电网规划的方法研究

Abstract: the city is the main center of power system load, the city grid operation is good or not depends on the city grid planning and construction is scientific, reasonable economy or not, for fixed assets under huge power supply enterprise is concerned, the city network planning of power supply enterprises in work in the survival and development of always play a decisive role. This paper introduces the heuristic programming, mathematics type planning two methods, meet and appropriate leading power supply area economic development electricity demand.

Keywords: grid; Planning; Heuristic; Mathematics type

1电网规划的概念

电网规划就是指电力企业为了顺应社会及经济的发展，努力提高为用户服务的质量，保证电力供应的安全性和连续性而进行的电力系统供应规划。其目标是满足并适度超前供电区域内的经济发展用电需求。保障电网的顺利运行，实现电力企业快速、稳定、持续发展。科学、长远的电网规划，其对地区经济的发展影响重大，而且也关系到电力企业本身的可持续发展。电网规划是电力供应可靠性、经济性的保障。

2电网规划的重要性

随着经济的发展，对电力的依靠程度越来越高，实现电力运营的安全可靠及经济合理，是电力企业面临的永恒课题，而且是企业发展的重要前提和保障。因此，保证电网的正常运行、保证电力供应的连续性和安全I生，保证线路损耗最低，运营成本最低，是电网规划中不容忽视的问题。电力工业的发展比任何一个行业的发展都重要，因为电力行业是其它行业发展的基础，是经济发展的能源保证。

3电网规划的内容和特点

电网规划的内容涉及网络正常运行，也就是在设备完好的前提下，应保证电力供应的正常进行;保证电力供应的安全性，也就是要在进行一些设备故障、检修的情况下，保证供电的可靠性。电网规划包括短期电网规划、中长期电网规划、远景电网规划三种规划形式。

电网的规划和建设具有以下特点：

(a)多目标性。一个规划合理的电网，首先应该满足技术上的先进性，进而达到可靠性和灵活性，同时还要实现经济效益上的增加，以及为社会带来的公共效益，还要保证环保，这是一个大系统、多目标的规划。

(b)不确定性。电网规划一般是以未来一个时期作为规划目标的。对网内电源及负荷的发展水平为固化内容。但是由于电力企业的国家管理的性质，直接受国家政策的影响，受经济发展的制约，人口增加及环境影响，发展的不可预见性极大，经济的

发展，社会的进步，用户对用电质量要求也是越来越高，都是电网规划部门应该给予考虑的问题。

(c)特别是城网由于是政治、经济、人口的相对集中，其电网设计标准较高，在安全与经济合理平衡下，电网运行的可靠性以及安全性要求都非常高。

(d)电网的运行悠长和复杂导致接线的复杂，技术要求高。运行中要保证调度上的灵活性、供电连续性及经济性的特点。

(e)各地都在逐步引进计算机辅助管理，见于电网管理要求的提高，电网的自动化较为完善。

(f)城网的复杂化对配电设施要求较高。对线路、变电所的要求都较高，其占地面积小、容量大、安全可靠、维护量小及满足城市景观要求等多方面，都是城网规划要考虑的问题。见于城市的市容市貌要求，特别在城市中心区使用电力电缆线路，要保持城市上空的洁净及配电变压器的数量。

4电网规划的方法

以往电力规划人员对电网的规划都是依靠经验，然后再经过定性分析作出未来一定时期的用电预测，再根据这个预测的负荷值结合本地情况以及电源情况，设计几种规划方案，最后遴选出一种最佳方案。

4.1启发式规划法

启发式优化方法是一种以直观分析为依据的算法，通常是基于系统某一性能指标对可行路径上的一些参数作灵敏度分析，并根据一定的原则选择要架设的线路。启发式方法又分为逐步扩展法和逐步倒推法。逐步扩展法是根据灵敏度分析的结果，以最有效的线路加入系统逐步扩展网络。逐步倒推法是将所有待选线路全部加入系统，构成一个冗余的虚拟网络，然后根据灵敏度分析，逐步去掉有效性低的线路。启发式方法的优点是：a.简单、直观、灵活、计算量小、计算时间短;b.易于同规划人员的经验相结合;c.应用方便，相对数学方法能够较为准确地数学模拟电力行为。缺点是：a.无法严格保证解的最优性;b.不能很好地考虑各阶段各架线决策间的相互影响。因此，启发式方法不能保证得出的规划方案最优，特别是当规划期较长、待选线数量较多时，所得结果可能与真正的最优方案有很大偏差。

灵敏度方法是最早使用的启发式方法，基本思想是以某种有效性指标与决策变量的灵敏度关系作为启发式的准则，从待选线路中选出当前最有效的线路作为选中的架线。根据定义的有效性指标的不同，该方法可分为两类：一类是基于支路性能指标，根据系统运行时线路功率传输情况来完成线路的选择;另一类是基于系统性能指标，根据线路对整个系统的运行性能指标的影响程度来完成线路的筛选。该方法的优点是：a.原理简单，实现方便;b.易于同规划人员的经验相结合;c.不需要考虑收敛问题，简单易行。缺点是：a.只计算一条线路的指标，没有计及线路之间的相互影响;b.从全局的角度确定架线方案，无法得到全局最优;c.需要大量的灵敏度计算，d.需要对模型进行线性化，精度将受到一定的影响。

模拟退火算法是以马尔科夫链的遍历理论为基础的一种适用于大型组合优化问题的随机搜索技术，算法的核心在于模拟热力学中固体物质冷却和退火过程，采用Metropolis接受准则避免落入局部最优解，渐进地收敛于全局最优。

遗传算法是电网规划采用的一种新的优化方法，它根据优胜劣汰的原则进行搜索和优化，可以考虑多种目标函数和约束条件，特别适合于整数型变量的优化问题。遗传算法利用简单的编码技术和进化机制将规划问题抽象为纯数学问题，便于同时处理整数变量和连续变量，对于大型电网规划问题不需要分解处理，直接将网络的运行计算结果计入评价值，避免了由于分解或线性化造成的误差。此外，考虑到模拟退火算法可以有效防止陷入局部最优解这一特性，将模拟退火法和遗传算法结合的混合-模拟退火算法也取得了不错的效果。总体来说，遗传算法及其在电网规划的应用正处于蓬勃发展阶段，有着极好的应用前景。

4.2数学式规划法

数学优化方法显然是利用计算的方法，对电网规划方案及策略进行数学描述，然后再把这种数学方式转变成有约束的极值问题，通过采用最优化理论进行最后的求解。这种方法的最大优点是求得的解可以保证最优，但是不利的方面是计算量过大，给规划人员带来巨大的劳动量，实际应用中有许多困难。主要原因是：第一，电网规划中要考虑的因素很多，而且问题的阶数也很大，因此建立模型十分困难，即使建立了模型，也很难求解;第二，实际中的许多因素不能完全形式化，通常需要对原问题的数学模型作简化处理，因而可能丢失最优解。和启发式优化方法相比，数学优化方法在理论上更为优越，因此得以广泛研究和发展。数学优化的主要方法有：线性规划、整数规划、多目标规划、混合整数规划和动态规划等方法。

模糊规划是具有模糊参数的一类不确定性规划，它不仅涉及到非线性规划的复杂算法，还用到模糊数学的理论和方法。在模糊规划模型中，通过模糊化处理各种不确定性数据，并通过模糊规则来描述输入输出之间的关系，为模糊规划提供数据。模糊规划法之所以能用于电网规划的原因在于规划中有许多不确定性的因素存在。该方法的优点是：a.能够处理不具有随机性的不确定性问题;b.提供了对研究对象多种属性的选择方案;c.能够处理规划过程中现象和因原诸方面的表示模棱两可的问题;d.算法简单易行，易于在计算机上实现。缺点是：a.在线处理能力差;b.需用其它模糊算子进行模糊优化，当引入其它模糊算子时，势必又导致其模型变成非线性，从而影响计算效率。模糊规划法是目前电网规划中研究的最充分的一种方法。

动态规划的主要思想是将一个问题转化为几个子问题分阶段考虑。动态规划模型中，决策变量在各阶段的取值相互制约，当线路在某一阶段被选中后，就不能在其它阶段中被选中。对于目标函数，长期规划还必须考虑资金的时间价值。目前主要有分支定界法、混合整数规划法、分解协调法、临界可行结构匹配法等。动态规划法的优点是：a.能够避免连续变量法常常遇到的搜索方向错误，迭代不收敛，收敛到局部最优点等问题;b.避免了灵敏度系数的缺陷。缺点是：a.计算时间长;b.对于大规模系统，变量组合较多，易出现维数灾、不易计算等问题。

多目标规划法将电网规划的经济性和可靠性有机地结合起来，使优化方案的综合效益达到最佳，适应了目前电网规划部门的实际需要。同时，多目标电网规划以供应方的开发成本最小和需求方缺电成本最小为优化目标，兼顾供需双方的利益，提高了规划方案的综合社会效益。该方法的优点是：a.在目标函数中可以综合考虑经济性和可靠性要求，将可靠性指标转化成经济形式加入目标函数，求得综合成本最低的网架方案;b.在理论上验证了综合考虑经济性和可靠性的多目标电网规划方法的可行性，并提出了数学模型和求解方法。缺点是适用规模小，适用性差。

结论：掌握电网规划的研究方法及特点，科学地完成电网规划工作，提高供电质量、供电的安全和可靠水平，合理有效地利用资金和节能降损，取得最大的经济和社会效益，乃是各级决策者都十分关注的问题。合理地进行规划可以获得巨大的社会效益和经济效益。因此，对电网规划问题进行研究具有重大的现实意义。

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