摘要：城市是電力系統(tǒng)的主要負荷中心，城市電網(wǎng)運作是否良好取決于城市電網(wǎng)的規(guī)劃與建設是否科學，是否經(jīng)濟合理，對于固定資產(chǎn)額巨大的供電企業(yè)而言，城網(wǎng)規(guī)劃工作在供電企業(yè)的生存與發(fā)展中始終起著決定性的作用。本文介紹啟發(fā)式規(guī)劃法、數(shù)學式規(guī)劃法兩種方法，滿足并適度超前供電區(qū)域內的經(jīng)濟發(fā)展用電需求。

關鍵詞：電網(wǎng);規(guī)劃;啟發(fā)式;數(shù)學式

Abstract: the city is the main center of power system load, the city grid operation is good or not depends on the city grid planning and construction is scientific, reasonable economy or not, for fixed assets under huge power supply enterprise is concerned, the city network planning of power supply enterprises in work in the survival and development of always play a decisive role. This paper introduces the heuristic programming, mathematics type planning two methods, meet and appropriate leading power supply area economic development electricity demand.

Keywords: grid; Planning; Heuristic; Mathematics type

1電網(wǎng)規(guī)劃的概念

電網(wǎng)規(guī)劃就是指電力企業(yè)為了順應社會及經(jīng)濟的發(fā)展，努力提高為用戶服務的質量，保證電力供應的安全性和連續(xù)性而進行的電力系統(tǒng)供應規(guī)劃。其目標是滿足并適度超前供電區(qū)域內的經(jīng)濟發(fā)展用電需求。保障電網(wǎng)的順利運行，實現(xiàn)電力企業(yè)快速、 穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展�？茖W、長遠的電網(wǎng)規(guī)劃，其對地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展影響重大，而且也關系到電力企業(yè)本身的可持續(xù)發(fā)展。電網(wǎng)規(guī)劃是電力供應可靠性、經(jīng)濟性的保障。

2電網(wǎng)規(guī)劃的重要性

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對電力的依靠程度越來越高，實現(xiàn)電力運營的安全可靠及經(jīng)濟合理，是電力企業(yè)面臨的永恒課題，而且是企業(yè)發(fā)展的重要前提和保障。因此，保證電網(wǎng)的正常運行、保證電力供應的連續(xù)性和安全I生，保證線路損耗最低，運營成本最低，是電網(wǎng)規(guī)劃中不容忽視的問題。電力工業(yè)的發(fā)展比任何一個行業(yè)的發(fā)展都重要， 因為電力行業(yè)是其它行業(yè)發(fā)展的基礎，是經(jīng)濟發(fā)展的能源保證。

3電網(wǎng)規(guī)劃的內容和特點

電網(wǎng)規(guī)劃的內容涉及網(wǎng)絡正常運行，也就是在設備完好的前提下，應保證電力供應的正常進行;保證電力供應的安全性，也就是要在進行一些設備故障、檢修的情況下，保證供電的可靠性。電網(wǎng)規(guī)劃包括短期電網(wǎng)規(guī)劃、中長期電網(wǎng)規(guī)劃、遠景電網(wǎng)規(guī)劃三種規(guī)劃形式。

電網(wǎng)的規(guī)劃和建設具有以下特點：

(a)多目標性。一個規(guī)劃合理的電網(wǎng)，首先應該滿足技術上的先進性，進而達到可靠性和靈活性，同時還要實現(xiàn)經(jīng)濟效益上的增加，以及為社會帶來的公共效益，還要保證環(huán)保，這是一個大系統(tǒng)、多目標的規(guī)劃。

(b)不確定性。電網(wǎng)規(guī)劃一般是以未來一個時期作為規(guī)劃目標的。對網(wǎng)內電源及負荷的發(fā)展水平為固化內容。但是由于電力企業(yè)的國家管理的性質，直接受國家政策的影響，受經(jīng)濟發(fā)展的制約，人口增加及環(huán)境影響，發(fā)展的不可預見性極大，經(jīng)濟的

發(fā)展，社會的進步，用戶對用電質量要求也是越來越高，都是電網(wǎng)規(guī)劃部門應該給予考慮的問題。

(c)特別是城網(wǎng)由于是政治、經(jīng)濟、人口的相對集中，其電網(wǎng)設計標準較高，在安全與經(jīng)濟合理平衡下，電網(wǎng)運行的可靠性以及安全性要求都非常高。

(d)電網(wǎng)的運行悠長和復雜導致接線的復雜，技術要求高。運行中要保證調度上的靈活性、供電連續(xù)性及經(jīng)濟性的特點。

(e)各地都在逐步引進計算機輔助管理，見于電網(wǎng)管理要求的提高，電網(wǎng)的自動化較為完善。

(f)城網(wǎng)的復雜化對配電設施要求較高。對線路、變電所的要求都較高，其占地面積小、容量大、安全可靠、維護量小及滿足城市景觀要求等多方面，都是城網(wǎng)規(guī)劃要考慮的問題。見于城市的市容市貌要求，特別在城市中心區(qū)使用電力電纜線路，要保持城市上空的潔凈及配電變壓器的數(shù)量。

4電網(wǎng)規(guī)劃的方法

以往電力規(guī)劃人員對電網(wǎng)的規(guī)劃都是依靠經(jīng)驗，然后再經(jīng)過定性分析作出未來一定時期的用電預測，再根據(jù)這個預測的負荷值結合本地情況以及電源情況，設計幾種規(guī)劃方案，最后遴選出一種最佳方案。

4.1啟發(fā)式規(guī)劃法

啟發(fā)式優(yōu)化方法是一種以直觀分析為依據(jù)的算法，通常是基于系統(tǒng)某一性能指標對可行路徑上的一些參數(shù)作靈敏度分析，并根據(jù)一定的原則選擇要架設的線路。啟發(fā)式方法又分為逐步擴展法和逐步倒推法。逐步擴展法是根據(jù)靈敏度分析的結果，以最有效的線路加入系統(tǒng)逐步擴展網(wǎng)絡。逐步倒推法是將所有待選線路全部加入系統(tǒng)，構成一個冗余的虛擬網(wǎng)絡，然后根據(jù)靈敏度分析，逐步去掉有效性低的線路。啟發(fā)式方法的優(yōu)點是：a.簡單、直觀、靈活、計算量小、計算時間短;b.易于同規(guī)劃人員的經(jīng)驗相結合;c.應用方便，相對數(shù)學方法能夠較為準確地數(shù)學模擬電力行為。缺點是：a.無法嚴格保證解的最優(yōu)性;b.不能很好地考慮各階段各架線決策間的相互影響。因此，啟發(fā)式方法不能保證得出的規(guī)劃方案最優(yōu)，特別是當規(guī)劃期較長、待選線數(shù)量較多時，所得結果可能與真正的最優(yōu)方案有很大偏差。

靈敏度方法是最早使用的啟發(fā)式方法，基本思想是以某種有效性指標與決策變量的靈敏度關系作為啟發(fā)式的準則，從待選線路中選出當前最有效的線路作為選中的架線。根據(jù)定義的有效性指標的不同，該方法可分為兩類：一類是基于支路性能指標，根據(jù)系統(tǒng)運行時線路功率傳輸情況來完成線路的選擇;另一類是基于系統(tǒng)性能指標，根據(jù)線路對整個系統(tǒng)的運行性能指標的影響程度來完成線路的篩選。該方法的優(yōu)點是：a.原理簡單，實現(xiàn)方便;b.易于同規(guī)劃人員的經(jīng)驗相結合;c.不需要考慮收斂問題，簡單易行。缺點是：a.只計算一條線路的指標，沒有計及線路之間的相互影響;b.從全局的角度確定架線方案，無法得到全局最優(yōu);c.需要大量的靈敏度計算，d.需要對模型進行線性化，精度將受到一定的影響。

模擬退火算法是以馬爾科夫鏈的遍歷理論為基礎的一種適用于大型組合優(yōu)化問題的隨機搜索技術，算法的核心在于模擬熱力學中固體物質冷卻和退火過程，采用Metropolis接受準則避免落入局部最優(yōu)解，漸進地收斂于全局最優(yōu)。

遺傳算法是電網(wǎng)規(guī)劃采用的一種新的優(yōu)化方法，它根據(jù)優(yōu)勝劣汰的原則進行搜索和優(yōu)化，可以考慮多種目標函數(shù)和約束條件，特別適合于整數(shù)型變量的優(yōu)化問題。遺傳算法利用簡單的編碼技術和進化機制將規(guī)劃問題抽象為純數(shù)學問題，便于同時處理整數(shù)變量和連續(xù)變量，對于大型電網(wǎng)規(guī)劃問題不需要分解處理，直接將網(wǎng)絡的運行計算結果計入評價值，避免了由于分解或線性化造成的誤差。此外，考慮到模擬退火算法可以有效防止陷入局部最優(yōu)解這一特性，將模擬退火法和遺傳算法結合的混合-模擬退火算法也取得了不錯的效果�？傮w來說，遺傳算法及其在電網(wǎng)規(guī)劃的應用正處于蓬勃發(fā)展階段，有著極好的應用前景。

4.2數(shù)學式規(guī)劃法

數(shù)學優(yōu)化方法顯然是利用計算的方法，對電網(wǎng)規(guī)劃方案及策略進行數(shù)學描述，然后再把這種數(shù)學方式轉變成有約束的極值問題，通過采用最優(yōu)化理論進行最后的求解。這種方法的最大優(yōu)點是求得的解可以保證最優(yōu)，但是不利的方面是計算量過大，給規(guī)劃人員帶來巨大的勞動量，實際應用中有許多困難。主要原因是：第一，電網(wǎng)規(guī)劃中要考慮的因素很多，而且問題的階數(shù)也很大，因此建立模型十分困難，即使建立了模型，也很難求解;第二，實際中的許多因素不能完全形式化，通常需要對原問題的數(shù)學模型作簡化處理，因而可能丟失最優(yōu)解。和啟發(fā)式優(yōu)化方法相比，數(shù)學優(yōu)化方法在理論上更為優(yōu)越，因此得以廣泛研究和發(fā)展。數(shù)學優(yōu)化的主要方法有：線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、多目標規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃等方法。

模糊規(guī)劃是具有模糊參數(shù)的一類不確定性規(guī)劃，它不僅涉及到非線性規(guī)劃的復雜算法，還用到模糊數(shù)學的理論和方法。在模糊規(guī)劃模型中，通過模糊化處理各種不確定性數(shù)據(jù)，并通過模糊規(guī)則來描述輸入輸出之間的關系，為模糊規(guī)劃提供數(shù)據(jù)。模糊規(guī)劃法之所以能用于電網(wǎng)規(guī)劃的原因在于規(guī)劃中有許多不確定性的因素存在。該方法的優(yōu)點是：a.能夠處理不具有隨機性的不確定性問題;b.提供了對研究對象多種屬性的選擇方案;c.能夠處理規(guī)劃過程中現(xiàn)象和因原諸方面的表示模棱兩可的問題;d.算法簡單易行，易于在計算機上實現(xiàn)。缺點是：a.在線處理能力差;b.需用其它模糊算子進行模糊優(yōu)化，當引入其它模糊算子時，勢必又導致其模型變成非線性，從而影響計算效率。模糊規(guī)劃法是目前電網(wǎng)規(guī)劃中研究的最充分的一種方法。

動態(tài)規(guī)劃的主要思想是將一個問題轉化為幾個子問題分階段考慮。動態(tài)規(guī)劃模型中，決策變量在各階段的取值相互制約，當線路在某一階段被選中后，就不能在其它階段中被選中。對于目標函數(shù)，長期規(guī)劃還必須考慮資金的時間價值。目前主要有分支定界法、混合整數(shù)規(guī)劃法、分解協(xié)調法、臨界可行結構匹配法等。動態(tài)規(guī)劃法的優(yōu)點是：a.能夠避免連續(xù)變量法常常遇到的搜索方向錯誤，迭代不收斂，收斂到局部最優(yōu)點等問題;b.避免了靈敏度系數(shù)的缺陷。缺點是：a.計算時間長;b.對于大規(guī)模系統(tǒng)，變量組合較多，易出現(xiàn)維數(shù)災、不易計算等問題。

多目標規(guī)劃法將電網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)濟性和可靠性有機地結合起來，使優(yōu)化方案的綜合效益達到最佳，適應了目前電網(wǎng)規(guī)劃部門的實際需要。同時，多目標電網(wǎng)規(guī)劃以供應方的開發(fā)成本最小和需求方缺電成本最小為優(yōu)化目標，兼顧供需雙方的利益，提高了規(guī)劃方案的綜合社會效益。該方法的優(yōu)點是：a.在目標函數(shù)中可以綜合考慮經(jīng)濟性和可靠性要求，將可靠性指標轉化成經(jīng)濟形式加入目標函數(shù)，求得綜合成本最低的網(wǎng)架方案;b.在理論上驗證了綜合考慮經(jīng)濟性和可靠性的多目標電網(wǎng)規(guī)劃方法的可行性，并提出了數(shù)學模型和求解方法。缺點是適用規(guī)模小，適用性差。

結論：掌握電網(wǎng)規(guī)劃的研究方法及特點，科學地完成電網(wǎng)規(guī)劃工作，提高供電質量、供電的安全和可靠水平，合理有效地利用資金和節(jié)能降損，取得最大的經(jīng)濟和社會效益，乃是各級決策者都十分關注的問題。合理地進行規(guī)劃可以獲得巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。因此，對電網(wǎng)規(guī)劃問題進行研究具有重大的現(xiàn)實意義。

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