新形势下分析优化输电网络规划方向

新形势下分析优化输电网络规划方向
摘要:随着社会、经济、科学技术的迅猛发展,以及日益加重的环境压力和各种新机制的引入,电网规划正面临着越来越多不确定性因素的影响,未来环境也变得越来越难以预测。

本文按电网规划的特点,将当前各种规划模型和求解方法进行全面的归类,介绍了各自的特点和适用范围,并在此基础上提出了今后优化输电网络规划的研究方向。

关键词:输电网络;规划模型;优化规划
1.引言
电力设施是国家的基础设施,是国家经济发展不可缺少的基础条件,先进的电网规划不仅可以收获巨大的经济效益,也可以收获巨大的社会效益。

如何寻求最佳的电网投资决策,以保证整个电力系统的长期最优发展。

根据电网发展及负荷增长情况,合理地确定今后若干年的电网结构,使其既安全可靠又经济合理。

在保证电力安全可靠地输送到负荷中心的前提下,使电网建设和运行的费用最小。

实践证明,电网规划的少量完善往往就可以获得巨大的经济效益。

早期的电网规划以方案比较为基础,这种方法是从几个设定的待选方案中通过技术和经济比较选择出最佳方案。

2 规划模型
2.1 可靠性模型
“需求侧管理”的兴起使人们的可靠性观念发生了变化。

用户在购买电力的同时也购买了电力的一个重要品质一定的供电可靠性。

由于供电可靠性问题给用户造成的经济损失必将成为今后制定电价时要考虑的重要因素。

因此,电网供电总成本不仅包括电网扩展建设的投资成本、运行成本,还应包括由于电网电力供给不足或中断造成的用户缺电损失,即需求侧的缺电成本。

包括我国在内的许多国家都在对传统的电力工业管理模式进行改革,对输电网的要求是开放输电通道,以保证各参与者公平竞争,在这种新的环境下,传统的电网规划方法已难以胜任,由于竞争机制的引入使规划者面临更多的不确定因素,特别是负荷的变化更加频繁,造成输电网络可靠性降低,面对电价的波动,用户有更多的选择和应对策略,理性的用户总是根据最大效益原则,适时调整负荷计划,如与供电方签订固定输电合同,从其他低价区域购电,调整负荷等,导致实际负荷的分布往往偏离预测值,从长远来看,这种负荷变化必然会影响电网的运行和收益。

影响电网的可靠性,因此规划者必须研究用户的负荷特性,考虑用户对电价的反应和对供电可靠性提出的要求。

2.2 动态规划模型
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,就不能在其它阶段再被选中。

对于目标函数,长期规划还必须考虑资金的时间价值。

相对于静态规划,动态规划模型的约束中需增加一项约束。

如何很好地在求解过程中满足这一约束条件,是动态规划模型求解的难点,也是其计算量大大增加的地方。

动态规划方案的优劣。

直接影响系统未来的再发展。

2.3 灵活规划模型
随着社会、经济、科学技术的迅猛发展,以及日益加重的环境压力和各种新机制的引入,电网规划正面临着越来越多不确定性因素的影响,未来环境也变得越来越难以预测。

传统的电网规划方法显然无法适应这些不确定性因素的挑战,其数学上严格的最优解对于未来的实际情况而言并非最优,甚至可能由于未来不确定性因素的影响而不得不进行大量的补偿投资,因而降低甚至失去了最优规划的意义。

按照规划结果对约束条件满足情况的不同,电网灵活规划模型可分为两类:严格约束模型和柔性约束模型。

2.3.1 严格约束模型
在这类模型中,要求规划结果必须严格地满足约束条件(约束条件有可能为不确定的)。

按照对不确定性信息处理方法的不同,又可以分为对不确定性信息直接建立准确数学模型和无法建立其准确数学模型两类。

相应地灵活规划模型也可以分为两类:
(1) 建立不确定性信息的准确数学模型
用一些数学方法对不确定信息处理,得到描述和处理不确定性信息的准确数学模型,再通过求解该模型,得到规划结果。

1)随机规划模型
随机规划模型采用统计参数描述和处理电网规划中已有的经验和规律,用概率方法处理未来随机环境中的各种参数,并通过随机潮流方法得到潮流指标,为随机规划提供数据。

2)模糊规划模型
模糊规划较适用于处理不同量纲、相互冲突的多目标优化和综合评判问题,最后的目标通常不是某一指标达到最优,而是最大的综合满意度。

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人输出之间的关系n ,再通过汁算模糊潮流得到潮流指标,为模糊规划提供数据。

模糊规划模型也是目前电网规划中研究的最充分的一种灵活规划模型。

3)灰色规划模型
灰色理论是描述信息不完全的不确定性因素的工具。

灰色规划模型将一些不确定性信息(如节点负荷信息、电源容量)进行灰色建模,然后通过信息的白化处理,将灰色信息转化为确定性信息。

目前在电力系统灵活规划中灰色方法已经得到了初步的应用,但是灰色方法由于对灰色信息的处理不够缜密,并且缺乏严格的数学理论支持,还有待改进和完善。

4)盲数规划模型
盲数理论是近年来新出现的研究不确定性信息的数学理论,可以处理同时具有随机性、灰性、未确知性和模糊性等两种及以上不确定性的信息。

通过盲数模型对不确定性信息进行建模,计算盲数潮流,求得在不同的线路盲数潮流过负荷概率值下的规划方案,然后通过成本效益分析,求得综合最优规划方案。

盲数理论能很好地处理具有多种性质的不确定性信息,值得大力研究。

(2)多场景规划模型
对无法用数学方法给出准确数学模型的不确定性信息,一般采用预估的方法进行处理,比较有效的方法是建立多场景规划模型。

首先对未来环境中的各种不确定性因素进行分析,得到它们一系列的可能取值。

再通过组合的方法将各种不确定性信息可能的取值分别组合为一个个未来可能的环境(场景)。

2.3.2 柔性约束模型
在前一类电网灵活规划模型中,约束条件是不可逾越的,规划方法是被动地适应约束条件。

在规划过程中。

往往会为了降低某一条线路较小的过负荷率.使整个规划的投资费用大大提高。

在电网规划中,由于实际问题的复杂性,为了对其进行合理的建模,可能会将前述一种或多种模型有机结合,以期能最精确地反映实际问题。

3 规划求解方法
针对各种规划模型,人们研究出了多种求解方法。

这些求解方法可以分为三大类:传统启发式方法,数学优化方法和现代启发式方法。

3.1 传统启发式法
传统启发式方法主要包括逐步扩展(加线)法和逐步倒退(减线)法,基本思想是建立决策变量和某种有效性指标之间的灵敏度关系,从待选线路中逐条选出当前最有效的线路,通常又可称为灵敏度方法。

该类算法原理简单,易于计算和实现,也无需考虑收敛问题。

但由于孤立地考虑一条线路的指标,没有计及线路之间的相互影响,没有从全局的角度确定架线方案,所以无法严格保证解的最优性。

一般只用来求解小规模电网。

3.2 数学优化法
数学优化方法用数学优化模型描述输电网络优化规划问题,理论上可以保证解的最优性。

但通常计算量很大,在实际应用中有一些困难:首先,要考虑的因素多,问题阶数大,因而难于建模,即使建立了优化模型,也不太容易求解;其次,实际中的许多因素不能完全形式化,即使通过简化获得形式化的优化模型,这样得到的所谓最优解与真正的最优解也可能存在一定的偏差。

常用的一些数学优化算法有以下几种:
3.2.1 线性解法
线性规划是理论和求解都很完善的数学方法。

在电网规划中,根据实际情况,通过一些简化措施,去除非线性,建立线性的电网规划模型。

线性规划法具有计算简单、求解速度快等优点。

3.2.2 分解解法
电网规划问题规模通常很大,不利于求解,可将其分解成多个相对简单的子问题,然后通过求解各个小的子问题求得最终的最优解。

目前在输电网络优化规划中用得最多的是Bender’S分解。

3.2.3 分支定界解法
分支定界算法是运筹学中求解整数规划的一个行之有效的算法。

由于电网规划中的决策变量(线路是否被选中)为0—1整数,通常的规划模型均为一个混合整数规划模型,适于用分支定界法来求解。

用分支定界法与Benders分解技术相结合求解了电网规划的运输模型。

当系统规模比较大时,分支定界法需要考虑的分支过多,计算量也会很大。

3.3 现代启发式算法
“现代启发式算法” 是模拟自然界中一些“优化”现象研究出的一类比较新的优化求解算法,适用于求解组合优化问题以及目标函数或某些约束条件不可微的非线性优化问题。

它比较接近于人类的思维方式,易于理解,用这类算法求解组合优化问题在得到最优解的同时也可以得到一些次优解,便于规划人员研究比较。

4 结论
电网规划是电力系统总体发展规划的重要组成部分,也是电网更新改造的依据。

掌握电网规划的特点,选择优化的输电网络规划方案,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,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。

参考资料:
[1]李纪平,输电网人优化规划决策方向的研究,[D],华北电力大学,2000年
[2]李晓骏,数字输电网络关键技术研究,[D],浙江大学,2003年
[3]陈璟华,输电系统可靠性研究,[D],广东工业大学,2001年。