配電網(wǎng)檢修計(jì)劃智能排程核心算法研究與實(shí)現(xiàn)

何安宏　徐瑋　胡發(fā)林國電南瑞科技股份有限公司

配電網(wǎng)檢修計(jì)劃智能排程核心算法研究與實(shí)現(xiàn)

何安宏徐瑋胡發(fā)林
國電南瑞科技股份有限公司

本文針對供電企業(yè)現(xiàn)有檢修計(jì)劃排程管理過程中依靠人工方式制定檢修計(jì)劃的弊端，提出了配電網(wǎng)檢修計(jì)劃智能排程的分析算法，開發(fā)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能模塊。有效的避開節(jié)假日，避免了與保電任務(wù)的沖突，通過對調(diào)度和施工單位的工作量進(jìn)行均衡、合理分配，提供一個科學(xué)完備的停電時間安排方案，極大地提高了供電企業(yè)對檢修計(jì)劃管控和供電的可靠性。

配電網(wǎng)檢修計(jì)劃 智能排程 調(diào)度 保電 可靠性

1　引言

為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行，及時排除安全隱患，供電企業(yè)會定期安排對電力設(shè)備進(jìn)行檢修，檢修計(jì)劃的工作時間安排需要考慮到對當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性的影響程度、檢修資源的利用率、是否是保電任務(wù)發(fā)生沖突等情況，涉及到多個業(yè)務(wù)部門的協(xié)同工作，而傳統(tǒng)的檢修計(jì)劃整個制定過程還是主要依靠人工為主，因此對計(jì)劃編制人員的能力要求非常高，現(xiàn)實(shí)中基本是通過組織召開停電平衡會的方式，對每一條檢修計(jì)劃進(jìn)行討論分析的方式進(jìn)行。

隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，用戶對供電質(zhì)量的要求也越來越高，通過傳統(tǒng)依靠人工方式制定檢修計(jì)劃的弊端逐漸暴露出來，如制定的檢修計(jì)劃影響了某重要用戶、計(jì)劃安排的工作時間與保電任務(wù)產(chǎn)生沖突、甚至出現(xiàn)對同一區(qū)域重復(fù)停電或停電時間過長等情況，即影響了供電可靠性，也不利于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為了減少此類問題的發(fā)生，需要相關(guān)業(yè)務(wù)部門通過多次開會反復(fù)修改已制定的檢修計(jì)劃，導(dǎo)致工作量繁重，效率低下。

由于依靠人工制定的檢修計(jì)劃的科學(xué)性不夠，容易造成對工作量的安排不合理，導(dǎo)致在檢修計(jì)劃的實(shí)際執(zhí)行過程中調(diào)度人員和檢修人員有時應(yīng)接不暇，增大工作中出錯的幾率，而有時幾天沒有工作，浪費(fèi)了人力資源和檢修時間，而要解決此問題，需要獲取多方面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，光依靠人工很難及時獲取到有用數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無誤的分析工作。

本文對配電網(wǎng)檢修計(jì)劃智能排程進(jìn)行分析研究，提出檢修計(jì)劃智能排程的算法，對調(diào)度和施工單位的工作量進(jìn)行均衡分配，實(shí)現(xiàn)一個科學(xué)合理的停電時間安排方案。

2　現(xiàn)狀分析

停電計(jì)劃管理的業(yè)務(wù)流程比較復(fù)雜，從停電計(jì)劃的擬定到實(shí)施，需要考慮的因素眾多，如：停電計(jì)劃的影響范圍、停電計(jì)劃實(shí)施的安全性、停電計(jì)劃對供電可靠性的影響，以及停電計(jì)劃安排時需要考慮班組及施工隊(duì)伍的物資以及人員的工作量安排等。目前電力公司大多已經(jīng)在生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）中建立了停電計(jì)劃流程管理模塊，但停電計(jì)劃編制工作主要還是通過人工編制、開會討論等方式進(jìn)行，對設(shè)備停電的頻率及停電時間的控制不是很精確，導(dǎo)致重復(fù)停電或者停電時戶數(shù)超標(biāo)等問題，可靠性得不到保證；同時缺乏及時有效的信息支持和安全分析工具，導(dǎo)致對同桿架設(shè)和交叉跨越的線路是否遺漏了陪停計(jì)劃、制定的停電計(jì)劃中是否影響了重要用戶和雙電源用戶、停電范圍和停電時間是否與保電任務(wù)發(fā)生沖突等問題不能及時掌握，需要多次開會討論甚至到現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)，反復(fù)修改已制定的停電計(jì)劃，工作量繁重，效率低下。

同時，停電計(jì)劃安排涉及到多個業(yè)務(wù)部門的協(xié)同工作，一份編排合理、考慮周全、安排有序的生產(chǎn)計(jì)劃對安全生產(chǎn)工作至關(guān)重要。目前電力企業(yè)的停電計(jì)劃安排主要以人工為主，相關(guān)人員的專業(yè)技術(shù)能力、工作經(jīng)驗(yàn)、對工作的責(zé)任心直接關(guān)系到停電計(jì)劃的優(yōu)劣，會造成工作量安排不適當(dāng)，造成調(diào)度人員和檢修人員有時超負(fù)荷工作，增大了工作中出錯的幾率，浪費(fèi)人力資源。要保證計(jì)劃安排的合理性和科學(xué)性，需要大量的有效信息的支持，目前難以對這方面的信息進(jìn)行整合和集成，以至于難以實(shí)現(xiàn)停電計(jì)劃優(yōu)化安排、難以減少停電次數(shù)和停電時間。

在對停電計(jì)劃的現(xiàn)狀及問題進(jìn)行分析后可知，配電網(wǎng)停電計(jì)劃管理的難點(diǎn)主要在于停電計(jì)劃如何擬定以及停電計(jì)劃如何合理進(jìn)行排程，使得制定的停電計(jì)劃更加安全、可靠、合理，本文就從這兩點(diǎn)入手，在綜合考慮現(xiàn)有外圍系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的情況的同時，不對現(xiàn)有外圍系統(tǒng)進(jìn)行改造只增加部分?jǐn)?shù)據(jù)接口的情況下，提出了停電計(jì)劃優(yōu)化排程的模型和算法，并通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。

3　檢修計(jì)劃智能排程模型和算法

檢修計(jì)劃排程的目的是對當(dāng)前班組提交的所有檢修計(jì)劃安排科學(xué)合理的批準(zhǔn)工作時間，其中經(jīng)過捏合的一組停電計(jì)劃自動安排在同一天進(jìn)行，在滿足設(shè)定的相關(guān)條件的情況下，盡量平均安排工作時間。

3.1排程前的準(zhǔn)備

（1）排程之前首先確定工作周期，考慮到工作周期間有節(jié)假日不工作或不執(zhí)行停電的情況，需要定義這段工作周期內(nèi)的工作日和非工作日。

（2）為了保證調(diào)度員每天的工作能正常進(jìn)行，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置調(diào)度員的每天最大工作量，即每天最大允許的停電計(jì)劃個數(shù)，智能排程算法會保證每天安排的工作量不超標(biāo)，如遇到人工安排導(dǎo)致超標(biāo)，則會對超標(biāo)的日期給出提醒。

（3）為了保證每個施工單位都能在一天內(nèi)保證完成所有工作，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置好施工單位的每天最大工作量，智能排程算法會保證每天安排的工作量不超標(biāo)。如遇到人工安排導(dǎo)致超標(biāo)，則會對超標(biāo)的日期給出提醒。

（4）確定工作周期內(nèi)所有的保電任務(wù)，當(dāng)停電計(jì)劃影響到的用戶里面涉及到保電用戶時，智能排程算法會保證停電計(jì)劃的執(zhí)行時間不與保電期限沖突。

3.2排程規(guī)則制定

按優(yōu)先級排序，排程的主要規(guī)則如下：

（1）如果檢修計(jì)劃沒有批準(zhǔn)工作時間但是工區(qū)在上報(bào)停電計(jì)劃時已經(jīng)初步確定了計(jì)劃工作時間，則檢查是否有保電沖突、工作量越限等情況，如果所有的檢查都沒問題，原則上盡量予以保留已安排的計(jì)劃工作時間；

（2）如果檢修計(jì)劃已經(jīng)具有了批準(zhǔn)工作時間，即已經(jīng)確定了該檢修計(jì)劃安排在哪一天執(zhí)行，則檢查是否有保電沖突、工作量越限等情況，如果所有檢查都沒問題，原則上盡量予以保留已安排的批準(zhǔn)工作時間；

（3）對于既沒有計(jì)劃工作時間也沒有批準(zhǔn)工作時間的停電計(jì)劃，由智能排程算法自動分派一個最合適的時間。時間的選擇是從工作周期內(nèi)（如一個月）選擇一個最合適的時間，需要滿足以下要求：

①當(dāng)天不是節(jié)假日；

②當(dāng)天不存在與該計(jì)劃沖突的保電任務(wù)；

③檢查實(shí)際已經(jīng)安排的工作量情況，根據(jù)權(quán)重選擇工作量最小的一天，主要檢查內(nèi)容包括：統(tǒng)計(jì)當(dāng)天已安排的調(diào)度實(shí)際工作量，盡量保證當(dāng)天調(diào)度的工作量不越限；以及當(dāng)天所有已安排的施工單位實(shí)際工作量，盡量保證當(dāng)天所有施工單位的工作量不越限；

④如果符合條件的有多個選擇，則檢查理論工作量情況。具體為如果將該檢修計(jì)劃分派在某一天，檢查對后面的檢修計(jì)劃分派是否造成影響，選擇影響最小的一天，主要檢查的內(nèi)容是在后面的檢修計(jì)劃保留已安排時間的情況下：

統(tǒng)計(jì)當(dāng)天已安排的調(diào)度理論工作量，盡量保證當(dāng)天調(diào)度的工作量不越限；

統(tǒng)計(jì)當(dāng)天所有已安排的施工單位理論工作量，盡量保證當(dāng)天所有施工單位的工作量不越限；

⑤如果檢查理論工作量情況還是有多個符合條件的選擇，則選擇工作量權(quán)重最小的日期中的第一個。

3.3智能排程算法設(shè)計(jì)

圖3.1　智能排程算法流程圖

（1）補(bǔ)充批準(zhǔn)工作時間

檢查所有檢修計(jì)劃的批準(zhǔn)工作時間是否已經(jīng)被設(shè)置，對于已經(jīng)有批準(zhǔn)工作時間的檢修計(jì)劃，保留已有的批準(zhǔn)工作時間。

對于沒有批準(zhǔn)工作時間但有計(jì)劃工作時間檢修計(jì)劃，將計(jì)劃工作時間作為批準(zhǔn)工作時間，如果該檢修計(jì)劃經(jīng)過捏合，則把所有相關(guān)被捏合的檢修計(jì)劃的批準(zhǔn)工作時間都設(shè)置為相同時間。

對于沒有批準(zhǔn)工作時間也沒有計(jì)劃工作時間的檢修計(jì)劃，不作任何處理，由排程過程自動計(jì)算得出。

補(bǔ)充設(shè)置完批準(zhǔn)工作時間之后，對所有檢修計(jì)劃進(jìn)行排序，將有批準(zhǔn)工作時間的檢修計(jì)劃排在前面，沒有批準(zhǔn)工作時間的檢修計(jì)劃排在后面，保證排程過程優(yōu)先處理已有批準(zhǔn)工作時間的檢修計(jì)劃。

（2）檢查已安排的批準(zhǔn)工作時間

檢查已安排的批準(zhǔn)工作時間是否合理，主要檢查的過程是：

首先檢查安排的批準(zhǔn)工作時間當(dāng)天是否與保電任務(wù)相沖突，具體的方法是檢查該檢修計(jì)劃影響用戶是否有涉及到保電的用戶，如果涉及到保電用戶再檢查該檢修計(jì)劃的執(zhí)行時間與其保電期限是否有重疊，如果時間重疊，則判斷為不合理的時間；

其次再檢查安排的批準(zhǔn)工作時間當(dāng)天最大允許的檢修計(jì)劃個數(shù)是否超標(biāo)，具體的方法是統(tǒng)計(jì)出安排在當(dāng)天的所有檢修計(jì)劃，加上該條檢修計(jì)劃后（如果是捏合后的需要加上所有相關(guān)停電計(jì)劃）是否過每天最大允許的停電計(jì)劃個數(shù)，如果超過，則判斷為不合理時間；

再檢查安排的批準(zhǔn)工作時間當(dāng)天施工單位最大允許執(zhí)行的檢修計(jì)劃數(shù)是否超標(biāo)，具體的方法是查統(tǒng)計(jì)出該檢修計(jì)劃的施工單位在當(dāng)天已被安排的檢修計(jì)劃個數(shù)，加上該檢修計(jì)劃后（如果是捏合后的需要加上所有相關(guān)檢修計(jì)劃）是否過施工單位每天最大允許執(zhí)行的停電計(jì)劃個數(shù)，如果超過，則判斷為不合理時間；

最后對已安排的批準(zhǔn)工作時間判斷合理時間的檢修計(jì)劃，保留已安排的批準(zhǔn)工作時間作為最終的結(jié)果；對于判斷為不合理時間的檢修計(jì)劃，將已安排的批準(zhǔn)工作時間清空，由智能排程過程自動分派一個合理的批準(zhǔn)工作時間。

（3）自動分派批準(zhǔn)工作時間

對于沒有批準(zhǔn)工作時間的檢修計(jì)劃和判斷為不合理時間的檢修計(jì)劃，通過這個過程為檢修計(jì)劃自動分派一個合理的批準(zhǔn)工作時間。該過程的關(guān)鍵點(diǎn)是對于工作量權(quán)重值的計(jì)算方法，通過對工作量權(quán)重值的計(jì)算，為科學(xué)合理的選擇工作周期內(nèi)的某一天作為停電計(jì)劃的批準(zhǔn)工作時間提供判斷依據(jù)。

工作量權(quán)重的計(jì)算方法是：假定當(dāng)天權(quán)重為W、當(dāng)天安排的檢修計(jì)劃總數(shù)numOfPlans、當(dāng)天每個施工單位的工作量crewTasksArray、每天允許執(zhí)行的檢修計(jì)劃數(shù)maxPlanCount、班組每天允許執(zhí)行的檢修計(jì)劃數(shù)maxPlanCountOfCrew：

①設(shè)初始權(quán)重值W=0；

②檢查當(dāng)天安排的檢修計(jì)劃總數(shù)是否超標(biāo)，如 果numOfPlans-maxPlanCount0時 即 超 標(biāo)， 則W+=maxPlanCount+ （numOfPlans-maxPlanCount）* 10000000；否則即不超標(biāo)，則W+=numOfPlans；

③檢查當(dāng)天每個施工單位的工作量是否超標(biāo)，循環(huán)crewTasksArray中的每一個施工單位工作量crewTasks：如果crewTasks-maxPlanCountOfCrew大于0時即超標(biāo)，則W+=maxPlanCountOfCrew+（crewTasksmaxPlanCountOfCrew）*10000；否則即不超標(biāo)，則W+= crewTasks；

權(quán)重值越大，說明當(dāng)天調(diào)度員或者施工單位的工作量較大，排程時盡量不要把檢修計(jì)劃安排在權(quán)重值大的這一天；權(quán)重值越小，說明當(dāng)天調(diào)度員或者施工單位的工作量越小，所以在排程時要盡量把檢修計(jì)劃安排在權(quán)重值小的某一天。

工作量權(quán)重分為實(shí)際工作量權(quán)重和理論工作量權(quán)重兩種：實(shí)際工作量權(quán)重的核心算法是只考慮當(dāng)前實(shí)際已經(jīng)被安排了批準(zhǔn)工作時間的檢修計(jì)劃，分析如果將檢修計(jì)劃安排在這一天，對實(shí)際已安排工作產(chǎn)生怎樣的影響；理論工作量權(quán)重的核心算法是在保留檢修計(jì)劃原有批準(zhǔn)工作時間的情況下，分析如果將檢修計(jì)劃安排在這一天，對還沒有安排的停電計(jì)劃產(chǎn)生怎樣的影響。

自動分派批準(zhǔn)工作時間的具體算法是，方法是首先在當(dāng)前工作周期內(nèi)除去所有節(jié)假日以及與保電任務(wù)沖突的日期，再統(tǒng)計(jì)剩下的日期中每一天的實(shí)際工作量權(quán)重，取實(shí)際工作量權(quán)重最小的一天作為檢修計(jì)劃的批準(zhǔn)工作時間，如果最小實(shí)際工作量權(quán)重在多個日期內(nèi)重復(fù)存在，則再計(jì)算具有相同最小實(shí)際工作量權(quán)重日期的理論工作量權(quán)重，取理論工作量權(quán)重最小的一天作為檢修計(jì)劃的批準(zhǔn)工作時間。

在完成對所有檢修計(jì)劃的批準(zhǔn)工作時間安排后，對排程的結(jié)果進(jìn)行最后檢查，由于要保留排程前已經(jīng)設(shè)置好的批準(zhǔn)工作時間，或者當(dāng)前工作周期內(nèi)的停電計(jì)劃太多，可能會導(dǎo)致某一天的調(diào)度或施工單位的工作超標(biāo)，對發(fā)生工作超標(biāo)的情況自動給出提醒，可以由人工對排程結(jié)果做相應(yīng)的調(diào)整。

4　結(jié)論

本文主要研究了檢修計(jì)劃智能排程算法，有效避開了節(jié)假日，避免了與保電任務(wù)的沖突，對調(diào)度和施工單位的工作量進(jìn)行均衡分配，提出了一個科學(xué)的停電時間安排解決方案。目前該研究成果已在江蘇省各地市單位全省推廣應(yīng)用，以首批應(yīng)用的揚(yáng)州為例，調(diào)度在平衡會前利用該算法對所有停電計(jì)劃進(jìn)行智能排程，形成報(bào)告在平衡會上作為參考，根據(jù)實(shí)際情況對排程結(jié)果做相應(yīng)人工調(diào)整，排程算法會自動計(jì)算節(jié)假日、保電任務(wù)、工作量超標(biāo)等情況，并及時給出提醒。

該研究成果通過科學(xué)合理安排各部門工作量以提高工作效率，通過將經(jīng)過捏合的檢修計(jì)劃安排在同一時間執(zhí)行，減少了停電次數(shù)和停電時間，提升了供電企業(yè)的檢修計(jì)劃管理水平。

［1］譚勇桂，吳琳等.配電網(wǎng)停電計(jì)劃優(yōu)化排程關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).供用電，2014，10

［2］黃弦超.配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化問題的研究.華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文，2007

［3］黃弦超，舒雋，張粒子等.配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電力系統(tǒng)自動化，2005，29

［4］黃弦超.配電網(wǎng)檢修計(jì)劃優(yōu)化方法的研究與應(yīng)用.華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004

［5］Janjic A.D，Popovic D S.Selective maintenance schedule of distribution networks based on risk management approach［J］.IEEE Transactions on Power Systems， 2007，22（2）：597-604.

［6］王永清.配電設(shè)備檢修管理系統(tǒng)的研究與開發(fā).中國農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004

［7］賀鴻祺，周前，王麗，等.配電網(wǎng)檢修計(jì)劃制定的實(shí)用方法研究.陜西電力，2006，34（4）：18-21

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（配電生產(chǎn)檢修管理關(guān)鍵支撐技術(shù)研究與開發(fā)：8300022813）。

何安宏（1982-），男，本科，助理工程師，從事電力信息化、配電生產(chǎn)管理技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。

徐瑋（1989-），男，本科，工程師，從事配電自動化技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。

胡發(fā)林（1985-），男，本科，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江供電局，從事電力基建工作。