-Новобрянская ЦДУ ЕЭС Начало ремонта: 13.07. 2012 длит Начало 195 день. Длит. 50 дней. ПРИОРИТЕТ 5 ВЛ 750 Курская АЭС-Металлургическая ЦДУ ЕЭС Начало ремонта: 20.05. 2012 длит Начало 141 день. Длит. 10 дней. ПРИОРИТЕТ 6 ВЛ 500 Смоленская АЭС-Михайловская ЦДУ ЕЭС Начало ремонта: 9.07. 2012 длит Начало 191 день. Длит. 14 дней. ПРИОРИТЕТ После анализа возможных вариантов происходит выбор наилучшего и построение графика ремонтов (рисунок 5).
Рисунок 5. Сформированный график ремонта.
Алгоритм эвристического способа распределения кажется наиболее очевидным и обоснованным. Распределение ремонтов происходит на основе логических представлений о желательности сопряжения запросов и окон ремонтов между собой. Распределение ремонтов с использованием критериев теории расписаний позволяет подчинять планирование математическим формализмам. Каждый из этих способов, с одной стороны, может казаться предпочтительнее другого, и в свою очередь каждый из них имеет и ряд ограничений. Не следует пренебрегать каким-либо из способов. Наилучшим вариантом представляется совместное их использование при планировании.
В четвёртой главе излагаются основные принципы формирования и обработки запросов на ремонт линий электропередач, отходящих от АЭС, и запросов на ремонт блоков АЭС. Основное внимание уделяется функциям, позволяющим анализировать запросы на ремонт блоков АЭС и отходящих от них высоковольтных линий и производить с ними необходимые операции, и некоторым правилам планирования, необходимым для корректной работы в системе, а также отображению структуры работы функций в системе АСПР.
Описаны функции системы, использующиеся при планировании ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий. Структура работы основных функций происходит следующим образом.
«Запросы» - происходит ввод и формирование ремонтных запросов на блоки АЭС и высоковольтные линии. «Группировка» - совмещение ремонтных запросов на ремонты высоковольтных линий между собой и дальнейшее совмещение ремонтных запросов блоков АЭС и высоковольтных линий. «Итог группировки» - отображение сформированных групп запросов с возможностью их корректировки. «График» - формирования файла, предназначенного для импорта в Microsoft Office Project. «Project» представление пользователю результатов автоматизированного планирования с возможностью ручной корректировки.
Приведены примеры работы системы, позволяющие понять структуру обработки ремонтных запросов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий, на каждом этапе планирования ремонтов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Формирование графиков ремонтов оборудования является одним из основных видов подготовительных мероприятий, которые способствуют качественному проведению ремонтов оборудования. Сопряжение ремонтов блоков АЭС и высоковольтных линий электропередач имеет приоритетное значение в общем комплексе ремонтов электроэнергетического оборудования.
Была разработана система планирования, позволяющая 1.
производить автоматизацию формирования графиков ремонтов блоков АЭС, сопряженных с высоковольтными линиями.
Для формирования вариантов сочетания ремонтов блоков АЭС и 2.
отходящих линий электропередач был разработан и реализован алгоритм, который производит анализ возможных способов сочетания этих ремонтов.
Формирование вариантов производится вследствие обработки ремонтных запросов различными способами.
Были разработаны стратегии обработки ремонтных запросов, 3.
позволяющие формировать различные варианты сопряжения ремонтов.
Эвристический способ отражает опыт, накопленный в результате многократного построения графиков ремонтов в практически однотипных условиях. Применение критериев теории расписаний позволяет формализовать поиск решения. Использование каждой из этих стратегий как раздельно, так и совместно, приводит к получению различных вариантов распределения ремонтов, из которых выявляется наилучший.
Разработаны критерии оценки выбора наилучшего варианта из 4.
множества сформированных, которые для различных вариантов могут иметь отличные друг от друга значения. Таких критериев несколько: полнота по запросам, суммарный сдвиг запросов и суммарное сокращение длительности запросов. Наилучший вариант является тот, сочетание критериев в котором является доминирующим, по сравнению с другими вариантами.
Была решена многокритериальная задача принятия решений, 5.
имеющая место при анализе критериев. Анализ поиска способов выявления доминирующего варианта для многокритериальной задачи показал нежелательность применения какого-либо из способов в явном виде.
Для объединения всех критериев, была введена целевая функция, 6.
на основе которой появилась возможность судить о превосходстве одного варианта над другим, а также производить выбор наилучшего варианта.
Была внедрена структура практической реализации алгоритмов и 7.
функций системы для удобства обработки полученных результатов, их анализа и оценки, с последующим формированием итогового графика ремонтов, а также автоматизированной корректировки ремонтных запросов.
В практической эксплуатации в системе АСПР применяется 8.
эвристический метод сопряжения ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий. Формальный метод также зарекомендовал себя в опытной эксплуатации. Автоматизация формирования графиков ремонтов блоков АЭС и отходящих высоковольтных линий, с применением каждого из этих методов, существенно снижает вероятность человеческих ошибок, которые могут приводить к неоптимальным решениям, и ускоряет процесс формирования графиков ремонтов.
Достоверность полученных результатов и практическая 9.
значимость работы подтверждается эксплуатацией системы АСПР в службе электрических режимов ОАО «СО ЕЭС», а также формированием графиков ремонтов, и принятием их к реализации.
Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:
Любарский Ю.Я., Редин А.Г. Построение алгоритма 1.
автоматизированного годового планирования ремонтов линий электропередачи высокого напряжения в сочетании с ремонтами блоков атомных электростанций // «Вестник МЭИ». – М.: МЭИ. 2012. №1 С. 60-66.
Любарский Ю.Я., Редин А.Г. Координация ремонтов 2.
высоковольтных линий и блоков АЭС в экспертной системе планирования ремонтов // «Электрические станции», 2012. №2 – С. 51-57.
Редин А.Г., Любарский Ю.Я. Алгоритм автоматизированного 3.
годового планирования ремонтов высоковольтных линий в сочетании с ремонтами блоков АЭС // Восемнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Тезисы докладов. – В 4 т. Т. 4. М.: Издательский дом МЭИ, 2012.–478 с.
Редин А.Г., Любарский Ю.Я. Моделирование и автоматизация 4.
планирования ремонтов высоковольтных линий в сочетании с ремонтами блоков АЭС. Применение теории расписаний // Международная научная конференция «Моделирование – 2012». Тезисы докладов. – Киев, 2012. – С.
373-376.
Подписано в печать Заказ Тир. Печ.л.