（电力系统及其自动化专业论文）输变电项目前期阶段的决策方法研究.pdf

浙江人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n t e n t i o no ft h i sp a p e ri st or e s e a r c ht h ed e c i s i o n - m a k i n gm e t h o do ft h ee a r l i e r s t a g ei nt r a n s m i s s i o np r o j e c tc o n s t r u c t i o ns y s t e m i no r d e rt oa d a p tt ot h ec o n t i n u o u sc h a n g eo f m a r k e te c o n o m ya n dt oa i ma tt h ep r o p e r p c r o d so ft r a n s m i s s i o np r o j e c tc o n s t r u c t i o n ，b a s e do nt h ea u t o m a t i o nt h e o r y , i ti sn e c e s s a r y t ot a k et h ew h o l en e t w o r kc o n t r o la sa no b j e c ta n ds h o r t e nt h ea s s e s s m e n to ft h ea d e q u a c y o ft h ee l e c t r i cs y s t e mf o rao n e y e a rp e r i o dt oh a l f - a - y e a rp e r i o di nr e s p o n s et ot h er a p i d c h a n g eo f t h es o c e i t y sn e e di ne l e c t r i ce n e r g y a p r o p o s a lt op r e l i m i n a r yf e a s i b i l i t ys t u d yi sab a s i so nt r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n g t e c h n i q u ep r i n c i p l e s ti sa p p r o p r i a t et oc h o o s eas c h e m eb yj u d g i n gat h r e s h o l di nt h e y e a r l ym e a nl o a d c a p a c i t yr a i t o ，l i n k i n gu pw i t ht h eu n d e rc o n s t r u c t i o np r o j e c ta n dt h ed i s t a n t p r o s p e c t s t h i sm a k e st h ec r i t e r i o no fc h o o s i n gas c h e m em o r ei m p e r s o n a l ，a n di ta l s o m a k e st h ed e c i s i o n m a k i n gi nt h eq u a n t i t a t i v ea n ds c i e n t i f i cw a y s t h ed e f i n i t i o no fe n e r g y - t o r q u ei sg i v e ni nt h i sa r t i c l e a f t e rc o n f i r m i n gt h ep r o j e c t ，a c h o i c eo fs u b o r d i n a t es u b s t a t i o ni sm a d ef o rt h ee x i s t i n gp o w e rs u b s t a t i o nb a s e do nt h e e n e r g y - t o r q u e t h ec o o r d i n a t eo f t h en e wp o w e rs u b s t a t i o ni sc a l c u l a t e db yt h ep o s i t i o na n d t h e s u p p l y e n e r g yo ft h es u b s t a t i o nw h i c hh a sam a x i m u me n e r g y - t o r q u ea n di t s n e i g h b o u r ad e t a i l e dd e s c r i p t i o ni sg i v e no fh o wt of o r map o l y g o nt h a td e t e r m i n e st h e s u b s t a t i o nl o c a t i o n i ti sp r o p e rt os e l e c tt h es u b s t a t i o nl o c a t i o nn e a rt h ep o l y g o nc o m b i n i n g t h ep r e s e n ta n df u t u r ec o n d i t i o no f t h el a n d t h es c h e m e so l la l ll o c a t i o n so ft h en e ws u b s t a t i o ni sa n a l y s e da n de v a l u a t e db y a h p , w h i c hi so f t e nu s e di nm c d m t h r e ew a y si e s a w t o p s i s m f ea r eu s e dt o m a k i n gt h ed e c i s i o n k e yw o r d s ：d e c i s i o n - m a k i n gm e t h o de n e r g y - t o r q u e t h es u b s t a t i o nl o c a t i o na h p 2 浙江大学硕士学位论文 第一章前言 输变电工程前期阶段的主要任务是：在电网规划的指导下，完成如下工作：1 、 确定项目，2 、规划选所，3 、确定所址，4 、提出供电网络的割接方案。 具体包括以下几个子决策，即变电所容量分析评价、变电所优化布局、变电所所 址评价、建设规模的确定和电网网络优化。上述这几个子决策是相互联系，相互影响 的，因此，在实际工作中，需要同时把它们列入考虑范围，以求得最满意的结果。 1 1 研究背景 浙江省嘉兴市位于长江三角洲，经过2 0 多年的努力，嘉兴市已成为我国经济发 展最快和最具活力的地区之一。在十分严重的拉闸限电情况下，2 0 0 4 年嘉兴市全社会 最高用电负荷为1 8 9 万k w ，比2 0 0 3 年增长1 2 4 ，用电量为1 2 6 8 亿k w h ，较上一 年增长1 6 8 ，增长幅度居浙江省的前茅。今后2 0 年内，嘉兴市的用电需求将会继 续保持较快增长。嘉兴市用电量及最高负荷都约占全省的1 0 。但嘉兴土地资源稀少， 面积只有3 9 1 5 平方公里，仅占浙江省的4 ，且农保率高达8 6 。上述数据说明了科 学地开展输变电工程建设对嘉兴经济的可持续发展有着极其重要的作用。 为满足电力负荷快速增长、供电可靠性要求不断提高的需要，嘉兴市每年都需要 建成一批输变电工程。但城乡一体化建设步伐的加快和大批工业企业的发展，使高压 线路走廊、变电所所址的落实的难度越来越大。相当一部分电力项目施工受阻，进展 缓慢，工期拉长，影响了经济发展对电力的正常需要。同时，经济的飞速发展使电网 规划的环境发生根本性的变化，各种规划方法特别是灵活规划方法f 1 1 2 、 3 1 4 1 1 5 、 6 、 7 1 8 1 、【9 1 相继涌现，各种评估方法1 0 l 【1 1 】 1 2 1 3 】也越来越多地应用到电网规划中。在此 基础上，根据电网扩展规划，在输变电工程项目层面，适时开展电网建设的前期工作， 增强方案选择的科学性和客观性，提高决策的合理性，最大程度地降低实施阻力以加 快工程进度，是提高电网规划和建设工作管理水平的一种有效途径。 输变电工程比一般建筑工程，在电网需求面、工程技术面、财务层面及环境冲击 面上都具有不确定性多及投资成本高的特点。因此，输变电工程方案的选择，需要业 主在设计单位协助下从需求面、工程面、财务面及环境面等不同的方面来加以思考， 然后研究出几个可行的方案来进行评选。 在大型电力网络中，规划专家单凭经验知识进行判断决策在实际工作中已显得越 6 浙江大学硕士学位论文 来越困难。为此，有必要引入各种数学工具如模糊系统理论【1 4 、1 1 5 和运筹学方法将规 划专家的经验知识迸行系统化表示，形成辅助决策系统i 1 6 1 ，并利用各种多重目标综合 决策的方法进行综合评判17 】【1 8 】，以使得输变电工程项目的建设科学化、规范化。 1 2 输变电工程项目前期阶段决策工作的意义 在基本建设项目的投资决策程序中，在可行性研究阶段，对项目进行深人的技术、 经济论证和方案比较，并在研究分析投资效益的基础上，提出建设项目是否可行和怎 样进行建设的意见和方案，作为投资决策的依据，这是技术经济论证的关键环节【2 。 。 输变电工程项目建设的决策是一项复杂的工作。一个输变电项目要经过初步可行 性研究、编制项目建议书和可行性研究等阶段方可进行立项、投资和建设。 在一段时期内，一个电网可能有众多的输变电工程项目需要建设，工程投资庞大， 电网企业必须根据自身的发展需要，合理利用有限资源，使其发挥最佳效益；企业应 根据国家的经济形势、经济政策以及企业的投资自主权的大小、企业自身的生产经营 情况、市场需求状况等各种因素进行综合分析，提出电网的扩展方案。也可以根据该 地区电网发展的实际情况，结合项目的经济效益、社会效益等因素综合考虑，对符合 技术要求的项目根据轻重缓急安排建设，这就需要对多个项目进行多目标的综合评 判，得出科学的结论。最后必须根据市场的需要，及时对电网和项目进行动态评估和 优化调整，进行项目前期的综合决策。 同时，在输变电工程项目前期阶段，对于项目及其关键要素所址的决策分析 与评价也有基本要求，应包括：资料数据的可靠、准确，方法的科学、合理、多方法 验证，多方案的比较与优化。对项目位置从需求面、工程面、财务面及环境面等不同 的方面综合评判。只有这样，才能使确定的项目顺利付诸实施，达到项目建设的预期 目的，实现整个社会的和谐发展。 电力工业既是技术密集型行业，又是资本密集型行业，并且是社会的公用事业， 承担着重要的公共职能，是国家社会进步、经济发展的先行官。输变电工程一经确定 将会对整个社会产生重大影响。 1 3 输变电工程项目前期阶段的定性评估方法 1 3 1 定性评估方法 对于输变电工程项目前期阶段的各个子决策方案的评选方式，过去大部份是通过 7 浙江人学硕士学位论文 专家间的讨论后加以决定，很少通过客观定量的方法来加以筛选。一般是请专家、学 者进行论证，然后由决策者对有关意见进行综合并最终拍板确定”们。 对建设项目，一种常用综合评价的方法是：列出建设项目的各项技术经济指标值， 以及反映其他因素的非数量指标，由专家们进行论证后由决策者决定或不经论证直接 由决策者决定建设项目的优劣。 由决策者直接决定建设项目的优劣，受决策者经验、水平、对建设项目了解的透 彻程度等因素影响，容易造成失误。 采用专家论证会的方法也有以下缺点： 1 ) 容易受少数声望或地位高的专家或权威意见的左右，影响对建设项目的客观 评价。 2 ) 有的虽有丰富的经验，意见也比较正确，但因表达能力较差，陈述意见不系 统，说服力不强而不被重视；而那些伶牙俐齿、能说会道的人，有时虽然真理不在他 们一边，但他们的意见却被采纳了。 对于所址，其评价判断经常受制于少数权威部门的意见。 这种方法使整个决策缺乏独立自主的、科学的评估制度和评估方法，使决策过程 实际上成为少数人按个人偏好来决策的个人行为，不能实现决策的科学化、民主化。 因此，改进决策分析技术，完善决策分析方法，实现决策过程的定量化，已成为项目 前期阶段决策过程中刻不容缓的要求。 1 3 2 国内外输变电项目前期阶段决策方面研究的基本状况 国内外对定性评估方法的缺点已有十分清晰的认识，分别对此提出一定的解决方 法来决策。 近年来，国内在变电所布点和电网网络优化方面的理论研究比较深入，涌现出一 大批经典的算法，如遗传算法、贪心算法、蚁群最优等，在解决电网规划的全局优化 问题上也取得了一些突出的成果2 0 】【2 1 、 2 2 1 。但这些理论算法大多着眼于优化算法的 改进，由于建模过程中为方便求解而作了大量的简化，忽略了一些实际因素，在实际 使用中如缺少大量的其它数据( 如土地的可得性、路径的可达性、规划的适应性) 作 支撑，往往会使理论研究和实际工作出现脱节。 文献 2 3 1 提出一种基于区间分析的电网规划项目选择方法，对项目的优化排序提 出了一种方法。但由于决策的指标无法体现在电力行业的指标，缺乏直观性，在工程 浙江大学硕上学位论文 实践中不便使用。文献 1 7 1 、 2 4 是对电力项目投资决策主要从降低成本角度分析， 主要解决了项1 9 建设和运行成本最小化的问题，对项目的可行性和必要性即满足 未来用电的情况缺乏分析。 在变电所所址选择或评估方面，有学者根据模糊评判的基本思想，建立了模糊评 判模型，也采用了a h p 等方法来分解，使评估从定性走向定量、f 2 6 【2 ”，但在相关 因素的权重选择上仍旧缺乏比较规范的方法和手段，直接地由决策者决定权重最终将 影响决策的客观性；1 有的则对涉及的因素分解不够，造成决策模型的层次太少，在某 些情况下( 如未选中的因素可能影响整个结果时) 将得不到最佳方案。并且，对所址 的评价方法尚属比较单一，缺少不同评价方法之间的相互对比。 由于经济发展的阶段有别，电网发展水平不一，有些国家和地方电力管理体制也 与我们有很大差异，对这类问题的研究上有很大的差别。在经济增长比较快的地方， 如韩国、台湾、香港、印度、马来西亚、伊朗等对电网发展中的优化问题均在结合各 自的国情进行探索2 0 】l 2 9 1 1 3 0 ，基本上与我国已有的方法一致。而巴西为适应电力市 场化发展的需要，电网规划和建设已经与原来基于安全考虑的模式有了实质性的改 变，主要应用场景( s c e n a r i o ) 决策方法【3 l 】、【3 2 】。美欧、日本等发达国家主要是在现有 的网架上提高，从经济学的角度上说是“路径已经锁定”，使用理论算法选址有充分 的物质基础 3 3 j 。 1 4 本文所做的主要工作 为适应市场经济发展中的不确定性对电网项目建设进度的变化，本文针对建设项 目存在的一定周期，以整个电网为控制对象，根据自动控制理论，结合电网建设实际， 提出将传统的以一年为基准周期，进行电网扩展方案的评估，缩短到每半年一次。由 此可以提高电力部门对用电需求的反应速度。 在输变电项目初步可行性研究阶段，应根据电网规划技术原则，采用年平均容载 比是否超过门槛值，结合在建工程和远景发展目标来进行选择项目。 本文定义了能量矩。在确定了需要建设的输变电项目后，对现有电网中的电源变 电所，根据能量矩的大小选择需要分流的下级变电所。对能量矩最大的负荷变电所及 其邻近的其它负荷变电所，根据其位置和未来若干年的电量，计算出需要新建的电源 变电所所址的坐标，这几组坐标便可形成选址多边形。在选址多边形周围结合地块现 状和规划条件来寻找所需要的电源变电所所址。 9 浙 上人学硕士学位论文 对所址的评估，本文根据多准则评估理论中常用的层级分析法( a h p ) 、加权总和 法( s a w ) 、最优解类比优选法( t o p s i s ) 、多目标模糊优选法( m f e ) 等几种方法， 来进行输变电工程方案评选的应用。其中用a h p 法来构建方案评选的层次化，达到 由繁化简的功效，同时利用a h p 法求取各评估准则问的相对权重。再辅以s a w 法、 t o p s i s 法、m f e 法等3 种方法来对方案排序，完成输变电工程所址方案的最后评选。 l o 浙江大学硕上学位论文 第二章基于空间电量分布的负荷预测 负荷预测是电网规划与建设中的基础工作，准确与否直接影响着电网规划和项目 建设的经济效益和社会效益。负荷预测工作要求具有很强的科学性，要以现状水平为 基础，充分运用大量的反映客观实际的数据，采用适应具体地区发展规律的科学方法， 并选用符合实际的、科学的参数，使负荷预测最大可能地接近负荷发展的实际。 目前，负荷预测的方法很多，分别适用于不同的目的。下面介绍几种常用的负荷 预测方法。 2 1 常用的负荷预测方法 3 4 】 常用的负荷预测的方法主要有以下几类： 1 、电力负荷预测的经典技术包括：专家预测法、类比法、主观概率预测法、单 耗法、密度法、比例增长法、弹性系数法、时间序列预测法。 2 、电力负荷预测的经济模型预测法： 线性趋势预测：全平均法、一次滑动平均预测法、一次指数平滑预测法、一阶自 适应系数预测法。 二次趋势预测：二次滑动平均法、二次指数平滑技术、二阶自适应系数预测法。 多项式趋势预测：三次指数平滑技术、累积预测法。 增长趋势预测：指数曲线模型( x t = a e “) 、非齐次指数模型( 艽+ = c + a e “) 、龚 帕兹模型( x t = p 扣“，b 0 ，a 0 ) 。 cj - a e 。 3 、电力负荷回归模型预测： 一元线性回归模型、多元线性回归模型、非线性回归模型。 4 、现代电力负荷预测技术 灰色系统预测、神经网络预测、小波分析预测、模糊预测等。 上述预测方法各有不同的适用范围，有的适用于短期、有的适用中长期负荷预测。 在进行负荷预测之前收集所需数据的工作是巨大的，比如规划年的地块发展规 划，历史年的电量和负荷数据，居民的用电状况，g d p 数据，工业企业的能耗值等 都是必要的数据。一般来说，根据预测目的结合收集到的数据来选择适当的负荷预测 方法。 浙江大学硕士学位论文 在中长期负荷预测中，常采用单耗法、密度法、比例增长法、弹性系数法等方法。 2 2 空间电力电量预测阱1 3 6 】、1 3 8 1 在电网的规划和建设阶段，不仅要有总量预测，而且还需要知道负荷及电量的分 布，目的是使各级电压的变电所建在负荷中心。在这里特别强调负荷密度法的实用性， 所谓负荷密度指标法，是根据规划区各地块的用地性质，采用与其它地区类比的方式 确定规划地块单位建筑面积的负荷指标，进而对规划区负荷加以预测。其关键是选择 合适的负荷密度。采用空间负荷分布法不仅能预测出未来负荷量的变化规律，而且对 未来的负荷地理分布情况也作出了相应的预测，实现了负荷的时间、地点、大小的预 测，据此可以进行电网规划和建设。该方法完全依赖政府规划部门提供的区域发展规 划，而区域发展规划受政治及政治家的主观影响很大。 由于中长期负荷预测中首先要进行需求电量的预测，变电所所址确定更需要使用 准确的电量和负荷分布。 2 2 1 网格法 把被预测地区划分为网格，并按其用地性质进行分类，同一类网格选用一种负荷 密度。据此可以完成一个区域的用电量预测。 2 2 2 单位用地的电量( 负荷) 密度预测法 一般来说，总体电量有总体电量的发展规律，不同行业的电量也有不同的发展规 律，例如在我国很多地区，居民生活和第三产业负荷按照常规速度增长，而第二产业 则处于飞速增长期。 因此，为了更加紧密地结合各地区的社会经济发展规划特别是产业规划，有必要 对本地区各行业的用电情况进行预测，并且和总体电量预测互相校验。 在进行分行业电量预测之前，必须对该地区的电量进行行业上的分类，电量分类 的方法很多，大体有以下几种： ( 一) 电力部门分类法 把电量按国家电力公司标准的八大类进行区分，例如农、林、牧、渔、水利业合 计，工业，地质普查和勘探业合计，建筑业和居民生活等。其中每一大类又可以分为 很多详细的小类，例如工业可以分为机械工业，化学工业等。电力部门每月统计以上 各个行业的电量，一般来讲，逐年的分类电量资料容易获得，而且数据比较可靠。 1 2 浙江大学硕士学位论文 ( 二) 国民经济分类法 按产业结构把负荷分为第一产业，第二产业，第三产业和居民生活四大类。 ( 三) 规划部门按用地性质分类法 即按照规划部门提供的用地规划，将行业分类与用地规划上的用地性质对应起 来，如在用地规划中有工业用地，则可以将工业用电量划为一类。 电力电量预测中，建筑面积和用地性质是分类预测的关键数据，由于不同地区的 差异很大，必须恰当地估计本地的用电增长速度，按照地区的发展目标和未来定位， 在国内外找到参考地区或城市来预测。 可以使用政府的总体规划，结合产业和用地规划，按照重点发展地区、一般发展 地区、一般控制地区、生态资源保护地区等，分别取不同的负荷密度，进行预测。 2 2 3 基于建制单位的电力电量预测 基于建制单位的电力电量预测实际上是空间预测的一种，其最大优越性为统计体 制完备，数据获取十分方便，可以使用上述提到的有关电力电量预测方法。分区预测 以行政区为单位进行，自下而上地得到各分区的预测结果。该方法在工程实践中使用 得比较普遍。 浙江大学硕上学位论义 第三章输变电项目的选择、所址选择和评判方法 输变电项目的建设方案涉及时间因素，需要对未来每个时间阶段分别进行决策， 以使项目在整个时间周期内最优。 根据b e l l m a n 原理，一个过程的最优决策具有这样的特性：无论以前的状态和决 策如何，对以前决策所形成的状态而言，其后的诸决策必须构成最优策略。 这个原理告诉我们，对于最佳决策过程，每个中间时刻到结束时刻的变化路径都 必须是最优的【3 9 】。 每年电网项目立项前的投资方向研究和初步可行性研究、所址选择和所址评判， 都可视为寻求阶段最优的决策过程。未来有无限多种可能性，只要项目的决策是最优 的，最终的决策路径可以认为是最优的。 如果能利用计算机进行辅助决策，则可以避开决策过程的模糊性、随意性，排除 人为干扰，用相对客观的方法来进行决策。 3 1 项目的评判决策 3 1 1 数学模型 现行的电力企业的电网扩展方案一般都是以年度财务预算为基础，每年进行一次 项目评判，然后根据评判结果完成项目选择，再开展项目前期工作，最后组织实施。 因此，从电网建设项目的分析研究过程中可以建立如下数学模型： 假定整个电网系统为一个控制对象，则每年一次以变电所供电量和最大负荷的分 析为基础的电网设备评估后所提出的电网扩展方案可作为状态变量，这样就建立了电 网扩展的控制系统。这里采样时间为一年一次，且电网扩展方案需要计及项目的建设 时间( 惯性时间) 。整个系统的闭环传递函数见附图3 1 。 4 浙江大学硕士学位论义 图3 1 、电网扩展闭环离散控制系统 r ( s ) 代表原有电网， y ( s ) 代表实际电网， h ( s ) 实际电网至期望电网的转换函数， n ( s ) 代表期望电网扣除待建电网部分， e ( s ) 代表需求和实际的差额电网， 驴( s ) 需要扩展的电网可行集， g ( s ) 代表扩展电网方案及其执行的惯性时间、采样延迟时间， 6 代表采样的离散化环节( 零阶保持电路) 。 对上述电网扩展闭环离散控制系统，求传递函数，有 e ( s ) = r ( s ) 一n ( s ) 球( s ) - 【h ( s ) y ( s ) e + ( s ) g ( s ) 】( 3 1 ) y ( s ) = r ( s ) + e + ( s ) g ( s )( 3 2 ) 将( 3 2 ) 式代入( 3 1 ) 式，得 e ( s ) = r ( s ) h ( s ) r ( s ) h ( s ) e + ( s ) g ( s ) + e + ( s ) g ( 3 3 ) 对( 3 3 ) 式取星号拉普拉斯变换，得 e + ( s ) = r + ( s ) 一h + ( s ) r + ( s ) h g + ( s ) e + ( s ) + e + ( s ) g + ( s )( 3 4 ) 对( 3 2 ) 式取星号拉普拉斯变换，得 y + ( s ) = r + ( s ) + e + ( s ) g + ( s )( 3 5 ) 浙江大学硕士学位论文 目口e + ( s ) = 【y + ( s ) - r 4 ( s ) 】g + ( s ) ，( 3 6 ) 将( 3 6 ) 式代入( 3 4 ) 式，解得 y + ( s ) r + ( s ) = 1 1 一g + ( s ) + h g + ( s ) 】+ 1 h + ( s ) g + ( s ) + h g + ( s ) 】 ( 3 7 ) 因此，要提高电网对用电需求的反应速度，就是要尽量减少e + ( s ) 。一是缩短采 样周期，提高反应速度；二是从( 3 ，6 ) 式可以知道，g ( s ) 这一环节必须选择合适 的参数。 1 ) 采样周期【柏】 香农( s h a n m o n ) 采样定理：如果系统的连续信号y ( t ) 的频谱特性中，最高频 率为6 0 m a 。，那么，采样离散信号y + ( t ) 能被重建原来的连续信号的最低采样频率 c e j 。显c l ，。( 魄= 2 r t ，t 为采样周期) 。 采样频率太低，会使零次保持电路的输入信号与输出信号之间存在着较大的误 差，所以采样频率必须满足采样定理的要求。 工程实际中，建设项目一般存在一定的周期，电力负荷一般以一年为基准周期， 即w , m x = 2 7 r 1 2 ，因此；= 2 r 6 。 减少e + ( s ) ，采样周期应达到每6 个月一次。也就是说，每半年需要对电网状况 进行一次评估，并提出相应对策，这样可以提高电网建设对用电需求的适应性。 2 ) g ( s ) 环节的分析 由于新建输变电项目实施一般需要2 年时间，扩建项目及联络线增加方案一般需 要1 年时间。因此，g ( s ) 中的惯性时间应包括1 2 个月( t ) 和2 4 个月( 2 a t ) 两 种，即 g ( s ) = g 1 ( s ) + g 2 ( s ) + g 3 ( s )( 3 8 ) g 1 ( s ) 表示各种方案， g 2 ( s ) = k l ( s + 1 2 ) + k 2 ( s + 2 4 ) ，其中对任一方案，k 1 、k 2 应满足k i * k 2 = 0 ， k 1 + k 2 = 1 。 g 3 ( s ) = ( 1 - e “) s 。 从( 3 7 ) 式可以知道，g ( s ) 必须与h ( s ) 、r ( s ) 共同作用，才能取得理想 的传递函数。由于g ( s ) 中的惯性时间包括a t 和2 a t 两种，h ( s ) 的有关方案必 须横跨t 并延续2 a t 的内容，通过参数调节，提高h ( s ) 的预警能力。 1 6 浙江大学硕士学位论文 工程实践中，可以对电网内有关设备的未来1 - 2 年供电量进行预测，以一定的判 据提出h ( s ) 的有关方案。 3 1 2 电网扩展方案的判据 根据电力负荷特性曲线【4 l 】， r = e ( 8 7 6 0 4 p 。) ( 3 9 ) 式中， 代表年负荷率， e 代表全年实际用电量，单位万k w h p 。，代表全年最大负荷，单位万k w 。 而 h h = p r r i a x h h 为年最大负荷利用小时数，单位小时。 对( 3 9 ) 式作如下变换， - o = e ( 8 7 6 0 + p m “) = p a v p 丌“=( p 。s ) ( p 。m ，s ) = ( 1 低。) ( 1 依一) 一k 。k , ， ( 3 1 1 ) 式中， p 。代表全年平均负荷，单位万k w ， s 代表主变的视在容量，单位万k v a ， 磁v - 代表年容载比( 全年平均负荷时的主变容载比) ， k 。；代表全年最大负荷时的主变容载比。 又，- l = e t ( 8 7 6 0 * p r , a x ) = h h 8 7 6 0 ，所以 k 。k 。，= h h 8 7 6 0 ， k 。= k 。x ( h h 8 7 6 0 ) = k 栩 根据电网规划设计导则m 】，对2 2 0 k v 主变k m 。x = 1 6 _ 2 0 ，对 k 。= 1 - 8 2 1 。 ( 3 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) 1 1 0 k v 主变 对电网的年负荷率，应根据电网企业的实际情况进行选择。也可以根据历史值来 代替。一般地，”可以取0 8 。 因此，对2 2 0 k v 主变， k 。_ 2o - 一2 5 ( 3 ，1 3 ) 浙江大学硕士学位论文 3 1 32 2 0 k v 项目的提出 2 2 0 k v 变电所的主要供电对象为1 1 0 k v 、3 5 k v 变电所，其中以1 1 0 k v 变电所为 主要目标。当2 2 0 k v 变电所的供电量达到一门槛值( 如年平均容载l l = 主变容量年平 均负荷的比值) 时，则需要建设相应的2 2 0 k v 变压器来进行分流。 k = 专喜鲁 8 7 6 0 。表示年平均容载比， s ，表示主变容量， e i 为该主变的供电量，i = l 、2 、3 n ， 如。值的大小体现了各台主变的供电效益和供电可靠性即供电能力裕度。过大， 经济性差；过小，供电能力裕度小，供电可靠性较低。如，的具体门槛值根据各地的 具体情况确定。 k a v 的门槛值，决定了电网企业的投资成本。根据式( 3 。1 3 ) ，并对浙江省电力系 统的大量的统计数据的分析表明，上节提出的k ，值以2 o 2 5 为划分点是合理的。 即低于2 0 的变电所必须马上增容或抢建，2 0 - 2 5 区间的变电所应安排项目开展前期 工作，2 5 以上的变电所可以适度超前准各项目。换言之，主变容量为3 0 万k v a 的 变电所，当其供电量在1 0 5 亿k w h ，必须考虑对该主变分流。 计算时应注意，各年度的变电所容量必须与当年度的电量( 实际值或预测值) 相 对应。根据各种预测理论，利用各变电所历史上的统计数据，结合空间电力电量预测， 可以推测各变电所未来若干年度的电量。 各2 2 0 k v 变电所根据k 吖值大小进行排序，确定需要分流的2 2 0 k v 变电所的名单。 根据2 2 0 k v 变电所可扩建的可能性及所带的1 1 0 k v 变电所的数量，确定是否需要对 其进行扩建或在其他地方新建2 2 0 k v 变电所来解决。 新建的2 2 0 k v 变电所应考虑向若干座1 1 0 k v 变电所供电。 3 2 所址选择 3 2 1 所址选择 在5 0 0 k v 网络不断发展的今天，2 2 0 k v 变电所的地位逐步弱化。优化2 2 0 k v 变 电所所址选择的一项重要原则就是：在外部条件许可的情况下，努力靠近负荷中心。 浙江大学硕士学位论文 而下级负荷也已经采用辐射形终端变的形式供电，各2 2 0 k v 变电所已成为相对独 立的供电单元，使2 2 0 k v 变电所所址选择的优化方法趋于简化。 3 2 2 地面点位置的表示方法h 耵 地球是一个旋转的椭球，是由椭圆n w s e 绕轴n s 旋转而成。由于地球的扁率很 小，在普通测量计算时可近似认为是圆球体，其平均半径约为6 3 7 1 k m 。 为了确定地面上的点的位置，一般选择地面上的一点，作为大地基准点，或称为 大地原点。我国于1 9 8 0 年在陕西省泾阳县永乐镇境内设置了我国大地原点，作为我 国的统一坐标系。本文的所有坐标均以“1 9 8 0 年国家大地坐标系”为基准进行计算。 普通地球表面的形状复杂多样，地面上固定的河流、湖泊、房屋和道路等称为地 物，呈现各种高低起伏的形状称为地貌，地物和地貌总称为地形。 3 2 2 1 地面点地理坐标 地理坐标就是用经度和纬度来表示地面上的点的位置。通过英国格林威治天文台 的子午线为起始子午线，以赤道的纬度为0 。如浙江省嘉兴市的地理坐标为东经 1 2 0 0 4 47 ，北纬3 0 。4 7 7 。 3 2 2 2 平面直角坐标 地球本身是一个椭球，但在小范围内( 半径不大于1 0 k m 的范围) ，可将该部分 地球表面近似看成水平面，可以把地面点直接投影到水平面。 以相互垂直的纵横轴建立平面直角坐标系，规定南北方向为纵轴( x 轴) ，向北为 正。东西方向为横轴( y 轴) ，向东为正。为使各点的坐标值( x ，y ) 均为正值，坐标 原点一般设在西南角以外。这样来，平面上的任意一点都可以用纵横坐标( x ，y ) 来表示。 3 2 2 。3 高斯平面直角坐标 地理坐标可以将整个地球作为一个坐标系统，但它的测量计算都相当复杂。当考 虑的范围比较大时，也不能直接用上面的平面直角坐标来表示。因此必须使用高斯投 影后生成的高斯平面直角坐标系。 高斯平面直角坐标系是从起始经度线起，采用分带( 经差6 度或1 0 度划分为一 带) 投影的方法，将每一带展开成平面而构成坐标系。 每带的中央子午线为纵轴x ，赤道为横轴y ，中央子午线与赤道的交点为坐标原 浙江大学硕士学位论文 点。原点以北为正，向南为负。我国地处北半球，纵坐标为正值。而横坐标是以带中 央经线为基准，向东为正，向西为负。为使横坐标不出现负值，国家统一规定将每带 的坐标原点西移5 0 0 k i n 。 如已知a 、b 两点的坐标( x a ，y a ) ，( x b ，y b ) ，则可以计算a 、b 间的距离和坐 标方位角。 d = = ( x 。- - x 6 ) 2 + ( j ，。- y 6 ) 2 ( 3 1 5 ) a ：a r c t a l l 丝二匕 x b x 4 ( 3 1 6 ) 3 2 3 连续型多场址选择模型 在中心地理论的应用模型中，有离散型多场址选择模型、离散型单场址选择模型、 连续型多场址选择模型和连续型单场址选择模型。 解决变电站优化布局问题可采用离散型多场址选择模型和连续型多场址选择模 型。连续型选址计算简单，模型、方法成熟，得到了广泛的应用。离散型选址方法计 算量大、存储量大，较少使用。文献 9 中先把变电所合理布点问题看作是一个连续性 问题，所求得的变电所位置若是居民区或林地、水域等不适宜的位置，则重新进行负 荷分配，进而重新确立变电所的位置。 基于此，将变电所合理布点问题： ( 1 ) 1 2 个负荷点的位置( x j ，y j ) ，( j = 1 ，2 n ) ( 2 ) 各负荷点的负荷为p l ， 描述为已知，求负荷非均匀分布条件下： ( 1 ) 变电所的优化数目m ( 2 ) 各变电所的最优区位( u ，v i ) ，( i _ 1 2 m ) ( 3 ) 确定各变电所的优化供电区域，为此，设置决策变量x i i ： 当变电所i 不向负荷j 供电时，x i j = 0 1 当变电所i 向负荷j 供电时，x i j = l 。 为解决这一问题，建立如下变电所布局的空间优化模型。用f 表示电网的年费用， 则有目标函数 r a i n f = 玛仍d o ( 3 ，1 7 ) 2 0 浙江大学硕士学位论文 d f = ( “，一x ) 2 + ( v f y ，) 2 ，( 3 1 8 ) = i ，1 3 为电网单位距离、单位负荷的年费用系数； p i 为负荷点j 的规划年负荷( m w ) ； f 为电网年费用，这里计及其高压配电线路、变电站以及1 l o k v 线路年费用； l 为出线的线路长度。 约束条件为： ( 1 ) 保证对所有负荷点供电，一个负荷点只能由一个变电站供电； ( 2 ) 满足变电所容量约束：容载比2 2 0 k v 不低于1 6 2 0 ，1 l o k v 不低于1 8 2 1 ； ( 3 ) 变电所位置约束。 3 2 4 实用的选所方法一基于能量矩的所址选择 上述模型在实际工作中仍有许多条件需要确定，如电网单位距离、单位负荷的年 费用系数等，实际上一些数据只能用估计值来代替，显然无法取得可靠的数据，因此 需要研究一种实用的变电所选址方法。 从资金流的角度看，新的2 2 0 k v 变电所所址、容量的优化为下列目标函数： m i nc = ( i i + r i + a ( 刨) )( 3 ，1 9 ) i i 为第i 个需建设的变电所的建设投资， r ；为第i 个霈建设的变电所的年运行费用， 口为电价，单位万元万k w h ， a e 。为与第i 个需建设的变电所相关网络第j 年的电能损耗。 实际上，真正能在所址选择中使上述目标函数达到最小的变量为a e i 和i 。变电 所的建设投资i i 中与选址有关的因素主要是建设场地的地物、地貌等，这可以通过避 让的方式来满足。可见，影响规划所址选择的关键变量是a e i ，只要所址离负荷中心 越近，a e i 就越小。 对电网的任一支路，存在 a p ：3 ，z 尺：j 上卜一l “p ： a 3x 业儿：j 4 3 “p 丝。( 3 2 0 ) u c o s 巾l su c o s 币u c o s mt 2 浙江大学硕士学位论文 式中，l 、p 分别表示线路长度和导线材料的电阻系数，j = i s 表示经济电流密度， u 、c o s 西分别表示支路上的电压和功率因数，p 表示在时间t 内通过支路的平均有 功功率，e 表示在时间t 内通过该线路的电能量。 为更好地说明问题，这里定义e l 为能量矩。 从( 3 1 9 ) 可以知道，线路上的损耗a p 与该线路的能量矩成正比。某条线路的 能量矩可以方便地用年供电量乘以线路长度来获得。 能量矩越大，a e i 越大。为满足m i nc 的目标要求，原有的2 2 0 k v 变电所只能保 留能量矩较小的负荷变电所，而能量矩大的变电所必须转移至新建的2 2 0 k v 变电所供 电。因此，能量矩的大小可作为变电所是否需要分流出去的判据。 在根据3 1 3 节确定的需要分流的2 2 0 k v 变电所名单后，得到由该2 2 0 k v 变电所 供电的1 1 0 k v 变电所和供电线路的长度，由此可以计算能量矩。根据能量矩的大小选 择需要分流的1 1 0 k v 变电所的排序，如a 、b 、c 。 在地理信息系统( g i s ) 环境下能方便获取各变电所的坐标。假定a 为能量矩最 大的变电所，则可以以a 为中心来搜索邻近的1 1 0 k v 变电所b 、c ，其计算表达式为 d = ( 以一五) 2 + ( 匕一匕) 2 ( 3 2 1 ) 根据重心理论，可以用上述n ( 这里设n = 3 ) 座1 1 0 k v 变电所为基准，计算待建 设的2 2 0 k v 变电所的负荷中心( 坐标) ： x s l = ( e 1 x 1 + e 2 x 2 + e 3 x 3 ) ( e l + e 2 + e 3 ) ( 3 2 2 ) y s l = ( e 1 y 1 + e 2 y 2 + e 3 y 3 ) ( e l + e 2 + e 3 ) ( 3 2 3 ) 根据前几年的电量数据，利用空间电量分布等方法对各变电所( 已建和待建) 供 电量进行预测，各年的预测电量应取不同的折现系数y1 、y ”y3 ，再利用上述公式 进行计算，得到未来若干年负荷中心的多组坐标( x s l ，y s l ) 、( x s 2 ，y s 2 ) 、( x s 3 ， y s 3 ) ，以这几组坐标构造一个选址多边形。在这个多边形内或附近选择所址， 结合g i s 上的地形状况，可以寻找到电网上合理的所址。 由于预测精度的影响，选址应尽量靠近前面几年的负荷中心。 如果计及未来待建设的1 1 0 k v 变电所的影响，则需要预测未来几年各1 1 0 k v 变 电所( 包括已有的和待建的) 供电量分布情况，并且未来不同年的供电量应折算至决 策年( 可利用资金折现率公式，r = 吾譬r 尘。尹车1 ) ，形成后续的负荷中心。( 1 +) “一 浙江大学硕士学位论文 1l o k v 变电所的决策与2 2 0 k v 变电所基本一致。 3 3 变电所所址方案评选的多准则评判方法 所址方案的评价在整个项目决策过程中起着十分重要作用，是方案调整及最佳方 案确定的基础。长期以来，除少量因素能定量描述外，所址方案的评价主要依靠决策 者的经验来给出定性的评价，人的主观因素影响较大，由于影响所址方案的评价因素 很多，很难保证评价的准确性和客观性。因此需要建立一个完整的评价模型来刻划所 址方案的评价过程。 变电所所址方案评选问题具有多属性且复杂的特点，本文采用多评估准则决策理 论( m u l t i p l ec r i t e r i ad e c i s i o nm a k i n g ，m c d m ) e 0 的相关方法，来求解所址方案评选问 题。采用这种方法的优点：( 1 ) 模型简单，可处理的问题规模较大；( 2 ) 可提供决策者