پایان نامه برنامه ریزی تعمیر و نگهداری واحد های تولیدی مبتنی بر پیشنهاد خرید به منظور حفظ کفایت سیستم

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی برق - گرایش قدرت

چکیده

در این پایان نامه، روشی جدید برای برنامه­ریزی نگهداری و تعمیر واحدهای تولیدی در محیط­های تجدید ساختار شده ارائه شده است. در محیط سنتی با ساختار عمودی، بهره­بردار سیستم برنامه­ی تعمیر و نگهداری را برای حفظ قابلیت اطمینان تعیین می کند و همچنین سعی بر کاهش هزینه ها دارد. اما چنین رویه­ای در یک محیط رقابتی قابل قبول نمی­باشد. در محیط تجدید ساختار شده، بهره­بردار همچنان متصدی حفظ قابلیت اطمینان در سطح مطلوب می­باشد. در حالیکه هدف هر تولیدکننده افزایش سود خودش می­باشد، که این ممکن است با هدف حفظ قابلیت اطمینان در تضاد باشد. در این پایان نامه، برای برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری، روشی چندمرحله­ای پیشنهاد شده است. در مرحله­ی اول، تولیدکنندگان با توجه به ارزیابی هزینه/فایده، پیشنهاد خرید تعمیر و نگهداری مربوط به واحد تولیدی مدنظرشان را تهیه و به بهره­بردار مستقل سیستم ارائه می­دهند. در مرحله­ی دوم، بهره­بردار مستقل سیستم با توجه به پیشنهادات ارسال­شده از سوی تولیدکنندگان و همچنین کفایت سیستم، زمان­بندی خروج واحدهای تولیدی را با هدف بیشینه کردن رضایت تولیدکنندگان و حفظ کفایت سیستم تعیین می­کند. در مرحله­ی سوم، با توجه به خصوصیت غیرانتفاعی بهره­بردار مستقل سیستم، یک راهکار بی­طرفانه برای تسویه­ی بازار پیشنهاد شده است.

واژه‌های کلیدی: برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری پیشنهادمحور، برنامه­ریزی سیستم­های قدرت، قابلیت اطمینان، تجدید ساختار. 

تعریف تعمیر و نگهداری[1]

تعمیر و نگهداری عملیاتی است که در آن یک  وسیله، در بازه­ای معین، مورد ترمیم قرار می­گیرد. تعمیر و نگهداری برای جلوگیری، کاهش یا رفع زوال آن وسیله می­باشد.

هدف از تعمیر و نگهداری توسعه دادن طول عمر تجهیزات یا افزایش زمان متوسط تا خرابی بعدی می­باشد. گذشته از این، انتظار می­رود که سیاست­های موثر تعمیر و نگهداری بتواند فرکانس وقفه­ی[2] خدمات و بسیاری از نتایج نامطلوب آن وقفه­ها را کاهش دهد. تعمیر و نگهداری به صورت واضحی بر روی قابلیت اطمینان[3] اجزا و کل سیستم اثر می­گذارد. کم­توجهی به تعمیر و نگهداری باعث تعداد زیادی خرابی پرهزینه و کارایی ضعیف سیستم می­شود و بنابراین قابلیت اطمینان تنزل پیدا می­کند. توجه بیش از حد به تعمیر و نگهداری گرچه قابلیت اطمینان را افزایش می­دهد، ولی هزینه­ی آن را نیز به شدت افزایش می­دهد. در یک برنامه­ریزی موثر تعمیر و نگهداری باید بین هزینه و قابلیت اطمینان تعادل برقرار کرد [2].

در استانداردهای موجود برای سیستم قدرت، تعمیر و نگهداری تجهیزات الکتریکی این­چنین تعریف شده است:

"تعمیر و نگهداری، حفظ و نگهداری شرایط لازم برای بهره­برداری از تجهیزات الکتریکی در جهتی است که به کار گرفته شده است" [3].

بنابراین، تعمیر و نگهداری تضمین می­کند که سیستم در زمینه­ای که برای کار کردن در آن طراحی شده است، از نظر الکتریکی در شرایط امنی کار کند.

در حالت کلی، تعمیر و نگهداری به دو گروه اصلی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه[4] و تعمیر و نگهداری اصلاحی[5] تقسیم­بندی می­شود. تعمیر و نگهداری پیشگیرانه به منظور حفظ صحت عملکرد سیستم و تامین قابلیت اطمینان مورد نیاز صورت می­گیرد. برای این منظور عملیات منظمی از قبیل بازرسی عملکرد سیستم، تمیزکاری، تنظیم، روغنکاری و نظایر آن اجرا می­شود و قطعاتی که در شروع مرحله­ی فرسایش می­باشند و یا به عنوان قطعه مازاد موازی از کار افتاده­اند، توسط قطعات نو و سالم جایگزین می­شوند. هدف از این عملیات، محافظت سیستم در اجتناب از وقوع از کار افتادن بیش از حدود مطلوب است. تعمیر و نگهداری اصلاحی در صورت وقوع هرگونه نقصان در عملکردهای سیستم انجام می­گیرد و هدف از اجرای آن بازگرداندن سریع سیستم به شرایط مطلوب برای عملکرد کامل است. این کار با تعویض، تعمیر و یا تنظیم قطعاتی که موجب توقف سیستم شده­اند، صورت می­گیرد [4].

1-2- راهکارهای تعمیر و نگهداری

شرکت­های برق به مسئله­ی تعمیر و نگهداری تکیه می­کنند تا تجهیزاتشان را تا جایی که امکان دارد در شرایط کاری خوبی حفظ نمایند. در گذشته، روال اصلی تعمیر و نگهداری بیشتر شامل فعالیت­های از پیش تعریف­شده بود که در بازه­های منظم انجام می­شدند (تعمیر و نگهداری زمان­بندی­شده[6]). ولی، چنین روش تعمیر و نگهداشتی ممکن است مقداری ناکارآمد باشد، زیرا ممکن است در بلند­مدت بسیار پرهزینه باشد و همچنین ممکن است نتواند طول عمر تجهیزات را به اندازه­ای که امکان پذیر می­باشد، افزایش دهد. بنابراین بسیاری از شرکت­ها، برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری با بازه­های ثابت را با برنامه­های انعطاف­پذیر مبتنی بر بررسی­های مورد نیاز و حق تقدم، یا مطالعه­ی اطلاعات بدست آمده از طریق پایش شرایط (تعمیر و نگهداری پیشگویانه[7])، عوض کرده­اند.

روش­های تعمیر و نگهداری پیشگویانه شامل یک گروه از برنامه­ها می­باشد که تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان­محور[8] نامیده می­شوند. در یک راهکار تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان­محور می­توان روش­های تعمیر و نگهداری جایگزین مختلفی را با هم مقایسه کرد و هر کدام که برای حفظ قابلیت اطمینان تجهیزات به صرفه­تر می­باشند را انتخاب کرد. برنامه­های تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان محور توسط برخی از شرکت­های برق به عنوان یک ابزار مفید به کار گرفته شده­اند.

بسیاری از نوشته­ها تنها مربوط به جایگزینی[9] در حالت­های پس از خطا و هنگام تعمیرات می­باشند و احتمال انواع دیگر تعمیر و نگهداری را که منجر به بهبود کمتری با هزینه ی کمتری می­شوند را نادیده می­گیرند. قدیمی­ترین روش­های جایگزینی، روش­های جایگزینی براساس عمر تجهیز[10] و جایگزینی انبوه [11] می­باشند. در جایگزینی براساس سن، یک تجهیز در یک سن معین و یا زمانی که دچار خرابی می­شود، جایگزین می­شود. در جایگزینی فله­ای، تمام تجهیزاتی که در یک کلاس می­باشند، در یک بازه­ی از پیش تعیین­شده، یا زمانی که دچار خرابی می­شوند، جایگزین می­گردند. راهکار جایگزینی فله­ای برای اجرا بسیار آسان می­باشد، به خصوص اگر سن تجهیزات نامعلوم باشد، همچنین می­تواند اقتصادی­تر از راهکارهای مبتنی بر جایگزینی یک تجهیز باشد. راهکارهای جدیدتر برای جایگزینی، گاهی مبتنی بر مدل­های احتمالی می­باشند بنابراین می­توانند خیلی پیچیده­تر باشند. در هر صورت، در بسیاری از کاربردهای الکتریکی، تعمیر و نگهداشتی که بهبود محدودی را نتیجه می­دهد، به عنوان راهکار اصلی استفاده می­گردد و مدل­های جایگزینی فقط نقشی ثانویه دارند.

برنامه­های تعمیر و نگهداری شامل طیف وسیعی می­شوند و می­توانند بسیار ساده یا بسیار پیچیده باشند. شاید ساده­ترین برنامه، اتخاذ یک زمان­بندی تعمیر و نگهداری انعطاف ناپذیر[12] باشد، که در آن فعالیت­های از پیش تعیین­شده در بازه­های زمانی ثابتی انجام می­شوند. زمانی که تجهیزی دچار خطا می­شود، تعمیر و یا تعویض می گردد. تعمیر و تعویض، هر دو بسیار پرهزینه­تر از یک عمل تعمیر و نگهداری تنها می­باشند. بازه­های تعمیر و نگهداری به طور معمول براساس تجربه­ی طولانی مدت انتخاب می­شوند.

تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان­محور به شدت مبتنی بر ارزیابی منظم شرایط تجهیز می­باشد و بنابراین، زمان­بندی تعمیر و نگهداری انعطاف­ناپذیر را به کار نمی­بندد. مشاهده شده است که تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان­محور تاحدی مفهومی سیال می­باشد و در منابع مختلف به صورت­های متفاوتی تعریف شده است. تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان­محور همیشه مبتنی بر پایش شرایط[13] نمی­باشد، بلکه به دیگر خصوصیات مانند حالات خرابی[14]، بررسی آثار[15]، بررسی نیازهای اجرایی و حق تقدم ها[16] نیز بستگی دارد.

بهینه­سازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه[17]، راهکار دیگری است که ادعا می­شود از تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان­محور کاراتر می­باشد. بهینه­سازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه بیشتر مبتنی بر تجزیه و تحلیل ماموریت[18]، نسبت به تجزیه و تحلیل سیستم می­باشد و دارای قابلیت کاهش موثر تعداد ماموریت­های لازم برای تعمیرات می­باشد.  برنامه­هایی مانند تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان محور و بهینه­سازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه برای تضمین بهره­برداری اقتصادی نیروگاه­ها بسیار مفید می­باشند.

برای یک ارزیابی کامل از تاثیر روش­های تعمیر و نگهداری، اول باید دانست که کاربرد آن روش­ها، چقدر طول عمر یا مدت زمان متوسط تا خطای[19] یک تجهیز را گسترش خواهد داد. برای پی بردن به این، نیاز به یک مدل ریاضی از رویه ی زوال[20] تجهیز می­باشد، که سپس با یک مدل که اثرات تعمیر و نگهداری را توصیف می­کند، ترکیب می­شود. چندین مدل ریاضی برای این منظور پیشنهاد شده­اند، که آن­ها یک پیوند بین تعمیر و نگهداری و قابلیت اطمینان برقرار می­کنند. زمانی که یک مدل ریاضی ساخته شد، فرآیند می­تواند نسبت به تغییر یک یا چند متغیر بهینه شود.

مدل­های ریاضی ساده­تر، مبتنی بر بازه­های ثابت تعمیر و نگهداری می­باشند و نتیجه­ی بهینه­سازی پیدا کردن کم هزینه­ترین تناوب تعمیر و نگهداری می­باشد. مدل­های پیچیده­تر، از ایده­ی پایش شرایط استفاده می­کنند، که تصمیم راجع به زمان و طول بازه­های تعمیر و نگهداری به شرایط واقعی (مرحله زوال) تجهیز بستگی دارد.  بنابراین برخی از انواع پایش (برای مثال بازرسی) باید جزئی از مدل باشند. مدل­های ریاضی می­توانند قطعی و یا احتمالی باشند [1].

1-3- برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری در سیستم های قدرت

امروزه تعمیر و نگهداری یکی از مهم­ترین مسائل مطرح در برنامه­ریزی صنایع می­باشد که صنعت برق نیز از آن مستثنی نیست. با توجه به اهمیت این صنعت در توسعه­ی صنایع دیگر و حجم عظیم سرمایه­های موجود، در این صنعت رویکرد ویژه­ای به مسئله­ی تعمیر و نگهداری صورت می­گیرد. علاوه بر آن، با توجه به افزایش تقاضای توان، سیستم­های قدرت شاهد توسعه­ای سریع در دهه­های اخیر بوده­اند. بنابراین کیفیت توان و قابلیت اطمینان به مقوله­ای مهم در بهره­برداری سیستم­های قدرت تبدیل شدند. این نیز به نوبه­ی خود تعمیر و نگهداری مولدها را در بهره­برداری سیستم قدرت خیلی با اهمیت کرده است [4 و 5].

برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری واحدهای تولیدی یکی از مسئله­های مهم مرتبط با برنامه­ریزی و بهره­برداری سیستم­های قدرت می­باشد. برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری بسیاری از برنامه­ریزی های بهره­برداری کوتاه­مدت و بلند­مدت را تحت تاثیر قرار می­دهد. برای مثال در مشارکت واحدها[21]، بهینه­سازی واحدهای آبی و تلمبه­ای ذخیره­ای[22]، محاسبات قابلیت اطمینان و قیمت­گذاری تولید[23]، از برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری به عنوان یک ورودی بهره می­برند. بنابراین برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری غیربهینه می ­تواند تاثیر ناخوشایندی بر روی برنامه­ریزی­های دیگر بگذارد. تعمیر و نگهداشتی که بهینه طراحی نشده باشد، به صورت مستقیم بر روی افزایش انرژی توزیع­نشده[24] اثر می­گذارد. همچنین، برنامه­ریزی تعمیرات غیربهینه موجب افزایش هزینه­ها و کاهش قابلیت اطمینان سیستم می­شود [6 و 7].

برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری برای کاهش خطر خروج و بهبود دسترس­پذیری تجهیزات الکتریکی، ضروری می­باشد. برنامه­ی تعمیر و نگهداری باید پدیده­های مربوط به تولید، خروج تصادفی مولدها، تامین سوخت و انتقال را در نظر بگیرد. یک برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری بهینه باعث افزایش قابلیت اطمینان، کاهش هزینه­های تولید، افزایش طول عمر مولدها و کاهش فشار برای تاسیسات جدید می­شود. بنابراین، برنامه­ی تعمیر و نگهداری بهینه می­تواند منجر به صرفه­جویی قابل توجهی در هزینه­های بهره­برداری و کاهش انرژی توزیع­نشده شود [7 و 8].

مسئله­ی برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری تجهیزات تولید و انتقال، بازه­ی زمانی خروج برای تعمیر و نگهداری برنامه­ریزی­شده برای هر تجهیز را در یک افق زمانی یک یا دو ساله و با هدف کاهش هزینه­ی بهره­برداری و یا افزایش قابلیت اطمینان، تعیین می­کند. بنابراین، هدف مسئله­ی برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری تجهیزات سیستم قدرت، تخصیص بازه­های تعمیر و نگهداری مناسب برای تجهیزات و یافتن جدول زمانی برای آن­ها می­باشد. این برنامه­ریزی منجر به کاهش خطاهای سیستم، افزایش عمر مفید مورد انتظار و بازده­ی اقتصادی سیستم قدرت می شود [5 و 9].

1-4- افق­های زمانی برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری

زمان­بندی تعمیر و نگهداری مسئله­ای بهینه­سازی می­باشد، بنابراین تغییر دوره­ی تعمیر تجهیزات سیستم از چند روز تا چند هفته، بر قابلیت اطمینان سیستم اثر می­گذارد. به همین دلیل، مطالعات زمان­بندی تعمیر و نگهداری باید در افق­های زمانی مختلف صورت گیرد. افق­های زمانی مورد نظر در زمان­بندی تعمیر و نگهداری به افق­های زمانی کوتاه­مدت[25]، میان­مدت[26] و بلند­مدت[27] تقسیم می­شود. این تقسیم­بندی با توجه به اطلاعات مورد استفاده در زمان­بندی تعمیر و نگهداری و اهداف متفاوت در هر افق زمانی صورت می­پذیرد.

1-4-1- زمان­بندی تعمیر و نگهداری بلند­مدت

زمان­بندی تعمیر و نگهداری در افق زمانی بلند­مدت براساس عملکرد مستقل یک تجهیز صورت می­گیرد. هدف از آن، حداکثرسازی طول عمر باقیمانده­ی تجهیز و حداقل­سازی هزینه­ی تعمیر و نگهداری و همچنین هزینه­ی اصلاح و جایگزینی آن می­باشد. نتیجه­ی این تحلیل می­تواند فواصل زمانی بازرسی و یا تعمیر تجهیز را مشخص کند. تاثیر این تجهیز بر شبکه نیز به طور معمول در نظر گرفته نمی­شود [4].

1-4-2- زمان­بندی تعمیر و نگهداری میان­مدت

در زمان­بندی تعمیر و نگهداری میان­مدت، زمان­بندی بر­اساس پیش­بینی شبکه و شرایط بارگذاری در یک دوره­ی زمانی خاص (معمولا یک سال) با در نظر گرفتن منابع محدود موجود صورت می­پذیرد، که در دوره­ی زمان تعمیر و نگهداری باید تخصیص داده شوند. بدین ترتیب زمان­بندی تعمیر و نگهداری برای دوره­های زمانی مختلف استخراج می­شود، به طوری که قیود زمان­بندی تعمیر و نگهداری ارضا شده و حد قابلیت اطمینان سیستم با توجه به تغییرات بار حداکثر شود [4].

1-4-3- زمان­بندی تعمیر و نگهداری کوتاه­مدت

قیود امنیتی سیستم تحت تاثیرخروج تجهیزات سیستم برای تعمیر و نگهداری می­باشند. مشخص کردن دقیق روز و ساعت شروع تعمیر و نگهداری هر تجهیزی نیاز به دقت بالایی دارد. بنابراین پخش بار سیستم قدرت با توجه به زمان­بندی تعمیر و نگهداری و پیش­بینی بار شبکه باید انجام پذیرد. این نوع مطالعه­ی زمان­بندی تعمیر و نگهداری به نام تعمیر و نگهداری کوتاه­مدت شناخته می­شود [4].

1-5- تجدید ساختار[28] سیستم قدرت و ایجاد بازار برق[29]

شرکت­های برق به مدت چندین دهه به صورت انحصاری[30] عمل می­کردند. این شرکت­های انحصاری، کنترل کامل فروش برق را در محدوده­ی خود در اختیار داشتند و هیچ شرکت دیگری در این محدوده با آن­ها رقابت نداشت. کنترل تجارت برق در مراحل تولید، انتقال و توزیع صورت می­گرفت. شکل (1-1) نشان­دهنده­ی ساختار انحصاری می­باشد. در چنین ساختاری، یک شرکت برق [10]:

مالکیت بیشتر واحدهای تولیدی و تجهیزات انتقال موجود در محدوده­ی جغرافیایی خود را بر عهده دارد و مسئول کنترل آن­ها می­باشد.

انحصار فروش انرژی الکتریکی در محدوده­ی جغرافیایی خود را در اختیار دارد.

وظیفه­ی تامین انرژی الکتریکی مشترکین بر عهده­ی آن می­باشد.

دارای مالکیت عمومی[31] می­باشد که هدف آن کسب سود نمی­باشد و تعرفه­های آن توسط سازمان­های نظارتی وضع می­شوند.

شکل 1-1: سیستم قدرت انحصاری (الف) با ساختار عمودی[32]، (ب) با ساختار مطابق قانون تنظیم مقررات شرکت­های عمومی برق[33] (PURPA) در سال 1978 [10]

سیستم­های انحصاری با ساختار عمودی دارای کارایی مناسبی نمی­باشند. برخی از مهم ترین عوامل عدم­کارایی این سیستم­ها عبارتند از:

کاهش انگیزه برای بهره­برداری بهینه از سیستم.

سرمایه­گذاری­های غیر­ضروری.

عدم انعکاس قیمت تمام­شده­ی تولید در قیمت فروش آن.

وابستگی بسیار زیاد صنعت برق به دولت.

محدودیت مصرف­کنندگان در انتخاب تامین­کنندگان انرژی خود.

با توجه به این عوامل، بحث تجدید ساختار در صنعت برق مطرح گردید. هدف اصلی از تجدید ساختار، فراهم آوردن شرایطی است که بازار از طریق افزایش رقابت، بهای فروش برق را تعیین کند و هزینه­ها را کاهش دهد. تجدید ساختار بازار آزادی را فراهم می­کند که در آن تامین­کنندگان توان و خدمات انرژی الکتریکی به رقابت با هم می­پردازند. در چنین محیط مبتنی بر رقابتی، مشترکین نیز در انتخاب تامین­کنندگان انرژی خود آزاد می­باشند.

تجدید ساختار ایجاب می­کند که سه بخش اصلی صنعت برق از هم مجزا گردند و همچنین مالکیت سیستم انتقال باید از کنترل آن جدا گردد. علاوه بر این، اندازه گیری و ارائه­ی صورت­حساب مشترکین که در سیستم­های انحصاری با ساختار عمودی به وسیله­ی خود شرکت برق انجام می­شد، در محیط تجدید ساختار شده توسط عناصر بازار و در محیطی رقابتی انجام می­گیرد. بازار رقابتی برای تولید و همچنین دسترسی مستقیم خرده­فروش­ها[34]، هر دو مستلزم جداسازی مالکیت سیستم انتقال از کنترل آن می­باشند. البته عملیات بهره­برداری از سیستم انتقال برعهده­ی بهره­بردار مستقل سیستم[35] (ISO) می­باشد. بهره­بردار مستقل سیستم از همه­ی اجزای بازار از جمله تولیدکنندگان، ارائه­دهندگان خدمات انتقال، توزیع­کنندگان و مصرف­کنندگان مستقل می­باشد. یکی از اهداف مهم بهره­بردار مستقل سیستم، بهره­برداری مناسب از سیستم با حفظ سطح قابل قبولی از قابلیت اطمینان می­باشد. تجدید ساختار یک فرآیند پیچیده می­باشد که در کشورهای گوناگون به روش­های مختلفی اجرا می­گردد. در هر صورت، به طور معمول بخش تولید تنها بخشی است که به طور کامل تجدید ساختار می­شود و بخش­های انتقال و توزیع همچنان به صورت کنترل شده بهره­برداری خواهند شد [10].

یک سیستم تجدید ساختار شده در شکل (1-2) نشان داده شده است. در این ساختار، شرکت­های تولیدی[36] (GENCOs) دارای مالکیت مجزا می­باشند و برای فروش انرژی الکتریکی به مشترکین به رقابت با یکدیگر می پردازند. البته این شرکت­ها دیگر توسط بخشی از بازار که کنترل­کننده­ی سیستم انتقال می­باشد، اداره نمی­شوند. شرکت­های انتقال[37] (TRANSCOs) توان الکتریکی را از طریق خطوط فشار قوی از مکانی به مکان دیگر منتقل می­کنند. شرکت­های توزیع[38] (DISCOs) انرژی الکتریکی را به سطح خرده­فروشی انتقال می­دهند و امکان دارد که خود نیز تامین­کننده­ی انرژی الکتریکی برخی از مشترکین باشند [10].

شکل 1-2: سیستم قدرت تجدید ساختار شده [10]

به طور کلی، پس از تجدید ساختار در سیستم قدرت اجزای فنی و اقتصادی جدیدی در محیط­های بازار انرژی الکتریکی ایجاد شده­اند که عبارتند از: شرکت­های تولیدی، شرکت­های انتقال، شرکت­های توزیع، خرده­فروش ها، تجمیع­کننده ها[39]، بازاریاب­ها[40] و واسطه­ها[41]. این عناصر در پیوست (الف) شرح داده شده­اند.

1-6- برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری در سیستم­های قدرت تجدید ساختار شده

در طول دهه­های اخیر، تعمیر و نگهداری یکی از رشته­هایی است که تغییرات بسیاری را تجربه کرده است. این تغییرات که ناشی از افزایش گسترده در تعداد و تعدد دارایی­های فیزیکی می­باشند، منجر به طراحی­های پیچیده در تعمیر و نگهداری و ارائه­ی تکنیک­های جدید حل مسئله و رویکردهای جدید به سازماندهی آن شده است [1].

یکی از مهم­ترین تغییرات صورت گرفته در سیستم­های قدرت، تغییر ساختار آن از شرایط سنتی و متمرکز به شرایط بازار برق و تجدید ساختار شده می­باشد. این تجدید ساختار در سیستم قدرت موجب تغییراتی در برنامه­ریزی تعمیر و نگهداری می­شود.

تجدید ساختار در صنعت برق منجر به رویکردهای مبتنی بر بازار برای جداسازی بسیاری از خدماتی شده است که به وسیله­ی نهادهایی با منافع شخصی اداره می­شوند. ایجاد رقابت، بهره­برداری سیستم به­هم­پیوسته­ی قدرت را در افق کوتاه­مدت متأثر می کند. به علاوه، تاثیرات بلند­مدت­تری نیز بر مسائل برنامه­ریزی سیستم قدرت ایجاد می کند. بنابراین مفاهیم جدیدی در مسائل برنامه­ریزی سیستم قدرت باید در نظر گرفته شود.

امروزه هزینه­های تعمیر و نگهداری سیستم قدرت، با افزایش انتظارات برای قابلیت اطمینان بالا، در حال افزایش می­باشد. شرکت­های برق سالیانه هزینه­های بسیاری را برای حفظ قابلیت عملیاتی سیستم در حالت امن و کارا متحمل می­شوند. عملیات تعمیر و نگهداری در حال حاضر وابسته به زمان بوده و در برخی از شرکت­ها نیز براساس شمارنده­های دیگری نظیر تعداد انجام عملیات بهره­برداری و یا بازرسی­های ویدیویی انجام می­شود. روش­های موجود بسیار محافظه­کارانه بوده و ممکن است منجر به این شوند که تعمیر و نگهداری در بازه­های غیرضروری انجام شود و یا تعمیر و نگهداری برای تجهیزاتی که به آن نیاز دارند، انجام نشود. روش­های جدیدی برای محیط تجدید ساختار شده مورد نیاز می­باشد، تا به مدیران این امکان را بدهد که در عین حالی که گام­های مناسبی برای حفظ قابلیت اطمینان سیستم برداشته می­شود، هزینه­ها نیز کنترل شده و در صورت امکان کاهش یابند. در خلال این مسائل، با جداسازی صورت گرفته پس از تجدید ساختار در صنعت برق، این مسئله ایجاد شده است که تصمیم­گیری درمورد یک مسئله­ی خاص همچون زمان شروع تعمیر و نگهداری از سوی چند نهاد مجزا که اهداف یکسانی را دنبال نمی­کنند، انجام می­شود. بنابراین در مطالعه­ی مسائل صنعت برق تجدید ساختار شده، همواره این نکته که از دید کدام یک از نهاد ها مورد بررسی قرار می­گیرد، باید در نظر گرفته شود [1].

همزمان با حرکت به سمت عملیات مبتنی بر بازار، ابزارهای تصمیم­گیری به منظور ارزیابی تاثیر رقابت باید ایجاد گردند. رقابت بازاری، چالش­های جدیدی را برای شرکت­های برق ایجاد نموده است که یکی از آن­ها انتخاب راهکارهای برنامه­ریزی عملیاتی مناسب برای تهیه­ی برنامه زمان­بندی تعمیر و نگهداری تجهیزات است. این انتخاب باید هماهنگی بین برنامه­ریزی زمان­بندی بلند­مدت و کوتاه­مدت را در نظر بگیرد. در عین حال، باید مصالحه­ی هزینه-فایده را نیز درمورد خروج­های تعمیر و نگهداری بر شرکت­های تجدید ساختار شده لحاظ نماید. نکته­ی مهم در محیط تجدید ساختار شده این است که بهره­بردار سیستم به دنبال افزایش قابلیت اطمینان سیستم می­باشد و تولیدکنندگان به دنبال حداقل کردن هزینه­ها و حداکثر کردن سود خود می­باشند. بنابراین باید در برنامه­ریزی اهداف هر دو طرف در نظر گرفته شود [10].

علاوه بر موارد فوق، خروج برخی از واحدهای تولیدی ممکن است که قیمت بازار را برای بازه­های زمانی طولانی دست­خوش افزایش کند. بنابراین بهره­بردار مستقل سیستم باید بررسی کند که خروج واحدهای تولیدی موجب اعمال قدرت در بازار نگردد. البته ممکن است که این اعمال قدرت الزاماً به­طور عمدی صورت نگیرد.

به طور خلاصه می­توان گفت که در محیط تجدید ساختار شده، نگاه­های جدیدی به مسائل موجود صنعت برق مورد نیاز است. باید دقت کرد که ماهیت هزینه­ها و روش­های ریاضی به کار گرفته­شده در محیط جدید تفاوت چندانی با مدل­های پیشین ندارد. مسئله­ای که باید مدنظر قرار گیرد، مدل­سازی­های جدید با رویکردهای بازار محور و برنامه­ریزی غیرمتمرکز با هدف رعایت بی­طرفی و عدالت بین بازیگران بازار است. لذا رویکردهای جدیدی به مسئله شده است که در محیط سنتی مورد توجه نبوده است.

[1]. Maintenance

[2]. Interruptions

[3]. Reliability

[4]. Preventive Maintenance

[5]. Corrective Maintenance

[6]. Scheduled Maintenance

[7]. Predictive Maintenance

[8]. Reliability-Centered Maintenance

[9]. Replacement

[10]. Age Replacement

[11]. Bulk Replacement

[12]. Rigid Maintenance Scheduling

[13]. Condition Monitoring

[14]. Failure Modes

[15]. Effects Analysis

[16]. Priorities

[17]. Preventive Maintenance Optimization

[18]. Task Analysis

[19]. Mean Time To Failure

[20]. Deterioration Process

[21]. Unit Commitment

[22]. Pumped Storage

[23]. Production Costing

[24]. Unserved Energy

[25]. Short-Term

[26]. Mid-Term

[27]. Long-Term

[28]. Restructuring

[29]. Power Market

[30]. Monopoly

[31]. Publicly Owned

[32]. Vertically Integrated

[33]. The Public Utility Regulatory Policy Act

[34]. Retailer Company

[35]. Independent System Operator

[36]. Generation Company

[37]. Transmission Company

[38]. Distribution Company

[39]. Aggregator

[40]. Marketers

[41]. Brokers

Abstract

This research proposes a new procedure for bidding-based generation unit maintenance scheduling in the restructured power systems. In a power system with vertical structure, the system operator determines the maintenance scheduling in a way to keep the reliability in desired level while minimizing cost. However, this procedure is not acceptable in a competitive environment. In a restructured system, the operator is already responsible for maintaining the reliability in desired level. It has to be said that the aim of each producer is to increase its profit which may be in contrast with the aim of maintaining the reliability. In this research, a three-step method is presented for maintenance scheduling. In the first step, producers provide maintenance bidding costs regarding to the evaluation of cost/benefit and submit it to independent system operator. In the second step, independent system operator determines the generation units outage scheduling to maximize generation units satisfactory degree regarding the bids from producers and system adequacy. In the third step, considering the nonprofit feature of independent system operator, an impartial approach is proposed for cost settlement. The proposed method is implemented on IEEE 24-bus system and its results are presented.

Keywords: Bidding-Based Maintenance Scheduling, Power System Planning, Realiability, Restructuring