Разработка нового метода планирования ремонтов оборудования электростанций с учетом расходуемых ресурсов

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 (ЦДУ).

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 учитываетсяглавным 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, 15% 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 /9−11/, Ю. Н. Руденко /12−17/, Е. В. Цветкова /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 (БелЭНИН) /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 напши свое отражение в создании ряда программ годового и месячного планирования ремонтов энергооборудования. Так, различные варианты программы годового планирования капитальных и средних ремонтов, разработанные во ВНИИЭ-Щ ГТУ, были внедрены в ДЦУ 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.

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 ПИОНЕР-1 /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 Ш0НЕР-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 ПИОНЕР-2 была внедрена в W ЕЭС СССР и ряде ОДУ. Вместе с тем ПИОНЕР-2 пригоден лишь для решения относительно простой задачи планирования ремонтов. Учтен только один ресурс — резерв мощностиплан 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 координационним 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 ЖЕГ 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 ВНИИЭ 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 ЭШ для отработки алгоритмов и программ планирования.

К защите представляются:

1. Модель планирования ремонтов, обеспечивающая учет совокупности имеющихся ресурсов, структуры их распределения и возможности маневрирования ими.

2. 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 ремонтов оборудования электростанций, обеспечивающая комплексный подход к проблеме планирования, Модель учитывает множественность ремонтных ресурсов и их разделение по ступеням управления.

2. На базе метода «Пионер» разработана общая схема алгоритмов расчета плана и основные алгоритмические процедуры (позиционная оценка, приоритет, улучшение построенных вариантов).

3. Разработаны алгоритмы маневрирования ресурсами, их рационального распределения и использования, определения очередности ремонтов и их продолжительностей. Разработана методика составления плана ремонтов энергообъединения многоступенчатой структуры.

4. На основе полученных результатов создан новый метод планирования ремонтов оборудования электростанций. Этот метод позволил впервые решить задачу составления с помощью ЭШ 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 ЭШ 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 элекстростанции. 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 МГК ВЛКСМ в области науки и техники.

Апробация работы. По материалам диссертации сдеданы 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 ОТ (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., 13 рисунков, 10 таблиц, библиографии 92 наименований, приложения.

Выводы.

1. На основе разработанного метода реализован комплекс алгоритмов и программ годового планирования ремонтов, внедренный в практику работы диспетчерских управлений различного уровня. В составе комплекса функционируют программы.

— расчета плана с учетом резерва мощности и межсистемных перетоков;

— коррекции выделенного резерва мощности;

— планирования ремонтов с учетом резерва мощности и ремонтного персонала в масштабе ЕЭС СССР.

2. Эффективность разработанных программ подтвервдена экспериментальными исследованиями и опытом их промышленной экспуата-ции. Время расчета годового плана ремонтов основного оборудования энергосистем и энергообъединений не превышает нескольких минут. При этом суммарная мощность отремонтированных агрегатов близка к максимально возможной.

3. С помощью разработанного метода решены переборные задачи планирования ремонтов большей сложности и размерности, чем те, которые были решены ранее на базе традиционных математических методов дискретной оптимизации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации выполнены теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку нового метода планирования ремонтов оборудования электростанций с учетом эффективного распределения и использования имеющихся ресурсов. Получены следующие основные результаты.

1. Разработана новая математическая модель задачи планирования ремонтов оборудования электростанций, В этой модели учитывается многоступенчатая структура управления электроэнергетикой, множественность расходуемых при ремонте ресурсов и предусматривается маневрирование ими.

2. В соответствии с методом «Пионер» разработана общая схема алгоритма расчета и базовые алгоритмические процедуры (позиционная оценка, приоритет, улучшение построенных вариантов) применительно к планированию ремонтов.

3. Разработаны алгоритмы маневрирования ресурсами, их рационального распределения и использования, определения очередности ремонтов и их продолжительностипредложена методика согласования планов ступеней различного иерархического уровня.

4. На основе полученных результатов создан новый метод планирования ремонтов оборудования электростанций, учитывающий множественность имеющихся ресурсов и многоступенчатую структуру управления.

5. На базе разработанного метода реализован комплекс алгоритмов и программ планирования ремонтов, внедренный в практику работы диспетчерских управлений различного уровня (в том числе ИДУ, восьми ОДУ) и Главэнергоремонта.

6. Эффективность реализованных программ подтверждена экспериментальными исследованиями и опытом их промышленной эксплуатации. Бремя расчета на ЭВМ годовых планов ремонта основного оборудования энергосистем и энергообъединений (в том числе ЕЭС СССР) не превышает нескольких минут, а суммарная мощность отремонтированных по плану агрегатов близка к максимально возможной.

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования метода «Пионер» при поиске алгоритмов решения сложных переборных задач, а также способствуют дальнейшему обобщению данного метода и его применению в других важных практических задачах.