本發(fā)明涉及設(shè)備維護(hù)方法領(lǐng)域，具體涉及用于老化變壓器的預(yù)防性檢修退役計(jì)劃協(xié)同優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、為全方位提升電力系統(tǒng)中的設(shè)備和整體可靠性水平，需要對(duì)檢修、退役等環(huán)節(jié)的設(shè)備全壽命周期管理。而電力系統(tǒng)中，變壓器是實(shí)現(xiàn)電能傳輸及轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，其可靠性直接影響整個(gè)發(fā)輸電系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，所以，如何制定科學(xué)合理的變壓器檢修和退役計(jì)劃，兼顧系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性非常重要。

2、目前，國內(nèi)外針對(duì)如何確定變壓器檢修策略和退役策略已形成了較為成熟的技術(shù)方案，但大多技術(shù)方案是將變壓器檢修計(jì)劃與退役計(jì)劃分別進(jìn)行決策優(yōu)化，這樣的技術(shù)方案存在以下不足：

3、(1)在決策模型方面：現(xiàn)有方案通常忽略了檢修和退役計(jì)劃間的決策相依關(guān)系(即檢修能夠提升變壓器的可靠性進(jìn)而延緩其退役時(shí)間)，可能無法獲得全局最優(yōu)解；

4、(2)在決策分析方面：現(xiàn)有方案對(duì)變壓器老化過程建模不夠準(zhǔn)確，且對(duì)于檢修和退役后老化變壓器可靠性提升的情況大多采用役齡回退因子等定性分析方法，無法從退化機(jī)理層面量化檢修和退役措施的影響；

5、(3)在決策對(duì)象方面：決策對(duì)象通常為單臺(tái)變壓器，側(cè)重于分析個(gè)體變壓器對(duì)系統(tǒng)可靠性及經(jīng)濟(jì)性的影響，忽略了變壓器群體與系統(tǒng)間的聯(lián)系。最終導(dǎo)致變壓器的檢修計(jì)劃與退役計(jì)劃不合理的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種用于老化變壓器的預(yù)防性檢修退役計(jì)劃協(xié)同優(yōu)化方法，以解決因?yàn)闄z修計(jì)劃與退役計(jì)劃分開處理導(dǎo)致結(jié)果不合理的問題。

2、本方案中的用于老化變壓器的預(yù)防性檢修退役計(jì)劃協(xié)同優(yōu)化方法，包括：

3、步驟1，結(jié)合變壓器結(jié)構(gòu)脆弱度以及老化失效對(duì)變壓器風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)度，采用模糊熵權(quán)法得到各個(gè)老化變壓器的重要度指標(biāo)并進(jìn)行排序；

4、步驟2，基于可校正三參數(shù)weibull分布模型的變壓器老化失效建立變壓器老化失效模型，根據(jù)預(yù)防性檢修和退役時(shí)間對(duì)模型中老化閾值及預(yù)期壽命兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正；

5、步驟3，根據(jù)系統(tǒng)可靠性約束的老化變壓器預(yù)防性檢修和退役計(jì)劃雙層協(xié)同優(yōu)化模型，確定未來計(jì)劃期內(nèi)各老化變壓器的預(yù)防性檢修時(shí)間和退役時(shí)間，以整個(gè)計(jì)劃期內(nèi)的總成本支出最小化為目的，同時(shí)滿足系統(tǒng)可靠性約束；

6、步驟4，采用粒子群-模擬退火算法進(jìn)行求解，得到最優(yōu)決策方案。

7、本方案的有益效果是：

8、通過基于模糊熵權(quán)法的老化變壓器重要度排序模型；以及基于可校正三參數(shù)威布爾分布模型，建立了計(jì)及預(yù)防性檢修和退役影響的變壓器老化失效可靠性模型；構(gòu)建了考慮系統(tǒng)可靠性的老化變壓器預(yù)防性檢修和退役計(jì)劃雙層協(xié)同優(yōu)化模型；最后采用粒子群-模擬退火算法進(jìn)行對(duì)所提優(yōu)化模型進(jìn)行求解，結(jié)合考慮預(yù)防性檢修計(jì)劃和退役計(jì)劃進(jìn)行目標(biāo)求解，能夠?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)維人員開展以可靠性為中心的老化變壓器群體資產(chǎn)管理提供更加合理的決策依據(jù)，讓檢修計(jì)劃和退役計(jì)劃結(jié)果更準(zhǔn)確、且符合實(shí)際設(shè)備的需求。

9、進(jìn)一步，所述步驟1中，采用電氣介數(shù)指標(biāo)來表征各老化變壓器的結(jié)構(gòu)脆弱度，使用各變壓器發(fā)生老化失效對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)度作為衡量其對(duì)系統(tǒng)充裕性影響的定量指標(biāo)，具體步驟為：

10、步驟1.1，計(jì)算系統(tǒng)中各臺(tái)老化變壓器的電氣介數(shù)指標(biāo)的公式表示為：

11、

12、其中，ψg表示系統(tǒng)中的機(jī)組節(jié)點(diǎn)集合；ψd表示系統(tǒng)中的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；表示變壓器tn的結(jié)構(gòu)脆弱度指標(biāo)；i和j分別表示變壓器tn所在支路的首末節(jié)點(diǎn)；g和d分別表示單一“機(jī)組-負(fù)荷”節(jié)點(diǎn)對(duì)(g,d)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)；表示基于節(jié)點(diǎn)對(duì)(g,d)的變壓器tn的潮流介數(shù)指標(biāo)，計(jì)算公式為：

13、

14、其中，wg表示發(fā)電節(jié)點(diǎn)g的權(quán)重，取值為發(fā)電機(jī)額定容量；wd表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)d的權(quán)重，取值為節(jié)點(diǎn)峰值負(fù)荷；igd(i,j)表示在“機(jī)組-負(fù)荷”節(jié)點(diǎn)對(duì)(g,d)間加上單位注入電流元后，在變壓器tn所在支路上引起的電流；

15、步驟1.2，計(jì)算系統(tǒng)中各臺(tái)老化變壓器發(fā)生老化失效對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)度公式表示為：

16、

17、其中，和分別為考慮老化失效前后變壓器tn的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；

18、步驟1.3，基于模糊熵權(quán)法計(jì)算結(jié)構(gòu)脆弱度和貢獻(xiàn)度兩個(gè)指標(biāo)的權(quán)重公式表示為：

19、

20、式中，ωl表示第l個(gè)指標(biāo)的模糊熵權(quán)；ь1和ь2分別表示系統(tǒng)運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脆弱度和充裕度的偏好權(quán)重；ie1和ie2分別表示結(jié)構(gòu)脆弱度指標(biāo)h1和風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)度指標(biāo)h2的信息熵；wnl表示第n臺(tái)變壓器第l個(gè)指標(biāo)的歸一化值，計(jì)算公式表示為：

21、

22、式中：natl表示系統(tǒng)內(nèi)老化變壓器的臺(tái)數(shù)；

23、步驟1.4，計(jì)算并輸出每臺(tái)變壓器的重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)

24、

25、有益效果是：結(jié)合考慮變壓器結(jié)構(gòu)脆弱度以及老化失效對(duì)變壓器風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)的影響程度，能夠準(zhǔn)確篩選出攜帶特征最多的參數(shù)用于分析。

26、進(jìn)一步，所述步驟1中，得到各臺(tái)變壓器的重要度評(píng)價(jià)指標(biāo)后，根據(jù)指標(biāo)數(shù)值大小進(jìn)行排序，并選擇排序結(jié)果靠前的老化變壓器作為后續(xù)預(yù)防性檢修和退役計(jì)劃的決策對(duì)象。

27、有益效果是：決策對(duì)象依據(jù)參數(shù)處理后的排序進(jìn)行確定，提高決策對(duì)象確定的準(zhǔn)確性。

28、進(jìn)一步，所述步驟2包括以下子步驟：

29、步驟2.1，可校正三參數(shù)weibull分布模型描述變壓器時(shí)變老化失效概率與其老化閾值、預(yù)期壽命之間的定量關(guān)系，表示為：

30、

31、式中，γn與ηn分別為變壓器tn的老化閾值與預(yù)期壽命；c1，c2和β為常數(shù)參數(shù)，通過失效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擬合得到；

32、步驟2.2，根據(jù)預(yù)防性檢修和退役措施的執(zhí)行時(shí)間，確定實(shí)施預(yù)防性檢修和退役后的變壓器老化閾值及壽命更新值，將更新的老化閾值與預(yù)期壽命參數(shù)代入步驟2.1的老化失效模型，即可得到計(jì)及預(yù)防性檢修和退役影響的變壓器老化失效概率函數(shù)。

33、有益效果是：對(duì)各個(gè)參數(shù)的量化計(jì)算，能夠量化不同時(shí)間下進(jìn)行檢修和退役對(duì)老化變壓器的影響情況，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)設(shè)備的工作情況。

34、進(jìn)一步，所述步驟2.2中，變壓器tn在未來時(shí)段計(jì)及預(yù)防性檢修和退役影響后的預(yù)期老化失效概率函數(shù)表示為：

35、

36、式中，老化變壓器tn已運(yùn)行tser,n年，與分別表示在當(dāng)前時(shí)刻評(píng)估的老化閾值與預(yù)期壽命；表示其在第tser+d1年執(zhí)行預(yù)防性檢修操作后的預(yù)期壽命評(píng)估值；與表示在第tser+d2年執(zhí)行預(yù)防性退役操作后的老化閾值和預(yù)期壽命評(píng)估值。

37、有益效果是：通過公式的量化定義，能夠?qū)ψ儔浩鱰n實(shí)施“先檢修再退役”策略下的預(yù)期老化失效概率函數(shù)。在工程實(shí)際中，還可能在未來計(jì)劃期內(nèi)對(duì)變壓器tn實(shí)施“既不檢修也不退役”、“僅考慮檢修”以及“僅考慮退役”等差異化的資產(chǎn)管理策略。任意一種管理策略下的變壓器tn的預(yù)期老化失效概率函數(shù)都通過修正上式得到，提高策略制定的精準(zhǔn)性和及時(shí)性，符合實(shí)際需求。

38、進(jìn)一步，所述步驟3包括以下子步驟：

39、步驟3.1，未來計(jì)劃期內(nèi)總成本的計(jì)算公式為：

40、

41、式中，k表示計(jì)劃期總年數(shù)；nim表示通過重要度排序結(jié)果選出的計(jì)劃期內(nèi)待決策老化變壓器數(shù)量；和分別表示在計(jì)劃期第k年對(duì)變壓器tn實(shí)施預(yù)防性檢修和退役措施所需的預(yù)期投資成本；表示變壓器tn在第k年發(fā)生隨機(jī)失效產(chǎn)生的處置成本；表示變壓器tn在第k年發(fā)生老化失效產(chǎn)生的處置成本；表示系統(tǒng)在計(jì)劃期第k年的可靠性成本；

42、步驟3.2，上層預(yù)防性檢修和退役計(jì)劃決策模型的約束條件包括檢修時(shí)間約束、退役時(shí)間約束、檢修-退役耦合約束，分別表示為：

43、若變壓器tn在未來計(jì)劃期內(nèi)存在預(yù)防性檢修計(jì)劃，其檢修時(shí)間dohl,n應(yīng)滿足：0<dohl,n≤k；

44、若變壓器tn在未來計(jì)劃期內(nèi)存在預(yù)防性退役計(jì)劃，其退役時(shí)間dretire,n應(yīng)滿足：0<dretire,n≤k；

45、若變壓器同時(shí)存在預(yù)防性檢修和退役計(jì)劃，則檢修時(shí)間dohl,n與退役時(shí)間dretire,n之間應(yīng)滿足：dretire,n≥dohl,n+dset,val，dset,val表示可接受的預(yù)防性檢修-退役時(shí)間間隔；

46、檢修和退役資源約束表示為：

47、

48、式中：numohl和numretire分別表示每年可執(zhí)行預(yù)防性檢修和退役措施的變壓器數(shù)量上限；

49、用期望失負(fù)荷量eens指標(biāo)來構(gòu)建系統(tǒng)可靠性約束，表示為：eensk≤eenspre；

50、步驟3.3，利用下層可靠性校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建方法用于計(jì)算上層決策方案對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)各年的最優(yōu)平均負(fù)荷削減量，表示為：

51、

52、式中：qsam,k表示對(duì)計(jì)劃期第k年進(jìn)行可靠性評(píng)估所執(zhí)行的總模擬周期數(shù)；θq表示第q個(gè)評(píng)估周期中所有系統(tǒng)狀態(tài)的集合；dq,s表示第q個(gè)評(píng)估周期中系統(tǒng)狀態(tài)s的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間；和表示在計(jì)及負(fù)荷不確定下系統(tǒng)狀態(tài)s在單位時(shí)間內(nèi)的最優(yōu)負(fù)荷削減量區(qū)間[lcq,s]的上下限，通過求解最優(yōu)負(fù)荷削減區(qū)間分析模型獲得，其緊湊形式表示為：

53、min[lc]＝[d][x]；

54、s.t.[a][x]-[b](≤)(＝,≤)0；

55、[x]≥0；

56、式中：[x]＝([xij]n×1)表示目標(biāo)函數(shù)的n維決策變量，其元素d表示目標(biāo)函數(shù)中[x]的系數(shù)矩陣；a表示約束條件中的系數(shù)矩陣；[b]＝([bij]m×1)，其元素表示各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的區(qū)間值；[lc]＝[lc-,lc+]，表示給定系統(tǒng)狀態(tài)下負(fù)荷削減的最優(yōu)值區(qū)間。

57、有益效果是：通過考慮老化變壓器的檢修和退役計(jì)劃雙層協(xié)同優(yōu)化方案，能夠得到最優(yōu)的檢修和退役時(shí)間，讓系統(tǒng)同時(shí)滿足可靠性運(yùn)行和最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)支出。

58、進(jìn)一步，所述步驟3.1中，所述預(yù)防性檢修的預(yù)期投資成本計(jì)算公式為：

59、

60、式中：θ為折現(xiàn)率；表示一個(gè)0-1指示變量，若tn在第k年存在預(yù)防性檢修計(jì)劃，取值為1，否則為0；表示預(yù)防性檢修計(jì)劃能夠?qū)嵤┑母怕?；表示將變壓器絕緣紙含水量降低δωaver所需的成本；

61、預(yù)防性退役的期望投資成本計(jì)算公式為：

62、

63、式中：表示一個(gè)0-1指示變量，若變壓器tn在第k年存在預(yù)防性退役計(jì)劃時(shí)，取值為1，否則為0；表示預(yù)防性退役計(jì)劃能夠?qū)嵤┑母怕?；表示變壓器tn的退役成本；

64、隨機(jī)失效的處置成本計(jì)算公式為：

65、

66、式中：crepair表示修復(fù)單次隨機(jī)失效所需的成本；和分別表示變壓器tn在未來計(jì)劃期內(nèi)第k年的隨機(jī)失效率與預(yù)期隨機(jī)失效次數(shù)；

67、老化失效的處置成本計(jì)算公式為：

68、

69、式中：表示變壓器tn在第k年發(fā)生老化失效的概率；

70、可靠性成本在給定決策方案下負(fù)荷削減產(chǎn)生的負(fù)荷損失成本和違反系統(tǒng)預(yù)期可靠性要求產(chǎn)生的懲罰成本計(jì)算公式為：

71、

72、式中，eensk表示給定決策方案下系統(tǒng)第k年的最優(yōu)平均負(fù)荷削減量；eensr表示不考慮變壓器老化失效下系統(tǒng)在第k年的最優(yōu)平均負(fù)荷削減量；uco表示負(fù)荷損失系數(shù)，用以衡量單位失負(fù)荷量的損失成本；eenspre表示系統(tǒng)每年可接受的負(fù)荷削減量；upu表示單位失負(fù)荷量懲罰因子。

73、有益效果是：各項(xiàng)成本的量化計(jì)算，能夠綜合、準(zhǔn)確地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的判斷。

74、進(jìn)一步，所述步驟4中，求解考慮系統(tǒng)可靠性的老化變壓器預(yù)防性檢修和退役計(jì)劃協(xié)同優(yōu)化模型的粒子群-模擬退火算法，包括如下子步驟：

75、步驟4.1，輸入電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、元件可靠性參數(shù)、負(fù)載曲線；設(shè)置pso-sa優(yōu)化算法參數(shù)，包括：粒子種群規(guī)模、最大迭代次數(shù)rset、慣性權(quán)重系數(shù)、學(xué)習(xí)因子和溫度衰減系數(shù)；

76、步驟4.2，初始化迭代次數(shù)r＝1，并隨機(jī)生成滿足約束條件的粒子種群；

77、步驟4.3，計(jì)算各粒子對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)：對(duì)于種群中每一個(gè)粒子，基于變壓器不可用率計(jì)算模型，計(jì)算nim臺(tái)老化變壓器在計(jì)劃期內(nèi)各年的綜合不可用率，并計(jì)算系統(tǒng)各年的可靠性指標(biāo)；

78、步驟4.4，計(jì)算各粒子的適應(yīng)度值：對(duì)于種群中每一個(gè)粒子，根據(jù)步驟3所得結(jié)果計(jì)算計(jì)劃期內(nèi)各年的可靠性成本，然后與預(yù)期投資成本、故障處置成本相加，得到總成本，以識(shí)別該輪迭代中的個(gè)體最優(yōu)位置；

79、步驟4.5，根據(jù)metropolis準(zhǔn)則判斷是否將該輪迭代得到的個(gè)體最優(yōu)位置作為新的全局最優(yōu)位置；若接受新解，則更新退火溫度；

80、步驟4.6，判斷r是否達(dá)到最大迭代次數(shù)rset：若未達(dá)到，令r＝r+1，并對(duì)種群中各個(gè)粒子的速度和位置進(jìn)行更新，然后轉(zhuǎn)到步驟4.3；若r≥rset，則輸出最終決策方案結(jié)果pg和對(duì)應(yīng)的適應(yīng)值f(pg)。