【摘要】:本文首先對城市電網(wǎng)規(guī)劃的目的、內(nèi)容和意義及其特點、困難性和所面臨的新形勢作了簡要的分析和介紹。然后討論了城市電網(wǎng)規(guī)劃的認知性質(zhì),并介紹了各種新技術(shù)在規(guī)劃工作中的應(yīng)用。最后對未來的規(guī)劃工作進行了展望。
　　【關(guān)鍵詞】:城市電網(wǎng);規(guī)劃;復(fù)雜性;新技術(shù)
　　0前言
　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,全社會對電力需求不斷的增長。電力工業(yè)已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”產(chǎn)業(yè)。許多地區(qū)電網(wǎng)薄弱,影響了電能的合理分配,加劇了電力緊張的局面。城市配電網(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)的重要組成部分,是電力系統(tǒng)的主要負荷中心,同時又是城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。對城市電網(wǎng)進行科學的規(guī)劃,以保證電網(wǎng)改造的合理性和電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性,保證供電質(zhì)量,是當前供電部門的一項重要任務(wù)。
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃工作是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它不僅需要占有大量有關(guān)城網(wǎng)發(fā)展的歷史數(shù)據(jù),還需對現(xiàn)狀網(wǎng)進行深入的分析,同時,也要對城市的未來發(fā)展情況有比較全面的了解。完全依靠規(guī)劃工作者的經(jīng)驗規(guī)劃未來的電力系統(tǒng),已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。以計算機作為工具,采用新技術(shù)、新方法對城市電網(wǎng)進行優(yōu)化規(guī)劃已在電力系統(tǒng)界達成了共識。
　　1城市電網(wǎng)規(guī)劃工作簡介
　　1.1規(guī)劃工作的目的、內(nèi)容和意義
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃就是采用科學的方法確定規(guī)劃區(qū)何時何地新建或改建何種電力設(shè)施,使得未來的電網(wǎng)能夠滿足:(1)負荷的發(fā)展和各種電網(wǎng)技術(shù)要求,安全可靠地為電力用戶提供客戶所需質(zhì)量的電能;(2)能夠滿足城市規(guī)劃的要求;(3)能夠滿足環(huán)保、美觀等其他公眾要求。在滿足以上約束的基礎(chǔ)上為電力企業(yè)追求最大的經(jīng)濟效益和社會效益。
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃工作涉及的主要內(nèi)容有:(1)規(guī)劃區(qū)內(nèi)電量、負荷、負荷分布和負荷曲線預(yù)測;(2)分區(qū)分片確定規(guī)劃區(qū)內(nèi)目標年及中間年的配電所或配電變壓器位置、容量及供電范圍;(3)確定規(guī)劃區(qū)高壓變、配電所目標年及中間年的站址及容量,計算各變電站的供電范圍;(4)進行現(xiàn)狀年中壓配電網(wǎng)的分析,規(guī)劃目標年及中間年的中壓配電網(wǎng):(5)進行現(xiàn)狀年高壓供(配)電網(wǎng)的分析,規(guī)劃目標年及中間年的高壓供(配)電網(wǎng);(6)完成目標年及中間年的無功電源優(yōu)化規(guī)劃;(7)其他方面問題的規(guī)劃。
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的意義是:(1)通過對配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化規(guī)劃,可以降低系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗,改進未來電網(wǎng)的運行效益;(2)科學合理地確定變電站的容量、位置及供電范圍,有利于系統(tǒng)的運行管理,減少系統(tǒng)跨區(qū)域交叉供電,有助于提高系統(tǒng)管理和運行效率;(3)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化規(guī)劃,可以大大提高系統(tǒng)的供電可靠性;(4)配電系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃是提高系統(tǒng)投資效益的最有效途徑;(5)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性直接影響配電自動化設(shè)施的投資效益,配電系統(tǒng)規(guī)劃是配電自動化實施的基礎(chǔ)。
　　1.2規(guī)劃工作的特點及其困難性
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃問題是一個十分復(fù)雜的問題,由于其本身的特點在求解中存在以下幾方面困難:第一,多目標性。一個電網(wǎng)規(guī)劃不僅要求投資省,還要求可靠性高、設(shè)施占地面積小、環(huán)境污染小等,這樣就存在一個如何綜合衡量多目標的優(yōu)劣問題。第二,多階段性。在規(guī)劃中為了避免短視行為和盲目性,應(yīng)從長遠角度來整體綜合考慮電網(wǎng)布局。第三,非線性。線路投資費用和可靠性等指標均是非線性的。第四,不確定性。未來的負荷、發(fā)電量以及線路的投資等都受到各種因素的影響和制約,難以用確定值來處理�？梢�,城網(wǎng)規(guī)劃是一個較難解決的優(yōu)化問題,是一個典型的NP難問題。
　　從城市電網(wǎng)規(guī)劃的特點來看,規(guī)劃工作有一定的難度,在實際規(guī)劃工作中體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)大量數(shù)據(jù)的不確定性:如城市發(fā)展、負荷增長、電網(wǎng)建設(shè)方案等受各種因素制約,包括人為干預(yù)。(2)數(shù)據(jù)量大:如負荷相關(guān)的數(shù)據(jù)、中壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、高壓電網(wǎng)數(shù)據(jù)等。(3)規(guī)劃方案的優(yōu)劣評價標準不統(tǒng)一,與電網(wǎng)的發(fā)展歷史、規(guī)劃及運行人員的偏愛等不好量化的因素相關(guān)。(4)規(guī)劃工作需要多部門協(xié)調(diào),只有在領(lǐng)導(dǎo)重視的情況下才能完成。(5)規(guī)模龐大,限制了所能采用的規(guī)劃方法,適用于小規(guī)模優(yōu)化問題的許多很優(yōu)秀的數(shù)學方法在這里不能用。其中,城網(wǎng)規(guī)劃工作中的不確定因素是使規(guī)劃工作體現(xiàn)出困難性的首要問題所在,不確定因素有以下幾方面,如表1所示:
　　表l城市電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性因素
　　1.3規(guī)劃工作面臨的新形勢
　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,城市電網(wǎng)規(guī)劃工作面臨著新形勢。首先,外部環(huán)境的變化,即與城市規(guī)劃的配合成為目前城網(wǎng)規(guī)劃中必須考慮的一個重要因素。其次,電力企業(yè)更加注重經(jīng)濟效益和投資回報,開始把電網(wǎng)規(guī)劃工作提到了非常高的地位。上述兩方面的變化,既為城市電網(wǎng)規(guī)劃工作創(chuàng)造了有利條件,又使之成為一個迫切任務(wù)。因此,結(jié)合國情系統(tǒng)深入地研究滿足實際要求的城市電網(wǎng)規(guī)劃理論,開發(fā)研制高效、方便、實用的具有智能決策功能的城網(wǎng)規(guī)劃計算機輔助決策系統(tǒng),既是我國城市電網(wǎng)建設(shè)當前的迫切需要,也是今后長期發(fā)展的必要科學手段。
　　2城市電網(wǎng)規(guī)劃的認知性質(zhì)與方法
　　現(xiàn)今國內(nèi)外已開發(fā)出一些城市電網(wǎng)規(guī)劃軟件,并已成功地應(yīng)用于許多實際系統(tǒng)的規(guī)劃工作之中,但在實踐中,常有如下問題:(1)所得結(jié)果是否是最優(yōu)方案;(2)可否離開規(guī)劃人員的干預(yù),單純地由數(shù)學與計算機方法完成規(guī)劃任務(wù);(3)如何保障規(guī)劃人員干預(yù)的正確性和有效性等。
　　正視與回答上述問題是至關(guān)重要的。為此,提出了以認知系統(tǒng)工程的理論和方法指導(dǎo)城市電網(wǎng)規(guī)劃和城市電網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)開發(fā)與使用的思想。著重指出在認知系統(tǒng)工程中特別強調(diào)規(guī)劃過程中人的主導(dǎo)作用,以及應(yīng)重點解決的問題。下面簡要介紹一下認知系統(tǒng)工程的原理及其在城市電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用。
　　2.1認知科學和認知系統(tǒng)工程
　　認知科學(CognitiveScience)上世紀70年代末正式宣告誕生,是處于哲學、心理學、語言學、人工智能、人類學、神經(jīng)科學的交叉領(lǐng)域的新興學科。認知科學的目標是揭示智能和認知行為的原理,其關(guān)鍵方面就是要探索對認知的理解,不論這種認知是現(xiàn)實的或是抽象的,是人的或是機器的。認知系統(tǒng)工程從工程技術(shù)、心理學、認知科學、信息科學以及計算機科學等領(lǐng)域中提取模型概念,為系統(tǒng)分析、規(guī)劃與設(shè)計構(gòu)成一個廣泛、動態(tài)的結(jié)構(gòu)框架。它重視人決策的主導(dǎo)作用,并不是要回到“拍腦瓜”決策的時代,因為定量的數(shù)學分析作用也是非常重要的,它在優(yōu)化設(shè)計、獲取數(shù)值參數(shù)并找到問題的理論值域方面的作用也是人所不可取代的。依據(jù)認知系統(tǒng)工程,為了在城市電網(wǎng)規(guī)劃中發(fā)揮好人的作用,應(yīng)研究人的信息獲取與傳遞問題以及人與算法、人與人之間的協(xié)調(diào)問題。
　　2.2規(guī)劃過程模型與規(guī)劃方案的適應(yīng)性
　　2.2.1規(guī)劃過程模型
　　認知系統(tǒng)工程認為,規(guī)劃是在兩種模糊不清的事物之間尋求一致。所以規(guī)劃任務(wù)始于由代表關(guān)于規(guī)劃問題的不同觀點的一組成員的相互探討,規(guī)劃是要獲得不同的人們承擔共同的觀點,對重要事項取得一致,并明確下一步必須做什么。因而規(guī)劃的過程不是一個簡單的從頭到尾的順序或螺旋過程,而是各部門、各領(lǐng)域具有不同觀點的專家或?qū)＜乙庖姷妮d體(如市政用地規(guī)劃報告、城市發(fā)展狀況報告等)對規(guī)劃交互參與,不斷提出意見,互相制約、互相妥協(xié)并根據(jù)發(fā)展的實際情況從各個角度對方案進行反復(fù)修正的過程。
　　顯然,這樣的一個過程不是僅靠數(shù)學算法能實現(xiàn)的,它必須依靠人的不斷參與才能實現(xiàn)。規(guī)劃的過程之所以這樣,主要是由于以下兩個原因造成的:(1)實際的城市電網(wǎng)規(guī)劃問題面臨著眾多不確定因素;(2)城市電網(wǎng)規(guī)劃涉及眾多的部門和專業(yè)領(lǐng)域。
　　上述兩個因素導(dǎo)致了規(guī)劃過程難以程式化和邏輯化。實際上,對于現(xiàn)實中的規(guī)劃沒有必要、也不可能為其規(guī)定一個統(tǒng)一、有次序、精確的行動模式。一個有經(jīng)驗的設(shè)計與規(guī)劃工程師在設(shè)計或規(guī)劃的各個層次上都有許多預(yù)先形成的想法和解答。他們發(fā)揮自己的經(jīng)驗,把設(shè)計或規(guī)劃的過程處理成對類似問題先前解答進行適當?shù)男拚?稱之為再設(shè)計或再規(guī)劃。設(shè)計或規(guī)劃專家的創(chuàng)造性階段大大地依賴于直觀和經(jīng)驗。因為可以參加比較的方案數(shù)目龐大,使設(shè)計或規(guī)劃者不可能逐一地進行比較。這時需要靈感,而靈感的基礎(chǔ)是豐富的知識與經(jīng)驗。
　　由上述討論可得如下兩條重要結(jié)論:(1)設(shè)計或規(guī)劃本身是可變的和機會主義的,其解答大大依賴于不可預(yù)測的因素;(2)有經(jīng)驗的設(shè)計者或規(guī)劃者傾向于采取直觀的和決策識別模式,即設(shè)計者或規(guī)劃者事先已有一些預(yù)想方案,只需利用決策支持系統(tǒng)檢驗,或進行技術(shù)經(jīng)濟分析與比較。但在可接受的解答空間上、可選擇的方案往往仍很多,或計算、分析與繪圖的工作量仍很大,仍然需要利用計算機輔助決策支持系統(tǒng)。
　　2.2.2強適應(yīng)性規(guī)劃的實現(xiàn)
　　規(guī)劃的適應(yīng)性意指兩個方面:(1)要適應(yīng)多部門、多方面利益的要求。其實現(xiàn)方式主要是通過前述的由人參與的多方交流、反饋與妥協(xié)的規(guī)劃過程。(2)要適應(yīng)未來城市負荷的發(fā)展。城市電網(wǎng)中、長期規(guī)劃,尤其是長期規(guī)劃,其最優(yōu)方案的判別原則不應(yīng)僅以一種既定條件下的經(jīng)濟性和供電質(zhì)量為主要目標,而應(yīng)更重視規(guī)劃方案對未來可能出現(xiàn)的變化的適應(yīng)性。也就是說,這種規(guī)劃方案不是針對將來的某個特定狀態(tài)或從現(xiàn)在到將來的某個特定過程做規(guī)劃,而是針對將來可能出現(xiàn)的所有狀態(tài)或所有過程提出一套規(guī)劃解決方案。
　　上述規(guī)劃思想實際上意味著它的解決方案隱含了對將來所有可能出現(xiàn)的過程或狀態(tài)的解決方案。此時的最優(yōu)規(guī)劃的策略應(yīng)是:(1)采用魯棒性強的數(shù)學模型與算法(例如模糊規(guī)劃);(2)基于“知錯即改”機制的規(guī)劃或稱之為再規(guī)劃或滾動規(guī)劃。只要在規(guī)劃實際執(zhí)行期間發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實與規(guī)劃原來的目標間(或新的預(yù)測和原來的預(yù)測間)的差異大于允許值,就應(yīng)進行規(guī)劃的修正。
　　2.3人在規(guī)劃中的作用與決策環(huán)境的認知適應(yīng)性
　　2.3.1人在規(guī)劃中的作用
　　規(guī)劃中人的地位和作用是無法被取代的,人在規(guī)劃中的重要作用體現(xiàn)在三方面:(1)任何規(guī)劃歸根到底都是人的意志的反映,完全“技術(shù)中立”的規(guī)劃往往是不現(xiàn)實的,人是真正的決策者;(2)規(guī)劃過程的特點以及強適應(yīng)性規(guī)劃都涉及很多非技術(shù)因素或無法程式化的因素,對于這些問題現(xiàn)在的計算機和人工智能技術(shù)都是無能為力的;(3)對于城市電網(wǎng)規(guī)劃這樣的大規(guī)模非線性混合整型的NP難問題,沒有有效的純數(shù)學方法能在有限的時間里給出最優(yōu)解,即使是采用遺傳算法或模擬退火算法這樣能避免“維數(shù)災(zāi)難”的算法,其計算量對于工程實踐來說往往也是很大的。因此,在目前計算機還遠未能達到人的智能水平的前提下,利用人的高級智能來減小這類問題的計算量仍然是必要的。
　　人在規(guī)劃中實現(xiàn)上述作用是以下面獨特的智能優(yōu)勢為基礎(chǔ)的:(1)形象思維;(2)直覺思維;(3)有感性經(jīng)驗:(4)具有常識知識;(5)想象力;(6)創(chuàng)造力:(7)能靈活地適應(yīng)變化的環(huán)境;(8)能理解問題的社會價值和情感的因素;(9)思維具有多維性和整體性的特點。然而,人也具有下面所述的缺點,它們阻礙了人的智能優(yōu)勢的發(fā)揮:(1)人通常沒有足夠時間或不能進行復(fù)雜、冗長的邏輯推理和數(shù)字計算過程;(2)人的思維過程通常是低速的;(3)人容易疲勞;(4)人在一定時間內(nèi)只能處理非常有限數(shù)量的信息;(5)人的記憶通常是不可靠的,并且所記憶信息如果不用或未被加強將很快衰減;(6)人不能在時間與空間上做出精確計算,在時間上,傾向于低估或高估事件的速度,在空間上,人對距離僅有粗略的概念:(7)人沒有穩(wěn)定的輸入、輸出關(guān)系,其認識具有自適應(yīng)性。因此,人的作用因人而異,因情而異,缺乏客觀標準,具有主觀隨意性。
　　如何使規(guī)劃決策支持系統(tǒng)盡量克服人的智能方面的劣勢,充分發(fā)揮其優(yōu)勢,就是在實際工程領(lǐng)域中應(yīng)用認知系統(tǒng)工程學的目的。顯然,計算機及其相關(guān)技術(shù)在解決問題的能力方面與人類有很強的互補性。我們可以利用認知系統(tǒng)工程方法協(xié)調(diào)他們之間的這種互補性,獲得更強的處理問題能力。
　　2.3.2決策環(huán)境的認知適應(yīng)性
　　要把規(guī)劃人員的智能融入到規(guī)劃過程中,充分發(fā)揮其智能優(yōu)勢,就必須根據(jù)人類感覺器官的生理特點和思維方式為其建立相適應(yīng)的決策環(huán)境,減少其認知阻力。這就是決策環(huán)境的認知適應(yīng)性問題。其根本就是人的信息獲取與傳遞方式問題,因為信息交流是人認識問題、處理問題的基礎(chǔ)。我們認為在一個具有強認知適應(yīng)性的決策環(huán)境中,信息不應(yīng)是被動地等待規(guī)劃人員去發(fā)現(xiàn),而應(yīng)以盡可能便捷、直觀的方式“推送”到規(guī)劃人員面前。具體應(yīng)從以下幾方面著手:(1)要特別重視數(shù)據(jù)信息的收集、組織、檢索與再開發(fā),也就是說要建立一個功能完善的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);(2)利用圖形和多媒體技術(shù)將數(shù)字信息生動化、形象化,目前正越來越多地被各行各業(yè)人們所采用的地理信息系統(tǒng)(GIS)就是一個很好的實例;(3)建立提示和幫助系統(tǒng);(4)規(guī)劃軟件的各個功能應(yīng)模塊化,具有獨立應(yīng)用的特性;(5)規(guī)劃的系統(tǒng)軟件設(shè)計應(yīng)向分布式認知決策方式發(fā)展。
　　采用上述各種方法的目的是使整個規(guī)劃決策環(huán)境能夠減少規(guī)劃人員的認知阻力,使規(guī)劃人員能夠?qū)Ｗ⒂趩栴}的實質(zhì).并引導(dǎo)其發(fā)揮創(chuàng)造性思維,產(chǎn)生科學決策。
　　3新技術(shù)在城市電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用
　　3.1計算機技術(shù)的應(yīng)用
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃的科學性和規(guī)范性要求規(guī)劃人員不但要掌握本部門歷史和現(xiàn)狀的負荷及負荷分布情況,而且還要收集大量的有關(guān)城市過去、現(xiàn)在和將來發(fā)展的各個領(lǐng)域的用戶數(shù)據(jù)(占地、負荷、人口、交通情況等等),對這些數(shù)據(jù)的有效分析和整理以及規(guī)劃派生數(shù)據(jù)的管理,僅僅依靠傳統(tǒng)的規(guī)劃方法將會造成大量的時間和人力資源的浪費,而且傳統(tǒng)的主要依靠專家經(jīng)驗的城網(wǎng)規(guī)劃方法已經(jīng)不能滿足城市現(xiàn)代化建設(shè)的要求。為此,發(fā)展科學的城市電網(wǎng)計算機輔助規(guī)劃系統(tǒng)在電力
　　規(guī)劃部門變得十分迫切。
　　3.2地理信息系統(tǒng)(GIS)的應(yīng)用
　　作為國民經(jīng)濟支柱的電力企業(yè)中,傳統(tǒng)的配電管理方式已經(jīng)很難滿足配電網(wǎng)的建設(shè)和安全經(jīng)濟運行要求,必須采用新的管理方式充分合理地利用有限的電力資源。在電力系統(tǒng)中,輸電網(wǎng)絡(luò)、配電網(wǎng)絡(luò)、變電站及設(shè)備、用戶及負荷等資源均是按照地理位置分布的,對于這些數(shù)據(jù)信息的管理及使用應(yīng)該結(jié)合地理環(huán)境、采用地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲,引入地理信息系統(tǒng)能夠為配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供強有力的數(shù)據(jù)管理功能。
　　4未來規(guī)劃工作的展望
　　從前面的分析來看,城市電網(wǎng)規(guī)劃未來的研究方向和可能的處理方法與手段將集中在以下幾個主要方面:
　　(1)以認知系統(tǒng)工程的理論和方法來指導(dǎo)城市電網(wǎng)規(guī)劃的進行和城市電網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)開發(fā)與使用。
　　(2)日前對電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性因素考慮不夠全面,對于經(jīng)濟、環(huán)境和政策等方面不確定性因素的處理將是今后的研究方向。
　　(3)未來的電網(wǎng)規(guī)劃工作不能僅僅考慮單一目標,必須考慮全局和整體的最優(yōu),應(yīng)該向多目標規(guī)劃發(fā)展,使規(guī)劃結(jié)果在社會和經(jīng)濟等方面達到滿意。
　　(4)在未來的規(guī)劃研究中,應(yīng)及時吸收和利用各種先進的數(shù)學方法和理論以及各種新技術(shù)。
　　5結(jié)論
　　城市電網(wǎng)規(guī)劃是一個具有多目標性、不確定性、非線性和多階段性等特點的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題,屬于NP難問題。完全依靠規(guī)劃工作者的經(jīng)驗規(guī)劃未來的電力系統(tǒng),已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。以計算機作為工具,采用新技術(shù)、新方法對城市電網(wǎng)進行優(yōu)化規(guī)劃己在電力系統(tǒng)界達成了共識。
　　本文對規(guī)劃的過程從認知系統(tǒng)工程的角度進行了再認識,指出這是一個交互參與和反復(fù)修正、不能完全事先確定并且不可能實現(xiàn)技術(shù)中立的過程。通過總結(jié)人在智能上的優(yōu)勢和劣勢,指出了人在規(guī)劃中的作用主要體現(xiàn)在:處理非技術(shù)因素和不確定因素造成的問題以及降低數(shù)學算法的計算復(fù)雜性。通過對未來規(guī)劃工作的展望,本文認為未來的城市電網(wǎng)規(guī)劃工作應(yīng)該是一個包含諸多因素、并不斷吸收和利用各種新技術(shù)的靈活的電網(wǎng)規(guī)劃。

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/dianlilw/4819.html