Multikriterielle Optimierung von Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien in Übertragungsnetzen:
Gespeichert in:
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|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Verlag Dr. Hut
2019
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| Ausgabe: | 1. Auflage |
| Schriftenreihe: | Energietechnik
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| adam_text | TECHNISCHE
UNIVERSITÄT
DARMSTADT
Multikriterielle Optimierung von Instandhaltungs- und
Erneuerungsstrategien in Ühertragungsnetzen
Vom Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der
Technischen Universität Darmstadt
zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktor-Ingenieurs fDr -lng l
genehmigte Dissertation
von
Alexander Rhein, M Sc
geboren am 06 12 1985 in Mainz
Referent:
Prof Dr -Ing Gerd Balzer
Prof Dr -ing Jutta Hanson
Prof Dr -ing Albert Moser
Korreferentin:
Korreferent:
Tag der Einreichung:
Tag der mündlichen Prüfung:
30 April 2018
22 Oktober 2018
D17
Darmstadt 2018
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis - 1
Abbildungsverzeichnis V
Tabellenverzeichnis IX
Abkürzungsverzeichnis XI
Formelzeichen XIII
Erklärungen laut Promotionsordnung XV
Kurzfassung XVII
Abstract XIX
1 Einleitung 1
1 1 Ziel der Arbeit 1
1 2 Derzeitiger Forschungsstand 2
1 3 Aufbau der Arbeit 3
2 Ganzheitliches Asset Management 5
2 1 Instandhaltung in elektrischen Energieversorgungsnetzen 5
211 Instandhaltungsaufgaben 6
212 lnstandhaltungsarten 7
2 2 Asset Management nach ISO 55000, ISO 55001 und ISO 55002 10
2 3 Unternehmensziele von Übertragungsnetzbetreibern 13
231 Versorgungsqualität: Die Zuverlässigkeit des Netzes 15
232 Finanzielle Situation 16
2 4 Ursache-Wirkungs-Kette 19
3 Fehlerraten der Betriebsmitteltypen 23
3 1 Altersunabhängige Fehlerraten 23
3 2 Altersabhängige Fehlerrate der Leistungsschalter 24
I
1 nh altsverzeichnis
3 3 Transfer des Alterungsverhaltens auf Betriebsmitteltypen -25
3 4 Fehlerrate in Abhängigkeit des Wartungszyklus —27
341 Wartungs- und altersabhängige Fehlerrate der Leistungsschalter -27
342 Transfer des Wartungseinflusses auf weitere Betriebsmitteltypen-29
4 Beschreibung des Netzmodells 31
4 1 Aufbau des 220-kV-Netzmodells - 31
4 2 Betriebsmitteltypen und Altersstruktur 32
4 3 Zuverlässigkeitsberechnung 35
431 Ablauf der Zuverlässigkeitsberechnung 35
432 Zuverlässigkeitskenndaten - 37
4 4 Reguläre Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategie 38
441 Auswirkung auf relevante Unternehmensziele 39
442 Zeitlicher Verlauf der Zuverlässigkeit nach Status Quo -
443 Zeitlicher Verlauf der Aufwendungen nach Status Quo - 41
5 Optimierungsmodell - 43
5 1 Instandhaltungs* und Erneuerungsoptionen 43
5 2 Zielfunktionen der Optimierung 45
5 3 Modellierung als Multiple-Choice Knapsack Problem ~47
531 Einkriterieiles Modell zur Optimierung der Verfügbarkeit 43
532 Einkriterieiles Modell zur OPEX-Optimierung 49
533 Multikriterielles Optimierungsmodell 50
5 4 Pareto-optimale Strategien 31
5 5 Nebenbedingungen der Optimierung 34
551 Finanzielle Nebenbedingungen - 34
552 Technische Nebenbedingungen ^
5 6 Iterative Optimierung über den Simulationszeitraum
5 7 Einordnung des Optimierungsverfahrens 60
Inhaltsverzeichnis
6 Optimierungsverfahren 61
6 1 Fiktives Netzbeispiel - 61
6 2 Relativer Nutzen 62
621 Allgemeine Grundlagen 62
622 Optimierungsmethode 63
623 Beispielrechnung 69
624 Zusammenfassung 72
6 3 Ameisenalgorithmus 73
631 Allgemeine Grundlagen 73
632 Optimierungsmethode 74
633 Beispielrechnung 79
634 Zusammenfassung 82
6 4 Spieltheorie 83
641 Allgemeine Grundlagen 83
642 Optimierungsmethode - die Spielregeln der Spieltheorie 84
643 Beispielrechnung 90
644 Zusammenfassung 92
6 5 Genetische Algorithmen 93
651 Allgemeine Grundlagen 94
652 Optimierungsmethode 95
653 Beispielrechnung 101
654 Zusammenfassung 105
6 6 Partikel-Schwarm-Optimierung 106
661 Allgemeine Grundlagen 106
662 Optimierungsmethode 107
663 Beispielrechnung 113
664 Zusammenfassung 117
6 7 Vergleich der Optimierungsverfahren 118
III
Inhaltsverzeichnis
7 Anwendungsergebnisse
7 1 Ergebnisse der Strategieoptimierung
711 Optimierung mit der Methode des Relativen Nutzens
712 Optimierung mit dem Ameisenalgorithmus
713 Optimierung mit der Spieltheorie
714 Optimierung mit dem Partikel-Schwarm-Algorithmus
7 2 Vergleich der Optimierungsergebnisse
7 3 Ableitung einer schaltfcldbasierten Strategie
7 4 Anwendungsempfehlungen
741 Auswahl der Optimierungsmethode
742 Ableitung von Strategieempfehlungen ,
8 Fazit und Ausblick
8 1 Erkenntnisse und Vorteile der Optimierung
8 2 Zukünftige Forschungsfragen
Literaturverzeichnis
Eigene Veröffentlichungen
Betreute studentische Arbeiten
Anhang
Al Anhang zu Kapitel 4
A2 Anhang zu Kapitel 6
A3 Anhang zu Kapitel 7
____123
____123
____123
____129
____133
„136
____140
142
____144
144
____146
____149
150
151
XXI
XXIX
XXXI
XXXIH
XXXIH
XXXIV
„XXXV
XXXV
XXXV
A3 1 Ameisenalgorithmus: Optimierung der Betriebskosten
A3 2 Ameisenalgorithmus: Optimierung der Defizitenergie
A3 3 Spieltheorie: Variante Restbuchwert
Spieltheorie: Variante MA mit Mindestalter für Erneuerung XXXV1I1
XXXVII
A3 4
A3 5 Partikel-Schwarm-Optimierung
XLI
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