ISBN 978-3-8439-3992-8

978-3-8439-3992-8, Reihe Energietechnik

Alexander Rhein
Multikriterielle Optimierung von Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien in Übertragungsnetzen

196 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit betrachtet die Optimierung von Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien für Betriebsmittel in elektrischen Energieversorgungsnetzen, die derzeit überwiegend nach der zeitbasierten Instandhaltungsart mit identischen Wartungszyklen für die Betriebsmittel eines Typs instandgehalten werden.

Vor diesem Hintergrund wird analysiert, ob eine ganzheitliche Optimierung von verfügbarkeits- und kostenbasierten Unternehmenszielen durch eine betriebsmittelindividuelle Festlegung der Instandhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen mit den mathematischen Methoden des Operations Research möglich ist. Dabei wird die Wichtigkeit des Betriebsmittels für die Verfügbarkeit des Netzes berücksichtigt.

Zu diesem Zweck werden zunächst alters- und wartungsabhängige Fehlerraten entwickelt. Auf Basis von Zuverlässigkeitsberechnungen wird die Kosten- und Verfügbarkeitsentwicklung eines Netzes bei Instandhaltung und Erneuerung mit einer zeitbasierten Strategie für einen Zeitraum von 50 Jahren prognostiziert. Zur Optimierung dieser Ausgangssituation wird die Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategie durch das Rucksackmodell nachgebildet. Die einkriterielle Variante klärt die Fragen, ob entweder eine Verfügbarkeitsverbesserung mit dem gegebenen Budget möglich ist oder ob ein gegebenes Verfügbarkeitsniveau mit niedrigeren Kosten erreicht werden kann. Hierzu werden die Optimierungsverfahren des Relativen Nutzens und des Ameisenalgorithmus betrachtet. Das multikriterielle Modell untersucht, ob eine gleichzeitige Kosten- und Verfügbarkeitsverbesserung möglich ist. Zur Betrachtung dieser Fragestellung wurden die Optimierungsmethoden der Spieltheorie, des Genetischen Algorithmus und der Partikel-Schwarm-Methode herangezogen.

Bei der Anwendung zur Entwicklung von Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien für ein 220-kV-Netz über einen Zeitraum von 50 Jahren empfiehlt die Optimierung häufig eine reduzierte Wartung der Betriebsmittel in Verbindung mit einem Austausch vor Ende der Nutzungsdauer. Eine Intensivierung der Instandhaltung mit zunehmendem Betriebsmittelalter wirkt sich positiv aus. Die optimierten Strategien priorisieren vor allem Leistungsschalter. Insgesamt hat die Optimierung gezeigt, dass eine Verbesserung von kosten- und zuverlässigkeitsbasierten Unternehmenszielen durch eine betriebsmittelindividuelle Festlegung der Instandhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen möglich ist.