Earticle

초록

영어

Degradation and aging of power facilities critically impact the reliability and stability of power systems, necessitating the prompt establishment of effective maintenance strategies. Conventional optimization strategies based on integer programming guarantee globally optimal solutions, but their exponentially increasing time complexity in large-scale systems limits their applicability. To derive maintenance strategies comparable to the optimal solution within seconds, this paper proposes the SOS1-Aware Iterative Rounding Framework (SAIR), which leverages the Special Ordered Set Type 1 (SOS1) structure commonly used in the power facility maintenance optimization problem. The proposed SAIR transforms the maintenance strategy optimization problem into a linear programming problem by relaxing the binary constraints of the decision variables and utilizes the SOS1 structure to reduce the search space at the facility level. Furthermore, it systematically enhances the quality of near-optimal solutions in the power facility maintenance strategy problem through minimum entropy-based facility selection and budget-aware maintenance strategy selection techniques. In benchmark experiments using synthetic data across various system complexity environments, the proposed SAIR significantly enhances computational efficiency, achieving a maintenance strategy quality comparable to the globally optimal solution with an objective function gap of only 0.09%, while simultaneously reducing computation time by a factor of 1512 on average (0.2492 seconds on average). Notably, unlike simple heuristic-based maintenance planning methods that frequently violate constraints and yield invalid solutions, SAIR derived valid strategies in all experiments, thereby confirming the effectiveness of the proposed technique.

한국어

전력 설비의 기능 저하와 노후화는 전력 시스템의 신뢰성과 안정성에 치명적인 영향을 미치므로, 신속하게 효과적인 유지보수 전략을 수립하는 것이 중요하다. 기존의 정수 계획법 기반의 최적화 전략은 전역 최적해를 보장하지만, 대규모 시스템에서 지수적으로 증가하는 시간 복잡도로 인해 응용 범위가 제한된다. 본 논문은 최적해에 준하는 유지보수 전략을 수 초 내에 도출하기 위해, 전력 설비 유지보수 최적화 문제에서 일반적으로 사용하는 SOS1(Special Ordered Set Type 1) 구조를 활용한 SAIR(SOS1-Aware Iterative Rounding Framework) 기법을 제안한다. 제안하는 SAIR은 결정 변수의 이진 제약 조건을 완화하여 유지보수 전략 최적화 문제를 선형 계획법 문제로 변환하고, SOS1 구조를 활용하여 탐색 공간을 설비 단위로 축소한다. 또한, 최소 엔트로피 기반 설비 선택 및 예산 인지 기반 유지보수 전략 선택 기법을 통해 전력 설비 유지보수 전략 문제에서 준최적해의 품질을 체계적으로 향상시킨다. 합성 데이터 기반 벤치마크 환경에서 다양한 규모의 시스템 복잡도에 대해 실험한 결과, 제안하는 SAIR은 전역 최적해 대비 0.09%의 목적함수 격차만을 보이며 전역 최적해 수준의 유지보수 전략을 도출하는 동시에 계산 시간을 평균 1512배 단축하여(평균 0.2492초) 계산 효율성을 크게 높일 수 있음을 보였다. 특히, 단순 휴리스틱 기반의 유지보수 계획 기법이 빈번하게 제약조건을 위배하여 무효한 해를 도출하는 것과 달리, SAIR은 모든 실험에서 유효한 전략을 도출하여 제안하는 기법의 유효성을 확인하였다.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 관련 연구
2.1 수학적 계획법(Mathematical Programming)
2.2 휴리스틱 및 메타휴리스틱(Heuristics and Meta-heuristics)
2.3 확률적 모델 및 동적 계획법(Stochastic Models and Dynamic Programming)
2.4 Multiple-Choice Knapsack Problem(MCKP)과 본연구의 관계
2.5 제안하는 기법의 차별성 및 장점
3. 제안하는 유지보수 전략 최적화 계산 시간 감소 기법
3.1 전력설비 유지보수 전략 정식화
3.2 제안하는 계산 시간 단축 기법
4. 실험 및 결과 분석
5. 결론
Acknowledgements
참고문헌

키워드

저자

• 조우 링샤오 [ Zhou Lingxiao | 부산대학교 정보융합공학과 ]
• 박동진 [ Dongjin Park | 부산대학교 정보융합공학과 ]
• 차효원 [ Hyo Won Cha | 효성 중공업연구소 AM연구팀 ]
• 서황동 [ HwangDong Seo | 효성 중공업연구소 AM연구팀 ]
• 김태운 [ Taewoon Kim | 부산대학교 정보융합공학과 ] 교신저자

참고문헌

발행기관

간행물

표지보기 관심저널 등록

• 간행물명

  한국차세대컴퓨팅학회 논문지 [THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF NEXT GENERATION COMPUTING]

• 간기

  격월간

• pISSN

  1975-681X

• 수록기간

  2005~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 566 DDC 004