浅析电网规划方法在电力系统中的重要性

浅析电网规划方法在电力系统中的重要性　甘乐李海龙　摘要：城市电网规划的新形势、新风险、新要求，提出了城市电网规划新模式，该模式能够改善城市电网规划的流程，系统地解决城市　电网规划巾出现的问题，对提高我国城市电网规划水平具有较大意义。本文从电网规划的特点出发，综述了电网规划的常规方法、人工　智能法和层次分析法，并对各种方法进行了比较分析，指出层次分析法能解决多准则、多目标问题，在电网规划中具有较好的应用前　景。　关键词：电网规划；人工智能法；层次分析法　目ＩＪ吾　２电网规划的常规方法　电网规划的常规方法可分为启发式和数学优化两大类，它　们的共同特点是以预测结果所确定的未来环境为基础，建立数　学模型，求出最佳规划方案。　电网能否稳定运行的关键在于网架结构，坚强的网架结构　来源于合理的电网规划。随着国内经济的飞速发展，城乡居民　生活水平不断提高，电力需求持续增加，地区电网也亟待做出　相应的改造和扩建。对于一个受环境、经济、发展潜力等综合因　素影响的特定区域，制定出一个良好的电网规划方案，关系到　该地区电网改造的投资成本、经济效益，对周边地区的影响及　该地区未来经济发展速度等。　２．１启发式方法　启发式方法是一种以直观分析为依据的算法，通常是基于　系统某一性能指标对可行路径上一些线路参数作灵敏度分析，　根据一定的原则，逐步迭代直到得到满足要求的方案为止。主　要由过负荷校验、灵敏度分析、方案形成三个部分组成。启发式　方法直观灵活，计算时间短，易于同规划人员的经验相结合。缺　点是难以选择既容易计算又能真正反映规划问题实质的性能　指标，它不是严格的优化方法，不能很好地考虑各阶段各架线　决策问的相互影响，并且当网络规模较大时指标对于一组方案　都差别不大，难以优化选择。　１电网规划的特点　电网规划是电力系统规划的重要组成部分，其任务是根据　规划期间的负荷增长及电源规划方案确定相应的最佳电网结　构，以满足经济、可靠地输送电力的要求。其研究的内容包括网　架规划、无功规划、稳定性分析及短路电流分析。电网规划可分　为输电网规划和配电网规划两类。另外，按规划期长短可分为　短期规划、远景规划和长期规划３种。短期规划研究主要用于　制定较短水平年如５年的网络扩展计划，确定详细的网络结构　方案；远景规划研究一般针对一个较长水平年如２０～３０年，它　通过对未来各种发展情形的分析，给出根据环境参数进行技术　选择的一般原则；长期规划研究介于两者之间，它用于电网ｌ０～　２０年发展规划方案的制定。　电网规划的基本原则是指在一定的技术可行性条件下，使　电网规划各阶段费用总和最小。在数学上它属于一个复杂的多　决策变量、多约束条件优化问题，而且具有整数性、非线性、多　目标性、动态性、不确定性等特点。合理地进行电网规划不仅可　以获得巨大的社会效益，也可以获得巨大的经济效益。因此，合　理的规划方法显得尤为重要。　２．２数学优化方法　数学优化方法是对电网规划作出数学描述，处理成有约束　的极值问题，然后用最优化理论进行求解。数学优化的主要方　法有：线性规划、多目标规划和动态规划等方法。虽然数学优化　方法理论上可以保证解的最优性，但由于电网规划中要考虑的　因素很多，问题的阶数也很大，建立模型十分困难，即使建立了　模型，也很难求解。而且，实际中的许多因素不能完全形式化，　通常需要对原问题的数学模型作简化处理，因而可能丢失最优　解。所以，尽管数学规划发展较快，但各种数学规划方法在解决　电网规划的实际问题时还存在困难。　３电网规划的人工智能方法　启发式方法和数学规划方法的共同特点是以预测结果所　程度等六个方面进行考评，实地考察后，符合标准的供应商能　确保产品质量时发放准入证。入网后各供应商在交易期内出现　二次供应质量问题则立即取消入网资格。在此基础上，竞价中　供应商的入网资格，使产品质量能够得到保证。　心接到由物资管理中一ｂ　Ｆ达的采购计划时，就按程序进行采购　信息网上发布，供应商可在全国各地进行异地报价，计算机自　动比价排队，最低价形成，采购确立。下一步工作转到实施配送　中心签合同，货到后，由竞价中心验收，再转入管理中　ｂ仓储。　这种理念基于招议标方式，使日常采购从小到大均纳入有序竞　价过程中，既实现了低成本采购，又确保质量合格。　４计算机网络竞价采购理念的优点　通过计算机竞价网络采购，甲乙双方不见面，避免了人为　采购过程有计算机按设定原则来完成，采购是在人一机一　人的环境下自动完成。避免了采购过程中的人为随意性，基本　能够避免人的干预，使不正当竞争得到有效控制。　能够实时进行网上招标方式采购。实现了物资采购的全天　候竞价。始终保持最低价采购，有效地降低了采购成本。　由于对供应商进行严格评价，实行准入制度，并且有严格　的淘汰制，使采购的物资具有较强的质量保证。生产厂家作为　电力企业采购物资的第一道质量把关人，同时又有完善的入库　验收，使产品质量较以往的采购更可靠，这样可以进一步提高　电力企业安全生产的水平，有助于提高设备可靠性，可以说这　措施具有潜在的质量效应。　一的随意性，改变了传统的采购力一式，实现了日常化的竞价采　购，规范了采购成本控制原则。由于采用网络准入制，严格控制　（作者单位：广东电网公司阳江供电局）　广东科技２０１１　９第１８期１３９　专版Ｉｊ电力建设　确定的未来环境为基础，建立数学模型，求出最佳规划方案。但　在电网规划中还需考虑各种不确定因素对规划结果的影响，也　仍然存在着维数灾难、局部最优、约束条件和目标函数不易处　理等问题。因此对电网规划中不确定性因素的多样性及对其不　同的处理方法，产生各种不同的智能规划方法。　得了不错的效果。　３．５粒子群算法　在解决规模优化问题中，粒子群算法比其他智能算法具有　更好的全局寻优能力，且参数少易于实现。粒子群算法操作简　单，不受搜索空间的限制性约束，使其在解决电网规划这种多　目标、多约束、非线性、混合整数优化问题巾得到广泛应用。在　电网规划中，多种约束条件的处理也是重点。将多目标粒子群　用于求解电网规划，有效避免了加权和权重的选择。　３．１禁忌搜索算法　禁忌搜索算法是一种高效的用于解决组合优化问题的启　发式搜索算法，其基本思想是通过记录搜索历史，从中获得知　识并利用其来指导后续的搜索方向以避开局部最优解。该方法　适合于解决纯整数规划问题，有效处理不可微的目标函数，这　正与电网规划的特点相符合，因此该方法被引入到电网规划　４层次分析法　中。该方法的优点是搜索效率高、收敛速度快；缺点是收敛受到　初始解的影响，禁忌表的深度及期望水平影响搜索的效率和最　终结果，搜索法机理还不甚清楚，从数学上无法证明其一定能　达到最优解，而且对于多阶段大规模的问题可能受到列表大小　的限制，难以达到全局最优解。　３．２蚁群算法　蚁群算法是由意大利科学家Ｄｏｒｉｇｏ研究总结出的一种求　解组合最优化问题的新型通用启发式方法。该算法仿照蚂蚁群　觅食机理，构造一定数量的人工蚂蚁，每个蚂蚁以路径上的荷　尔蒙浓度大小选择前进路径，并在自己选择的行进路径上留下　一定量的荷尔蒙。当所有蚂蚁均完成一次搜索后，再对荷尔蒙　浓度进行一次全局更新。通过反复的迭代，最终大多蚂蚁将沿　着相同的路线（最优路线）完成搜索。该方法的优点是算法效率　高、寻优能力较强，适合求解有约束问题；缺点是还没有很好地　将规划模型处理成适合于蚂蚁算法求解的模型，系统规模增大　时，难以求得高质量的解。　３．３模拟退火算法　模拟退火算法是以马尔科夫链的遍历理论为基础的一种　适用于大型组合优化问题的随机搜索技术，算法的核心在于模　拟热力学中固体物质冷却和退火过程，采用Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ接受准　则避免落入局部最优解，渐进地收敛于全局最优。已有学者尝　试将这种方法应用于电网规划中，但模拟退火为使每一冷却步　的状态分布平滑要花费时问，而且这种算法属于单点寻优，不　能像遗传算法那样获得多个优化解，若能将模拟退火算法和其　它优化方法结合在一起使用，更能发挥其优势。　３．４遗传算法　遗传算法是电网规划采用的一种智能优化方法，它根据优　胜劣汰的原则进行搜索和优化，可以考虑多种目标函数和约束　条件，特别适合于整数型变量的优化问题。遗传算法的操作简　单，通过交叉和变异完成进化，相对灵敏度分析线性规划等数　学方法更便于执行，对于大型电网规划问题不需要分解处理，　直接将网络的运行计算结果计入评价值，避免了由于分解或线　性化造成的误差。而且该方法为多点寻优，不受搜索空问的限　制性约束，不要求连续性、导数存在、单峰等假设，可以考虑多　种目标函数和约束条件，使其在解决电网规划这种多目标、多　约束、非线性、混合整数优化问题中受到重视。更重要的是，遗　传算法在获得最优解的同时也能给出一些次优解，这弥补了数　学优化只能求得单解的不足。这种多解的情况使工程技术人员　可以充分发挥主观能动性，利用实际工程经验在多解中进行分　析判断，再进行综合评定，得到符合实际情况的规划方案。遗传　算法目前存在的问题是其收敛的数学机理还未完全搞清楚，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　待研究，在参数选取不当时有收敛到局部最优点的可能性，且　计算速度还较慢。　考虑到模拟退火算法可以有效防止陷入局部最优解这一　特性，将模拟退火法和遗传算法结合的混合模拟退火算法也取　１４０广东科技２０１１　９第１８期　层次分析法是１９７７年由美国匹兹堡大学教授Ｔ・Ｌ・Ｓａａｔｙ　提出的一种定性与定量相结合的决策分析方法。它充分考虑了　定性因素的影响作用，结合专家的经验判断，将其融入到递阶　层次结构中，从而对问题进行综合分析评判，再运用简单易懂　的数学方法形成判断矩阵，经过计算后得出量化的结果。层次　分析法体现了人们决策思维的基本特征：分解、判断、综合，是　解决多准则、多目标决策问题的一种较为有效的方法。此方法　科学、可靠、简便，备受决策者的青睐。而电网规划过程中就存　在诸多决策问题如远期规划方案的综合决策、规划项目决策、　发电扩展规划、输电线路规划以及无功优化等。在２０世纪９Ｏ　年代层次分析法已经跻身电力行业，在一些决策方面发挥了较　好的作用。总体来说，层次分析法及其在电网规划的应用正处　于蓬勃发展阶段，有着极好的应用前景。但是，由于电力系统有　其自身的特殊性，要使层次分析法在电力系统中得以充分地发　挥作用，还需要对很多问题进行深入地研究和探讨。　５结语　电网规划是电力系统规划的重要组成部分，也是电网更新　改造的依据。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，电网规划方法尤为重要。经过多年来不懈地研究和　发展，智能优化算法发展十分迅速，在电网规划领域取得重大　的进展，计算速度快、突破维数灾难、避免局部最优是其发展的　方向。另外层次分析法以其能解决多准则、多目标决策问题的　特点跻身电力行业，在电网规划的决策方面发挥了较好的作　用。但是由于电网规划的复杂性和多样性，如何对电网准确描　述和处理仍然需要更深入地研究，以便使电网规划方法能够早　日为电网规划的实际工程发挥其应有的作用。　参考文献：　［１１赵云飞，陈金富，郭文利．层次分析法在电力行业决策问题中的应用　ｌＪＩ＿继电器，２００５，３３（３）：８３～８８．　［２］李杰超．电网规划方法探讨『Ｊ］．广西电业，２００９（３）：３９～４０．　［３］许磊，张兰．电网规划算法的研究综述『Ｊ１．大众科技，２００９（９）：１２３．　［４］赵云飞，陈金富＿层次分析法及其在电力系统中的应用叭电力系统自　动化设备，２００４，２４（９）：８５～８７．　（作者单位：甘乐，张家界电业局发展建设部；李海龙，张家界输变　电管理所）