（电力系统及其自动化专业论文）城市中压配电网络优化规划.pdf

子的改进遗传算法( 遗传禁忌混合算法) 将大大提高其优化能力。通过该遗传 禁忌混合算法( g t h a ) 在求解实际的城市中压配电网络规划问题时与其他两种单 一算法的结果比较，表明其搜索效率相比单一算法有了很大程度的提高，体现 了很好的应用前景。 采用g t h a 来优化求解配电网系统中辐射线路的最优分段处理问题，所采 用模型的目标函数同时考虑了分段开关的年投资与维护费用以及将可靠性效益 转化为经济性指标的用户缺电成本，通过在典型算例和实际系统中的应用验证 了所提方法的可行性。 采用模糊技术对城市中压配电网络规划中的经济性和可靠性这两个相互矛 盾的指标进行了模糊化，使其具有同等的地位，在此基础上建立的多目标模型 完全适合于作为规划问题的数学模型；随后设计的新型多目标g n a 完全适合 于求解该多目标优化模型，其中混合使用并列选择法、保留最佳个体和共享函 数法的选择算子考虑了多目标优化问题的特点。 引入了区间算法来表示不确定性负荷，并对原数学模型和确定性规划方法 进行了修改。将该改进算法应用于实际的城市中压配电网络规划算例，与确定 性规划得到的结果相比较，表明所提方法适合于求解不确定性负荷条件下的城 市中压配电网络规划问题。 我国经济体制和电力市场化改革是大势所趋，本文最后概括介绍了市场经 济条件下电力系统规划工作的新定位、新思路、评价新准则及其作用与体制的 改变等；并具体介绍了作为发电公司企业内部的电源规划和分布式电源的规划， 以及市场条件下输配电网规划面临的不确定性因素和规划的新思路与新方法。 关键词：配电网络规划，地理信息系统，自动布局，遗传禁忌混合算法，用户 缺电成本，多目标，负荷不确定性 a b s t r a c t u r b a nm i d - v o l t a g e ( m v ) d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gi sac o m p l e xn p h a r d o p t i m a lp r o b l e mw i t hc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sm u l t i - o b j e c t s ，u n c e r t a i n ，n o n - l i n e a ra n d m u l t i - s t a g e s 。g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ( o r s ) ，i n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m r e l i a b i l i t yw o r t ht h e o r y , m u l t i o b j e c t i v ea n du n c e r t a i np l a n n i n gt h e o r ya r e a d o p t e di nt h i sp a p e rt od ot h er e s e a r c hd e e p l ya sf o l l o w s u n d e rt h ec o n d i t i o no f d i f f e r e n tl o a dd e n s i t yo f p o w e r s u p p l ya r e a sa n dd i f f e r e n t s u b s t a t i o nc a p a c i t y , e c o n o m ya n dr e l i a b i l i t yo fs o m ef a m i l i a rc o n n e c t i o nm o d e sf o r d i s t r i b u t i o ns y s t e m sa r ec a l c u l a t e da n da n a l y z e dt og e tt h e i rt r e n d sw i t hl o a dd e n s i t y a n ds u b s t a t i o nc a p a c i t yv a r i e d t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e s ec o n n e c t i o nm o d e su n d e r t h es a m ec o n d i t i o nc a na l s ob ek n o w nf r o mt h ec o m p a r i s o nr e s u l t ，a n db a s e do n q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n ds y n t h e t i cc o n s i d e r a t i o n ，s o m eu s e f u ls c h e m e sa r ep r o p o s e d c o n s i d e r i n gt h es p e c i a l t i e so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ks p a t i a ld a t as t r u c t u r e ，t h i s p a p e rd e s i g n sg i ss p a t i a ld a t a b a s eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kb ya p p l y i n gt h e l a y e r c o n c e p to fg i sa n dp r o v i d e s c r e d i b l ea s s i s t a n td e s i g nm e t h o df o ru r b a nm v d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g s h o r t e s tp a t hm e t h o di su s e dt op r o d u c ep r e l i m i n a r yr a d i a ln e t w o r k ，a n dg e n e t i c a l g o r i t h m ( g a ) i su s e dt oo p t i m i z et h ep r e l i m i n a r yn e t w o r k a st h ed i f f e r e n t l e n g t h c h a r a c t e rc h r o m o s o m ee n c o d i n gs t r a t e g yb a s e do ns p m i a lg i si sa d o p t e d ，d i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n gi sr e a l l yc o m b i n e dw i t hg e o g r a p h i cc o n d i t i o n s t h r o u g ha n a l y z i n g t h ee x a m p l e ，i ti sp r o v e dt h a tt h ei d e ao fc o m b i n i n gn e t w o r ko p t i m i z a f i o np r o b l e m w i t hg r a p h i c a lp r o b l e mb a s e do ns p a t i a lg i sh a ss u c c e e d e di nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n g t oc o n s t r u c tt h eu r b a nm vd i s t r i b u t i o nn e t w o r kf r o mt h eg l o b a ls i t u a t i o n ，t h i s p a p e rp u t sf o r w a r dam e t h o do fn o r m a la n dr e v e r s er a d i a ll i n e st or e a l i z ea u t o m a t i c r o u t i n go f t h el i n ka n dl o o pn e t w o r kb a s e do nt h ea u t o m a t i cr o u t i n go f r a d i a ln e t w o r k 1 1 1 a ti s w h i l er o u t i n gt h er a d i a ll i n e s c o n s i d e r a t i o ni sa l s og i v e nt ot h et i e1 i n e sa tt h e s a m et i m et ob e t t e rm e e tt h ed e m a n do ft h eo v e r a l lp l a n n i n g t h e nb a s e do nt h i s ，t h e a u t o m a t i cr o u t i n go fat h r e e s e c t i o n e da n dt h r e e l i n k e dn e t w o r ki sd e v e l o p e d w i t l l t h eg e n e r a lp l a n n i n gf o rt h ea u t o m a t i cr o u t i n go f t h em u l t i s e c t i o n e da n dm u l t i - l i n k e d n e t w o r kp r o p o s e d b a s e do nt h es p a t i a lg i so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h eo p t i m u mn u m b e ra n d l o c a t i o no fs w i t c h i n gs t a t i o n sa r ed e t e r m i n e db ya d o p t i n gt h em e t h o do fs u b s t a t i o n l o c a t i n ga n dc a p a c i t yc a l c u l a t i n g a n dt h ea u t o m a t i cr o u t i n go ft h ei n c o m i n ga n d o u t g o i n gl i n e so fs w i t c h i n gs t a t i o n si sd e v e l o p e db a s e do nt h ea u t o m a t i cr o u t i n go f m a l t i s e c t i o n e da n dm u l t i l i n k e dn e t w o r k t a b us e a r c h ( t s ) a l g o r i t h mi sa l s ou s e dt oo p t i m i z et h eu r b a nm vd i s t r i b u t i o n 儿i n e t w o r ki nt h i sp a p e r t h ea d v a n t a g eo fa d o p t i n gt si st h a tt h ef e a s i b l ef i n a ln e t w o r k i ss a t i s f i e dw i t ht h er a d i a lr o u t i n gt r a i ta n dt h ep l a n n i n gp r o c e s si ss h o r t e n e d b yc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n ta b i l i t i e sw h e ns o l v i n gt s pb yg a ，t sa n dt h eh y b r i d a l g o r i t h mo f t h et w o ，t h i sp a p e rp r o v e st h ea d v a n t a g e so fi m p r o v e dg a ( g e n e t i ct a b u h y b r i da l g o r i t h m ，g t h a ) w h i c ha d o p t i n gt h et sm u t a t i o no p e r a t i o nw h e ns o l v i n g t h ec o m b i n a t i o no p t i m i z a t i o np r o b l e m s ，1 1 i l eo p t i m i z i n gt h ea c t u a lu r b a nm v d i s t r i b u t i o nn e t w o r ku s i n gg a ，t sa n dg t h a r e s p e c t i v e l y ，t h ec o m p a r i s o nr e s u l t s s h o wt h a tt h es e a r c he f f i c i e n c yo fg t h ai sm u c hb e t t e rt h a nt h eo t h e rt w oa n d g t h a p r o p o s e di nt h i sp a p e rh a sap r o m i s i n ga p p l i c a t i o n t h e ng t h ai su s e di no p t i m a ls e c t i o n e ds w i t c h e sp l a c e m e n t so fr a d i a ll i n e si n d i s t r i b u t i o nn e t w o r ks y s t e m s t h ef u n c t i o no ft h em o d e lc o m b i n e st h ea n n u a l i n v e s t m e n ta n dm a i n t e n a n c ec o s t so fs e c t i o n e ds w i t c h e sw i t l lt h ec u s t o m e ro u t a g e c o s tw h i c ht r a n s f o r m sr e l i a b i l i t yb e n e f i tt oe c o n o m yi n d e xi no r d e rt oa r r i v ea ta l l o p t i m u md e c i s i o n t h ea l g o r i t h md e s c r i b e di n t h i sp a p e ri st e s t i f i e db yas i m p l e e x a m p l e ，a n di ss u i t a b l et ob eu s e di na c t u a ld i s t r i b u t i o ns y s t e m s t h ef u z z yt e c h n o l o g yi su s e dt om a k e 血ee c o n o m ya n dr e l i a b i l i t yi n d e x e sf u z z y i no r d e rt h a tt h e yh a v et h es a l r l es t a t u s e s b a s e do nt h i s ，t h em u l t i o b j e c t i v em o d e lo f u r b a nm vd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gi sd e s i g n e d a n dt h en o v e lm u l t i o b j e c t i v e g t h ai sp mf o r w a r dw i t ht h es e l e c t i o no p e r a t i o na p p l y i n gt h eh y b r i dm e t h o d ，w h i c h c o n s i d e r st h et r a l t so fm u l t i o b j e c t i v eo p t i m a lp r o b l e ma n di n c l u d e sp a r a t a c t i c s e l e c t i o nm e t h o d ，e l i t i s tp r e s e r v a t i o ns t r a t e g ya n ds h a r i n gf u n c t i o nm e t h o d i n t e r v a la l g o r i t h mi sa d o p t e dt oe x p r e s st h eu n c e r t a i nl o a da n dm o d i f yt h e o r i g i n a lm a t h e m a t i cm o d e la n d c e r t a i np l a n n i n gm e t h o d w h i l et h ei m p r o v e dm e t h o d i sc o m p a r e dw i t ht h ec e r t a l np l a n n i n gm e t h o db ya p p l y i n gi nt h es a m ea c t u a lc a s e i t i st e s t i f l e dt h a tt h em e t h o dd e s c r i b e di ss u i t a b l ei nt h eu r b a nm vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n gc o n s i d e r i n gl o a du n c e r t a i n t y w i t ht h eg e n e r a lt r e n d so fe l e c t r i cp o w e rm a r k e ti n n o v a t i o ni nc h i n a ，t h e o r i e n t a t i o n ，t h e o r ya n de v a l u a t i o nr u l e so fp o w e rs y s t e mp l a n n i n gi nt h ec o m p e t i t i v e m a r k e ts h o u l db ed e v e l o p e d t h ep o w e rg e n e r a t i o np l a n n i n gt h e o r yo fe l e c t r i c g e n e r a t i o nc o m p a n i e si ss u g g e s t e di nt h i sp a p e r , a l s ow i t ht h ep l a n n i n gt h e o r yo f d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s a n dt h eu n c e r t a l n t i e st h a t t h et r a n s m i s s i o n d i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n gf a c e da n dt h en e wp l a n n i n gt h e o r ya n dm e t h o d su n d e rt h em a r k e t a r ea l s op u tf o r w a r dc o n c r e t e l y k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g ，g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ， a u t o m a t i cr o u t i n g ，g e n e t i ct a b uh y b r i da l g o r i t h m ，c u s t o m e ro u t a g e c o s t ， m u l t i - o b j e c t i v e ，l o a du n c e r t a i n t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王赛一 签字同期：一f 年；月阳同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘注盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编八有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：主寡一 签字日期：沙f 年；月加f = i 导师躲鼻奴丘 签字同期：三哆年弓月二。日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 城市配电网规划的目的、内容和意义 随着国民经济的飞速发展，全社会对电力的需求不断增长。电力工业己成 为我国经济发展的“瓶颈”产业。许多地区电网薄弱，影响了电能的合理分配， 加剧了电力紧张的局面。城市配电网作为电力系统的重要组成部分，是电力系 统的主要负荷中心，同时也是城市现代化建设的重要基础设施之一。对城市配 电网进行科学的规划，以保证电网改造的合理性和电网运行的安全性和经济性， 保证供电质最，是当前电力部门的一项重要任务1 1 】。 城市配电网规划主要采用科学的方法确定规划区何时何地新建或改建何种 电力设施，使得未来的电网能够满足：( 1 1 负荷的发展和各种电网技术要求，安 全可靠地为电力用户提供客户所需质量的电能；( 2 ) 能够满足城市规划的要求； ( 3 够满足环保、美观等其他公众要求。在满足以上约束的基础上为电力企业 追求最大的经济效益和社会效益。 城市配电网规划涉及的主要内容有：( 1 ) 规划区内电量、负荷及其分布情况、 负荷曲线预测：( 2 ) 分区分片确定规划区内目标年及中问年的中压配电站位置、 容量及供电范围；( 3 ) 确定规划区内高压变、配电站目标年及中间年的站址及容 量，计算各变电站的供电范围；( 4 ) 进行现状年中压配电网络的分析，规划目标 年及中间年的中压配电网络；( 5 ) 进行现状年高压配电网络的分析，规划目标年 及中间年的高压配电网络；( 6 ) 完成目标年及中问年的无功电源优化规划；( 7 ) 其 他方面的规划工作，如配电自动化系统规划等1 2j 。 城市配电网规划的意义是：( 1 ) 通过对配电网的优化规划，可以降低系统的 网络损耗，改进未来电网的运行效益；( 2 ) 科学合理地确定变电站的容量、位置 及供电范围，有利于系统的运行管理，减少系统跨区域交叉供电，有助于提高 系统管理和运行效率；( 3 ) 配电网络结构的优化规划，可以大大提高系统的供电 可靠性：( 4 ) 配电系统的优化规划是提高系统投资效益的最有效途径；( 5 ) 配电网 络结构的合理性直接影响配电自动化设施的投资效益，配电系统规划是配电自 动化实旖的基础。 第一章绪论 1 2 城市配电网规划的特点及其困难性 城市配电网规划是个十分复杂的问题，由于其本身的特点，在求解中存 在以下几方面的困难：( 1 ) 多目标性。城市配电网规划不仅要求投资省，还要求 可靠性高、占地面积小、环境污染小等 3 j ，这样就存在一个如何综合衡量多目标 的优劣问题。( 2 ) 多阶段性。在规划中为了避免短视行为和盲目性，应从长远角 度来熬体考虑电网布局，要求在当前阶段的规划中计及各待选线路对以后各阶 段的影响1 4 j 。( 3 ) 非线性。线路投资费用和可靠性等指标均是非线性的【5 。( 4 ) 不确 定性。未来的负荷、发电量及线路的投资等都受到各种因素的影响和制约【6 】，难 以用确定值来处理。可见，城市配电网规划是一个较难解决的优化问题，是一 个典型的n p 难问题j 。 从城市配电网规划的特点来看，规划工作有一定的难度，在实际规划工作 中体现在以下几个方面：( 1 ) 大量数据的不确定性：如受各种因素制约的城市发 展、负荷增长和电网建设等情况，包括领导人的人为干预等因素。( 2 1 数据量大： 如负荷相关数据、中压配电网现状数据和高压配电网数据等。( 3 ) 规划方案的优 劣评价标准不统一，与电网的发展历史、规划及运行人员的偏爱等不好量化的 因素相关。规划工作需要多部门协调，只有在领导重视的情况下爿能完成。( 4 1 规模庞大，限制了所能采用的规划方法，适用于小规模优化问题的许多很优秀 的数学方法在这里不能应用。其中，城市配电网规划工作中的不确定性因素是 使规划工作体现出困难性的首要问题所在，根据其性质可分为以下几方面，如 表卜1 所示： 表1 ，】城市配电网规划中的不确定性冈素 名称特征举例 随机性 ( 1 ) 难以预先确定：( 2 ) 可以通过经验和( 1 ) 元件故障；( 2 ) 某负荷水平出现的时 因素历史数据得到的统计数字来描述 间 模糊性 因信息资料不足而无法准确预测其( 1 ) 负荷预测值；( 2 ) 发电机出力；( 3 ) 费用 因素 数值困素与经济参数 认知不由于人们认识水平的局限以及知识 ( 1 ) 国家法规、行业歧策及城市规划发 确定性缺乏所造成，是主观不确定性因素展；( 2 ) 企业政策、喜好，用户的最终要 因素求；( 3 ) 规划专家个人风格和创造性想象 第一章绪论 1 3 城市配电网规划的研究现状 1 3 1 计算机技术的应用 城市配电网规划工作是一项复杂的系统工程，它不仅需要大量有关城市配 电网发展的历史数据，还需对现状网进行深入的分析，同时，也要对城市的未 来发展情况有比较全面的了解。完全依靠规划工作者的经验规划未来的城市配 电网，已经远远不能满足现代电力系统的要求。以计算机作为工具，采用新技 术、新方法对城市配电网进行优化规划已在电力系统界达成了共识【2 ，8 ，9 】。 城市配电网规划的科学性和规范性要求规划人员不但要掌握本部门历史和 现状的负荷及负荷分布情况，而且还要收集大量的有关城市过去、现在和将来 发展的各个领域的用户数据( 如占地、负荷、人口、交通情况等等) ，对这些数 据的有效分析和整理以及规划派生数据的管理，仅仅依靠传统的规划方法将会 造成大量的时间和人力资源的浪费，而且传统的主要依靠专家经验的城市配电 网规划方法已经不能满足城市现代化建设的要求。因此，结合国情系统深入地 研究满足实际要求的城市配电网规划理论，开发研制高效、方便、实用的具有 智能决策功能的城市配电网规划计算机辅助决策系统，既是我国城市电网建设 当前的迫切需要，也是今后长期发展的必要的科学手段。 国内许多电力部门做了大量尝试性的工作，其中包括一些国外城市电网规 划软件的引进，这些工作为提高我国城市配电网规划工作的水平发挥了重要的 作用，为计算机技术在城市配电网规划工作中的应用积累了宝贵的经验。由天 津大学开发的“城市电网规划计算机辅助决策系统”【2 。8 ，j 结合了这些专家的经验， 浚系统有完善的数据库、模型库和图形库，具有使用方便、结果直观和图形信 息齐全等优点，体现了理论与专家经验的结合，科学性与实用性的统一。 1 3 2 地理信息系统的应用 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是计算机科学、地理学、 测量学、地图学等多门学科综合的技术，其核心是计算机科学，基本技术是数 据库、地图可视化及空间分析，是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、 分析和辅助决策的计算机系统。同时，g i s 也是一种特定而又十分重要的空间信 息系统，它不仅研究如何采集、存储、管理和描述整个或部分地球表面与空间 和地理分布有关的信息，更注重研究计算机技术与空间地理分布数据的结合， 通过一系列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学和工程设计，乃至对 第一章绪论 企业经管提供规划、管理和决策所需的信息。随着计算机软、硬件技术的发展 与普及，g i s 进入了全面发展和应用的阶段。近年来，由于其强大的地图对象信 息处理能力，g i s 被广泛应用于环境、地质、矿山、电力等与地理有关的信息系 统开发。其中，在城市配电网规划的研究领域诸如配电网智能决策支持系统的 开发r i o 】、空间负荷预测f 1 1 、配电网调度可视化和电缆故障精测【1 3 】等，g i s 也 已褥到了广泛的应用。 1 3 3 各种优化方法的应用 近几十年来，对于城市配电网规划优化方法的研究己取得了很大的进展， 国内外有很多文献报道了各种优化方法在规划工作中的应用，这些方法可大致 分为启发式优化方法、传统数学优化方法和智能优化算法等，如下所述。 ( 1 ) 启发式优化方法【l4 1 。该方法是以直观分析为依据的算法，通常基于系统 某一性能指标对可行路径上一些线路参数的灵敏度，根据一定的原则，逐步迭 代直到得到满足要求的方案为止。这种方法直观、灵活、计算时间短，便于人 工参与决策，且能给出符合工程实际的较优解。缺点是难以选择既容易计算又 能真正反映规划问题实质的性能指标，并且当网络规模大时，对于任何一组方 案其差别都不大，难以优化选择，得到的最优解或者缺乏数学意义上的最优性 或者只是局部最优解。对启发式方法的性能评价大体可分为三类：第一类是以 算法在最坏情况下的行为为标准：第二类是以算法的平均行为为标准：第三类 是局部搜索算法，寻找局部最优解，这种方法有时很好，有时很差，只能通过 实践加以评定。在城市配电网规划中常用的启发式方法有灵敏度分析法【l “、支 路交换法和专家系统【”l 等。 其中，专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 在电力系统中的应用研究自1 9 8 0 年以来 已逐步成为一个热门研究课题。它主要是由规则摩和推理机组成，规则库中存 储着规划专家在实际规划工程中积累的大量经验或建议，推理机则具有推理的 能力，即能够根据规则库进行分析和判断，并推导出结论。专家系统的特点在 于其符号表达、逻辑推理及渐进式搜索能力。目前已被规划部门应用于实际规 划工程中，并充分显示了优越性。但专家系统由于获取信息的不完全导致其可 靠性不高，因而在实际应用中具有一定的局限性。 ( 2 ) 传统数学优化方法。数学优化方法是将城市配电网规划问题用数学优化 模型进行描述，然后通过一定的算法求解，从而获得满足系统要求的最优规划 方案。这种方法由于考虑了电网的决策变量与运行变量等之侧的相互关系，并 将实际规划问题采用优化方法求解，因而在理论上更严格，并保证了方案的最 第一章绪论 优性。但由于规划问题属于大规模的组合数学问题，计算时间长、占用计算机 内存大，对于实际的大规模系统求解困难很大。因此，优化方法在建立模型时 不得不对具体问题作大量简化。此外，有些规划决策因素难以用数学模型来表 达，所以由优化方法求出的数学意义上的最优解未必是符合实际的最优方案。 数学优化方法可分为确定性优化方法及不确定性优化方法。前者包括线性规划 法、非线性规划法、动态规划法、整数规划法、图论及网络流法等；后者则包 括随机规划法、模糊规划法等。相对来讲，确定性方法出现较早，解法也较成 熟，但难以准确考虑规划问题的不确定性及多目标性：随着世界范围内电力体 制改革的不断深入，包括城市配电网规划在内的电力系统规划工作正面i 临着越 来越多的不确定性因素的影响，未来环境正变得越来越难以准确预测，传统的 确定性方法已难以适应新的环境，因此出现了可以较为有效地处理随机因素和 模糊因素的不确定性方法。如下所述： ( a ) 随机规划法1 9 】：将以往的经验和规律采用统计参数柬表示，然后在随机环 境中对未来环境和参数采用概率方法进行处理，通过运行模拟的方法得到 评价指标，为随机规划提供数据。由于随机规划法对不确定性因索的处理 需要大量的原始数据，同时其计算量大、所费机时较长等缺陷限制了其应 用的广泛性。为弥补这些不足，出现了些改进的方法，如采用随机动态 规划方法等。 ( b ) 模糊规划法t 伟2 。j ：在进行规划之前对各种数据、专家经验和语言规则等资料 进行模糊化处理，对输入输出之间的关系通过模糊规则来描述。将模糊集 理论与专家系统、决策支持系统等结合起来，以及利用模糊集理论改进了 传统规划方法的柔性和强壮性，被证明是行之有效的。 f 3 ) 智能优化算法。启发式优化方法和传统数学优化方法等传统的规划方法 在理论研究方面已经比较成熟，在工程应用中也取得了较好的经济效益和社会 效益。在近二十年的优化领域中，基于随机化技术的智能优化算法正在迅速发 展，并得到日益广泛的应用，实践证明这些方法普遍来说具有比传统优化方法 更好的全局优化能力，如下所述： ( a ) 遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ，g a ) 。该方法是模仿生物进化过程的一种方法， 由于其独特的优越性在电力系统的许多领域中得到了应用。其主要思想是 通过列出或随机产生一组待选规划方案作为祖先，经编码后生成一个个“染 色体”，评价其中各方案的好坏，并通过交叉、变异等多次作用，产生出具 有更好品质的子代、孙代，直到取得最优的结果为止。与传统方法相比， g a 具有多路径搜索、隐含并行性、随机操作等特点，同时它对数据的要求 低，基本上不要探索空间的知识或其他辅助信息，它采用概率变迁规则来 第一章绪论 指导搜索方向，使其具有明确的搜索方向，提高了算法的鲁棒性。遗传算 法已在城市配电网规划中得到了一定的应用，如文献1 2 1 ，2 2 1 均将g a 应用于 配电网络的优化规划中。 ( b ) 进化规划( e v o l u t i o n a r yp r o g r a m m i n g ，e p ) 算法。该方法不需要对变量进行编 码和解码，与遗传算法相比，更适合连续优化问题。采用该方法进行城市 配电网规划时，需在所要考虑的电网中到出所有的待选线路【玎】，计算出最 为合理的潮流分布，去掉潮流小于某一阈值的支路后得到的网络方案即为 所求的最优方案，其处理的是支路潮漉这一连续变量。进化规划与遗传算 法的主要区别是，进化规划采用控制参数而不是它们的编码；进化规划每 代的选择过程是竞争和变异，而遗传算法是复制、交叉和变异。采用进化 规划的缺点是计算量大、计算时间较长。 ( c ) 模拟退火( s i m u l a t e da n n e a l i n g ，s a ) 算法。该方法是基于金属退火的机理而建 立起的一种全局优化方法，以马尔柯夫链的遍历理论为基础的一种适于大 型组合优化问题的随机搜索技术，能够以随机搜索技术从概率的意义上找 到目标函数的全局最优解。算法的核心在于模仿热力学中液体的冻结与结 晶的冷却和退火过程，采用m e t r o p o l i s 接受准则避免落入局部最优，渐近收 敛于全局最优。但s a 为使每一冷却步的状态分布平衡很耗费时间，而且属 于单点寻优，对存在多个最优解的问题不具有遗传算法的优势还需要改 进。模拟退火算法在城市电网规划中的应用起步较早，并已得到了一定的 应用，如：文献1 2 4 1 将其应用于馈线布局和变电站型号与位置的优化配置， 文献 2 5 2 7 1 则将其应用于中长期的电网规划中。 ( d ) 禁忌搜索( t a b us e a r c h ，t s ) 算法。该方法是一种高效的用于解决组合优化问 题的启发式搜索算法，其特点是采用了禁忌技术，用一个禁忌表记录已经 到达过的局部最优点，在下一次搜索中，利用禁忌表中的信息不再或有选 择地搜索这些点，以此来避免落入局部最优解。虽然在数学上还不能严格 证明该算法一定能够达到最优解，但是通过在城市输配电网规划1 2 8 - 3 1 中的 应用，均取得了令人满意的结果。 ( e ) 蚁群优化( a n tc o l o n yo p t i m i z a t i o n ，a g o ) 算法。该方法是意大利学者m d o r i g o 受蚂蚁觅食行为的启发而提出的种新型组合优化算法，具有正反 馈、分布式计算等特点，已在城市配电网规划归o ”1 中得到了初步的应用。 人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e w v o r k , a n n ) 方法。该方法具有天生并行处 理的优势，但其训练是非常复杂耗时的，并且易于陷于局优解，对于完全 没有学习过的复杂网络其求解结果更不理想，因此在城市配电网规划中的 应用不多，只有少数文章如文献【3 4 】提及了该方法在电网规划中的应用。 第一章绪论 1 3 4 可靠性价值理论的应用 “需求侧管理”【35 j 的兴起使人们的可靠性观念发生了变化，人们不再仅以 供电方节省投资为目的，而开始注重投资的效益，认识到由于减少投资造成的 停电损失超过节省资金的可能性。于是以用户的停电损失费用( 缺电成本) 为 基础，提出了可靠性价值。影响停电损失的因素很多，如不同用户对电力服务 的不同要求：有些用户可能愿意牺牲高可靠性而换取低的电价，而另外一些用 户则愿意支付较高的电价得到高可靠性的电力服务。 在可靠性价值理论的研究方面，国外开展的相关研究颇多，其中：文献 3 6 1 从用户角度出发采用用户停电损失费用函数来估计配电系统的可靠性价值，文 中以两条从不同变电站出线的馈线之问的4 种不同运行方式来举例说明这种建 模方式的优点；文献 3 7 提出规划的目标函数应该是最小化总费用，包括可靠性 费用、馈线损失、投资和维护费用等，若停电损失费用在全局优化过程中不被 考虑的话，结果则往往是导致较高的停电损失费用和系统总费用；文献 3 8 介绍 了一种采用进化算法实现的多目标优化策略，即在最小化系统扩展费用的同时 找到最佳的配电网可靠性，文中建立了个混合整数的非线性优化模型，该模 型是以找到最优的交电站和馈线的位置和型号而提出的；文献【3 9 重点介绍了用 户缺电成本( c u s t o m e ro u t a g ec o s t ，c o c ) 在配电网规划、设计和运行中的应用， 该指标( c o c ) 对传统的可靠性指标计算产生了一定的影响：文献 4 0 比较了各种 优化算法在配电网设计中的应用，该文在优化模型中同时考虑了可靠性成本和 投资费用的优化；文献 4 1 1 用三种方法c e m ( c o m i n g e n e y e n u m e r a t i o n m e t h o d ) 、 b i m ( b a s i c i n d i c e s m e t h o d ) 和s i m ( s y s t e mi n d i c e sm e t h o d ) 分别求得了 i e a r ( i n t e r r u p t e d e n e r g y a s s e s s m e n t r a t e ) 指 标，并在可靠性指标计算中考虑了经 济性因素；文献 4 2 1 针对居n ：( r e s i d e m i a l ) 建立了可靠性成本模型，由于基本的用 户停电损失费用函数不能正确表达损失费用数据的分散特性，因此在文中使用 了改进的用户停电损失费用函数以使其更适合可靠性成本的计算：文献 4 3 1 用两 种方法( e r ( e x c h a n g er a t e s ) 和p p p ( p u m h a s i n g p o w e rp a r i t y ) ) 比较了不同国家之 间的可靠性成本，其中p p p 法能更好地体现国情；文献 4 4 从可靠性模型角度出 发对配电网进行了优化设计，该文在优化目标函数中考虑了配电系统的可靠性 成本模型，即考虑了停运损失费用和开关装置的投资，同时包括变电站和馈线 的非线性投资、维护和损失费用等；文献 4 5 】采用专家系统对停电计划进行了优 化安排，使配电系统保持运行的高可靠性。而国内的相关研究不多，其中只有 文献f 4 6 通过定义可靠性边际成本与边际效益概念，阐明电网规划中的可靠性成 本效益分析问题，即以用户缺电成本大小来衡量可靠性效益高低，将规划的可 箱一章绪论 靠性成本与可靠性效益统一在对电网的经济性评估上，并通过构造缺电损失评 价率给出了缺电成本的计算方法。 1 3 5 多目标规划理论的应用 由于多目标电网规划可以将电网规划的经济性和可靠性有机地结合，使优 化方案的综合效益达到最佳，适应了目前电网公司规划部门的实际需要。同时， 多目标电