（电力系统及其自动化专业论文）考虑不确定因素的输电网灵活规划方法研究.pdf

上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 教鸡 1 日期：加l ，9 年加月厂日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密噍厂 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： ， 武鹅 日期：加9 年肜月心日 ；谚6 日 。咱 0 后 名 年 签 7 师 如 獬 勿 导 期 匕日丁-t 指 日 上海交通大学学位论文答辩决议书 所在 姓名武鹏学号 0 0 6 0 31 9 0 0 5 电力系统及其自动化 学科 答辩 答辩 指导教师程浩忠 2 0 0 9 1 0 1 l 上海交通大学徐汇校区新上院2 1 9 室 日期地点 论文题目考虑不确定因素的输电网灵活规划方法研究 投票表决结果： 号等，箩 ( 同意票数实到委员数应到委员数) 答辩结论：刮通过口未通过 评语和决议： i 该文基于灵活规划的思想，着重研究了考虑不确定因素的系统安全性判定方法、系统性能评价指标、 适合不同要求的输电网灵活规划新模型。论文的主要创新点有： 1 、建立了区间最小切负荷模型来求解区间负荷下区间最小切负荷量的全局最优解，证明了区间至 多切负荷量所对应负荷取值的负荷边界特性，提出改进的分支定界算法可快速准确求得系统的区间至多 切负荷量来评估区间负荷下系统的安全性和安全程度： 2 、分别建立区间负荷下的输电网灵活规划模型和模糊负荷下基于可信性理论的输电网灵活规划模 型。引入可信度指标来评价模糊不确定因素下系统的性能： 3 、从提高网络自身抗不确定性扰动能力出发，分别建立考虑线路负载率和区域可用传输能力的输 电网灵活规划模型和考虑发电备用容量的输电网灵活规划模型，新模型无需对未来年的不确定因素进行 详细建模，易于求解并可处理系统中负荷增长不确定性和发电机故障不确定性的影响。 该文有一定理论深度，论证与分析严密，研究成果具有较高的学术水平和实际应用价值。 综上所述，该生已经具有该专业博士毕业所需的基础理论和系统的专门知识。同意通过博士学位论 - 文答辩，并建议授予工学博士学位。 瓤虱乏 l 龋年l0 月1 1 日 职务 姓名职称单位签名 答 主席李渝曾教授上海大学 糯 辩 委员 谢宏教授上海海事大学 弋蘧玄老 委 员 委员韦钢教授上海电力学院 丑妊b 会 成 委员张秀彬教授上海交通大学 z 炀识 贝 71 七 签 委员 王杰教授上海交通大学 莎幺 名 秘书曹国云副教授上海交通大学 管卤三 上海交通大掌工掌博士掌位论文 摘要 考虑不确定因素的输电网灵活规划方法研究 摘要 电网规模的不断增大和电力系统的市场化改革给电网规划工作带来 了很多的不确定性。传统确定性因素下的输电网规划方法得到的规划方 案对未来年不确定性环境的适应性较低。本文基于灵活规划的思想，针 对目前输电网灵活规划研究中存在的问题，着重研究了考虑不确定因素 的系统安全性判定方法和系统性能评价指标，建立了适合不同要求的输 电网灵活规划新模型，完善了考虑不确定因素的输电网灵活规划理论。 其主要成果如下： 1 ) 建立了区间最小切负荷模型，证明了该模型最优解的存在性，求 解此模型能够精确求得区间负荷下区间最小切负荷量的全局最优解，为 区间负荷下的电力系统安全性评估提供了新的思路。求解时将该模型分 解为基于双层线性规划模型的区间至多切负荷模型和基于线性规划模型 的区间至少切负荷模型两个子模型，分别求解两个子模型即可求得区间 最小切负荷量的区间上下限值。 2 ) 使用参数线性规划的相关理论，证明了区间至多切负荷量所对应 负荷取值的负荷边乔特性，利用此特性并结合双层线性规划理论，提出 了改进的分支定界算法，可快速准确求得系统的区间至多切负荷量，大 大缩短了区间不确定信息下系统安全性的判定时间。 3 ) 建立了区间负荷下的输电网灵活规划模型，求解该模型得到满足 上海交通大掌工掌博士掌位论文 擅要 区间负荷下系统安全性的输电网规划方案。结合区间最小切负荷的相关 理论，使用改进的贪婪随机自适应搜索算法可快速有效的求解该模型。 4 ) 建立了模糊负荷下基于可信性理论的输电网灵活规划模型，引入 可信度指标来评价模糊不确定信息下系统的性能，该指标具有严格的数 学基础和物理意义。证明了可信度指标等价定理，得到给定可信度指标 下的等效区间输电网灵活规划模型，可直接使用区间输电网灵活规划理 论对该模型进行分析求解。 5 ) 建立了考虑线路负载率和可用传输能力的输电网灵活规划模型， 通过引入线路负载率约束和可用传输能力约束来应对未来年负荷增长大 小和地点的不确定性，新模型无需对未来年的不确定因素进行详细建模， 易于求解并可处理系统中区域负荷增长的不确定性。 6 ) 建立了考虑发电备用容量的输电网灵活规划模型，通过在模型中 引入发电机故障约束和负荷增长约束，确保系统在出现发电机故障或负 荷不确定性增长时，网络有足够的可用传输容量来传输系统中的发电备 用以满足考虑不确定因素的系统安全性要求。 通过g a r v e r - 6 节点系统和某实际地区7 7 节点系统算例的分析和比 较，说明了本文研究成果的可行性、有效性和适用范围。 关键词：电力系统，不确定性，输电网，灵活规划，区间最小切负荷， 可信性理论，线路负载率，可用传输能力，发电备用 iiji 上海交通大掌工掌博士掌位论文a b s t r a c t 曼曼! 曼曼! 曼! 曼曼! 曼! 曼! 曼! 曼曼曼! 曼! 曼! 皇曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼苎皇曼曼曼皇曼曼蔓曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 蔓ii ! 曼曼曼皇皇曼曼曼皇曼蔓曼曼 t r a n s m i s s l 0 nn e t w o r kf l e b l ep l a n n i n g u n d e ru n c e i 泓i n t i e s a b s t r a ct t h ee n l a r g e m e n to fp o w e rg r i da n dr e v o l u t i o no fp o w e rm a r k e tb r i n gm a n y u n c e r t a i n t i e si n t ot h et r a n s m i s s i o nn e t w o r ke x p a n s i o np l a n n i n gp r o b l e m t h ep l a n n i n g s c h e m es o l v e db yt h et r a d i t i o n a lt r a n s m i s s i o ne x p a n s i o np l a n n i n gm o d e lu n d e rc e r t a i n i n f o r m a t i o nd o e s n th a v ee n o u g ha d a p t a b i l i t yf o rf u t u r eu n c e r t a i ne n v i r o n m e n t b a s e do n t h ei d e ao ft r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n g , t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h es a f e t y e v a l u a t i o ni n d e xa n dm e t h o do ft h es y s t e mc o n s i d e r i n gu n c e r t a i nf a c t o r s ，b u i l d ss o m en e w t r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n gm o d e l st h a tc a nb eu s e df o rd i f f e r e n tr e q u i r e m e n t s u n d e ru n c e r t a i ne n v i r o n m e n ta n dp e r f e c t st h e t r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n g t h e o r y t h e m a i nr e s u l t si nt h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1 ) t h ei n t e r v a lm i n i m u ml o a dc u t t i n gm o d e li sb u i l ta n dp r o v e dt oh a v eo p t i m a l s o l u t i o n a f t e rs o l v i n gt h i sm o d e l ，t h ep r e c i s eg l o b a lo p t i m a ls o l u t i o no ft h ei n t e r v a l m i n i m u ml o a dc u t t i n gn u m b e rc a l lb eg o t t e n t h ep r o p o s e di n t e r v a la n a l y s i sm e t h o ds t a r t s an e ww a yf o rt h es a f e t ye v a l u a t i o nw o r ko fp o w e rs y s t e mu n d e ri n t e r v a li n f o r m a t i o n w h e ns o l v i n gt h ei n t e r v a lp l a n n i n gm o d e l ，i ti sd e c o u p l e di n t ot w os u b m o d e l st h a ta r e s o l v e ds e p a r a t e l y o n ei st h ei n t e r v a lm o s tm i n i m u ml o a dc u t t i n gm o d e lt h a ti sb a s e do n b i l e v e ll i n e a rp r o g r a m m i n gm o d e l ，t h eo t h e ri st h ei n t e r v a ll e a s tm i n i m u ml o a dc u t t i n g m o d e lt h a ti sb a s e do nl i n e a rp r o g r a m m i n gm o d e l a f t e rs o l v i n gt h e s et w om o d e l s ，t h e u p p e ra n dl o w e rl i m i t so f t h ei n t e r v a lm i n i m u ml o a dc u t t i n gn u m b e rc a l lb eg o t t e n 2 ) u s i n gp a r a m e t r i cl i n e a rp r o g r a m m i n gt h e o r y , t h e “l o a de d g e s ”c h a r a c t e r i s t i c e x i s t i n g i nt h ei n t e r v a lm o s tm i n i m u ml o a dc u r i n gp r o b l e mi s p r o v e d u s i n gt h i s c h a r a c t e r i s t i ca n dc o m b i n gt h eb i l e v e ll i n e a rp r o g r a m m i n gt h e o r y , t h ei m p r o v e d b r a n c h a n d - b o u n da l g o r i t h mi sp r o p o s e d u s i n gt h i sa l g o r i t h m ，t h ei n t e r v a lm o s tm i n i m u m l o a dc u t t i n gn u m b e rc a nb es o l v e dq u i c k l ya n dp r e c i s e l y , a n dt h et i m et oe v a l u a t et h e i i i i _ii iiii= i 儿 s a f e t yo f p o w e rs y s t e mu n d e ri n t e r v a li n f o r m a t i o nc a nb eg r e a t l yr e d u c e d 3 ) t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n gm o d e lu n d e ri n t e r v a ll o a di sb u i l t a f t e r s o l v i n gt h i sm o d e l ，t h ep l a n n i n gs c h e m et h a ti ss a f eu n d e ri n t e r v a ll o a dc a nb eg o t t e n c o m b i n gt h et h e o r yo fi n t e r v a lm i n i m u ml o a dc u t t i n gp r o b l e m ，t h ei m p r o v e dg r e e d y r a n d o m i z e da d a p t i v es e a r c hp r o c e d u r e ( g r a s p ) i su s e dt os o l v et h i sm o d e l t h e i m p r o v e d g r a s pi sa d a p t i v et os o l v et h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l e p l a n n i n gm o d e lu n d e r u n c e r t a i ni n f o r m a t i o na n di m p r o v e sal o ti nc a l c u l a t i o ns p e e d 4 ) t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n gm o d e lb a s e do nc r e d i b i l i t yt h e o r yw h e n t h el o a di sf u z z yu n c e r t a i ni sb u i l t t h ec r e d i b i l i t yi n d e x ，w h i c hh a ss t r i c tm a t h e m a t i cb a s e a n dr e a l i s t i cp h y s i c a lm e a n i n g ，i si n t r o d u c e dt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m u n d e rf u z z yi n f o r m a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h ee q u i v a l e n tc r e d i b i l i t yt h e o r e mi sp r o p o s e da n d p r o v e d b yt h i st h e o r e m ，t h ef u z z yp l a n n i n gm o d e lb a s e do nc r e d i b i l i t yt h e o r yc a nb e c o n v e r t e di n t ot h ee q u i v a l e n ti n t e r v a lp l a n n i n gm o d e lw h i c hc a nb es o l v e dm u c he a s i e r 5 ) t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n gm o d e lc o n s i d e r i n gt h el i n el o a d a b i l i t y a n dz o n ea v a i l a b l et r a n s f e rc a p a b i l i t yi s b u i l t b yi n c l u d i n gt h el i n el o a d a b i l i t yc o n s t r a i n t a n dz o n ea v a i l a b l et r a n s f e rc a p a b i l i t yc o n s t r a i n t ，t h en e wp l a n n i n gm o d e lc a nb e t t e r a c c o n a r n o d a t et h el o a di n c r e a s i n gm a g n i t u d e u n c e r t a i n t ya n dl o c a t i o nu n c e r t a i n t y 6 ) t h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kf l e x i b l ep l a n n i n gm o d e lc o n s i d e r i n gt h ep o w e rr e s e r v ei s b u i l t b yi n c l u d i n gt h ec o n s t r a i n t so fg e n e r a t o rf a i l u r ea n dl o a di n c r e m e n t , t h ep l a n n i n g s c h e m es o l v e df r o mt h en e wm o d e lc a nm a k ec e r t a i nt h a ti ti sa b l et ot r a n s f e rt h ep o w e r r e s e r v et om a i n t a i nt h es a f e t yo ft h es y s t e mw h e nt h e r ea r eg e n e r a t o ru n c e r t a i nf a i l u r ea n d l o a du n c e r t a i ni n c r e m e n t a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no nt h eg a r v e r6 - n o d es y s t e ma n dar e a l7 7 n o d es y s t e m p r o v et h ef e a s i b i l i t y , v a l i d i t ya n da p p l i c a b i l i t yo fr e t u r n so ft h i sd i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，u n c e r t a i n t y , t r a n s m i s s i o n n e t w o r k ，f l e x i b l ep l a n n i n g ， i n t e r v a lm i n i m u ml o a d c u t t i n g , c r e d i b i l i t yt h e o r y , l i n el o a d a b i l i t y , a v a i l a b l et r a n s f e r c a p a b i l i t y , p o w e rr e s e r v e 上毒变通大掌工掌博士掌位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a ( 玎i i i 第一章绪论l 1 1 选题背景和研究意义1 1 2 输电网灵活规划研究现状2 1 2 1 不确定因素的分类2 1 2 2 考虑不确定因素的输电网灵活规划模型3 1 2 3 考虑不确定因素的输电网灵活规划模型求解方法7 1 3 输电网灵活规划研究中的问题l o 1 3 1 考虑不确定因素的系统安全性判定问题1 0 1 3 2 考虑不确定因素的系统性能评价指标问题1 l 1 3 3 输电网灵活规划模型建模问题1 2 1 4 本文的主要工作和创新点1 2 第二章输电网规划中区间最小切负荷量的求解方法1 5 2 1 引言1 5 2 2 双层线性规划理论1 6 2 2 1 双层线性规划模型1 6 2 2 2 双层线性规划的重要定理1 7 2 2 3 双层线性规划模型的求解方法1 8 2 3 区间最小切负荷量1 9 2 3 1 区间最小切负荷问题的几个定义1 9 2 3 2 区间最小切负荷数学模型1 9 2 4 区间至多切负荷量的求解2 0 2 4 1 区间至多切负荷模型2 0 2 4 2 区间至多切负荷模型最优解存在性证明2 1 2 4 3 区间至多切负荷模型的降阶处理2 2 2 4 4 分支定界算法求解2 3 2 5 区间至少切负荷量的求解2 4 2 6 区间最小切负荷量的计算总流程2 5 2 7 算例分析2 6 2 7 16 节点系统2 6 2 7 27 7 节点系统一2 9 2 8 本章小结3 l 第三章区间至多切负荷量的快速求解方法3 3 3 1 引言3 3 3 2 区间至多切负荷模型的负荷边界特性3 4 3 2 1 参数线性规划模型3 4 3 2 2 参数线性规划重要定理3 5 3 2 3 区间至多切负荷模型的负荷边界特性3 6 3 3 区间至多切负荷模型的特点3 7 3 3 1 等效非线性优化模型的特点3 8 3 3 2 最小切负荷问题特点4 0 i 上海交通大掌工掌博士掌位论文 目景 3 4 改进的分支定界算法4 0 3 5 算例分析4 2 3 5 16 节点系统4 2 3 5 27 7 节点系统4 3 3 6 本章小结4 4 第四章区间负荷下的输电网灵活规划方法4 6 4 1 弓i 言4 6 4 2 区间负荷下的输电网灵活规划模型4 7 4 2 1 区间输电网灵活规划模型4 7 4 2 2 区间负荷下系统安全性的判定方法4 8 4 3 模型的求解4 8 4 4 算例分析一5 5 4 4 16 节点系统5 5 4 4 27 7 节点系统5 6 4 5 本章小结6 0 第五章模糊负荷下基于可信性理论的输电网灵活规划方法6 l 5 1 引言61 5 2 可信性理论6 2 5 2 1 可信性测度相关理论6 2 5 2 2 模糊变量相关理论6 4 5 2 3 模糊模拟方法6 5 5 2 4 模糊机会约束规划相关理论6 6 5 3 基于可信性理论的输电网灵活规划模型6 7 5 4 给定可信度指标下模型的等价形式6 8 5 4 1 可信度指标等价定理6 9 5 4 2 可信度指标等价定理的证明7 0 5 4 3 等价定理的物理意义及其应用7 l 5 5 模型的求解7 3 5 6 算例分析7 5 5 6 16 节点系统7 5 5 6 27 7 节点系统7 6 5 7 本章小结8 0 第六章考虑线路负载率和可用传输能力的输电网灵活规划方法8 2 6 1 弓i 言8 2 6 2 考虑线路负载率和可用传输能力的输电网灵活规划模型8 3 6 3 不确定负荷下的电网性能评价指标8 6 6 3 1 最大允许负荷波动程度8 6 6 3 2 区域最大可用传输容量8 7 6 4 模型的求解8 8 6 5 算例分析9 0 6 5 16 节点系统9 0 6 5 27 7 节点系统9 2 6 6 本章小结9 4 第七章考虑发电备用容量的输电网灵活规划方法9 6 i l l 9 2 展望1 1 7 参考文献“1 2 0 附录1 2 6 致谢1 2 7 攻读博士学位期间发表的学术论文1 2 8 i i i 1 1 选题背景和研究意义 电网规划的目标是确定何时、何地、架设何种类型的线路或者变电站以满足未来 年负荷增长和电源发展的要求【l 】。电网规划工作是电力系统中极为重要的基础性工 作，其规划结果直接影响到电力投资的大小和未来年电网运行的安全稳定性。按照所 规划网架电压等级的不同，电网规划可分为输电网规划和配电网规划，本文主要研究 考虑不确定因素的输电网规划方法【2 】。 传统的输电网规划方法一般是建立在确定性信息的基础上，要求规划者对未来年 规划所需数据有着确定的预测结果【3 】。然而，受未来国家政策、经济发展、环境变化 等不确定性因素的影响，电网规划的过程中也存在着众多的不确定性【4 】。随着电力市 场化改革的进行，传统的发输电统一管理模式已经打破【5 】，对电力网络的管制也逐渐 放松，因此输电网规划方案的制定也面临着市场化改革带来的新的更多和更复杂的不 确定性因烈6 1 。不确定环境下，传统的输电网规划方法有如下不足：传统输电网规 划模型所需数据的确定性预测将极为困难；传统输电网规划模型无法计及所有的不 确定因素，仅能反映大量不确定因素中的某个关键场景；传统输电网规划模型无法 计及市场化改革带来的新的不确定因素的影响；传统输电网规划模型得到的规划方 案无法反映其对未来不确定性环境的适应程度。 不确定环境下，传统输电网规划方法的不足可能导致由其得到的规划网架在未来 年的运行过程中存在着安全隐患，严重时甚至会造成大面积的停电事故 7 1 。2 0 0 0 年的 美国加州电力危机和2 0 0 3 年的美加大停电等重大电力事故，究其根本原因，都是在 网络规划过程中过于追求成本最小化，没有认识到未来电力需求增长、元件故障等不 确定因素对电网运行造成的负面影响。近些年来，随着电力负荷的快速增长，我国的 电网规模也在不断增大、电网结构也日趋复杂【8 1 ，如此大规模的电力网络在运行过程 中必定会受到众多不确定性因素的影响。在此背景下，研究考虑不确定因素的输电网 灵活规划方法，使规划方案能够更好的适应未来复杂多变的不确定环境，达到投资成 本和网络抗不确定性扰动能力之间的平衡，是具有重要理论意义和现实意义的研究课 题。 第1 虹 上海变通大掌工掌博士掌位论文 第一章舯分 1 2 输电网灵活规划研究现状 根据研究侧重点的不同，输电网规划研究有着不同的分类：按照规划时间阶段细 化程度的不同，输电网规划可分为单阶段输电网规划和多阶段输电网舰划；按照规划 目标数目多少的不同，输电网规划可分为单目标输电网规划和多目标输电网规划；按 照规划对象可变性的不同，输电网规划可分为确定性输电网规划和不确定性输电网规 划。本文研究的对象是不确定性输电网规划，即输电网灵活规划。 输电网灵活规划【9 】，又称为输电网柔性规划，是指在进行输电网规划时，计及各 种不确定因素，以最佳的柔性规划方案来适应未来环境的变化，使规划方案在总体上 达到最优。现有的处理考虑不确定因素的输电网规划方法都是基于输电网灵活规划的 思想【l o 】。本节将从不确定性因素分类、输电网灵活规划模型研究现状和输电网灵活规 划模型求解算法研究现状三个方面来介绍输电网灵活规划研究的进展情况。 1 2 1 不确定因素的分类 输电网规划过程中主要有如下几种不确定性因素： 1 ) 发电不确定性 电力市场化改革的重要表现之一是发电输电管理的分离。这样，发电公司自身就 有着更大的主动权来决定未来新机组的建设地点、容量、投运时问以及旧机组的检修、 淘汰时间等。此时，系统中发电机组的情况将很难同以前一样能够实时的反映到电网 规划者手中，未能及时反映的发电信息对于电网规划者而言，存在着很大的不确定性， 这就要求电力市场化改革后的输电网规划工作需要同发电公司之间建立更多的信息 沟通渠道。 2 ) 负荷不确定性 电网规划方案的制定建立在对负荷进行长期预测的基础上，负荷预测值的大小同 未来年经济、气候、政策等因素息息相关。受人类自身活动的影响，近些年气候变化 异常，未来年负荷数值的不确定程度增加，准确进行长期负荷预测的难度变大。另外， 近些年能源价格的不确定性波动造成了电价的频繁波动，这也给未来年的负荷预测结 果带来了很大的不确定性。 3 ) 线路和潮流的不确定性 第2 贝 上浔爻通大掌工零再士掌位它p 文 第一， 绪论 已有输电线路的老化、退役给未来年电网的安全运行带来了很大的不确定性，运 行中的输电网络时刻面临着可能出现的线路故障等不确定因素的影响。另外，受电力 市场化改革的影响，发电厂商可以随时调整自己的报价，用户也可以自愿的选择供电 公司，大用户甚至可以通过合同直接从供电公司买电，由此造成的供用电频繁交易将 造成系统潮流变化的不确定性，使网络阻塞发生的概率大大提高。 4 ) 投资不确定性 输电线路的架设是个长期有序的过程，新线路的买入、征地的使用是逐步分开进 行的。规划年的线路采购成本、征地投入费用随未来年市场情况的波动而充满了不确 定性。另外，随着输电管制的放松，未来年部分输电线路可以由不同种类的投资者共 同投资建设，这样投资的复杂性加大，由此带来的投资不确定性因素增多。 5 ) 回报不确定性 电网投资者进行投资的主要目的是在确保收回投资成本的基础上能够得到最大 程度的回报。然而，电网的建设是一个长期的过程，市场环境下，回报的多少同未来 年的电价和市场运行方式有关，因此也存在着较大的不确定性。另外，投资主体的多 元化也给回报的分配带来了很多新的问题和不确定性。 1 2 2 考虑不确定因素的输电网灵活规划模型 根据不确定因素描述和处理的不同，现有考虑不确定因素的输电网灵活规划模型 可分为两大类：一类是基于多场景技术的输电网灵活规划模型；一类是基于不确定性 数学理论的输电网灵活规划模型。 1 2 2 1 基于多场景技术的输电网灵活规划模型 使用多场景技术处理不确定因素的原理是将未来年的所有不确定因素分解为若 干个确定性因素的组合来研究【1 。其中，每一个确定性因素的组合代表未来年系统可 能处于的一个状态，也称作场景。这样，对未来年不确定因素的处理就可转化为对未 来年多个确定性场景的处理。此种处理方法简单，是早期研究考虑不确定因素输电网 灵活规划问题普遍采用的方法【1 2 】。根据各场景下最优规划方案选择原则的不同，基于 多场景技术的输电网灵活规划模型又可细分为如下几类： 1 ) 考虑场景发生概率的输电网灵活规划模型b 】 第3 页 上海交通大掌工掌博士掌位论文 第一章绪论 此类模型将每个场景的发生概率以加权形式考虑到目标函数中，确保求得的规划 方案对每个场景的适应性能够达到综合最优。具体的处理方式有两类：一类是计及各 场景的发生概率，以各场景下投资费用的期望成本最小为目标；一类是以待求规划方 案偏离各场景下最优规划方案的成本之和最小为目标。其中，第二类模型的处理方法 又有两种：一种是基于减法处理并以期望偏差成本最小为目标；一种是基于除法处理 并以期望偏差成本最小。由于各场景下最优规划方案的成本为常数，因此基于减法处 理并以期望偏差成本最小为目标的处理方法等价于第一大类中基于各个场景下的投 资费用期望成本最小为目标的处理方法。 2 ) 考虑线路被选概率的输电网规划灵活模型【1 4 】 此类模型以各场景下每条线路添加概率的大小来决定最终的输电网规划方案。规 划时需要求得每个场景下的输电网规划方案，然后根据每条线路在所有场景中被选择 次数和每个场景发生的概率值求得每条线路被选择次数的期望值，最后按照所有线路 被选次数期望值的大小排序并依次添加线路，直到所得规划方案能够满足各个场景的 要求。 3 ) 基于等网损微增率的输电网灵活规划模型【1 5 】 此类模型将线路投资分为两部分：第一部分是初始投资，第二部分是补偿投资。 模型的目标是两部分投资之和最小。求解时，充分利用了两部分投资的相互关系，借 用等网损微增率的思想，分别求解两部分投资对负荷增长的微增率，并将微增率相同 处所对应的负荷数值作为最终规划方案制定的负荷参考数值。 4 ) 基于最小后悔值的输电网灵活规划模型【1 6 】 基于最小后悔值的输电网灵活规划模型并没有计及概率的影响，而是以最坏场景 下的投资费用作为投资费用的下限，然后在此基础上求解得到满足各个场景下的规划 方案，由此种方法得到的规划方案投资费用较大，但在考虑概率水平和风险水平的均 衡时具有一定的现实意义【i 。兀。基于最小后悔值的决策方法从根本上说是基于偏好准则 的决策方法的一种，基于偏好准则的决策方法还包括悲观决策法，乐观决策法等。相 比这些决策方法，基于最小后悔值的决策方法在一定程度上更加符合实际要求。 以上介绍了几种考虑不确定因素的基于多场景技术的输电网灵活规划模型。此类 模型的特点是将未来年各种不确定性因素分解为若干个确定场景的组合，因此在求解 时可直接使用传统确定性规划模型的求解方法【1 8 1 。此类方法的缺点是所处理不确定因 素的种类比较单一，无法处理不确定因素表述为连续量的情况；而且当不确定因素较 第4 贞 上海交通大掌工掌博士掌位论文 第一章i s 论 多时，所需分析的场景个数也会大幅度增加，进而增大了程序的计算量和计算时间； 另外，各场景下最优规划方案的选择标准至今还没有一个统一的合理定论，缺乏充足 的数学理论基础，求得的结果未必综合最优。 1 2 2 2 基于不确定数学理论的输电网灵活规划模型 基于不确定数学理论的输电网灵活规划模型将电力系统中的不确定性因素用不 确定数学模型描述。同基于多场景技术的输电网灵活规划模型相比，此类模型可处理 连续不确定信息和一些具有复杂不确定数学特性的不确定因素，并具有严格的数学理 论基础，在模型的求解时可直接使用已有的不确定数学规划理论和方法。现有的基于 不确定数学理论的输电网灵活规划模型主要有如下几种： 1 ) 概率不确定因素下的输电网灵活规划模型【悖】 此类模型使用概率分布函数来表述输电网规划中的不确定因素，如将负荷数值的 不确定性采用正态分布函数表示、发电机故障和线路故障的不确定性采用0 1 分布函 数表示。概率不确定信息下的输电网灵活规划模型一般是将线路的过负荷概率当作模 型的一个约束来确保系统以一定的概率指标满足不确定信息下系统安全性的要求 2 0 , 2 。在求解概率输电网灵活规划模型的过程中，一般采用蒙特卡罗模拟法【2 2 域概率 潮流法【2 3 】来验证概率不确定信息下系统的安全性和安全程度。 2 ) 模糊不确定因素下的输电网灵活规划模型【2 4 】 此类模型使用模糊分布函数来表述输电网规划中的不确定因素，如负荷、发电机 出力的不确定性采用三角模糊数或梯形模糊数来表述。模糊模型表述的是由隶属度函 数表达的外延未知的不确定信息。在求解模糊输电网灵活规划模型的过程中，一般是 基于模糊集理论，使用模糊潮流或模糊最小切负荷量的计算方法