浅谈配电网规划优化方法

浅谈配电网规划优化方法

【摘要】本文对采用的配电网优化规划的方法进行了总结，分别介绍了各种优化方法的优缺点及配电网规划研究中面对的新问题。

【关键词】配电网规划；优化方法；分析

配电网规划的数学规划方法包括确定性方法和不确定性方法。其中，确定性方法又包括线性规划法、非线性规划法、动态规划法、网流规划法，而不确定方法有模糊规划法、场景分析法、风险度估计法等。配电网规划的启发式方法包括传统启发式方法、启发式专家系统和现代启发式方法。

1.配电网数学规划优化方法

（1）线性规划法。在众多的数学规划方法中，线性规划法是研究最早，也是最为成熟的一种数学优化方法，它在配电网规划中的应用几乎涵盖了配电网规划早、中期的所有研究。线性规划法又分为运输模型、线性规划、整数规划、混合整数规划等。运输模型是最为简单的一种线性规划法。由于模型简单，其求解算法也最为有力。然而，运输模型的一个严重缺陷是运输费用必须严格表达为线性化费用，而用严格线性化费用模型来代替实际的非线性化费用模型是不准确的。运输模型另一个严重缺陷是它不满足电网运行的许多约束条件。不带整数变量的线性规划是传统的、狭义的线性规划法。它的模型虽然较运输模型复杂，但其求解算法也比较成熟。

无论是采用线性规划的运输模型还是不带整数受量的纯线性规划模型，都无法考虑到配电网规划的离散性，而整数规划则弥补了这方面的缺陷。在求解整数规划问题时，由于整数规划的离散特征，解的数目是有限的，并且随整数约束变量数目的增加而呈组合性的增加，因此，通过显式的方法枚举所有解的方案通常是不现实的。整数规划的常用方法是分文定界法，它是一种把隐式枚举和显式枚举有效结合起来的整数规划方法，它的有效性依赖于它的枚举逻辑的有效性。

（2）不确定性规划。目前，在配电网规划中考虑不确定性主要有三种方法。第一种方法是采用模糊数学理论。对配电网规划问题建立了相应的模糊线性规划模型，并相应发展了直流模糊潮流和交流模糊潮流。建立了以模糊供电总成本最小为优化目标，通过计算电网故障状态下的模糊电量不足期望值计算模糊缺电成本，最后利用遗传算法产生动态优化解。采用盲数模型在合理的考虑多种不确定信息基础上进行了电网规划，达到了理想效果。第二种方法是场景分析法。场景分析法并不直接对配电网规划中的不确定性因素进行建模，而是将未来规划年的环境预想为多种可能的确定性场景，然后在不同的场景下进行确定性的常规配电网规划，考虑对各种场景都具有较高适应性的配电网规划方案为最优的柔性方案；第三种方法是风险评估法。这种方法是通过对可能出现的不确定性情形进行评估和考虑，确定各个方案的风险率，然后进行确定性的电网规划，从而得到最优的柔性扩展方案。

2.配电网启发式规划优化方法

以上分析了数学规划方法在配电网规划中的应用，可以发现，非线性规划方法的局限性使得建立在非线性费用函数和非线性约束条件上的配电网规划模型往往得不到有效的解，而混合整数线性规划模型既弥补了运输模型和不带整数变量的纯线性规划模型过于简化的特点，又避免了非线性规划的“非鲁棒性”，因而成为求解配电网规划问题较理想的数学规划方法。但是，即使是这种最为理想的数学规划方法，当进行实际的配电网规划时，由于变量的数目和约束条件很多，也会变得非常因难，更不用说再在配电网规划中加入其他方面的考虑，如不确定性因素等。针对以上数学规划方法的不足，启发式算法的特点就更为突出，它综合考虑了规划效率和规划效果两个指标。在实践过程中，许多启发式方法，特别是现代启发式方法常常能给出令人满意的、高质量的解。启发式方法的优点是直观、灵活、计算速度快，便于规划人员在规划过程中参与具体的决策，通过规划人员过去的经验和常用的配电网规划启发式规则，并借助于数学规划方法，得出符合工程实际的规划方案。

（1）传统的启发式方法。传统的启发式方法通常基于系统某一性能指标对可行性路径上线路参数的灵敏度，根据一定的原则，逐步选代直到得到满足要求的方案为止。这种方法在配电网规划中的应用主要是结合“支路交换”技术进行的。所谓支路交换是指：对辐射状配电网，通过添加—条支路来形成一个环，然后断开另一条支路以恢复其辐射状网络结构。重复该过程，直到任意支路交换均不能使目标函数减小为止。

（2）专家式启发方法。启发式专家系统可以看作是传统启发式方法的发展，它与传统启发式方法的区别是在规划过程中引入了规划专家的经验，并便于规划人员参与到具体的规划决策中去。值得指出的是，专家系统不是用来代替规划人员的，而是利用存放在知识库中的知识和数据库中的基础数据，并通过推理机的推理，给规划人员提供相对较优的规划方案，而最终的规划方案的选择是由规划人员作出的。

（3）现代启发式方法。现代启发式方法是一种通用的优化算法。它的另外一个重要特点是所有这些方法均能实现并行计算。由于现代启发式方法在求解组合最优问题时表现出的卓越性能，在过去的20年中，它受到前所未有的关注。然而，现代启发式方法也有其不足之处，它在处理具体问题的约束条件时，虽然采用惩罚函数的方法把约束条件加到目标函数中去，但是在如何选择合适的惩罚函数方面，它往往缺少有效的手段。另外一个不容忽视的缺点是，当配电网节点比较多时，不可避免的会出现“维数灾”问题。

3.结论

综上所述，在配电网架优化规划的各种方法中，总的来讲可以分为数学规划和启发式算法两大类。但是，即使对于最理想的数学规划方法，由于配电网规划中变量的数目和约束条件很多，使用该类方法变得非常因难，更不用说再在配电

网规划中加入其他方面的考虑，如不确定性因素等。而启发式算法又分为传统启发式方法、专家式启发方法和现代启发式方法的算法。传统的启发式方法具有较高的计算效率，但是容易陷入局部最优解；专家式启发方法目前还不成熟，有待进一步研究。一方面，从表面上看，对于规划问题计算效率似乎并不重要，但是配电网规划中负荷点众多，若使用输电网规划方法或遗传算法等方法，不可避免地会遇到“维数灾”问题。更重要的是，实际上任何一种优化规划方法都是在规划工程师根据经验确定了设计思路和限制因素的情况下开展的，规划工程师需要根据所得结果不断调整设计思路和限制条件。因此电网规划实际上是一种人机交互式的设计过程，人的艺术性和经验性在其中起到了很大的作用，优化规划方法仅仅是针对设计师各种思路的辅助工具。因此要求优化规划算法具有较高的计算效率，以便能够对设计师众多的设计思路和调整方案产生较快的响应。另一方面，实践经验表明：对于配电网架规划问题，尽管存在大量局部最优解，但是大部分局部最优解与全局最优解的指标相差不大，作为工程近似最优解完全可行。

参考文献

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