現(xiàn)階段主流配電網(wǎng)規(guī)劃模型與算法分析

1、現(xiàn)階段主流配電網(wǎng)規(guī)劃模型與算法分析摘要：本文介紹目前配電網(wǎng)規(guī)劃采用的各類方法，對數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、啟發(fā)式方 法和人工智能算法、網(wǎng)格化規(guī)劃方法進行了著重介紹，簡要分析了各類電網(wǎng)規(guī)劃 模型與算法的優(yōu)缺點，對各類方法的應(yīng)用前景進行分析判斷。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)規(guī)劃；規(guī)劃模型；規(guī)劃算法一、引言近年來我國城鄉(xiāng)經(jīng)濟快速發(fā)展，城市化進程進一步加快，用電負(fù)荷增長迅 猛。電力作為城市高速發(fā)展的重要能源保障，卻在規(guī)劃建設(shè)過程中面臨諸多外部 影響因素,傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法開始表現(xiàn)出一些不適應(yīng)，因此，適時開展配電網(wǎng) 規(guī)劃新方法的研究具有重要的理論意義和實際意義。二、配電網(wǎng)規(guī)劃研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃己經(jīng)在國內(nèi)外得到了

2、廣泛的研充，研充的重點是數(shù)學(xué)模型 及其算法。在數(shù)學(xué)模型方面，主要有單目標(biāo)模型、多目標(biāo)模型、柔性規(guī)劃模型和 多階段規(guī)劃模型等；在優(yōu)化算法方面，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、啟發(fā)式方法和人工智能算 法得到廣泛關(guān)注。啟發(fā)式方法是一種模型算法，采用直觀分析法，分析系統(tǒng)某一性能指標(biāo)的各 種可行性參數(shù)的靈敏度，根據(jù)設(shè)定的算法，逐步迭代到滿足要求的結(jié)果為止2。 啟發(fā)式規(guī)劃方法包括過載檢測、靈敏度分析和方案形成。啟發(fā)式方法直觀靈活， 計算方便，時間短，便于規(guī)劃人員結(jié)合工作經(jīng)驗。其缺點是，定義的性能指標(biāo)難 以反映規(guī)劃中的實際問題，同時要求容易計算。這不是一個嚴(yán)格的優(yōu)化算法，而 且很難考慮不同階段之間的相互作用。數(shù)學(xué)優(yōu)化是將電網(wǎng)

3、規(guī)劃的方案描述為數(shù)學(xué)模型，并建立相關(guān)的約束關(guān)系，然 后求解最優(yōu)化方案。數(shù)學(xué)優(yōu)化的規(guī)劃方法主要包括線性規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃和動態(tài) 規(guī)劃。雖然數(shù)學(xué)優(yōu)化規(guī)劃方法可以在原則上得到最優(yōu)方案，但在電網(wǎng)規(guī)劃中要考 慮的因素很多，要解決的因素數(shù)量很大，難以建立模型，而且建立的模型可能也 無法求解。實際規(guī)劃中的邊界條件不能全部量化，原問題的數(shù)學(xué)模型需要簡化， 可能無法得到最優(yōu)解。因此，盡管數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的發(fā)展快速，在解決電網(wǎng)規(guī)劃的 實際問題上仍然存在困難。此外，電網(wǎng)規(guī)劃中還存在著許多不確定因素，針對這些因素，開發(fā)了各種智 能規(guī)劃方法。禁忌搜索算法是啟發(fā)式算法，一般用于組合優(yōu)化問題的解決，采用搜索歷史 的方法來獲取算法

4、，然后指導(dǎo)后續(xù)的計算方向，用來避免局部的最優(yōu)方案。該方 法能適應(yīng)電網(wǎng)規(guī)劃的工作特點，適用于解決純整數(shù)的規(guī)劃問題，并能有效地計算 出不可微函數(shù)。該方法的優(yōu)點是搜索速度快，收斂效率高，缺點是初始數(shù)據(jù)會影 響收斂，搜索效率和結(jié)果會受到禁忌表深度、期望級別、搜索算法不清晰、不能 用數(shù)學(xué)方法證明最優(yōu)解以及由于列表大小的限制而無法得到最優(yōu)解。蚊群算法是一種啟發(fā)式方法，由意大利科學(xué)家Dorigo研究總結(jié)出的，主要用 于組合問題的最優(yōu)化求解。該模型算法模擬螞蟻群的覓食方法，制造所需的人工 螞蚊，每一種人工螞蚊根據(jù)荷爾蒙的濃度選擇其路徑，并在其選擇的路徑上留下 一定數(shù)量的荷爾蒙。當(dāng)每只螞蚊進行一次全面搜索時，再

5、全局更新一次荷爾蒙的 濃度。經(jīng)過一段時間的反復(fù)，大多數(shù)螞蟻最終會尋找到相同的路線（最優(yōu)）。該方 法具有尋優(yōu)效率高、算法性能高、適用于約束問題的優(yōu)點。其缺點是規(guī)劃模型和 螞蟻算法模型仍然存在差異，且不能為大型系統(tǒng)找到最優(yōu)解。模擬退火算法是一種隨機搜索技術(shù)，采用馬爾科夫鏈的遍歷理論，一般用于 大型系統(tǒng)的問題優(yōu)化計算，模擬熱力學(xué)中固體物質(zhì)的冷卻、退火過程，采用 Metropolis準(zhǔn)則，避免求得局部的最優(yōu)方案，逐步的求解全局的最優(yōu)方案3。一 些學(xué)者己經(jīng)將這種方法應(yīng)用到電網(wǎng)規(guī)劃中，但模擬退火需要很長時間才能使?fàn)顟B(tài) 分布平穩(wěn)。模擬退火算法是一種單點優(yōu)化算法，若將其與其它的優(yōu)化方法相互結(jié) 合使用，更能發(fā)揮

6、其優(yōu)勢。遺傳算法是一種智能優(yōu)化方法，遺傳算法的大規(guī)模并行搜索特性市其作為優(yōu) 化策略的基礎(chǔ)，應(yīng)用于多目標(biāo)、多階段優(yōu)化問題的求解4。遺傳算法計算簡單， 演化采用交義、變異方式，比其他數(shù)學(xué)方法更方便解決，不需要分解來處理大的 電網(wǎng)規(guī)劃問題，評價值可以直接利用網(wǎng)絡(luò)來計算結(jié)果，避免分解、線性化帶來的 誤差。該算法是一種不受搜索空間限制的多點優(yōu)化算法，可以解決電網(wǎng)規(guī)劃中的 多目標(biāo)、多約束、非線性和混合整數(shù)問題。此外，在求解數(shù)學(xué)優(yōu)化問題時，遺傳 算法也能計算出一些次優(yōu)方案，而數(shù)學(xué)優(yōu)化方法只能得到單解。根據(jù)所得到的多 種解決方案，工程技術(shù)人員可以發(fā)揮主觀主動性，利用實際經(jīng)驗對多種解決方案 進行分析，并對多種解

7、決方案進行綜合評價，最終得到最優(yōu)解決方案。遺傳算法 的缺點是收斂的數(shù)學(xué)方法還沒有完全分析清楚，對種群大小、交又率和變異率等 控制參數(shù)還需要進一步研究。利用模擬退火算法的特點，可以有效地防止陷入局 部最優(yōu)解。進化規(guī)劃(Evolutionary Programming, EP)算法與遺傳算法類似，進化 (ep)算法與遺傳算法相似，是一種模擬自然界物種進化規(guī)律的方法，能夠以更大 的概率搜索全局最佳。相比其他智能算法，粒子群算法能夠較好的進行全局尋優(yōu)，在解決大規(guī)模的 優(yōu)化問題時，粒子群算法參數(shù)少且易于實現(xiàn)。粒子群算法操作簡便，搜索空間不 受限制，解決多目標(biāo)、多約束、非線性和混合整數(shù)優(yōu)化等問題的方法在電

8、網(wǎng)規(guī)劃 中得到了廣泛的應(yīng)用。電網(wǎng)規(guī)劃的重點是分析和處理各種制約因素，粒子群算法 可以有效解決電網(wǎng)規(guī)劃中的多目標(biāo)粒子群問題。層次分析法是一種決策分析方法，于1977年美國匹茲堡大學(xué)教授T.LSaaty 提出，特點是定性與定量相結(jié)合。它以相關(guān)專家的工作經(jīng)驗為基礎(chǔ)，分析了定性 因素的相對影響，并將其納入遞階層次結(jié)構(gòu)，綜合分析評判優(yōu)化問題，形成了判 斷矩陣。層次分析法是結(jié)合了人的決策思維過程：分解、判斷和綜合，是解決多 準(zhǔn)則、多目標(biāo)決策問題的有效方法。這種方法科學(xué)、合理、可靠、簡單，深受廣 大工作者喜愛。在電網(wǎng)規(guī)劃過程中，長期規(guī)劃方案的綜合選擇、規(guī)劃項目的時間 安排、電源規(guī)劃、輸電線路規(guī)劃和無功功率規(guī)

9、劃等類似決策問題需要解決。在20 世紀(jì)90年代層次分析法在電網(wǎng)規(guī)劃中得到了廣泛應(yīng)用，在優(yōu)化某些問題上發(fā)揮 了積極作用。從總體上看，層次分析法處于蓬勃發(fā)展階段，在電網(wǎng)規(guī)劃中具有很 好的應(yīng)用前景。然而，電力規(guī)劃有其自身的局限性和特殊性，如果要發(fā)揮層次分 析法的全部作用，還需要進一步研充和探討。智能優(yōu)化算法近凡年發(fā)展十分迅速，在電網(wǎng)規(guī)劃方面得到廣泛應(yīng)用并獲得較 大的成功，計算速度快、能夠解決多維問題和全局尋優(yōu)是其發(fā)展方向。基于傳統(tǒng) 優(yōu)化技術(shù)的配電網(wǎng)重構(gòu)優(yōu)化方法之一是分支法，將重構(gòu)問題描述為一個非線性或 線性規(guī)劃問題，然后用比較成熟的規(guī)劃優(yōu)化方法來求解。網(wǎng)格(Grid)技術(shù)是近年來國際上興起的一種重要

10、信息技術(shù)，網(wǎng)格的作用是 將分散在網(wǎng)絡(luò)上的信息及信息存儲、處理能力以合理的方式粘合起來，形成有 機的整體，以提供比任何單臺高性能計算機都強大得多的處理能力，實現(xiàn)信息的 高度融合和共享。應(yīng)用在配電網(wǎng)規(guī)劃中，形成了在網(wǎng)格之間以變電站定向聯(lián)絡(luò)為 主干、網(wǎng)格內(nèi)部以線路分段之間聯(lián)絡(luò)為依托的聯(lián)絡(luò)組合理念，實現(xiàn)了城市目標(biāo) 網(wǎng)格的有序過渡，合理安排網(wǎng)格的整體建設(shè)時序。三、結(jié)語對于目前主流的配電網(wǎng)規(guī)劃模型與算法，雖然各有優(yōu)缺點，但其規(guī)劃精度和 顆粒度己可以滿足目前配電網(wǎng)規(guī)劃的要求，可選擇其中一種或多種，通過電網(wǎng)技 術(shù)平臺的搭建來開展配電網(wǎng)規(guī)劃，配合開展智慧城市建設(shè)，持續(xù)提升電網(wǎng)故障快 速自愈、負(fù)荷“精準(zhǔn)自調(diào)能力，打造堅強智能配電網(wǎng)。參考文獻李健，馬彬，張植華，林毓，楊小芳.基于網(wǎng)格的城市配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方 法研究.南方能源建設(shè)，2015(3)：