論多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃的分層最優(yōu)化方法

羅麗萍

摘要：針對(duì)當(dāng)前電力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃呈現(xiàn)出大規(guī)模、多目標(biāo)和多階段的新特點(diǎn)，產(chǎn)生了一種新的分層方法，并且這種方法也得到了實(shí)踐運(yùn)用，取得了較好的效果。為了建設(shè)更加完善的電力網(wǎng)絡(luò)，對(duì)分層方法的研究是必不可少的，它的優(yōu)化將有助于建立一個(gè)更加完備的國(guó)際一流電網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)建設(shè)；電網(wǎng)規(guī)劃；分層最優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）14-0110-02

傳統(tǒng)確定電網(wǎng)規(guī)劃電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架的方式是將采用的電源接人、負(fù)荷供給作為目標(biāo)導(dǎo)向，之后再根據(jù)實(shí)際的情況和一些特殊的要求對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行部分的改動(dòng)的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃方式，這種方式雖然減少了規(guī)劃過(guò)程中的許多難點(diǎn)，但是卻使電網(wǎng)不具備完整的工作能力，也極大地提高了電力的消耗，不能使電網(wǎng)的建設(shè)滿足合理、有效、低成本的原則?，F(xiàn)在，為了建設(shè)國(guó)際上具有一流水準(zhǔn)的電力網(wǎng)絡(luò)，就為電力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)增加了更多的任務(wù)。所以為了達(dá)到這些要求，就要對(duì)電網(wǎng)的規(guī)劃進(jìn)行分層處理，找到最有效、最經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃方法。

1 電網(wǎng)規(guī)劃

1.1 規(guī)劃目標(biāo)

電網(wǎng)規(guī)劃主要就是為了滿足用戶的需求和電力系統(tǒng)的安全，而其中包括的內(nèi)容有：電源接人及負(fù)荷供給方案最優(yōu)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平最大、電網(wǎng)損耗最小、供電可靠性及電能質(zhì)量最優(yōu)、電網(wǎng)投資最省等，而將其概括起來(lái)就是滿足安全和經(jīng)濟(jì)。

1.2 規(guī)劃方法

1.2.1 傳統(tǒng)的逐步倒推法和逐步擴(kuò)展法：這種規(guī)劃方法主要是滿足經(jīng)濟(jì)性，將規(guī)劃的成本放在第一位，而電網(wǎng)的可靠性和實(shí)用性則在后期才進(jìn)行校驗(yàn)。這種規(guī)劃的方法雖然使用得較多，但是卻無(wú)法同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性和可靠性，所以不是一種最優(yōu)的規(guī)劃方式。要想使電網(wǎng)的規(guī)劃最優(yōu)化，就要在電網(wǎng)的設(shè)計(jì)上同時(shí)滿足可靠性和經(jīng)濟(jì)性，也只有這樣才能基本上滿足未來(lái)發(fā)展的需求，也對(duì)電力企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有提升作用。

1.2.2 滿足可靠性的規(guī)劃方法：這類方法主要是以電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性為目標(biāo)，結(jié)合一定的規(guī)劃技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)合電力傳輸過(guò)程的能量大小以及電網(wǎng)的傳輸能力、負(fù)荷的消減來(lái)進(jìn)行規(guī)劃，它借用啟發(fā)式，制定負(fù)荷可靠性原則的規(guī)劃方案。有一部分結(jié)合了一定的經(jīng)濟(jì)性，比如北美電力系統(tǒng)，這些較為綜合的規(guī)劃方式在一定的程度上滿足了電力輸送的需求，但是卻無(wú)法進(jìn)行廣泛的試用，主要是因?yàn)樗€存在一些不足的地方，無(wú)法適用于全部的電網(wǎng)；而還有一些則是完全以可靠性為目的來(lái)進(jìn)行規(guī)劃的優(yōu)化設(shè)計(jì)的，最后才對(duì)需要的設(shè)備、技術(shù)進(jìn)行考慮。這種規(guī)劃的方法體現(xiàn)了資金和可靠性的關(guān)系，但是它卻不具備實(shí)用性，無(wú)法使用到所有的電網(wǎng)當(dāng)中，只適合對(duì)局部的進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

1.2.3 規(guī)劃以滿足可靠性為主：這種規(guī)劃的方式將可靠性加入到約束條件當(dāng)中，通過(guò)它對(duì)整個(gè)規(guī)劃或者部分規(guī)劃進(jìn)行約束，其中N-1就是一種經(jīng)常用來(lái)作為約束條件的具體規(guī)則。如果要對(duì)規(guī)劃進(jìn)行更加嚴(yán)格的限制，就要使用到N-2規(guī)則，有時(shí)甚至?xí)褂玫礁泳哂屑s束力的N-K規(guī)則。但是，這種規(guī)劃的方式無(wú)法將可靠性與經(jīng)濟(jì)性合理的結(jié)合，使規(guī)劃方案偏向其中一個(gè)約束條件，導(dǎo)致最終的規(guī)劃無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，而且規(guī)劃方案也不滿足綜合效益最好條件。

1.2.4 在制定規(guī)劃方案時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)：綜合考慮規(guī)劃方案的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)，通過(guò)一定的函數(shù)計(jì)算，制定最優(yōu)的規(guī)劃方案。比如部分規(guī)劃實(shí)例就考慮了可靠性指標(biāo)中的缺電損失費(fèi)用，還有的則考慮線路投資、缺電損失和環(huán)境因素，通過(guò)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算，找到這三個(gè)條件的折中方案。以上這些方案的制定，均通過(guò)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可靠性的多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃方法的可行性，使用數(shù)學(xué)模型和解算方法，來(lái)對(duì)最優(yōu)的方案進(jìn)行制定。但是，這些方案仍存在適用范圍小、實(shí)用性較差的缺點(diǎn)。我國(guó)在最近的幾十年來(lái)，為了滿足人們的生產(chǎn)生活要求，在電力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方面，取得了較大的進(jìn)展。但是，在此方面，還存在一些急需改進(jìn)的地方：（1）我國(guó)在技術(shù)方面已經(jīng)具有較大的進(jìn)步，但是卻仍需建立一個(gè)完整的多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃的模型（數(shù)學(xué)模型）；（2）規(guī)劃方案在可靠性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系處理上沒(méi)有進(jìn)行合理的安排，導(dǎo)致它們的關(guān)系存在問(wèn)題；（3）當(dāng)大規(guī)模、多階段等電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的問(wèn)題在使用傳統(tǒng)方式對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)很容易產(chǎn)生維數(shù)災(zāi)難、局部最優(yōu)、約束條件和目標(biāo)函數(shù)不易處理這些問(wèn)題，我國(guó)在這類問(wèn)題的處理上暫時(shí)沒(méi)有較好的解決辦法，而這些問(wèn)題剛好是多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)部分，一旦這些部分出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的規(guī)劃。

2 分層最優(yōu)化的模型

目前，相對(duì)較為適合現(xiàn)今電力需求環(huán)境的電網(wǎng)分層最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是上文中的第四種，這種方法就要涉及到數(shù)學(xué)函數(shù)模型的建立和計(jì)算。

分層最優(yōu)化方法的基本思路是目標(biāo)函數(shù)的極小化。首先，在函數(shù)的第一優(yōu)先層上使其目標(biāo)函數(shù)取極小值；然后，在第一優(yōu)先層得到的最優(yōu)解的基礎(chǔ)上讓第二優(yōu)先層的目標(biāo)函數(shù)也取極小值，遵循這樣的規(guī)則，計(jì)算到最后一層。假如在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，在其中一個(gè)優(yōu)先層出現(xiàn)了最唯一的優(yōu)解，那么在其后面的所有優(yōu)先層的目標(biāo)函數(shù)都不起作用。因此，要想避免出現(xiàn)這樣的問(wèn)題，就應(yīng)該在每一優(yōu)先層進(jìn)行計(jì)算時(shí)，適當(dāng)?shù)姆艑捰?jì)算的結(jié)果，間接的就將下一次的可行域進(jìn)行了放寬處理。

3 實(shí)例分析

本例分是一個(gè)分四個(gè)拓展階段（每個(gè)階段時(shí)間是1年）的規(guī)劃問(wèn)題。到規(guī)劃的最后年限，這個(gè)系統(tǒng)總共分為19個(gè)節(jié)點(diǎn)，32條備選的支路。其線路如下圖1所示。

利用混合遺傳-模擬退火算法將19個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)劃方案計(jì)算出來(lái)，線路故障產(chǎn)生的問(wèn)題按照N-2進(jìn)行考慮。因?yàn)槿鄙俨糠值膶?shí)際數(shù)據(jù)，所以就不對(duì)損耗進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，可以運(yùn)用上述的分層最優(yōu)化方法，這樣得到的結(jié)果就趨于最優(yōu)化。

結(jié)合實(shí)際的需要，就可以表1中選出可行的規(guī)劃方案。

4 結(jié)語(yǔ)

電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展決定著整個(gè)國(guó)家的未來(lái)，是一個(gè)至關(guān)重要的部分，加強(qiáng)在這方面的研究，將推動(dòng)國(guó)家的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：趙秀娟）