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油田配电网优化决策支持系统分析与设计 摘要 能耗过大、生产成本增加是制约我国石油企业生产发展的重要因素。油 田配电网是油田的耗能大户，研究提高电网的运行效率、降低供电网损耗的 科学方法对确保油田的正常生产、提高油田的经济效益有着重要的现实意 义。本文以大庆油田改造老电网的项目为背景，对大庆采油二厂电能消耗的 现状进行深入调查，通过分析计算获取了大量相关的数据资料，并在此基础 上设计了油田配电网优化决策支持系统。 本文首先对决策支持系统的相关理论及其发展趋势进行了综述，重点介 绍了决策支持系统的决策支持功能、决策支持系统的基本特征、决策支持系 统的主要任务和决策支持系统的结构等；然后，对大庆采油二厂地面生产系 统电力需求、能耗分析、电网框架规划优化方法进行了研究，针对优化网络 布局、节省损耗以及实时监控的要求，提出了网络规划的原则、系统设计的 基本思想，进而进行了系统总体结构、系统的模型库以及数据库的设计：最 后，按照软件工程学的方法，在系统分析和设计的基础上，完成了整个系统 的开发和调试工作。油阳配电网优化决策支持系统的开发为节省能耗、优化 电网设计奠定了科学的基础。 关键词配电网；决策支持系统；电网优化 堕查堡堡三奎兰篁堡茎堡圭耋堡垒皇 一 a n a l y s i sa n dd e s i g n o n o p t i m i z i n gd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e mf o re l e c t r i c i t y - s u p p l y i n gn e t w o r ko fo i lf i e l d a b s t r a c t e x c e s s i v ed e p l e t i o no fe n e r g ya n dt h ei n c r e a s i n gi np r o d u c t i o nc o s ta r et h e m o s ti m p o r t a n tf a c t o r st h a tp r e v e n tt h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s eo i le n t e r p r i s e s e l e c t r i c i t y - s u p p l y i n gn e t w o r k s u s eu pm o s to ft h e e n e r g y d u r i n g t h eo i l p r o d u c t i v ep r o c e s s s oi ti so fm o s ti m p o r t a n c et op r o p o s eas c i e n t i f i cm a n n e r t op r o m o t et h eo p e r a t i o ne f f i c i e n c ya n dd e c r e a s et h ee x h a u s t i o no ft h en e t w o r ki n t h ep a p e rf i r s t l ys u m su pt h er e l a t i v et h e o r ya n dd e v e l o p m e n tt r e n do f d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ( d s s ) ，m a i n l yi n c l u d i n g t h e d e c i s i o n - m a k i n g s u p p o r t i n gf u n c t i o n ，t h ef e a t u r e s ，t h es t r u c t u r ea n dt h em a j o rm i s s i o no fd s s s u b s e q u e n t l y ，t h ep a p e rl a y se m p h a s i s o nt h er e s e a r c ho ft h e e l e c t r i c i t y r e q u i r e m e n t ，e n e r g y - e x h a u s t i n ga n a l y s i sa n dn e t w o r ko p t i m u mp r o g r a m m i n g m e t h o df o r t h es e c o n do i l m i n i n gf a c t o r yo fd a q i n go i lf i e l d ，a n dt h e np r o v i d e s t h ep r i n c i p l eo ft h en e t w o r kp r o g r a m m i n ga n dt h ef r a m e w o r kf o rd e s i g n i n gd s s a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fo p t i m i z i n gt h el a y o u to fn e t w o r k ，s a v i n ge n e r g y a n dt i m e l ys u p e r v i s i n g f o l l o w i n gt h ef o r m e r a n a l y s i sa n dd e s i g n ，t h ep a p e r f i n a l l yc o n d u c t st h ed e v e l o p m e n ta n dd e b u g g i n go ft h ed e c i s i o ns u p p o r t i n g s y s t e mb a s e do nt h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h e o r y t h ed e v e l o p m e n to ft h e o p t i m i z i n gd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mf o re l e c t r i c i t y r a t i o nn e t w o r kc a ns e r v ea sa s c i e n t i f i cb a 魄p rs a v i n ge n e r g ya n do p t i m i z i n ge l e c t r i c i t y s u p p l y i n gn e t w o r k 以紊 饕淼。躲幕盎字呷m r k ；笋炒把m c 。 u s s ) ： 岍鬟n蚕萎嚣= 恐至唧出砌胁然豪删慧 1 1 课题背景 第1 章绪论 本课题研究内容是大庆油田有限责任公司采油二厂总体战略部署的重要一 环，根据采油二厂降耗增效以及战略规划决策的需要而提出本课题。本课题以 大庆油田有限责任公司采油二厂用电量大、耗电设备多、型号复杂、电能损失 严重的现状为背景，通过对其地面生产电力系统的全面调查、分析与综合，系 统地研究了在该采油厂节能降耗的可行性，并在此基础上，设计与开发油田配 电网优化规划决策支持系统。通过该系统可以对采油二厂配电网网络及用电设 备进行全面分析与优化设计，以充分开发电网潜在容量，大幅降低油嗣的电力 消耗，并为油田配电系统的优化规划提供一个科学依据。 1 2 课题研究的主要工作内容概述 为使本项目的研究成果能在实际生产过程中得到全面的应用，真正实现对 电网的规划、改造、设备选型具有指导作用，我们通过大量细致、全面的工 作，对采油二厂电能消耗的现状作了深入的调查研究，并通过资料搜集、分析 计算等环节，获得了采油二厂电网供电，用电设备综合参数的大量数据资料， 为油田配电网优化规划决策支持系统的顺利开发奠定了基础。以此为基础，开 发实现了对采油二厂电力系统能耗分析、电网框架规划及用电设备的优化等问 题具有支持作用的油田配电网优化规划决策支持系统。 1 3 课题研究的意义 近年来，能源危机遍及世界各国，开发和节约能源已成为当务之急。能源 危机促使人们重视能源的开发和利用，节能本身就是一种能源，是一种不可忽 视的能源，是一种必须加以管理的能源。 随着国民经济的迅速发展，能源供求矛盾越来越突出。二十一世纪是我国 社会主义现代化建设的关键时期，也是我国石油工业发展过程的关键时期。在 “十五”计划和十年规划的实施过程中，能源供应的紧张局面在短期内很难得 到根本缓解，尤其是目前大庆油田的含水率快速上升，几个主力油田含水率已 达8 0 以上，使得生产一吨原油的耗电量较原来低含水时增长6 0 以上。因 此，今后石油企业的能耗过大、生产成本增加将成为制约油气生产发展的重要 因素。油田配电网本身就是油田的耗能大户，以科学的测试、分析和综合技术 为基础，大力提高电网的运行效率、降低供电网损耗、充分挖掘输变电设备的 潜在容量、弥补石油企业能源紧张的状况，已变得越来越重要。 电自旨是油田生产的重要动力，随着油田的发展、油气勘探开发的深入，用 电量将不断增大，同时电能在传输、使用中的损耗随之增大。据统计，萨南油f h 2 0 0 1 年自耗电量1 4 8 1 0 8 k w h ，电费支出6 亿元，约占采油二厂年操作成本 的3 8 。因此，做好油田配电网的优化，切实有效地抓好电力管理工作，减少 电能在生产输送、分配及利用中的损耗，提高电能的利用效率，提高决策的科 学性，对于确保油田的正常生产，提高油田的经济效益具有十分重要的意义。 1 4 国内外现状与发展。情况 1 4 1 国内现状与发展情况 目前，我国对电网规划和优化理论的研究主要集中在以下几个方面：负荷 预测、变电站优化、配电网网架优化、配电网潮流计算、正常和故障状态下的 可靠性分析、短路容量校验、配电自动化、投资估算以及效益分析等。随着对 配电网重要性认识的不断提高，对配电网的规划和优化的研究工作也r 益受到 重视，并且也取得了一定的成绩，涌现了很多新的思路和方法。但由于开展的 时间较短，尚没有形成实用化的电力规划系统“1 。 1 4 2 国外现状与发展情况 上世纪七十年代初的石油危机导致能源价格暴涨，发电成本上升，电力价 格随之猛增。节能的任务迫切地摆到人们面前，于是提出了“节能与负荷管 理”的概念，以提高用能效率，节省能源，降低费用。目前，从电力用户的角 度看，科学技术的发展为提高能源的使用效率和电力负荷的优化管理提供了很 大潜力。 在电力系统规划和优化理论中，一般称电力用户为需求侧，而电力系统为 供应侧，传统规划方法以负荷测试为基础，即根据系统内最大负荷需电量和负 荷曲线的测试结果确定电源类型、投产数量以及如何进行电网优化，这样才能 尽可能经济、合理、可靠地满足用户的电力需求。它视需求为一种给定目标， 从供应侧的角度被动地提出满足这一需求的方案，即以尽可能少的发电、输 电、配电设备投资和运行费用，供给需求侧可靠的电力服务。 于是“需求侧管理”( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，简称d s m ) 应运而生，该 概念在1 9 8 1 年由美国学者g w g e l l i n s 提出其主要含义是，电力公司作为电 力的供应方可以采取各种有效的激励和诱导措施，以适宜的运作方式鼓励用户 采用高效用能技术，以提高效率，调整用能方式。在保持能源服务水平的前提 下，有效地减少电力和电能消耗“1 。 传统的电力系统规划侧重于考虑供应侧，着眼于以电源电网的建设来满足 用户的电力需求，需求侧管理的逐渐兴起和可靠性价值概念的形成，使电力供 应方对传统规划手段作了反省，将需求侧管理与传统电力系统规划结合起来， 产生了一系列新概念、新方法，如最小成本规划( l e a s tc o s tp l a n n i n g ，简称 l c p ) 、综合资源规划( i n t e g r a t er e s o u r c ep l a n n i n g ，简称i r p ) 等。以上概念 形成时间还不很长，实际应用上必然带来一些困难。这些方法的共同点是全面 考虑了供应侧和需求侧资源，选择合理的资源组合，在某种意义上达到最优目 标。 目前，国外在电网的规划和建设方面的发展比我国内要先进很多。在电网 自动化以及高级应用软件方面，国外研究的热点是网络化、集成化、智能化。 例如，对于网络损耗计算，国外现在研究的重点多是对网络损耗的分析和降损 措施与方法研究。其中以网络损耗为目标的配电网网络重构、无功优化、补偿 电容投放位置的确定、补偿电容器投放策略等问题中涉及到的网络损耗计算大 都转化为功率损耗问题，以潮流的方法来求解”】。 1 5 本文研究的内容结构 论文共分为六章。第一章介绍了研究背景，课题研究的主要工作内容，课 题研究的意义，国内外现状与发展情况及本课题主要创新点。第二章介绍了决 策支持系统研究的相关理论综述，决策支持系统的历史现状及发展趋势，电网 优化规划研究方法综述。第三章介绍了配电网决策支持系统模型库设计，包括 用电设备用电量、电能损耗分析计算模型，输配电线路电能损耗计算模型，全 厂电能消耗计算模型，模型库设计，模型库管理子系统。第四章介绍了配电网 决策支持系统数据库设计，包括决策支持系统对数据管理的要求，决策支持系 统中数据管理的目标，决策支持系统数据库设计。第五章介绍了配电网决策支 持系统总体结构设计，包括电网规划研究的内容和特点，网络规划的原则，系 统设计的基本思想，系统总体结构设计。第六章介绍了配电网决策支持系统开 发与实现。 1 6 本课题主要创新点 本文研究了油田配电网优化规划决策支持系统的设计与实现。在整个研究 过程中，以系统的实用性为出发点，以现有地理信息系统的实际测量数据为基 础，将油田电网的优化规划决策问题结合一起，利用决策支持系统技术、数据 库技术、软件开发和电网优化规划等理论，完成了油田配电网优化规划决策支 持系统的设计与实现。 第2 章决策支持系统研究相关理论综述 2 1 决策理论 2 1 1 决策的概念 决策是人们为了实现某一目标而进行的选择过程。即在一定的人力、技 术、资金和时间因素的制约下，人们为了实现特定目标，从多种可供选择的方 案中做出选择，以求得较优效果的过程“1 。 2 1 2 决策问题的分类 对于决策过程，h a s i m o n 依据人们制定决策阿是否能够详细描述决策过 程，把管理中涉及的任务划分为结构化的( 可程序化的) 和非结构化的( 不可 程序化的) 。所谓结构化问题是指对某一决策过程的环境和规律能用明确的语 言( 数学的或逻辑学的，形式的或非形式的，定量的或推理的) 给予清晰的说 明或描述。所谓非结构化问题是指对某一决策过程的环境和规律不能用明确的 语言给予清晰的说明或描述，而只能凭直觉或经验做出判断。实际上，在管理 决策过程中，结构化和非结构化只是两种极端情况，大多数的管理决策问题处 于二者之间，即为半结构化”l 。 2 1 3 决策的一般过程 h e r b e r ta s i m o n 教授在著名的决策过程模型论著中指出：以决策者为主 体的系统决策过程经历情报、设计和选择三个阶段。情报活动的重点是在系统 内外收集信息，并通过识别形成决策问题目标；设计活动是确定可行方案集 合；选择活动是根据决策者目标，确定综合评估指标并寻找满意方案。对决策 者来说，科学的决策程序一般包括：发现问题、确定目标、收集情报、寻找方 案、方案选择和决策实旌几个步骤m 1 。 管理决策过程的各阶段相互交错，循环往复，一般无法直接使用模型和算 法，必须依靠人的判断或通过行业专家知识推理来求解。这种以理解占支配地 位，建立在判断和试探性推理的知识处理基础上的非结构化信息处理过程是企 堕玺堡堡三奎兰童堡茎堑苎耋堡垒塞 = 业生产经营活动中决策过程采用的主要方法。 2 2 决策支持系统理论 2 2 1 决策支持系统的定义 决策支持系统没有一个统一的定义，研究者们从不同的角度定义了决策支 持系统的属性。下面是几个典型的定义： 1 j d l i t t l e 的定义决策支持系统是一套处理数据和判断的基于模型的 程序，用于辅助管理者制定决策”。 2 g e o r g em m a r a k a s 的定义决策支持系统是受控于一个或多个决策 者，面向决策环境的非结构化部分，以改进决策结果的最终效果为目的的，辅 助决策制定活动的系统“】。 3 r h s p r a q u e 和e d c a r l s o n 的定义决策支持系统具有交互计算机系 统的特征，帮助决策者利用数据和模型去解决半结构化问题”1 。 4 p c t w k e e n 的定义决策支持系统是“决策”( d ) 、“支持”( s ) 、“系 统”( s ) 三者汇集成一体，即通过不断发展的计算机建立系统的技术，逐渐扩 展支持能力，达到更好的辅助决策“。 5 我国陈文伟教授的定义决策支持系统是利用数据库、人机交互进行多 模型的有机组合，辅助决策者实现科学决策的综合集成系统。 综观各种定义，可以看出，各种定义分别从d s s 的技术、结构、手段、 目的等方面给予了解释，其实质是采用各种相关科学技术，以典型的数据库、 模型库等为基本结构，利用人机交互实现多模型动态组合和将人的直觉经验与 计算机技术结合，以提高决策者判断能力。 总之，决策支持系统是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础， 以计算机技术、仿真技术、人工智能技术、信息技术为手段，面向半结构化、 非结构化的决策问题，辅助支持决策者的决策活动，为决策者提供所需的信息 数据和材料等，提供多种的决策参考方案，从中选出最佳方案，为决策者做出 币确决策提供有力的支持，使得整个系统具有试探、推理、演绎等类似人工智 能的功能，构成具有智能作用的人机集成系统，在决策过程中以人机交互的方 式进行“。 2 2 2 决策支持系统的功能 d a n 最重要的功能是使半结构化问题中的模糊不明晰的地方通过人机交：匣 而明晰起来，减少非结构化部分，改善决策问题结构化程度，动态形成结构化 的问题，在模型库动态组合的帮助下达到解决问题的效果。其主要功能有”“： 1 整理并及时提供本系统与决策有关的各种数据，如企业的生产能力、 生产状况、库存情况、财务状况等； 2 搜集、存储并及时提供系统之外的与决策问题有关的数据，如市场需 求情况、新技术发展动态等； 3 搜集并及时提供有关系统内和系统外各项活动的反馈信息： 4 能够用一定的方式存储与决策问题有关的各种模型； 5 能够存储及提供常用的数学与运筹学的方法； 6 管理上能够易于改变或添加各种数据、模型和方法： 7 能够灵活地运用模型与方法对数据进行加工、汇总、分析、预测，以 便用户能随时得到所需的综合信息与预测信息； 8 提供方便的人机对话接口和图形输出功能，能够随机查询所需要的数 据； 9 提供良好的数据传输功能，以保证及时收集所需要的信息，以及把使 用者所需要的加工结果提供给他们； 1 0 具有一定的加工速度与响应时间。 2 2 3 决策支持系统的主要任务 决策支持系统的主要任务有如下几点： 1 分析和识别问题； 2 形成备选的决策方案，方案应包括目标、规则、方法和途径等； 3 构造决策问题的求解模型，如数学模型、运筹学模型、程序模型、经 验模型等； 4 建立评价决策问题的各种准则( 如价值准则、科学准则、效益准则 等) ； 5 多方案、多目标、多准则情况下的比较和优化； 6 进行技术与经济的综合分析。 2 2 4 决策支持系统的结构 1 三部件结构决策支持系统的最基本结构包括数据部件( 数据库和数据 库管理系统) 、模型部件( 模型库和模型库管理系统) 及对话部件。 2 “三系统”结构从逻辑分层角度提出的三系统结构形式包括语言系统 ( l s ) 、知识系统( k s ) 和问题处理系统( p p s ) 。语占系统和知识系统均为问 题处理系统服务。 3 统一结构在综合上述两种结构的特点基础上，综合起来形成d s s 统 一结构。它是将三部件结构中的人机交互系统分解为人机交互及问题处理系统 ( 综合部件) 。这种结构既突出了d s s 的问题处理特性，又反映了数据库和模 型库的关系。 4 智能决策支持( i i ) s s ) 系统结构i d s s 是在d s s 基础上集成人工智能 的专家系统( e s ) 而形成的。专家系统主要由知识库、推理机和知识库管理系 统三者组成。智能决策支持系统充分发挥了专家系统以知识推理形式解决定性 分析问题的特点，又发挥了决策支持系统以模型计算为核心的解决定量分析问 题的特点，充分做到了定性分析和定量分析的有机结合，使得解决问题的能力 和范围得到一个大的提高。决策支持系统和专家系统集成为智能决策支持系统 结构”“， 圈卜li d s s 结构图 f i g 1 - 1t h es t r u c t u r eo f i d s s 2 3 决策支持系统的历史现状及发展趋势 2 3 1 决策支持系统的历史和现状 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，简称d s s ) 是8 0 年代迅速发展起 来的新型计算机学科。7 0 年代初由美国麻省理工学院的m s s c o t tm o r t o n 在 管理决策系统一文中首先提出决策支持系统的概念。d s s 是在管理信息系 统和运筹学的基础上发展起来的。管理信息系统重点在对大量数据的处理。运 筹学在运用模型辅助决策时，体现在单模型辅助决策上。随着新技术的发展， 所需要解决的问题会越来越复杂，所涉及的模型越来越多，模型种类也由数学 模型扩充到数据处理模型。对多模型辅助决策问题，在决策支持系统出现之前 是靠人来实现模型问的联合和协调的。决策支持系统的出现是要解决由计算机 自动组织和协调多模型的运行和数据库中大量数据的存取和处理，达到更高层 次的辅助决策能力“”。 近年来，在国内外d s s 已在理论探讨、系统丌发和实际应用诸方面取得 了令人瞩目的进步，文献专著不断涌现，实际案例也日益增多，呈现出多元化 的发展态势。 近几年来，d s s 在社会需求的驱动下，不断推陈出新，其内涵日益丰富。 从关于d s s 的基本定义、基本观点和基本结构出发，演化产生了一系列新的 概念、观点和结构，伴随着大量的应用实践进行了更加深入的理论探讨。 2 3 2 决策支持系统的进展 上世纪9 0 年代以后，随着计算机技术、网络技术、人工智能技术，特别 是专家系统的发展，d s s 获得了新的发展。主要表现在智能决策支持系统、分 布决策支持系统、群体决策支持系统、高层决策的支持系统、基于新技术的决 策支持系统。 1 智能决策支持系统在早期d s s 两库结构的基础上，增加知识部件， 即将d s s 与专家系统( e s ) 相结合，构成了i d s s 的初期模型。i d s s 作为数值 分析与知识处理的集成体，综合了传统d s s 的定量分析技术和e s 对非量化问 题的处理优势，从而能比d s s 更有效地处理半结构化与非结构化问题。关于 i d s s 的研究集中在传统d s s 与e s 的结合上，如系统结构、集成模式、接口 堕查堡堡三奎兰篁堡茎堡圭耋堡垒耋：一 技术、统一途径等“。 智能决策支持系统和一般决策支持系统的主要区别在于学习和推理，而学 习和推理均是计算机科学中人工智能研究的内容，因此i d s s 是指将计算机化 的人类智能用于决策支持，进一步提高决策的效能。 随着决策环境的复杂化、多样化，人们开始重新审视d s s 中的人机关 系。从人机工程学的角度，提出将i d s s 设计成人机联合认知系统。从根本上 讲，人机智能化决策系统就是要在复杂多变的决策环境下，充分实现机器对人 脑的引导功能和激发功能，形成新型的人机和谐关系，创建人机一体的决策机 制和集成环境。 2 分布式决策支持系统( d d s s ) d d s s 是对传统集中式d s s 的扩展， 是分布决策、分布系统、分布支持三位一体的结晶。从概念上理解，d d s s 是 由多个物理上分离的信息处理节点构成的计算机网络，网络的每个节点至少含 有一个d s s 或具有若干辅助决策的功能。d d s s 的主要优势在于：( 1 ) 比集中 式系统更可靠；( 2 ) 系统效率更高，更接近大型组织决策活动的实际情况； ( 3 ) 易于扩展；( 4 ) 能够实现平行操作，资源共享“”。 3 群体决策支持系统( g d s s ) g d s s 是研究将通讯技术、计算机技术 和决策理论结合在一起，支持群体决策问题得以求解的人机交互系统。g d s s 与d d s s 既有区别又有联系，前者是对个体( i n d i v i d u a l ) 决策支持系统的扩展， 后者则是相对于集中式d s s 而言的。d d s s 是多个决策者共享主服务器资源， 分别解决各自面临的决策问题，g d s s 是多个决策者为一个决策问题共同协商 达成一致最后的解决方案，它可为群体活动提供3 个层次的支持，即沟通支持、 模型支持及机器诱导的沟通模式”“。 4 高层决策的支持系统面向高层决策的支持系统有战略决策支持系统 ( s d s s ) 和决策支持中一心( d s c ) 。s d s s 是支持战略管理的，这里的战略是指全 局性、长远性、根本性决策“。而d s c 是在高层管理部门，配备熟悉决策环 境和事务的信息系统人员，支持应急和重要决策的计算机信息系统，其支持过 程体现在d s c 与决策者的交互方式：一种是决策者与决策支持小组的交互方 式，决策支持小组在支持决策者时，需要使用d s s ：另一种是决策者与d s s 人机交互方式”。 5 基于新技术的决策支持系统与传统的d s s 及其计算机实现技术相 比，可视化技术使得决策支持的手段借助形象化的图形表达，更加灵活有效。 而多媒体技术，包括多媒体数据库和可视听技术( v i s u a l a u d i oa p p r o a c h ) ，可以 改进d s s 的关键内容。从软件实现上，面向对象的编程方法为d s s 的开发提 供了一个新的范式，并显示出良好的势头，其发展正方兴未艾”“。 2 0 世纪9 0 年代初提出了数据仓库( d a t aw a r e h o u s e ，简称d w ) 、联机 分析处理( o nl i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ，简称o l a p ) 新概念，到9 0 年代中期 已经形成潮流。在美国，数据仓库已成为紧跟i n t e r a c t 之后处于第二位的技术 热点。数据仓库这种决策支持新技术显示了强大生命力。w h i n m o n 给d w 的 定义是：d w 是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合，用于支 持经营管理中决策的制定过程”“。随着数据仓库的发展，联机分析处理 ( o l a p ) 随之得到了迅猛发展。d w 侧重于存储和管理面向决策主题的数 据，而o l a p 则侧重于分析数据仓库中的数据，转换成辅助决策的信息。d w 和o l a p 技术为决策支持系统开辟了新的途径，以d w 和o l a p 相结合建立 的辅助决策系统是决策支持系统的新形式”。 2 4 电网优化规划研究方法综述 三十多年来，许多学者为研究电网优化、规划的数学方法做了大量的工 作，实践证明这些工作是有意义的，设计上的少量改善往往就可以获得运行使 用中巨大的经济效益。 早期的电网规划方法以方案比较为基础。这种方法从几个设定的待选方案 中通过技术经济比较选择出推荐的方案。然而，参加比较的方案往往是规划人 员凭经验提出，并不一定包括客观上的最优方案，更不可能包含全部可行方 案，因此最终推荐方案包含相当的主观因素和局限性”“。 数学和计算机技术的发展，使得电网规划新方法应运而生。目前电网优化 规划方法主要分为启发式方法、数学优化方法和新理论应用三大类。 2 4 1 启发式方法 启发式方法是一种以直观分析为依据的算法，通常是基于系统某一性能指 标对可行路径上的一些参数作灵敏度分析，根据一定的原则选择要架设的线 路。主要由过负荷校验、灵敏度分析、方案形成三个部分组成。 启发式方法又分为两种。第一种是逐步扩展法，即根据灵敏度分析的结 果，以最有效的线路加入系统逐步扩展网络。另外一种是逐步倒推法，即首先 将所有待选线路全部加入系统，构成一个冗余的虚拟网络，然后根据灵敏度分 析，逐步去掉有效性低的线路。 启发式方法因为具有直观、灵活、计算时间短以及易于同规划人员经验相 堕查堡堡三奎耋篁堡茎堡苎耋堡丝皇 = 结合等优点而在实际工程中得到较多应用。但它不是严格的优化方法，不能很 好地考虑各阶段各架线决策间的相互影响。因此，启发式方法不能保证得出的 规划方案最优。特别是当规划期较长、待选线数量较多时所得结果可能与真 正的最优方案有很大偏差”。 2 4 2 数学优化方法 数学优化方法是对电网规划作数学描述，处理成有约束的极值问题，然后 用最优化理论进行求解。和启发式算法相比，数学优化方法在理论上更为优 越，因此得以广泛研究和发展。数学优化的主要方法有：线性规划、非线性规 划、整数规划、混合整数规划和动态规划方法。 线性规划方法是最优化技术中发展最成熟的领域，同时也是应用最广泛的 优化方法。人们常常采用近似措施将非线性问题线性化，以便利用线性规划处 理非线性优化问题。线性规划模型的主要不足是用连续变量模拟离散的决策变 量，不能准确地描述输电网络规划的整数性，得到的结果要么偏离最优解，要 么不满足约束条件。k a l t e n b a c hj c 等人首先提出求解电网规划问题的线性规 划法，1 9 8 5 年v i l l a s a n ar 等人作了改进，但这些方法都是基于灵敏度分析建 模，精度不高，并且用连续变量确定离散的o 1 整数变量，带来较大误差，解 的最优性无法得到保证。但因线性规划法具有计算简单、求解速度快等优点， 在电网规划中还是得到了较多的应用和发展”。 p u n t e l 等人提出了一种输电网络非线性规划模型，并采用非线性规划法中 的梯度法来求解此模型，利用伴随网络的方法求解性能指标相应于支路电纳的 梯度向量，进而选择有效线路加入。由于存在解的取整问题，为了保证解的可 行性，文献中只好采取循环的方法来解决，这就无法保证解的最优性”“。 1 9 7 4 年，l e e 等人把输电网络规划表述为一系列的0 1 整数规划问题，并利 用o - 1 隐枚举法进行求解。o 1 整数规划，对解决小规模的问题效果较好，但 当规划变量个数增加时会遇到“维数灾难”问题，因此这种方法还有待改进； o 一1 隐枚举法，在0 - l 整数规划的基础上有了很大改进，大大减小了整数规划 的规模，但是该算法的搜索计算量较大，计算时间较长，同时，由于采用了一 些近似方法，因此，所得结果也不一定是问题的最优解”。 1 9 8 5 年s h a r i f n i a 建立了输电网络规划的混合整数规划模型，此模型较为 全面地反映了输电网络规划中的各个目标函数，但因为约束条件和变量太多而 难以实用。 综上所述，尽管数学规划发展较快，但各种数学规划方法在解决输电网络 规划的实际问题时还存在困难，因此还有待进一步完善和发展。 2 5 本章小结 本章从决策的概念入手，分析了决策问题的基本特征和决策的一般过程， 通过参阅大量参考文献论述了决策支持系统的历史现状及发展趋势，提出了决 策支持系统的基本特征、决策支持系统的主要任务以及决策支持系统的基本结 构，并在此基础上对电网优化规划研究的理论和方法进行了综述。 第3 章配电网决策支持系统模型库设计 根据调查分析可知，采油厂的耗电设备主要集中在以下3 个系统中：即机 采系统、集输系统、注水系统，可占油罔用电的9 0 左右。为科学的分析计算 采油二厂目前电能消耗情况、采用新型高效节能设备及进行线路优化后的电能 消耗情况，必须对采油二厂现有的用电设备的用电情况和各种用电设备的电能 损耗进行分析计算。 3 1 用电设备用电量和电能损耗分析计算模型 现在采油厂的用电设备基本由变压器、电动机、加热器等所构成。下面就 对这些用电设备的用电量和电能损耗进行分析计算。 3 1 1 电动机电能损耗分析计算模型 电动机总的电能消耗是由电动机做功和电动机的损耗两部分组成的，在电 动机的负荷状况已知的情况下，电动机的总的电能消耗和电能损耗即可计算出 来。 1 任意一条线路或站内电动机总的有功功率消耗计算 只= 尸 ( 3 1 ) 1 = 1 式中p ，一任意一条线路或站内电动机消耗的有功功率总值( k w ) ； p ，一线路内或站内任意一台电动机的有功功率消耗值( k w ) ； n 一线路内或站内电动机的总台数。 2 1 壬意一条线路或站内电动机总的无功功率消耗计算 q ，= q ( 3 2 ) f = l 式中9 一任意一条线路或站内电动机消耗的无功功率总值( k v a r ) ； 9 一线路内或站内任意一台电动机的无功功率消耗值( k v a r ) ； n 一线路内或站内电动机的总台数。 3 区块或全厂电动机总的有功功率消耗计算 匕= c ( 3 3 ) j = l 式中尸。一区块或全厂电动机消耗的有功功率总值( k w ) ； 巧一任意一条线路或站内电动机的有功功率消耗值( k w ) ； m 全厂线路或场站( 转油站、脱水站、注水站等) 的个数。 4 区块或全厂电动机总的无功功率消耗计算 如= g ( 3 4 ) j = l 式中咖一区块或全厂电动机消耗的无功功率总值( k v a r ) ： 9 一任意一条线路或站内电动机的无功功率消耗值( k v a r ) ； 聊一全厂线路或场站( 转油站、脱水站、注水站等) 的个数。 5 任意一条线路或站内电动机总的有功功率损耗计算 电动机所消耗的有功功率，一部分进行做功，另一部分则以发热的形式耗 散掉了，即电动机的有功损耗。电动机的有功损耗可以通过计算求得。 巳= 巳 ( 3 5 ) y i = l 式中 4 b 。一任意一台电动机的有功功率损耗值( k w ) ： 如一任意一条线路或站内电动机的有功功率损耗值( k w ) ； m 一任意线路或场站( 转油站、脱水站、注水站等) 内电动机 的台数。 6 任意一条线路或站内电动机总的无功功率损耗计算 a q w j = q 。f ( 3 - 6 ) p l 式中 4q w 一任意一台电动机的无功功率损耗值( k v a r ) ； g 一任意一条线路或站内电动机的无功功率损耗值( k v a r ) ： m 任意线路或场站( 转油站、脱水站、注水站等) 内电动机 的台数。 7 区块或全厂电动机有功功率损耗计算 峨= 哦( 3 - 7 ) j = l 式中 斥一区块或全厂的电动机有功功率损耗值( k w ) ： 堕查堡堡! ；奎兰堑堡茎堡圭耋堡垒錾 4 吻任一线路或场站内电动机有功功率损耗值( k w ) ； 小线路和场站数。 8 区块或全厂电动机无功功率损耗计算 = ( 3 8 ) j = l 式中 a q k 一区块或全厂的电动机无功功率损耗值( k v a r ) ； 4q 切一任一线路或场站内电动机无功功率损耗值( k v a r ) ； m 一线路和场站数。 3 1 2 变压器电能损耗分析计算模型 变压器的主要作用是进行电压变换与电能传输，因此在分析计算只计算变 压器的损耗即可。 变压器的有功功率损耗由空载损耗和负载损耗所组成，其总的损耗计算公 式为： p = 纰+ 2 叱 ( 3 9 ) 式中 4p 。一变压器的空载损耗标准值( k w ) ： 4 r 一变压器的负载损耗标准值( k w ) ； 口一变压器的负载率，b = s s 其中s 为变压器的实际负 载，为变压器的额定容量( k v a ) 。 变压器的无功损耗由励磁消耗的无功功率和漏抗消耗的无功功率所组成， 其计算公式为： a q = i o s 1 0 0 + x d s 2 ( s x s ) 1 0 0 ( 3 一1 0 ) 式中，0 变压器的空载电流百分数( ) ； 一变压器短路阻抗电抗分量百分数( ) ； 其他符号同前。 1 任一条线路或场站内变压器的有功功率损耗计算 只= e 只 ( 3 1 1 ) ，= l 式中 4 只一线路或场站内任一台变压器的空、负载损耗值( k w ) ，计算 方法按式( 3 - 9 ) ； 4 巧一任一条线路或场站内变压器的有功功率损耗值( k w ) ： 任一条线路或场站内变压器的台数。 2 任一条线路或场站内变压器的无功功率损耗计算 9 = a q , ( 3 1 2 ) 。l 式中 4 q ，线路或场站内任一台变压器的无功功率损耗值( k v a r ) ，计 算方法按式( 3 - 1 0 ) ： d 9 任一条线路或场站内变压器的无功功率损耗值( k v a r ) ： 任一条线路或场站内变压器的台数。 3 区块或全厂变压器的有功功率损耗计算 只= 嵋 ( 3 1 3 ) i = l 式中m 一区块内或全厂线路和场站数。 4 区块或全厂变压器的无功功率损耗计算 绋= a q j ( 3 1 4 ) 1 = 1 式中m 一区块内或全厂线路和场站数。 3 1 3 全厂电加热设备电能消耗计算模型 ( 3 1 5 ) 3 1 4 全厂用电设备电能消耗计算模型 有功功率消耗计算： p s b = p m + d p t + p j r ( 3 1 6 ) 无功功率消耗计算： q s b = q m + aq r( 3 1 7 ) 3 1 5 全厂用电设备电能损耗计算模型 全厂用电设备电能损耗应包括电动机和变压器的电能损耗若两部分，即全 厶褂 = 堕查堡堡! ；奎兰堑堡茎堡圭耋堡垒錾 部用电设备的有功功率损耗为： 世h r = 心m + 世t t 3 1 8 ) 式中 4p m 一电动机有功功率损耗总和( k w ) ； ap r 一变压器有功功率损耗总和( k w ) 。 全部用电设备无功功率损耗为： 9 础= q ，+ q ， ( 3 - 1 9 ) 式中4 甄一电动机无功功率损耗总和( k v a r ) ； d 函一变压器无功功率损耗总和( k v a r ) 。 3 2 输配电线路电能损耗计算模型 由于采油厂的输配电线路比较多，因此在计算输配电线路的损耗时，应根 据每条线路的具体情况对其分别进行计算，然后将其相加而得到全厂的输配电 线路的电能损耗值。 3 2 1 高压线路电能损耗计算模型 由于目前采油二厂的输配电线路的运行方式为闭环系统丌环运行，因此在 计算单条线路的电能损耗时，可以按照开式网的潮流分布方式进行。 输配电线路的电能损耗计算，按照潮流计算的原则应从线路末端向线路首 端进行推算。 1 线路阻抗计算 a s hs ih s l cs u n 图3 - 1 抽油机供配电线路潮流分布示意幽 f i g 3 1t i d a lc u r r e n td i s t r i b u t i o no f t h ec i r c u i t r y 月御= r o + 上 ( 3 - 2 0 ) m l l 审 一一 x ( i ) ；x o l ( o z c i ) = r l 碡七j x 国 式中r 似任一段线路电阻值( q ) ： x ( o 一任一段线路电抗值( q ) ； 线路单位电阻值( o k m ) ： 蜀线路单位电抗值( q k m ) ； 上m 一任一段线路长度，如点a 到b 点的距离( k m ) 。 2 高压线路( 6 3k v 线路) 损耗计算 线路损耗计算式为： a s ( i ) = ( 最d ( f ) ( f ) + 如( i ) q l d ( f ) ) ( r ( i ) + j x ( o ) ( u 。u ) 任一段线路上的有功损耗为： 卿( f ) = 幽半等攀蝴 任一段线路上的无功损耗为： 。t q ( 垆型些器掣蹦( f ) 式中尸d 以) 第段i 线路上传输的有功功率( k w ) 吼dn j 一第段i 线路上传输的无功功率( k v a r ) u x 线路的额定电压( k v ) 。 线路总有功功率损耗为： a p x ( ，) = d t p ( i ) 式中n 一如图3 - 1 所示从点a 到7 点的线路段数。 线路的总的无功功率损耗为： a q n ( ，) = d t q ( i ) 式中n 一如图3 1 所示从点a 到门点的线路段数。 3 高压线路总的电能损耗计算 高压线路总的有功功率损耗为： ( 3 2 1 ) ( 3 2 2 ) ( 3 2 3 ) ( 3 2 4 ) ( 3 2 5 ) ( 3 2 6 ) ( 3 2 7 ) 堕堡鎏堡三茎兰墼堡茎堡苎茎堡垒尘一 蛾。= 峨。( ，) ，= l 式中m 一高压输电线路数。 高压线路总的无功功率损耗为： 线。= 鲰。( ，) 3 2 2 低压线路损耗计算模型 ( 3 2 8 ) ( 3 - 2 9 ) 由给定条件知，从变压器的输出端到电动机的输入端的距离平均为6 0 m ， 因此可以根据电动机的功率消耗求出在这一段导线上的电能损耗。 6 0 m 导线的电阻为： r ( i 1 ：口旦 ( 3 3 0 ) s ( f ) 式中r m 一任意一段变压器输出端到电动机输入端导线的电阻值( q ) ： p 一导线的电阻率( q 十啪2 m ) ； 6 0 - 一变压器输出端到电动机输入端的距离( i n ) ； 删一任意一段变压器输出端到电动机输入端导线截面积( 珊n 2 ) 。 任意一台抽油机上从变压器输出端到电动机输入端导线上的有功损耗为： a p d m ( f ) = 1 2 ( f ) x r ( f ) ( 3 3 1 ) 式中卜一任意一台抽油机上电动机的电流值( a ) 。 任意一条线