關(guān)于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的簡(jiǎn)析

關(guān)于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的簡(jiǎn)析

（寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計(jì)院750001）摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力系統(tǒng)用戶對(duì)配電網(wǎng)的供電能力、供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)有的城鄉(xiāng)電網(wǎng)已逐漸不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。而我國(guó)對(duì)于電網(wǎng)的投資近一半都在電源側(cè)，且對(duì)于輸電線路的投資又超過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)的投資，造成了我國(guó)城市配電網(wǎng)的發(fā)展比較落后、跟不上城市建設(shè)要求的局面。因此，做好配電網(wǎng)規(guī)劃研究具有十分重要的意義。本文簡(jiǎn)要說(shuō)明了城市配電網(wǎng)規(guī)劃研究的意義，分析了城市配電網(wǎng)規(guī)劃所采用的模型和簡(jiǎn)化方法，最后對(duì)城市配電網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)化方法進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；規(guī)劃一、城市配電網(wǎng)規(guī)劃研究的意義我國(guó)的配電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，主要是由規(guī)劃人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)一些電網(wǎng)的局部計(jì)算來(lái)進(jìn)行，在有限的條件下解決線路過(guò)載、負(fù)荷增加、電壓質(zhì)量底等一系列新的問(wèn)題。然而對(duì)于規(guī)模日益擴(kuò)大的配電網(wǎng)，這種規(guī)劃與設(shè)計(jì)方法越發(fā)不能夠滿足配電網(wǎng)的合理建設(shè)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由此看來(lái)，全面科學(xué)地規(guī)劃優(yōu)化配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一方面能夠降低網(wǎng)絡(luò)損耗，另一方面能夠有效的降低投資和維護(hù)費(fèi)用，對(duì)于提高配電網(wǎng)供電能力、供電質(zhì)量和供電可靠性均具有重要意義。二、城市配電網(wǎng)規(guī)劃所采用的模型以下三種模型是配電網(wǎng)規(guī)劃中經(jīng)常采用的模型2.1單階段模型單階段模型是一種假設(shè)負(fù)荷在規(guī)劃的時(shí)間段內(nèi)不變的靜態(tài)模型，它無(wú)須考慮配電設(shè)備在規(guī)劃期內(nèi)投入的具體時(shí)間。2.2多階段模型多階段模型是一種考慮負(fù)荷在規(guī)劃時(shí)間段內(nèi)變化的動(dòng)態(tài)模型。2.3不確定規(guī)劃模型傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化方法是通過(guò)選擇其中一個(gè)預(yù)想環(huán)境，采用該環(huán)境下的已確定的參數(shù)求得該環(huán)境約束的，相對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)的確定方案。三、城市配電網(wǎng)模型的簡(jiǎn)化由于配電網(wǎng)規(guī)劃所具有的多目標(biāo)性、不確定性、非線性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，使得配電網(wǎng)規(guī)劃成為一個(gè)非常復(fù)雜的、大規(guī)模的最優(yōu)組合問(wèn)題。因此不論是應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法還是求解模型都需要進(jìn)行一系列的化簡(jiǎn)。因此對(duì)于模型來(lái)說(shuō)就需要進(jìn)行一些條件的簡(jiǎn)化：①只考慮單階段配電網(wǎng)的規(guī)劃，而不考慮動(dòng)態(tài)多階配電網(wǎng)規(guī)劃。②只考慮以費(fèi)用為目標(biāo)的單目標(biāo)配網(wǎng)規(guī)劃，而不考慮多目標(biāo)配網(wǎng)規(guī)劃?；蚴羌词箍紤]了多個(gè)目標(biāo)，但是通過(guò)其他目標(biāo)規(guī)算成為費(fèi)用目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)有多目標(biāo)向單目標(biāo)配電網(wǎng)規(guī)劃的轉(zhuǎn)化。③對(duì)模型的非線性進(jìn)行線性化近似。概括起來(lái)，線性化主要有兩種：對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行線性化近似和對(duì)約束條件進(jìn)行線性化進(jìn)行近似。④減少目標(biāo)函數(shù)的費(fèi)用項(xiàng)。系統(tǒng)的費(fèi)用主要包括變電站的固定費(fèi)用和變化費(fèi)用，以及饋線的固定費(fèi)用和變化費(fèi)用項(xiàng)。⑤減少約束條件數(shù)。在配電網(wǎng)規(guī)劃中通?？紤]基爾霍夫第一定律；基爾霍夫第二定律；設(shè)備的容量約束，包括變電站的容量約束和設(shè)備的容量約束；電壓降約束；可靠性約束；輻射狀網(wǎng)絡(luò)約束等。⑥采用解耦的方法。主要包括問(wèn)題的解耦和配電網(wǎng)絡(luò)的解耦。常用的問(wèn)題解耦方法有：采用Benders分解法將配電網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題分解成投資子問(wèn)題和運(yùn)行子問(wèn)題。將配電網(wǎng)規(guī)劃分成兩個(gè)階段：變電站規(guī)劃和饋線規(guī)劃。再將多個(gè)配電網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題分解成多個(gè)單階段配電網(wǎng)規(guī)劃子問(wèn)題，分別求解各個(gè)子問(wèn)題并進(jìn)行相互協(xié)調(diào)。常用的配電網(wǎng)解耦方法是將整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)按照變電站解耦成幾個(gè)子網(wǎng)，然后分別規(guī)劃并且相互協(xié)調(diào)。⑦只考慮確定的配電網(wǎng)規(guī)劃而不考慮規(guī)劃的不確定性。通過(guò)以上簡(jiǎn)化模型時(shí)考慮的幾種條件，對(duì)于整個(gè)復(fù)雜的大型配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，就能夠在一定程度上對(duì)復(fù)雜的配電網(wǎng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。四、城市配電網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)化方法配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法包括確定性方法和不確定性方法。其中，確定性方法又包括線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、網(wǎng)流規(guī)劃法；而不確定性方法有模糊規(guī)劃法、場(chǎng)景分析法、風(fēng)險(xiǎn)度估計(jì)法等。4.1配電網(wǎng)數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化方法4.1.1線性規(guī)劃法。在眾多的規(guī)劃法中，線性規(guī)劃發(fā)是研究最早，也是最為成熟的一種數(shù)學(xué)優(yōu)化方法。它在配電網(wǎng)中的應(yīng)用幾乎涵蓋了配電網(wǎng)早、中期的大部分研究領(lǐng)域。線性規(guī)劃法又可以分為運(yùn)輸模型、線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、混合規(guī)劃等。4.1.2不確定性規(guī)劃法。目前，在配電網(wǎng)中考慮不確定性主要有三種方法。分別是：①模糊數(shù)學(xué)理論。主要是建立以模糊供電總成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算電網(wǎng)故障狀態(tài)下的模糊電量不足期望值計(jì)算模糊缺點(diǎn)成本，最后利用遺傳算法產(chǎn)生動(dòng)態(tài)化解。模糊數(shù)學(xué)理論在考慮多種不確定信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行的電網(wǎng)規(guī)劃，能夠達(dá)到一些理想的效果。②場(chǎng)景分析法。場(chǎng)景分析法并不是對(duì)直接對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的不確定性因素進(jìn)行建模，而是在未來(lái)規(guī)劃的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行預(yù)想各種可能的確定性場(chǎng)景，然后在不同場(chǎng)景下進(jìn)行進(jìn)行常規(guī)的配電網(wǎng)規(guī)劃。考慮對(duì)各種場(chǎng)景都具有較高適應(yīng)性的電網(wǎng)規(guī)劃，從而得到對(duì)各種場(chǎng)景有較高適應(yīng)性的最優(yōu)柔性方案。③風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法。這種方法是通過(guò)對(duì)可能出現(xiàn)的不確定性情形進(jìn)行評(píng)估和考慮，確定各個(gè)方案的風(fēng)險(xiǎn)率，然后進(jìn)行確定性的電網(wǎng)規(guī)劃，從而得到最優(yōu)的柔性擴(kuò)展方案。4.2城市配電網(wǎng)啟發(fā)式規(guī)劃優(yōu)化方法。4.2.1傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法。傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法通?；谙到y(tǒng)某一性能指標(biāo)對(duì)可行路徑上線路參數(shù)的靈敏度，并根據(jù)一定的原則，逐步迭代直到滿足要求為止。這種方法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用主要是結(jié)合“支路交換”進(jìn)行的。所謂的支路交換是指：對(duì)輻射狀配電網(wǎng)，通過(guò)添加一條支路來(lái)形成一個(gè)環(huán)，然后斷開(kāi)另一條支路以恢復(fù)其輻射狀結(jié)構(gòu)。重復(fù)該過(guò)程，直到任意支路交換都不能使目標(biāo)函數(shù)減小為止。4.2.2專家式啟發(fā)方法。啟發(fā)式專家系統(tǒng)可以說(shuō)是傳統(tǒng)啟發(fā)式方法的發(fā)展。它與傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法的不同式在規(guī)劃中引用了專家的經(jīng)驗(yàn)，這樣一來(lái)就可以方便規(guī)劃人員參與到規(guī)劃決策中去。在這里需要指出的是，專家人員不是用來(lái)代替規(guī)劃人員的，而是利用存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過(guò)推理機(jī)推理，給規(guī)劃人員以最優(yōu)的規(guī)劃方案。最終規(guī)劃方案的確定還是由規(guī)劃人員來(lái)確定的。4.2.3隨機(jī)規(guī)劃方案（也叫現(xiàn)代啟發(fā)式方法）。它包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN、模擬退火算法SA、遺傳算法GA、進(jìn)化規(guī)劃法EP、Tabur搜索法TS、蟻群最優(yōu)法ACO等等?，F(xiàn)代啟發(fā)式方法是一種通用的優(yōu)化算法。它的另外的一個(gè)重要特點(diǎn)是這些方法都能實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。由于現(xiàn)代啟發(fā)式方法在求解組合最優(yōu)問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)的卓越性能，在過(guò)去的二十多年中受到了人們的廣泛關(guān)注。然而它同樣也具有不足之處：當(dāng)配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)比較多時(shí)，就會(huì)不可避免出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”的問(wèn)題。結(jié)論在配電網(wǎng)規(guī)劃的過(guò)程中，對(duì)于規(guī)劃問(wèn)題計(jì)算效率似乎并不重要，但是如果在配電網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)多的情況下，若使用遺傳算法則會(huì)不可避免得遇到“維數(shù)災(zāi)”的問(wèn)題。更重要的是，實(shí)際上任何一種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案都是在規(guī)劃人員確定了設(shè)計(jì)思路和所處環(huán)境下進(jìn)行建設(shè)的，所以說(shuō)對(duì)于規(guī)劃人員在隨著環(huán)境的變化以及具體的限制因素發(fā)生變化時(shí)，其設(shè)計(jì)思路也要相應(yīng)的發(fā)生變化。因此要求優(yōu)化規(guī)劃算法具有較高的計(jì)算效率，這樣才能給規(guī)劃人員的