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Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

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Unsicherheiten Planbare

Unsicherheiten Planbare Betriebsprozesse Nicht planbare Betriebsprozesse Ressourceneinsatzplanung �� Planung der Durchführungszeitpunkte �� Eigen-/Fremdpersonalentscheidung Bewertung der Ressourcen Unsichere Kosten für �� Fremdpersonal �� Nicht durchführbare Prozesse �� Umplanungen von Prozessen Ressourcen Simulation des Netzbetriebs Bild 1: Verfahrensüberblick Das Ergebnis der Simulation ist eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Gesamtkosten im betrachteten Zeitraum. Dabei werden Kosten für Fremdpersonal, nicht durchgeführte Betriebsprozesse und Umplanungen von Betriebsprozessen monetär bewertet. Diese Wahrscheinlichkeitsverteilung kann mit den aus dem Risikomanagement bekannten Methoden analysiert und für die Bewertung des ermittelten Ressourceneinsatzplanes herangezogen werden. Die optimale Planung des Ressourceneinsatzes ermöglicht eine objektive Bewertung der Auslastung der vorgegebenen Ressourcen unter Berücksichtigung der Unsicherheiten beim Netzbetrieb. Auf dieser Basis kann eine Minimierung der Ressourcen erfolgen. Beispielsweise können schwach ausgelastete Ressourcen eingespart werden, um die Kosten für den Netzbetrieb zu reduzieren. 3.2 Optimierungsansatz zur Ressourceneinsatzplanung Die Optimierung der Ausführungszeitpunkte der Betriebsprozesse bei vorgegebenen Ressourcen und gleichzeitiger prozessspezifischer Eigen-/Fremdpersonalentscheidung ist ein kombinatorisches Optimierungsproblem. Derartige Probleme lassen sich durch mathematisch exakte (z. B. Branch and Bound) oder heuristische Verfahren (z. B. Evolutionäre Algorithmen) lösen [4]. Während exakte Verfahren die Optimalität der Lösung garantieren, lassen heuristische Ansätze keine Aussage über die Qualität einer gefundenen Lösung zu. FORSCHUNGSPROJEKTE Ein wesentlicher Nachteil exakter Verfahren ist jedoch der häufig exponentielle Anstieg der Rechenzeit mit der Problemgröße, wohingegen heuristische Ansätze eher logarithmische bis quadratische Abhängigkeiten zwischen Problemgröße und Rechenzeit aufweisen. Optimierungsvariablen sind der Ausführungszeitpunkt und die Entscheidung zwischen Eigen- und Fremdpersonal für jeden planbaren Betriebsprozess. Aufgrund der Vielzahl der so für übliche Ressourceneinsatzplanungen zu bestimmenden Variablen und der damit einhergehenden Problemgröße wird in dieser Arbeit ein heuristischer Ansatz zur Ermittlung optimaler Ressourceneinsatzpläne gewählt, der auf Genetischen Algorithmen [5] basiert. Diese Algorithmen arbeiten in Anlehnung an die Evolution in der Natur. Dabei wird eine Menge von Ressourceneinsatzplänen stochastisch erzeugt und bewertet. In Analogie zu den Begriffen aus der Evolutionstheorie stellt jeder Ressourceneinsatzplan ein Individuum und die Gesamtheit der erzeugten Ressourceneinsatzpläne eine Population dar. Die besten Ressourceneinsatzpläne der Population werden neu kombiniert, wobei kostengünstige Ressourceneinsatzpläne beibehalten werden. Dieses Vorgehen wird oftmals wiederholt, wobei die neue Population jeweils aus der Vorgängerpopulation erzeugt wird. Da dies auf Basis der besten Individuen geschieht, werden die positiven Eigenschaften der Vorgängerpopulation weitergegeben. So wird iterativ eine Konvergenz in Richtung eines optimalen Ressourceneinsatzplanes erzielt. Die Bewertung der Ressourceneinsatzpläne beruht auf einer Kostenbewertung für deren Durchführung. Dabei werden die Unsicherheiten beim Netzbetrieb berücksichtigt, indem die Simulation des Ressourceneinsatzes in den Optimierungsalgorithmus integriert wird. 3.3 Simulation des Netzbetriebs zur Berücksichtigung von Unsicherheiten Bild 2 gibt einen Überblick über die bei der Bewertung gewählte Vorgehensweise. Die zeitsequentielle Durchführung des Ressourceneinsatzplanes wird über den Betrachtungszeitraum simuliert und bewertet. Dabei sind die einzusetzenden Ressourcen und die Unsicherheiten Vorgaben für die Simulation. Die unsicheren Größen werden über Verteilungsfunktionen abgebildet. Durch mehrfache Simulation können so die Auswirkungen unterschiedlicher Auftrittsszenarien für die Unsicherheiten auf einen Ressourceneinsatzplan betrachtet werden. IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 59

FORSCHUNGSPROJEKTE Ressourceneinsatzplan für vorgegebene Ressourcen Unsicherheiten beim Netzbetrieb Zeitsequentielle Simulation des Ressourceneinsatzes Reaktion auf: - unerwartete Prozessüberschneidungen - nicht durchführbare Prozesse - Störungen - kurzfristig auftretende unerwartete Defekte Ausnutzung verfügbarer Ressourcen durch: - Einplanen zuvor nicht durchführbarer Prozesse Wahrscheinlichkeitsverteilung der Kosten zur Durchführung des Ressourceneinsatzplanes Bild 2: Simulation des Netzbetriebs Im Verlauf der Simulation muss als Reaktion auf das Auftreten stochastischer Effekte (wie z. B. Prozessüberschneidungen wegen unerwartet langer Prozessdauern) durch kurzfristiges Umplanen der Betriebsprozesse reagiert werden. Damit diese sequentielle Änderung des Ressourceneinsatzplanes möglichst praxisnah erfolgt, werden hierzu reale Entscheidungen der Netzbetriebsplaner durch heuristische Regeln nachgebildet. Um die zur Verfügung stehenden Ressourcen im Betrachtungszeitraum möglichst optimal auszulasten, wird mittels geeigneter Heuristiken kontinuierlich geprüft, ob nicht durchführbare Prozesse im Simulationsverlauf noch eingeplant werden können. Die Simulation liefert eine realistische Bewertung gegebener Ressourcenpläne, da der Einfluss sämtlicher unsicherer Größen berücksichtigt wird. Bei einer ausreichenden Anzahl an Simulationen ist nach Abschluss der Konvergenz die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Kosten zur Durchführung des Ressourceneinsatzplanes bekannt. 4 Zusammenfassung und Ausblick Um die Kosten für den Netzbetrieb zu minimieren, haben Netzbetreiber einerseits die Möglichkeit, die Netzbetriebsstrategie, d. h. Instandhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen, anzupassen. Andererseits kann der Ressourceneinsatz zum Betrieb der Netze optimiert werden. In dieser Forschungsarbeit wird ein Optimierungsverfahren entwickelt, das in einem ersten Schritt kostengünstige Einsatzpläne für vorgegebene Ressourcen ermittelt. Auf der Basis dieser Pläne soll in einem zweiten Schritt eine Anpassung der Ressourcen erfolgen, um die kostengünstigsten Ressourcenkombinationen für den Netzbetrieb zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Optimierung können einerseits für eine objektive Bewertung des Netzbetriebsaufwands zu Grunde gelegt werden und so eine Rechtfertigung der für den Netzbetrieb minimal notwendigen unsicheren Kosten ermöglichen. Andererseits können Strategien zur Verbesserung des Ressourceneinsatzes abgeleitet werden. 5 Literatur [1] Bundesnetzagentur Bericht der Bundesnetzagentur nach § 112a EnWG zur Einführung der Anreizregulierung nach § 21a EnWG Bundesnetzagentur Bonn, 2006, S. 13ff [2] Obergünner, M. Bewertung und Optimierung des Instandhaltungsaufwands elektrischer Verteilungsnetze Dissertation RWTH Aachen, ABEV Bd. 102, Klinkenberg Verlag, Aachen 2005 [3] Berg, A. Ressourcenplanung für den Betrieb elektrischer Hoch- und Höchstspannungsnetze Jahresbericht 2006, ABEV Bd. 109, Klinkenberg Verlag, Aachen 2006 [4] Neumann, K.; Morlock, M. Operations Research Carl Hanser Verlag München Wien, 1993, S. 380ff [5] Heistermann, J. Genetische Algorithmen B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart Leipzig, 1994 60 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007

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