Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ РЕМОНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 12
1.1. Общие принципы оптимального планирования ремонтов 12
1.2. Анализ существующих методов планирования ремонтов 16
1.3. Планирование ремонтов по методу "Пионер" 28
Выводы 30
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА НОВОГО МЕТОДА ПЛАНИРОВАНИЯ РЕМОНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКСТРОСТАНЦИЙ . 32
2.1. Математическая модель задачи . 32
2.2. Общая схема расчета плана ремонтов 37
2.3. Оптимизация плана на основе системы приоритетов . 39
2.3.1. Определения 39
2.3.2. Свойства общего приоритета 43
2.3.3. Экономное расходование ресурсов 49
2.3.4. Контроль за внутристанционными ограничениями 53
2.3.5. Учет рангов заявок . 56
2.3.6. Управление перераспределением ресурсов . 56
2.3.7. Иерархия приоритетов 57
2.4. Оптимизация плана на основе позиционной оценки 59
2.4.1. Позиционная оценка в задаче планирования ремонтов 59
2.4.2. Выбор продолжительностей ремонта 61
2.4.3. Перераспределение ресурсов между ступенями 64
2.4.4. Выделение дополнительных ресурсов . 70
2.5. Улучшение приоритетного варианта 70
2.6. Методика составления общего плана ремонтов энергообъединения многоступенчатой структуры . 72
Выводы 75
Глава 3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ 77
3.1. Планирование ремонтов с учетом резерва мощности и межсистемных перетоков 77
3.2. Планирование ремонтов с коррекцией выделенного резерва мощности 93
3;3. Ступенчатое планирование ремонтов в масштабе ЕЭС
с учетом резерва мощности и ремонтного персонала. 97
Выводы 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 120
ПРИЛОЖЕНИЕ 132
1. Постановление ГКНТ СССР $ 206 от I июня 1982 г. 133
2. Постановление бюро МГК ВЛКСМ от 22 октября 1981 г. 135
3. Документы об использовании результатов работы . 136
- Общие принципы оптимального планирования ремонтов
- Математическая модель задачи
- Планирование ремонтов с учетом резерва мощности и межсистемных перетоков
Введение к работе
Актуальность проблемы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" подчеркивается значение работ по дальнейшему развитию Единой энергетической системы (ЕЭС) СССР, повышению надежности ее функционирования /I/.
Необходимым условием успешного решения тех ответственных задач, которые стоят перед советской энергетикой, является совершенствование системы планирования и управления. Управлять объектом такой уникальной сложности, как ЕЭС СССР, можно лишь при использовании современных научных методов, широком внедрении вычислительной техники. Решение этой задачи осуществляется в рамках ОАСУ "Энергия" /2/.
Одной из актуальных проблем управления режимами ЕЭС СССР является планирование ремонтов оборудования электростанций.
Надежность снабжения потребителей электроэнергией во многом зависит от технического состояния оборудования и своевременного его ремонта. Эффективная организация и планирование ремонтов приобретает в последнее время все большее значение. С ростом установленной мощности увеличивается число агрегатов, подлежащих ремонту, численность ремонтного персонала, затраты на ремонт. Так, за период с 1970 по 1981 годы только по тепловым электростанциям (ТЭС) установленная мощность выросла на 66$, численность ремонтного персонала - на 21$, затраты на ремонт увеличились более чем вдвое и достигли уровня капитальных вложений в энергетику. Ежегодно в масштабе ЕЭС СССР проводится свыше 2000 ремонтов агрегатов ТЭС, из них 600-700 контролируется непосредственно на уровне Центрального диспетчерского управления (ЦЖ) ~ 5 -
ЕЭС СССР. Для успешного решения задач энергоремонта требуются согласованные действия целого ряда организаций различной ведомственной и территориальной принадлежности, концентрация значительных материальных, трудовых и финансовых ресурсов, В этих условиях специалисты отмечают настоятельную необходимость составления сбалансированных по ресурсам комплексных планов проведения ремонтов энергооборудования /3/. Однако при действующей системе планирования ремонтов удовлетворить это ; требование удается далеко не всегда. Планы на уровне ЭС составляются, в основном с учетом трудовых и материальных ресурсов, тогда как на уровне объединенных энергосистем (ОЭС) и ЕЭС учитывается; главным образом резерв мощности. Недостатки сложившейся практики планирования ремонтов проявляются в нарушении графика ремонтов, перепростое оборудования в ремонте или сокращении запланированного объема ремонтных работ. Так, анализ результатов выполнения плана 1981 года показал, что из общего количества запланированных по ЕЭС ремонтов крупноблочных агрегатов ТЭС в соответствии с планом удалось отремонтировать лишь около 3% агрегатов, 1Ь% агрегатов вообще не ремонтировались, остальные ремонтировались не по плану - с нарушением даты начала ремонта и его продолжительности.
Масштабы энергетической отрасли, высокая стоимость ремонтного обслуживания, напряженность топливно-энергетического баланса, дефицитность ремонтных ресурсов - все эти обстоятельства обуславливают эффективность применения ЭВЛ для решения планово-управленческих задач энергоремонта.
Большой вклад в решение задачи оптимального планирования ремонтов внесли коллективы ученых под руководством Ф.Г.Гусейнова /4-8/, Д.А.Арзамасцева /9-II/, Ю.Н.Руденко /12-17/, Е.В.Цвет- - 6 ~ кова /18-22/ и др. В настоящее время разработкой методов планирования ремонтов заняты Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (ВНИИЭ), Сибирский энергетический институт (СЭИ) СО АН СССР, Белорусский Энергетический институт им. Г.М.Кржижановского (БелЭШН) /23-32/ и ряд других организаций. Начиная с 1979 года, методы планирования ремонтов в системах энергетики ежегодно рассматриваются в рамках всесоюзного научного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики". Эти методы нашли свое отражение в создании ряда программ годового и месячного планирования ремонтов энергооборудования. Так, различные варианты программы годового планирования капитальных и средних ремонтов, разработанные во БНИИЭ-Щ ГГУ, были внедрены в ЦПУ ЕЭС СССР и ряде Объединенных диспетчерских управлений (ОДУ) /21, 22/. Программа планирования ремонтов, разработанная в СЭИ, функционирует в составе программно-вычислительного комплекса РЕЗЕРВ в ОДУ Сибири /16,17/ В ОДУ Урала применяется программа месячного планирования ремонтов, разработанная совместно с Уральским отделением Союзтехэнер-го /33/. Результаты зарубежных исследований по этой проблеме регулярно обсуждаются на совещаниях Американского института инженеров по электротехнике и электронике ( IEEE ) /34-44/.
Вместе с тем в целом уровень разработки проблемы планирования ремонтов энергооборудования не полностью удовлетворяет возросшим современным требованиям.
Широко распространенная постановка задачи планирования ремонтов по минимуму расхода топлива предполагает существование допустимого по ограничениям плана, обеспечивающего полное удовлетворение ремонтных заявок. Такое предположение не согласуется с реальной ситуацией, сложившейся в большинстве энергосистем. -, 7 -
Дефицит резервной мощности, ремонтного персонала и прочих ресурсов не позволяет, как правило, проводить ремонты в полном объеме /21/. Актуальной является разработка критериев и алгоритмов,учитывавших дефицитность ремонтных ресурсов.
При неизбежности отказов в ремонте возникают задачи выбора агрегатов, включаемых в план ремонтов, сокращения продолжитель-ностей ремонтов, рационального перераспределения ремонтного резерва между энергосистемами, выделения дополнительных ремонтных ресурсов. Методы решения этих задач разработаны недостаточно.
Слабо изучены вопросы согласования планов различного иерархического уровня. На Всесоюзном научном семинаре по теме "Организация и методы планирования ремонтов оборудования в системах энергетики" (Конаково, 1982) отмечалась необходимость создания единого математического обеспечения для взаимосогласованного решения задачи планирования ремонтов на всех уровнях территориально-временной иерархии управления системами энергетики. При таком комплексном подходе к планированию ремонтов, предполагающем учет существующей многоступенчатой структуры ЕЭС, множественность ресурсов и их распыленность по ступеням, возникает ряд проблем, требующих своего решения.
Задача оптимального планирования ремонтов энергооборудования ЕЭС может быть сформулирована как переборная задача большой размерности. Трудность ее решения связана с недостаточной эффективностью известных методов дискретной оптимизации. Использование в предшествующих работах методов линейного, динамического программирования, ветвей и границ приводит к значительным вычислительным трудностям /45/, а методы локальной оптимизации не всегда могут обеспечить высокое качество решения /34/.
В настоящее время во ВНИИЭ под руководством М.М.Ботвинника разрабатывается новый метод составления алгоритмов решения переборных задач. В основу этого метода, получившего название "Пионер», легла работа по распознаванию и формализации алгоритма поиска хода шахматным мастером, а также моделированию этого алгоритма в виде программы ПИ0НЕР-І /46-49/. Обобщение полученных результатов позволило приступить к решению прикладных задач. На базе метода "Пионер" Б.М.Штильманом совместно с диссертантом составлены алгоритм: и программа ШОНЕР-2 месячного планирования ремонтов на уровне ОДУ с учетом резерва мощности /50, 51/.Время расчета плана по этой программе для нескольких сотен заявок не превышало I минуты, а составленные планы были лучше планов, рассчитанных по общепринятой методике. Программа ПИ0НЕР-2 была внедрена в ЦДУ ЕЭС СССР и ряде ОДУ. Вместе с тем ПИОНЕР-2 пригоден лишь для решения относительно простой задачи планирования ремонтов. Учтен только один ресурс - резерв мощности; план составляется в рамках одного изолированного энергообъединения - ОЭС с сильными электрическими связями. Дальнейшие исследования требовались для разработки алгоритмов выбора продолжительностей ремонтов, перераспределения ремонтного резерва мощности с помощью межсистемных связей, учета множественности ремонтных ресурсов, согласования планов ступеней различного иерархического уровня /52, 53/.
Учитывая успешный опыт применения метода "Пионер" и его возможности, решено было разработать новый метод планирования, пригодный для решения более сложных задач годового планирования ремонтов в масштабе ЕЭС. Теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку нового метода, положены в основу диссертационной работы.
Исследования велись с 1979 г. в соответствии с координацион- ным планом президиума АН СССР по проблеме "Кибернетика" I.I2; 1.12,3; I.12.3.6, а с 1981 г. - в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ ІКНГ СССР по программе 0.Ц.026. В 1982 г. исследования были продолжены в соответствии со специальным постановлением ГКНТ СССР № 206 от 1.06.82 г. о проведении ЕНИИЭ дополнительных научно-исследовательских работ в области решения прикладных переборных задач с целью разработки нового метода планирования ремонтов (см. Приложение).
Основной целью работы является развитие теории и практики планирования ремонтов энергооборудования ЕЭС СССР.
Задача диссертации состоит в разработке нового метода планирования ремонтов оборудования электростанций в масштабе энергосистем и энергообъединений с учетом множественности имеющихся ремонтных ресурсов и структуры их распределения.
Методика выполнения работы заключается в построении математической модели задачи планирования ремонтов, теоретическом анализе этой модели на основе нового метода составления алгоритмов приближенного решения сложных переборных задач (метода "Пионер") и вычислительных экспериментах на дШ для отработки алгоритмов и программ планирования.
К защите представляются:
Модель планирования ремонтов, обеспечивающая учет совокупности имеющихся ресурсов, структуры их распределения и возможности маневрирования ими.
Новый метод планирования ремонтов оборудования электростанций с учетом многоступенчатой структуры управления электроэнергетикой и множественности расходуемых при ремонте ресурсов.
Научная новизна
I. Разработана новая математическая модель планирования ре- монтов оборудования электростанций, обеспечивающая комплексный подход к проблеме планирования, Модель учитывает множественность ремонтных ресурсов и их разделение по ступеням управления.
На базе метода "Пионер" разработана общая схема алгоритмов расчета плана и основные алгоритмические процедуры (позиционная оценка, приоритет, улучшение построенных вариантов).
Разработаны алгоритмы маневрирования ресурсами, их рационального распределения и использования, определения очередности ремонтов и их продолжительностей. Разработана методика составления плана ремонтов энергообъединения многоступенчатой структуры.
На основе полученных результатов создан новый метод планирования ремонтов оборудования электростанций. Этот метод позволил впервые решить задачу составления с помощью ЭВЛ годового плана ремонтов энергооборудования ЕЭС СССР, сбалансированного по ресурсам и согласованного на всех уровнях управления.
Практическая ценность работы. Использование результатов работы на практике повышает эффективность и качество системы планирования ремонтов энергооборудования ЕЭС СССР.
Разработанный метод при соответствующем информационном обеспечении позволяет с высокой скоростью рассчитывать на дШ комплексные планы ремонтов энергооборудования. При этом за счет точности и качества составленных планов возрастает объем своевременно проведенных ремонтных работ, повышается надежность работы энергооборудования.
Реализация результатов работы. На основе разработанного метода автором реализован комплекс программ годового планирования ремонтов оборудования элекстростанций. В составе комплекса решаются задачи - расчета плана на уровне энергосистем и энергообъединений с учетом резерва мощности и межсистемных перетоков; - II - коррекции выделенного резерва мощности; составления плана ремонтов в масштабе ЕЭС СССР с учетом резерва мощности и ремонтного персонала, а также согласования плана на различных уровнях управления.
Разработанный в диссертации метод планирования и программные средства внедрены в ЦПУ ЕЭС СССР, ОДУ Средней Волги, Урала, Северо-Запада, Юга, Северного Кавказа, Казахстана, Средней Азии, Сибири, а также - Главэнергоремонте. Годовой экономический эффект от внедрения составляет 390 тыс,руб.
За участие в разработке нового метода решения сложных переборных задач (метода "Пионер") и его применение в управлении энергетикой автор в 1981 г. был удостоен премии МТК ВЛКСМ в области науки и техники.
Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады и сообщения на Международном совещании по искусственному интеллекту (Репино, 1980), технических совещаниях представителей ВНИИЭ, ЦДУ ЕЭС СССР и ОДУ по программам планирования ремонтов серии ПИОНЕР (Рига, 1981; Москва, 1983), Всесоюзном научном семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", по теме "Организация и методы планирования ремонтов оборудования в системах энергетики" (Конаково, 1982), Всесоюзной конференции "Теория адаптивных систем и ее применение" (Ленинград, 1983), научно-технической конференции молодых специалистов ВБИИЭ-Щ ГО (Москва, 1983).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 93 стр., із рисунков, 10 таблиц, библиографии 92 наименований, приложения.
Общие принципы оптимального планирования ремонтов
Профилактические ремонты энергетического оборудования электростанций проводятся в рамках существующей системы планово-предупредительного ремонта. Ремонтные мероприятия осуществляются исходя из фактического технического состояния оборудования, а также в соответствии с установленными нормативами и имеющимися ресурсами. План ремонтов формируется на основе заявок электростанции. Основные положения, соблюдаемые при планировании ремонтов, приведены в /54/. Руководящим нормативным документом Минэнерго для системы планово-предупредительного ремонта являются "Правила организации технического обслуживания и ремонта оборудования, зданий и сооружений электрических станций и сетей".
Методика организации ремонта энергетического оборудования подробно освещена в /55-57/. Периодичность ремонтов, их тип (капитальный, средний, текущий), перечень ремонтных работ и объемы трудозатрат регламентируются технико-экономическими нормативами системы планово-предупредительного ремонта.
При подготовке электростанцией заявки на ремонт производится оценка объема и продолжительности ремонтных работ. Продолжительность ремонта, запрашиваемая электростанцией, как правило, превышает нормативную величину. Причины для этого могут быть различными: больший по сравнению с нормативным объем ремонтных работ, нехватка ремонтного персонала или его низкая квалификация, недостаток производственных площадей и т.д. По опубликованным данным /15/ фактическая продолжительность ремонта в среднем в 1,5-2 раза превышает нормативную.
Вывод агрегата в ремонт связан, как правило, с отключением от сети соответствующего генератора (исключение может составлять ремонт котлоагрегатов на электростанциях с поперечными связями котлов и турбин). Ремонт агрегатов приводит к снижению рабочей мощности электростанции. Величина этого снижения ограничивается в целом по ЭС или ОЭС ремонтным резервом мощности. Полный резерв мощности равен разности между располагаемой мощностью и прогнозируемым максимумом электрической нагрузки. Ремонтная составляющая резерва мощности определяется исходя из требований надежности работы энергосистем. Годовая неравномерность электропотребления определяет характерную ступенчатую форму графика ремонтного резерва мощности: значения резерва максимальны в летнее время и снижаются до нуля в период осенне-зимнего максимума нагрузки. Фигуру, расположенную ниже графика ремонтного резерва мощности, принято называть "ремонтной площадкой".
Сроки ремонта агрегатов ограничиваются требованиями эксплуатационного и технологического характера. Ремонт теплофикационного оборудования допускается только по завершении отопительного сезона. Вывод в ремонт атомных реакторов определяется сроками их перезарядки. Ремонт агрегатов должен производиться непрерывно, агрегаты одного энергоблока должны ремонтироваться одновременно. Ограничения по балансу мощности или уровню напряжений данного энергоузла, нехватка производственных площадей и рабочей силы определяют запрещенные сочетания ремонтов на одной электростанции.
Математическая модель задачи
При решении переборной задачи по методу "Пионер" существенную роль играют понятия точной и неточной цели. В случае невозможности обеспечить достижение точной цели с помощью формализованного алгоритма, она подменяется неточной (приближенной) целью. В планировании ремонтов в качестве точной цели принята надежная эксплуатация энергосистем, неточной цели - "ремонт мощности" агрегатов. При этом предполагается, что ремонт агрегатов способен обеспечить их безаварийную работу.
Назовем заявленной мощностью - суммарную мощность агрегатов, на ремонт которых поступили заявки от электростанций, отремонтированной мощностью - мощность агрегатов, ремонтируемых по составленному плану. (В случае двух заявок на ремонт одного агрегата его мощность учитывается дважды).
Критерием планирования является максимум отремонтированной мощности. Фактор экономичности, а также та роль., которую играют некоторые агрегаты в надежном энергоснабжении, учитывается с помощью рангов, присваиваемых ремонтным заявкам по определенному правилу. В рамках такого подхода, утвержденного ЦДУ ЕЭС СССР, оптимальным считается такой вариант плана, который при соблюдении всех ограничений приводит к теоретически возможному максимуму отремонтированной мощности.
Разобьем задачу составления плана в масштабе ЕЭС на две тесно связанные между собой подзадачи:
1) расчет плана отдельной ступени;
2) согласование планов различных ступеней.
Такое разделение оправдано, поскольку ступени различаются как ресурсами, находящимися в их распоряжении, так и номенклатурой планируемого оборудования. Связывать в едином расчете планы всех ступеней с подробной детализацией вряд ли целесообразно из-за сложностей сбора и обработки информации. В связи с таким разделением предусмотрены два уровня оптимизации плана: І) в рамках отдельной ступени (за счет рационального использования заданных ресурсов); 2) в рамках всей многоступенчатой системы управления (за счет рационального распределения ресурсов между ступенями с учетом их запросов и возможностей, а также возможностей вышестоящих ступеней).
Формализуем задачу оптимизации графика ремонтов на уровне ЕЭС. При этом будем учитывать только оборудование номенклатуры ЕЭС. Ремонтный резерв мощности будем рассматривать как централизованный ресурс, он может быть частично перераспределен между ОЭС с помощью межсистемных связей. Персонал ремонтных предприятий является местным ресурсом ЭС.
Планирование ремонтов с учетом резерва мощности и межсистемных перетоков
В 1981 году по заданию ЦПУ ЕЭС СССР на базе разработанного метода была составлена программа годового планирования ремонтов на уровне ЕЭС СССР.
Предусматривается учет лишь одного.ресурса.- ремонтного резерва мощности. Ремонтный резерв и заявки задаются по каждой ОЭС в отдельности. В каждой заявке указывается станционный номер агрегата, тип агрегата, вид ремонта (капитальный, средний, текущий), снижение рабочей мощности в период проведения ремонта, запрашиваемая станцией продолжительность ремонта, нормативная продолжительность ремонта. Для некоторых заявок указываются директивные сроки проведения ремонта. В случае необходимости ремонта котла и турбины одного блока могут быть поданы две ремонтные заявки, каждая со своей продолжительностью ремонта. В заявке указывается признак блокирования, означающий необходимость одновременного вывода агрегатов в ремонт. В период ремонта обоих агрегатов блока общее снижение мощности определяется по наиболее мощному агрегату (котлу или турбине).
Ремонтный резерв может быть перераспределен между ОЭС с учетом пропускных способностей межсистемных связей и требований надежности работы энергосистем. Для этого приводится схема межсистемных связей, в которой указаны пределы изменения перетоков мощности между ОЭС.
Задается ряд ограничений на параллельное проведение ремонтов на одной электростанции. Одновременно на электростанции может проводиться не более двух ремонтов, причем второй ремонт может быть только текущий. В праздничные дни капитальный и средний ремонты приостанавливаются. Ограничивается период проведения ремонтов теплофикационного оборудования (в ОЭС Северного Кавказа и Закавказья с I апреля по 10 октября, в остальных ОЭС с 26 апреля по 30 сентября).
Промежуток между двумя ремонтами одного и того же агрегата должен быть не менее 4 месяцев.
Расчетным интервалом планирования является один день. Основной критерий оптимизации - максимум суммарной мощности агрегатов, включенных в план ремонтов. В первом варианте постановки задачи предполагалось равенство рангов всех агрегатов. Продолжительность ремонта должна быть выбрана в диапазоне от запрашиваемой до нормативной. Сокращение продолжительности ремонтов должно производиться лишь при дефиците резерва мощности. При равенстве отремонтированной мощности лучшим считается тот план, при котором меньше сокращена суммарная продолжительность ремонтов. Для решения задачи разработан алгоритм Ш0ШР-3. Расчет плана происходит в соответствии с блок-схемой, изображенной на рис. 3.1.
Построение приоритетного варианта ведется при последовательном увеличении глубины расчета (длины варианта). Переход к следующему расчетному интервалу (дню) происходит лишь тогда, когда полностью исчерпаны возможности вывода агрегатов в ремонт в текущий день. При попытке включения агрегата в план наличие резерва мощности проверяется для всего планируемого периода ремонта агрегата.
