電力網路規劃

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電力網路規劃(Power Network Planning)

　　電力網路規劃是在已知給定電源規劃和負荷預測的基礎上，根據現有的電網結構，合理選擇新建或擴建線路以滿足電力系統安全、可靠運行和經濟最優^[1]。

　　電力網路規劃是建立在電源規劃的基礎上進行的，但反過來它又對電源規劃的優化有一定的影響。在電力系統規劃中，採用各種優化技術，實現模型化並使用電腦來進行自動化規劃，已成為當前規劃技術的一個顯著特點^[2]。

　　電網規劃方法從目前應用上，主要劃分為常規規劃方法、優化規劃方法和啟髮式規劃方法。

　　1.常規規劃方法

　　常規規劃方法的特征是以方案比較為基礎，採用手工計算和經驗判斷為主的規劃方法。這種方法一般是從幾種給定的可行方案中經過技術經濟比較，選擇出推薦的方案。

　　常規規劃方法在應用過程中，主要是按照系統分析和系統計算兩個環節進行的，它們分別代表了規劃方案的形成和規劃方案的遴選兩個階段。

　　(1)系統分析。系統分析是形成待選方案的基礎，通常最初提出的方案質量，對於推薦方案的實施效果和實現規劃設計要求往往具有決定性的影響。因此，規劃人員必須充分研究和分析規劃網路的特征，條件及要求，以便提出具有較高參考價值的待選方案。

　　(2)系統計算。系統計算是對初選方案進行技術評估和經濟比較，技術評估主要包括對電網過載能力、供電可靠性水平、運行方式的變化等進行計算和論證；經濟比較則是用於方案的擇優選擇。

　　在配電網規劃設計中，使用常規規劃方法也可以利用點線平衡的關係進行電網框架的佈署和設計。如果將架空線路視為線，變電站及電廠視為點，若略去各種損失，則觀察電網的一點一線，其輸入的電力就等於輸出的電力。　　在已知規劃期內的負荷、電源和原有網路結構的有關數據基礎上，根據點線平衡的約束關係，便可以概略決定出未來電網新建線路走向，改造線路條數、變電站的容量及位置等,然後通過技術與經濟方面的評估即可以確定最終規劃方案。　　當然，只憑藉積累經驗提出若幹個可行方案進行比較而得出規劃設計的最終結果，已難以保證其決策的正確性和實施的可靠性，此亦常規規劃法的局限性所在。

　　2.優化規劃方法

　　優化規劃方法主要是運用運籌學中的規劃理論，將電網規劃的實際問題形成各種數學優化模型，並利用電腦求解的一種方法。從理論上講，該方法可以自動形成規劃問題的全部可能存在方案，並一定包含有最優方案。　　優化規劃方法的數學模型構成主要集中在兩個問題上，即目標函數的形成和約束條件的設置。

　　目標函數的形成主要體現在把電網規劃中的待選線路和原有線路在實現輸送電力過程中所形成的費用表達出來，並使其達到最小。可以講，各類模型的差異、計算難易及其精度，在很大程度上取決於對線路及變電站所形成的費用給予的不同數學描述。約束條件的設置，主要考慮對規劃設計中有關決策變數(待選線路)建設條件的規定、狀態變數(如線路功率、節點電壓)上下限的界定以及各變數應滿足的制約關係等。 　　在電網規劃中，約束條件主要表現的內容有節點功率平衡約束、線路輸送容量限制、電壓損耗數值規定等。顯然，約束條件的設置內容及其要求，同樣對規劃模型的精度和求解帶來直接的影響。 　　一般說來，應用優化規劃方法有兩點值得註意：一是維數組合問題；二是非線性處理問題。　 　

　　由於電網中任何兩個節點之間均可以擬定架設一條新線路，這對於規模較大的網路，如果自動形成全部架線方案，將造成規劃變數維數較高(屬於大規模數學組合)而難以求解的問題。另外,依據電力系統知識，線路的電能損耗是與其傳輸的功率平方成正比，屬於非線性關係。如果將這部分的費用直接在模型中表示出來，則變成非線性規劃問題，這同樣給求解計算帶來了困難。

　　因此,為提高優化規劃方法的實效性，在電網規劃設計中常常通過參與規劃人員的決策分析或者改變求解方法來實現化簡模型並解決計算困難的問題，而由此所形成的一些手段或方法則稱為啟髮式規劃方法。當然，使用啟髮式規劃方法雖然無法保證網架規劃方案的最優性，但在很多場合下其規劃結果可以滿足工程實際要求。 　

　　優化模型的類型主要包括有：線性規劃模型、運輸模型、混合整數模型等，它們大都適用於制定規划水平年的電網規劃方案，且均屬於線性模型，而對模型的求解方法則是採用規劃理論中的單純形法或分枝定界法。這些模型在結構上的主要差異表現為對線路所形成的費用給予了不同的描述，例如，把原有線路和待選線路的費用分別表示、將待選線路的費用分成固定費用與變動費用表示等等。此外，還有非線性規劃模型，但求解要考慮收斂問題；動態規劃模型，用於解決多階段的電網優化問題。

　　3.啟髮式規劃方法

　　從理論上劃分，它屬於優化規劃方法的簡化形式，目前在規划水平年輸電網規劃設計中得到了廣泛應用，同時對配電網規劃也有一定的借鑒意義。啟髮式規劃方法在應用上分為以下兩類。

　　(1)傳統啟髮式方法。主要包括：逐步擴展(加線)法和逐步倒推(減線)法。傳統啟髮式方法基本特點是，建立決策變數(待選線路)與某種有效性指標之間的靈敏度關係，然後從待選線路中逐條選出當前最有效的線路加入網路，故又稱為靈敏度分析法。

　　(2)現代啟髮式方法

　　現代啟髮式方法的主要特點是，模擬自然界中的一些優化現象而形成的優化求解演算法，例如，對生物繁殖機制進化過程的描述—遺傳演算法；仿生覓食機理—蟻群演算法；模擬熱力學中液體的凍結與結晶的冷卻和退化理論—模擬退火演算法等。