Acquisition de contraintes pour un problème d'ordonnancement de maintenance d'équipements dans un réseau de transport électrique

L’ordonnancement des retraits d’équipements électriques de transport est un défi de recherche opérationnelle auquel les compagnies du domaine de l’énergie doivent faire face en but d’assurer la maintenance de leur réseau. Les équipements électriques de transport pouvant rencontrer des défauts nécessitent une maintenance au cours de leur utilisation. Un plan de maintenance des actifs électriques assurant la stabilité du réseau et la capacité à délivrer en continu de l’énergie aux clients doit donc être préparé par ces entreprises. La société Hydro-Québec appuie la quasi-totalité de sa production sur l’hydroélectricité grâce aux sources hydrauliques exploitées dans la partie Nord de la province du Québec. La consommation étant principalement répartie dans le Sud où réside la population, Hydro-Québec possède donc un réseau de transport électrique conséquent, le plus vaste d’Amérique du Nord, pour assurer l’acheminement de son énergie. Cette condition impose à l’entreprise d’établir annuellement un plan de maintenance de ses équipements assez robuste pour accomplir toutes les corrections et augmentations préventives sans causer la déstabilisation du réseau ou une coupure de service pour les clients. Différents modèles de programmation linéaire ont été proposés dans la littérature scientifique afin d’assurer la planification des retraits. Néanmoins, ils ne prennent pas en compte les contraintes physiques du réseau, étant difficilement modélisables dans leurs paradigmes respectifs. C’est également le cas d’une contribution récente en programmation par contraintes pour le réseau de transport d’Hydro-Québec, qui, bien que prometteuse, ne pouvait pas satisfaire les contraintes d’écoulement de puissance pour les interfaces du réseau. Étant donné ce contexte, ce mémoire une méthode d’acquisition de contraintes active permettant de compléter l’existant en approximant les contraintes d’écoulement de puissance. Les résultats de notre évaluation montrent que notre méthode permet d’automatiser l’acquisition de nouvelles contraintes qui n’étaient auparavant pas modélisées. Notre évaluation montre également que ces nouvelles contraintes permettent de générer des plans de maintenances réalisables contrairement aux modèles de la littérature scientifique. Elle permet notamment de résoudre une interface encore non résolue par les équipes d’Hydro-Québec. À notre connaissance, il s’agit de la première utilisation de l’acquisition de contraintes active permettant de résoudre le problème d’ordonnancement des retraits d’équipements électriques de transport dans un cadre industriel.

Abstract

Transmission maintenance scheduling is an operational research challenge that electricity companies need to face in order to maintain their network. Power network equipment has to be maintained in their lifetime when they face defect. A maintenance plan of the electrical assets ensuring the network stability while continuously delivering electricity to the consummers has to be conceived by these companies. Hydro-Québec, a public utility in charge of generation, distribution and transmission of electricity in Québec, relies on hydroelectricity for almost all its production, thanks to hydraulic sources in the northern region of the province. Consumption is concentrated in the south, where most of the population lives, which is why Hydro-Québec has the most extensive electrical transmission network in North America to convey its energy. This imposes the company to establish an annual maintenance plan for its equipment that is robust enough to carry out all preventive corrections and upgrades without destabilizing the network or interrupting customers’ service. Various linear programming models have been presented in the scientific literature to ensure withdrawal planning. However, they do not take into account the physical constraints of the network, as they are challenging to model in their respective paradigms. This also applies to a recent contribution to constraint programming for Hydro-Québec’s transmission network, which, although very promising, was unable to satisfy power flow constraints for the whole network. Based on this context, we propose an active constraint acquisition method that complements the original contribution by approximating power flow constraints. Evaluation shows that our method can automate the acquisition of new constraints that were not previously modelized. It also shows that these new constraints generate feasible maintenance plans, unlike the initial model. Finally, our methodology was able to find a schedule compliant for an interface that was still unsolved by Hydro-Québec engineers. To our knowledge, this is the first use case of active constraint acquisition to solve the scheduling problem of electrical transport equipment in an industrial setting.