电网规划方法

电网规划方法从目前应用上，主要划分为常规规划方法、优化规划方法和启发式规划方法。这些方法我们曾在第一章绪论中作过简单介绍,下面对它们的特点作进一步说明。
　　1.常规规划方法
　　常规规划方法的特征是以方案比较为基础，采用手工计算和经验判断为主的规划方法。这种方法一般是从几种给定的可行方案中经过技术经济比较，选择出推荐的方案。
　　常规规划方法在应用过程中，主要是按照系统分析和系统计算两个环节进行的，它们分别代表了规划方案的形成和规划方案的遴选两个阶段。
　　（1）系统分析。系统分析是形成待选方案的基础，通常最初提出的方案质量，对于推荐方案的实施效果和实现规划设计要求往往具有决定性的影响。因此，规划人员必须充分研究和分析规划网络的特征，条件及要求，以便提出具有较高参考价值的待选方案。
　　（2）系统计算。系统计算是对初选方案进行技术评估和经济比较，技术评估主要包括对电网过载能力、供电可靠性水平、运行方式的变化等进行计算和论证；经济比较则是用于方案的择优选择。
　　在配电网规划设计中，使用常规规划方法也可以利用点线平衡的关系进行电网框架的布署和设计。如果将架空线路视为线，变电站及电厂视为点，若略去各种损失，则观察电网的一点一线，其输入的电力就等于输出的电力。
　　在已知规划期内的负荷、电源和原有网络结构的有关数据基础上，根据点线平衡的约束关系，便可以概略决定出未来电网新建线路走向，改造线路条数、变电站的容量及位置等,然后通过技术与经济方面的评估即可以确定最终规划方案。
　　当然，只凭借积累经验提出若干个可行方案进行比较而得出规划设计的最终结果，已难以保证其决策的正确性和实施的可靠性，此亦常规规划法的局限性所在。
　　2.优化规划方法
　　优化规划方法主要是运用运筹学中的规划理论，将电网规划的实际问题形成各种数学优化模型，并利用计算机求解的一种方法。从理论上讲，该方法可以自动形成规划问题的全部可能存在方案，并一定包含有最优方案。
　　优化规划方法的数学模型构成主要集中在两个问题上，即目标函数的形成和约束条件的设置。
　　目标函数的形成主要体现在把电网规划中的待选线路和原有线路在实现输送电力过程中所形成的费用表达出来，并使其达到最小。可以讲，各类模型的差异、计算难易及其精度，在很大程度上取决于对线路及变电站所形成的费用给予的不同数学描述。约束条件的设置，主要考虑对规划设计中有关决策变量（待选线路）建设条件的规定、状态变量（如线路功率、节点电压）上下限的界定以及各变量应满足的制约关系等。
　　在电网规划中，约束条件主要表现的内容有节点功率平衡约束、线路输送容量限制、电压损耗数值规定等。显然，约束条件的设置内容及其要求，同样对规划模型的精度和求解带来直接的影响。
　　一般说来，应用优化规划方法有两点值得注意：一是维数组合问题；二是非线性处理问题。　
　　由于电网中任何两个节点之间均可以拟定架设一条新线路，这对于规模较大的网络，如果自动形成全部架线方案，将造成规划变量维数较高（属于大规模数学组合）而难以求解的问题。另外,依据电力系统知识，线路的电能损耗是与其传输的功率平方成正比，属于非线性关系。如果将这部分的费用直接在模型中表示出来，则变成非线性规划问题，这同样给求解计算带来了困难。
　　因此,为提高优化规划方法的实效性，在电网规划设计中常常通过参与规划人员的决策分析或者改变求解方法来实现化简模型并解决计算困难的问题，而由此所形成的一些手段或方法则称为启发式规划方法。当然，使用启发式规划方法虽然无法保证网架规划方案的最优性，但在很多场合下其规划结果可以满足工程实际要求。
　　优化模型的类型主要包括有：线性规划模型、运输模型、混合整数模型等，它们大都适用于制定规划水平年的电网规划方案，且均属于线性模型，而对模型的求解方法则是采用规划理论中的单纯形法或分枝定界法。这些模型在结构上的主要差异表现为对线路所形成的费用给予了不同的描述，例如，把原有线路和待选线路的费用分别表示、将待选线路的费用分成固定费用与变动费用表示等等。此外，还有非线性规划模型，但求解要考虑收敛问题；动态规划模型，用于解决多阶段的电网优化问题。
　　3.启发式规划方法
　　从理论上划分，它属于优化规划方法的简化形式，目前在规划水平年输电网规划设计中得到了广泛应用，同时对配电网规划也有一定的借鉴意义。启发式规划方法在应用上分为以下两类。
　　（1）传统启发式方法。主要包括：逐步扩展（加线）法和逐步倒推（减线）法。传统启发式方法基本特点是，建立决策变量（待选线路）与某种有效性指标之间的灵敏度关系，然后从待选线路中逐条选出当前最有效的线路加入网络，故又称为灵敏度分析法。
　　（2）现代启发式方法
　　现代启发式方法的主要特点是，模拟自然界中的一些优化现象而形成的优化求解算法，例如，对生物繁殖机制进化过程的描述—遗传算法；仿生觅食机理—蚁群算法；模拟热力学中液体的冻结与结晶的冷却和退化理论—模拟退火算法等。详细内容可参见有关文献介绍。
　　这里,我们主要介绍传统启发式方法。传统启发式方法在应用中的一个显著特点就是对规划的网络（虚拟）进行多次的潮流计算，由此来判别加入网络各待选线路的有效性（即作用），然后逐步形成相对合理的规划方案。其过程是：参与人工决策对可行的路径加入新线路；分析各新线路消除网络过载的作用或承担输送能力的效果；逐步筛选并确定保留线路，最终形成网络扩展方案。
　　直观分析可知，如果规划网络在新的供求平衡条件下，若保证这个网络潮流分布的合理性，那么在技术性能上这个规划结果便是基本可行的。当然，该方法只是孤立地考虑一条线路的指标效果，没有计及线路之间的相互影响，因此无法保证结果的最优性。但从克服计算困难而又满足工程实际要求的角度讲，启发式方法则不失为一种实用有效的规划方法。
　　启发式方法的计算流程主要包括：过负荷校验、灵敏度分析和方案形成三个步骤。
　　（1）过负荷校验
　　通常评估一个网络规划方案的合理性，其基本的技术判据就是网络中的输电线路是否存在过负荷问题。一般来说，网络加入新线前后都需要进行过负荷分析，加入新线之前通过过载计算分析，拟定加入新线的可能路径以便有目的地消除过载；而加入新线之后过负荷分析，用以判别整个网络潮流分布的合理性。这其中需要对网络进行多次开断与连接的潮流计算，其计算量也是相当大的。
　　（2）灵敏度分析
　　所谓灵敏度是指系统某一性能指标（如电压、功率等）对不同待选路径的线路加入系统后所产生的不同反映或变化。如系统存在过载线路，通过灵敏度分析，便可以选择出最有效的某路径的线路加入系统来扩展网络，并消除过载现象。这里的有效是指待选线加入系统后对其性能指标的影响程度，如何描述这个影响程度，则引出了多种有效性分析指标。
　　（3）方案形成
　　依据灵敏度分析，可求出各待选线路的有效性指标，并按其优劣或大小进行排序，然后逐步加入系统形成网络规划方案。或者从相反的角度分析，逐步从虚拟网络中剔除有效性指标差的待选线路，最后形成网络规划方案。