[行业技术文章]电网规划的研究方法及特点

    摘要：电力举措措施是国家的根蒂根基举措措施，是国家经济成长不成缺少的根蒂根基条件。合理地进行电网计划不仅可以获得庞大的社会效益，也能够获得庞大的经济效益。为了使电网计划趋于合理，该文介绍了电网计划的研究方式及特点，以便供年夜家更好地做好电网计划工作。 

　电网计划的方针是追求好的电网投资决议计划，以保证整个电力系统的持久成长。其目的是凭据电网成长及负荷增加情况合理地肯定从此若干年的电网结构，使其既平安靠得住又经济合理。电网计划的基来源根基则是在保证电力平安靠得住地输送到负荷中心的条件下，使电网建设和运行的费用小。 

    实践证实，设计上的少许改善往往就能够获得庞大的经济效益。早期的电网计划以方案比力为根蒂根基。这类方式是从几个设定的待选方案中经由过程技术经济比力选择出推荐的方案。然而，加入比力的方案往往是计划人员凭经验提出的，其实不一定包括客观上的方案，更不成能包括全数可行方案，是以终推荐方案含有相当的主观身分和局限性。随着数学、运筹学和计较机技术的成长，使得电网计划的新方式应运而生。今朝，电网计划的研究方式主要有启发式化方式和数学化方式两种。 

    1 启发式化方式 

    启发式化方式是一种以直观分析为依据的算法，凡是是基于系统某一性能指标对可行路径上的一些参数作活络度分析，并凭据一定的原则选摘要架设的线路。启发式方式又分为慢慢扩大法和慢慢倒推法。慢慢扩大法是凭据活络度分析的成效，以有用的线路加进系统慢慢扩大网络。慢慢倒推法是将所有待选线路全数加进系统，组成一个冗余的虚拟网络，然后凭据活络度分析，慢慢往失落有用性低的线路。启发式方式的点是：①简单、直观、灵活、计较小、计较时间短；②易于同计划人员的经验相连系；③运用利便，相对数学方式能够较为准确地数学模拟电力行为。错误谬误是：①没法严酷保证解的性；②不能很好地斟酌各阶段各架线决议计划间的相互影响。是以，启发式方式不能保证得出的计划方案，出格是当计划期较长、待选线数目较多时，所得成效可能与真实的方案有很年夜误差。  

    活络度方式是早使用的启发式方式，基本思想是以某种有用性指标与决议计划变的活络度关系作为启发式的准则，从待选线路中选出当前有用的线路作为选中的架线。凭据界说的有用性指标的分歧，该方式可分为两类：一类是基于支路性能指标，凭据系统运行时线路功率传输情况来完成线路的选择；另外一类是基于系统性能指标，凭据线路对整个系统的运行性能指标的影响水平来完成线路的挑选。该方式的点是：①原理简单，实现利便；②易于同计划人员的经验相连系；③不需要斟酌收敛问题，简单易行。错误谬误是：①只计较一条线路的指标，没有计及线路之间的相互影响；②从全局的角度肯定架线方案，没法获得全局；③需要年夜的活络度计较，④需要对模子进行线性化，精度将遭到一定的影响。 

    模拟退火算法是以马尔科夫链的遍历理论为根蒂根基的一种适用于年夜型组合化问题的随机搜索技术，算法的焦点在于模拟热力学中固体物资冷却和退火进程，采用Metropolis接受准则避免落进局部解，渐进地收敛于全局[1]。模拟退火算法的点是：可以较有用地避免堕入局部。错误谬误是：①为使每冷却步的状态散布平衡需花费很长的时间；②属于单点寻，对存在多个解的问题不具有遗传算法的势，需要进一步改良。有鉴于此，模拟退火法常与其他方式连系使用，以阐扬各自的势。 

    遗传算法是电网计划采用的一种新的化方式，它凭据越劣汰的原则进行搜索和化，可以斟酌多种方针函数和约束条件，出格适合于整数型变的化问题。遗传算法哄骗简单的编码技术和进化机制将计划问题抽象为纯数学问题，便于同时处置整数变和接连变，对于年夜型电网计划问题不需要分化处置，直接将网络的运行计较成效计进评价值，避免了由于分化或线性化酿成的误差。遗传算法的点是：①操作简单，经由过程交叉和变异等慢慢完成进化，终慢慢收敛到解完成进化，相对活络度分析、线性计划等数学方式更便于执行；②多点寻，不受搜索空间的限制性约束，不要求接连性、导数存在、单峰等假设，可以斟酌多种方针函数和约束条件，使其在解决电网计划这类多方针、多约束、非线性、夹杂整数化问题中获得普遍运用；③遗传算法在获得解的同时也能给出一些次解，这为计划人员凭据现实情况改变计划方案提供贵重信息，弥补了数学计划只能求得单解的不足；④适于解决组合化问题；⑤能以较年夜几率找到全局解。错误谬误是：①和算法收敛有关的控制参数，如种群规模、交叉率和变异率等还有待于进一步研究；②在参数拔取不妥时，有收敛到局部点的可能性；③计较速度慢。此外，斟酌到模拟退火算法可以有用避免堕入局部解这一特征，将模拟退火法和遗传算法连系的夹杂-模拟退火算法也取得了不错的效果。整体来说，遗传算法及其在电网计划的运用正处于蓬勃成长阶段，有着极好的运用前景。 

     电力系统的规模一般很年夜，有的网络具有上千个节点和线路，若是再斟酌多阶段及计划自己众多的身分，扩大计划成为一个规模庞大的化问题，单靠数学化技术是没法解决的，是以就需要家系统这样的方式。家系统法旨在充实哄骗计划家的经验，将其用适当计划暗示出来。它首先哄骗其它方式，如启发式方式或数学化方式来发生一批方案，以后哄骗家经验从中挑选并加以改良后获得终的计划方案。家系统方式的点是：凭据计划家的经验可以合理地简化模子，提高算法的效率，下降计较的复杂性。错误谬误是：①常识获取坚苦，开发周期长且不容易移植；②不容易建立有用的学习机制。近年来，国外已测验考试将家系统用于生产实践中，如瑞典Malmo地域已将家系统用于130 kV和50 kV输配电系统的成长计划。家系统法在电网计划中的运用还处于早期，还有待于进一步深进研究。 

    Tabu搜索法(简称TS法)是近年来泛起的用于求解组合化问题的一种高效的启发式搜索技术。其基本思想是经由过程记实（Tabu表）搜索历史，从中获得常识并哄骗其指导后续的搜索标的目的，以避开局部解。为避免落进局部，Tabu搜索法可以退到方针函数退化小的标的目的。该方式适合于解决纯整数计划问题，有用处置不成微的方针函数，这正与电网计划的特点相合适，是以该方式被引进到电网计划中。该方式的点是：①搜索效率高；②收敛速度快。错误谬误是：①Tabu搜索法是一种扩大邻域的单点寻方式，收敛遭到初始解的影响；②Tabu表的深度及期看水平影响搜索的效率和终成效；③Tabu搜索法机理还不甚清晰，从数学上没法证实其一定能到达解；④对于多阶段年夜规模的问题可能遭到列表年夜小的限制，难以到达全局解。 

    蚂蚁算法是由意年夜利科学家Dorigo研究总结出的一种新型的仿生启发式化寻算法。该算法模仿蚂蚁群寻食机理，机关一定数目的人工蚂蚁，每一个蚂蚁以路径上的荷尔蒙强度年夜小（依照一定的状态转移准则）选择前进路径，并在自己选择的行进路径上留下一定数目的荷尔蒙（进行荷尔蒙强度的局部更新）。当所有蚂蚁均完成一次搜索后，再对荷尔蒙强度进行一次全局更新。经由过程频频的迭代，终年夜多蚂蚁将沿着不异的线路（线路）完成搜索。今朝已有学者测验考试将其运用于电网计划中[2，3]。该方式的点是：①算法效率高、寻能力较强；②适合求解有约束问题。错误谬误是：还没有很好地将计划模子处置成适合于蚂蚁算法求解的模子，系统规模增年夜时，该方式将难以求得高的解。 

    2 数学化方式 

    数学化方式是对电网计划问题作数学描写，并处置成有约束的极值问题，然后哄骗化理论进行求解。数学化方式虽然理论上可以保证解的性，但凡是计较过年夜，现实运用中有许多坚苦。主要缘由是：，电网计划中要斟酌的身分很多，而且问题的阶数也很年夜，是以建立模子十分坚苦，即使建立了模子，也很难求解；第二，现实中的许多身分不能完全形式化，凡是需要对原问题的数学模子作简化处置，因而可能丢失解。和启发式化方式相比，数学化方式在理论上更为越，是以得以普遍研究和成长。数学化的主要方式有：线性计划、整数计划、多方针计划、夹杂整数计划和动态计划等方式。 

    1970年Kaltenbach J. C. 等人首先提出求解电网计划问题的线性计划法，1985年Villasana R等人作了改良。线性计划是理论和求解方式都很完善的数学方式。通常是了哄骗该方式，人们总是将原问题简化为线性问题。线性计划法的点是：①理论完善，方式成熟，计较简单；②易于用计较机进行求解，而且求解速度快。错误谬误是：①用接连变模拟离散的决议计划变，不能准确地描写输电网计划的整数性，获得的成效要末偏离解，要末不知足约束条件；②现实电力系统中的问题年夜多为非线性，经由过程简化往除非线性，会带来误差。一些学者将线性计划法与一些分化技术相连系，在缩小夹杂整数计划的计较规模上有了较好的改善。 

     1974年，Lee等人把输电网络计划表述为一系列的0-1整数计划问题，并哄骗0-1隐列举法进行求解。整数计划法的点是：①对解决小规模的问题效果较好；②采用0-1隐列举法，使得整数计划问题在0-1整数计划的根蒂根基上有了很年夜改良，并年夜年夜减小了整数计划的规模。错误谬误是：①当计划变个数增加时，会遇到“维数灾”问题；②当待选线较多时，计较时间较长。 

     模糊计划是具有模糊参数的一类不肯定性计划，它不仅触及到非线性计划的复杂算法，还用到模糊数学的理论和方式。模糊计划法采用周密的数学理论处置模糊性问题，较适合于求解分歧纲、相互冲突的多方针化和综合评判问题，后的方针凡是不是某一指标到达，而是年夜的综合满意度[4]。在模糊计划模子中，经由过程模糊化处置各类不肯定性数据，并经由过程模糊划定规矩来描写输进输出之间的关系，为模糊计划提供数据。模糊计划法之所以能用于电网计划的缘由在于计划中有许多不肯定性的身分存在。该方式的点是：①能够处置不具有随机性的不肯定性问题；②提供了对研究对象多种属性的选择方案；③能够处置计划进程中现象和因原诸方面的暗示模棱两可的问题；④算法简单易行，易于在计较机上实现。错误谬误是：①在线处置能力差；②需用其它模糊算子进行模糊化，当引进其它模糊算子时，势必又致使其模子酿成非线性，从而影响计较效率。模糊计划法是今朝电网计划中研究的充实的一种方式。 

     灰色理论是描写信息不全酿成的不肯定身分的工具。该理论初被运用于电网计划的负荷展望，后来用于变电站选址及计划方案的选择。经由过程情形分析和条理抽样将灰色负荷信息同电源信息进行白化处置，将灰色信息转化为肯定性，经由过程某种评价手段对它们进行协调，获得前景计划的整体解。该方式的点是可以连系人工经验，且计较简单。错误谬误是对灰色信息的处置不够缜密，而且灰色信息的白化处置缺少严酷的数学理论支持。 

     动态计划的主要思想是将一个问题转化为几个子问题分阶段斟酌。动态计划模子中，决议计划变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。对于方针函数，持久计划还必需斟酌资金的时间价值。今朝主要有分支定界法、夹杂整数计划法、分化协调法、临界可行结构匹配法等。动态计划法的点是：①能够避免接连变法经常遇到的搜索标的目的毛病，迭代不收敛，收敛到局部点等问题；②避免了活络度系数的缺陷。错误谬误是：①计较时间长；②对于年夜规模系统，变组合较多，易泛起维数灾、不容易计较等问题。 

     多方针计划法将电网计划的经济性和靠得住性有机地连系起来，使化方案的综合效益到达好，顺应了今朝电网计划部门的现实需要。同时，多方针电网计划以供给方的开发成本小和需求方缺电成本小为化方针，兼顾供需双方的利益，提高了计划方案的综合社会效益。另外，可以对计划方案的经济性和靠得住性进行灵活地评价和比力，并能准确地反映投进资金对靠得住性指标增幅之间简直定关系，从而使电网计划的成本计较更为准确，为从此在市场机制下合理地制定电价奠基了根蒂根基，顺应了电力市场成长的需要。该方式的点是：①在方针函数中可以综合斟酌经济性和靠得住性要求，将靠得住性指标转化成经济形式加进方针函数，求得综合成本低的网架方案；②在理论上验证了综合斟酌经济性和靠得住性的多方针电网计划方式的可行性，并提出了数学模子和求解方式。错误谬误是适用规模小，适用性差。  

    3 竣事语  

    电网计划是电力系统整体成长计划的重要组成部门，也是电网更新改造的依据。 

    掌握电网计划的研究方式及特点，科学地完成电网计划工作，提高供电、供电的平安和靠得住水平，合理有用地哄骗资金和节能降损，取得年夜的经济和社会效益，乃是各级决议计划者都十分关注的问题。合理地进行计划可以获得庞大的社会效益和经济效益。是以，对电网计划问题进行研究具有重年夜的现实意义。 

参考文献： 
[1] Deeb N. Simulated Annealing in Power Systems[2]. Man and Cybernetics, IEEE International Conference on System,1992,2:1086～1089. 
[3] 陈根军, 王磊, 唐国庆. 基于蚁群的输电网络扩大计划[J]. 电网技术,2001,25(6):21～24. 
[4] 王志刚, 杨丽徙, 陈根永. 基于蚁群算法的配电网网加化计划方式[J]. 电力系统及其自动化学报,2002,14(6):73～76. 
[5] 孙洪波. 电力网络计划[M]. 重庆:重庆年夜学出书社,1996.