（电工理论与新技术专业论文）配电网规划若干决策技术研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i cp o w e rr e f o r ma n dm a r k e te c o n o m y ，p o w e r d i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gi si nc h a n g i n gd e c i s i o ns i t u a t i o ni n c r e a s i n g l y p o w e rs u p p l y c o m p a n i e sm e e tt h ec h a l l e n g eo fd e m a n d i n gg r o w t hw i t hh i g h - q u a l i t ya n dn oi n t e r r u p t i o n a n dl i m i t e dr e s o u r c e su n d e ru n c e r t a i n t y ，t h a th o wt of i n i s ht h ep l a n n i n gt a s kt om e e tt h e s o c i a li n t e r e s ta n dg a i nm a x i m u mb e n e f i t si sa nu r g e n tt a s k t h e r e f o r e ，t h ed i s s e r t a t i o nh a s f o c u s e do ns e v e r a lc r u e l a lp r o b l e m si nt h i sf i e l d ，t h em a i no u t c o m eo f o u rr e s e a r c hi n c l u d e s ： 1 aq u a n t i f i c a t i o n a la s s e s s m e n tm e t h o df o ru t i l i z a t i o na v a i l a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o nl i n e s b a s e do nd a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( d e a ) i sp r o p o s e da n dac a s ew i t hf o r t y - s i x10 k v d i s t r i b u t i o nl i n e si ss t u d i e d t h o s er e s u l t so b t a i n e du s i n gt h i sm e t h o di n c l u d eal o to fa v a i l a b l e i n f o r m a t i o n ，b a s e do nt h e m ，d e c i s i o nm a k e r ( d m ) c a l lm a k ep l a n n i n ga l t e r n a t i v e so ra d o p t o t h e rp e r t i n e n tm e a s u r e st oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，a n di m p r o v et h e p l a n n i n gm e t h o d m e a n w h i l e ，t h e s er e s u l t sc a nb eu s e df o rr e f e r e n c et op o l i c y m a k i n gi n d i s t r i b u f i o ni n v e s t m e n t sa n dt a f t f fs t r u c t u r e t h em e t h o di sac o m p l e m e n tt ot h e s et e c h n i c a l a n de c o n o m i c a lr e s o r t sf o re v a l u a t i o no nt h es t a t u so fe x i s t i n gd i s t i l b u t i o nn e t w o r k t h i s m e t h o di sv e r yu s e f u lt oo p t i m i z et h ea l l o c a t i o no fr e s o u r c e sa n ds a v em o n e y , i m p r o v e r e s o u r c eu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yf o rp o w e rs u p p l yc o m p a n i e s t h e r ei sal o to fs e u s ei n s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tf o rp o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ， 2 am u l t i p l e - a t t r i b u t ed e c i s i o nm a k i n g ( m a d m ) m e t h o dc a l l e de l e c t r ei i ii sf i r s t l y i n t r o d u c e df o rd e c i s i o n - a i di np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gi nt h ed i s s e r t a t i o n i n s i d e t h em e t h o d ，t h ev a l u ef u n c t i o n so ft h et h r e s h o l d sa r ee x t e n d e da n di l l u s t r a t e di nt h ep l a n n i n g c a s et h ec a s es t u d ys h o w se l e c t r ei l li ss u i t a b l ef o rm a d mp r o b l e m sw i t hi m p r e c i s e d a t aa n dc o n v e n i e n tf o rc a p t u r i n ga n du t i l i z i n gt h ei n f o r m a t i o nf r o md m f u r t h e r m o r e ，t h e r e s u l to fc o m p a r i s o nw i t ht h es i m p l em u l t i - a t t r i b u t er a t i n gt e c h n i q u e ( s m a r t ) p r o v e st h e m e t h o dc a no v e r c o m et h ef l a wt h a tt h ec a p i t a lc o s tm a s k st h et e c h n i c a lb e n e f i t si nm a n y p r e v a l e n tm a d m m e t h o d si np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n g 3 a na p p r o a c hb a s e do na n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) a n de l e c t r ei l lf o r d e c i s i o n a i di np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gi sp r o p o s e d i nt h ea p p r o a c h ，t h ew e i g h t s a r ea s s e s s e dt ot h ec r i t e r i ab ya h pa n dt h eu n c e r t a i n t yo ft h ed a t a i si n c l u d e db yt h e t h r e s h o l d sr e f l e c t i n gd m sr i s ka t t i t u d e s b o t hs i d e so ft h ea l t e r n a t i v e sa r ee x p r e s s e db yt h e i n d e xo fc o n c o r d a n c ea n dd i s c o r d a n c e ，t h e nt h ei n d e xo fc o n c o r d a n c ea n dd i s c o r d a n c ea r e i n t e g r a t e di n t ot h ed e g r e eo fo u t r a n k i n g ，f i n a l l yt h ef i n a lr a n k i n go ft h e a l t e r n a t i v e si s o b t a i n e db yap r o p o s e d “n e t ”p r o c e d u r ef u r t h e r m o r e ，s e n s i t i v i t ya n a l y s i sp r o v e s t h e a p p r o a c h sv a l i d i t y s i n c et h ea p p r o a c hi ss e n s i b l ea n ds t r a i g h t f o r w a r d ，w h i c hi se a s yt ob e u n d e r s t o o da n da c c e p t e db yd mi ti ss u m m a r i z e dt h a tt h ea p p r o a c hm e e t st h er e q u i r e m e n to f i l a b s t r a c t f l e x i b l ep l a n n i n ga n di sap r a c t i c a la n df e a s i b l es o l u t i o ni np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m p l a n n i n g 4 i no r d e rt os o l v et h em a d m p r o b l e m sw i t hi m p r e c i s ed a t aa n di n c o m p l e t ew e i g h t p r e f e r e n c ei n f o r m a t i o nf r o md mi np o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n g ，am e t h o db a s e do n o u t r a n k i n gr e l a t i o na n dl i n e a rp r o g r a m m i n gi sp r o p o s e di nt h ed i s s e r t a t i o n i nt h em e t h o d ，t h e u n c e r t a i n t yo ft h ed a t ai si n c l u d e db yt h et h r e s h o l d sr e f l e c t i n gd m sr i s ka t t i t u d e s ，t h es c o r e s o ft h ea l t e r n a t i v e sa r ec a l c u l a t e da n ds u m m e db yt h ep a i rc o m p a r i s o nf o re v e r yc r i t e r i o n ，a n d t h eo b j e c tf u n c t i o ni st om a x i m i z et h es u mo ft h ew e i g h t e ds c o r e sa n das e to fc o n s 仃a i n f u n c t i o n sf o rt h ew e i g h ti n f o r m a t i o nf r o md ma r ei n c l u d e d t h u s ，al i n e a rp r o g r a m m i n g m o d e li ss e tu p ，e v e r ya h e m a t i v ei so p t i m i z e di nt h es c o r eu s i n gt h i sm o d e l ，a n dt h eo p t i m a l r e s u l ts c o r e sa l eu s e dt or a n kt h ea l t e m a t i v e s ，t h ei n f o r m a t i o nf r o md mi su t i l i z e da n dt h e v a g u e n e s so ft h ee x p e r t so p i n i o ni sc o n s i d e r e df u l l y , a l s ot h eo b j e c t i v i t yi se n s u r e db y “n o n u n i f o r ma s s e s s m e n t ”i nt h em e t h o d w h i c hi san o v e lm a d mm e t h o dw i t l ls u b j e c t i v i t y a n do b j e c t i v i t y 5 a na p p r o a c hb a s e do nd e af o re v a l u a t i o no nd i s t r i b u t i o ni n v e s t m e n tp r o j e c ti s p r o p o s e d b a s e do nt h et r a d i t i o n a li n v e s t m e n td e c i s i o nm e t h o d ，c o n s i d e r i n gt h ef e a t u r e o fr i s ki n v e s t m e n t ，t h r o u g hc h o o s i n gt h ei n p u ta n do u t p u ti n d i c e s ，t h ed i s s e r t a t i o n i n t r o d u c e sad e am o d e lt oe v a l u a t ed i s t r i b u t i o ni n v e s t m e n tp r o j e c t sw i t he c o n o m i cr i s k a n dc o n s t r u c t i n ga no p t i m a ld e c i s i o nm a k i n gu n i t ( d m u ) b a s e do nt h ea c c e s s e dd m u s t od e a lw i t ht h ep r o b l e mt h a tt h ee f f i c i e n ta s s e s s e dd m u sc a nn o tb e e f f e c t i v e l y d i s t i n g u i s h e di nd e a ，s oa no b j e c t i v ea s s e s s m e n ta p p r o a c hi so f f e r e df o rd m k e yw o r d s ：p o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n g ，u t i l i z a t i o na v a i l a b i l i t yo f d i s t r i b u t i o n i i n e ，m a d m ，e c o n o m i ce v a l u a t i o n i i 声明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文配电网规划若干决策技术研究，是 本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成 果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人 享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文 中以明确方式标明。 签名：缝丝盘日期：! 竺6 ：皇：! 岛 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或 其他复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：丝筮盘 日期：! ! ! ! ：f 6 导师签名： 日期：翌型 磬一 第一章绪论 第一章绪论 1 1 配电网规划及其地位、特点 电力系统包括发电、输电、配电三个部分，通常把电力系统中二次降压变电所 低压侧直接或降压后向用户供电的网络称为配电网络 - 1 ；1 。配电网是从输电网接受电 能，再分配给各用户的电力网，是电力系统的重要组成部分，是国民经济发展依赖 的重要基础设施。 配电网按照电压等级分类，可分为高压配电网( 3 5 1 1 0 ( 2 2 0 ) k v ) 、中压 配电网( 6 1 0 k v ) 、低压配电网( 2 2 0 3 8 0 v ) ；按供电区的功能分类，可分为城 市配电网、农村配电网和工厂配电网等。 配电网规划是指在分析和研究未来负荷增长情况以及城乡配电网现状的基础 上，经济合理地确定各电压等级配电网的变电所位置及容量、变电所的供电区域、 配电网的网络接线模式、线路的走向和路径及导线型号、配电网无功电源配置方案 等，最终使社会和企业获得效益的过程。 按规划时间的不同，配电网规划分为近期( 1 5 年) 、中期( 5 一1 5 年) 和长期规 划( 1 5 3 0 年) ( 2 1 。长期规划属于战略规划，它主要进行城市电网发展的重大问题和 发展方向的决策( 如电压等级的标准化、确定新的电源点、论证规划期末的城市需 电量以及城市电网可能发生的改造和扩展方向等) ，为中期和近期规划制定目标。 中期和近期规划属于战役规划，主要为长期规划的任务和目标如何实施确定时间 表。长期规划要求中期和近期的城市电网建设和改造是长期电网发展目标的一部 分，保证近期和中期投入的设备在规划期间不会发生被拆除的现象。 配电网规划一方面是城乡总体发展规划的重要组成部分，另一方面也是城乡电 网建设改造的依据。配电网建设项目涉及面广、投资巨大，发达国家的配电网工程 投资大约占整个电力系统投资的3 0 5 0 ，而我国则仅占到15 左右( 1 9 9 4 年数 据) ，这种不合理的投资比例，导致全国城市配电网度普遍过载，特别是中低压 更为严重，这引起了我国高层决策部1 2 的关注。自“八五”以来配电网工程投资逐 年增加，仅1 9 9 8 年至2 0 0 0 年国家就投资几千亿元进行一批城乡电网建设与改造， 经过“九五”后期这一大规模的城乡电网建设、改造，我国电网长期存在的有电“送 不出、落不下、用不了”的情况已有相当改变，配电网投资所占比例一度达到3 1 5 。 但与近几年全面加快的电源建设相比，电网滞后的问题仍相当突出，今后配电网的 建设和改造还将继续扩大和深化。因此，如何科学地完成配电网规划工作，提高供 电质量、供电的安全性和可靠性，合理有效地利用资金和节能降损，取得最大的经 华北电力大学博士学位论文 济效益和社会效益，乃是各级决策者都十分关注的问题，它具有巨大的社会和经济 意义。 然而配电网规划工作是一项非常复杂、艰巨的系统工程，其复杂性突出地表现 为具有规模大、不确定和不精细因素多以及涉及部门和专业领域广的特点口】。配电 网规划工作不仅需要大量有关社会经济发展的历史数据，还需对现状网进行深入的 分析，同时也要对社会未来发展有比较全面的了解。 决策是经过缜密的推断分析而在众多替代方案中选取最佳方案【4j 。配电网规划 是个半结构化的决策问题，必须结合数学方法和人的经验知识优势加以解决。在实 践中，人们很少根据未处理的信息做出决策，而应根据己处理、求值、比较的数据 以及与其相关的数据中考虑并做出决策。这种经过处理的数据即为信息，信息是用 来减少不确定性的，因此，不确定性减少越多，所具有的信息越多。配电网规划中 信息处理的工作量随着不确定性因素的增加而增长，对信息的利用和处理是保证规 划决策质量的关键。因此，发展配电网规划决策支持技术，建造人机决策的智能决 策支持系统是配电网规划领域的重要发展方向。 1 2 新形势下配电网规划的挑战和意义 如今世界范围内以“打破垄断、引入竞争、降低成本、提高效率、优化资源配 置”为目标的电力市场化改革己成为不可逆转的趋势1 5 】，世界各国的电力改革历程 各不相同，但有一条经验是相同的【6 】：给企业以风险，有风险才有效率。 电力市场下，配电侧虽然仍然垄断，但政企分开，供电企业成为自负盈亏的独 立法人成为必然【5 】。价格上限规制 7 】使企业获得一定的价格制定的灵活性，然而低 质赔偿机制 6 1 的实行又使企业处于风险的决策环境，企业的管理者不得不在风险环 境下进行配电网的投资，通过风险管理平衡风险和利润。环境因素的进入会进一步 增加电网扩展建设的成本，影响配电网的基础设施投资【gj ，必须在规划中加以考虑。 在研究世界各国电力改革经验的同时，我国也在积极稳步地进行着电力改革。 随着与国际接轨和现代企业制度的建立，我国的供电企业也将面临相同或相似的决 策环境。改革后供电企业成为投资主体，电价的管制和有限市场容量不会使企业的 收入大量增加，而高质量、不间断负荷需求却在不断增长，面对压力，企业出于对 自身经济效益的追求，不得不把提高资源利用效率放在首位，必然由叫丑放”经营 转向“精打细算”。 面对不确定环境下有限的资源和高质量、不间断负荷需求增长的挑战，供电企 业如何科学地完成配电网规划工作，既满足社会效益，又尽可能最大化自身的经济 效益是一个迫切需要研究解决的课题。 第一章绪论 在新的形势下，配电网的规划设计也有了新的内容。例如市场给用户更多的选 择权利，因此，用户可能不再像以前就地受电，可能与远方便宜的发电商签订购电 协议，通过配电网进行转运：或者使用自己的分散发电或储能。因此，市场环境下 的配电网规划就不仅仅是考虑负荷增长的问题，而是需要全面考虑市场的运行、用 户的选择、投资回收等多方面因素。 针对电力市场环境下的配电规划问题，下面几个方面值得研究【9 。1 4 】： ( 1 ) 首先要考虑最大程度利用现有资产，需要对设备的使用进行晟大效益分 析，考虑损耗、额定容量和环境因素等，动态计算每个设备最佳利用率。这是一项 复杂的系统分析，分析结果有助于调整设备运行状况。提高整个配网的负载能力。 一直以来，缺乏激励的制度和技术上的限制使电网规划设计者往往按最坏的情 况进行规划，这种办法要求建造的部件超出实际需要，替换它们的时机早于必须替 换的时候，这样的过度工程网络可继续运行在较高的故障允许度上【15 1 。作为电力体 制改革的目的之一，“提高资源利用效率”在激励机制上有了动力，由于电价受到 管制和供电区域市场容量有限，企业的收入不会大幅增加，继续建造过度工程网络 对企业来说将是一个昂贵的策略，企业在客观上将会首先通过提高现有资源利用效 率来应对负荷增长的需求。另方面，新的状态监视技术、分时电价和资产管理在 一些成熟电网中的实际应用有力地推迟了配电网的投资扩展计划【8 , 15 , 1 6 】，证明企业 在配电网规划中将提高现有资源利用效率放在首位，考虑新技术应用和需求侧措施 对负荷和规划的影响是实现资源节约和有效投资的重要途径。 作为配电网规划的基础，现状网的评估分析是规划决策一个关键，未来的分析 不仅仅在于找出电网技术上的薄弱环节，还应把资源的利用效率高低作为考察指 标，从资源利用角度加咀评估分析，以发现和确认那些值得投资的目标，使投入物 有所值。 “升级那些该升级的，替换那些该替换的”是现状网的评估分析对于规划的意 义所在。现状网的评估分析工作的细致与否直接决定着配电网近期规划决策的优劣。 ( 2 ) 不确定性多目标决策方法在配电网规划中的应用将占有越来越重要的地 位。在新形势下，配电网规划的目标转为经济效益的最大化，但是这种对效益的追 求又不能以牺牲供电质量、可靠性等其他目标为代价，因此企业的决策者需要平衡 眼前利益和长远利益，对配电网规划过程中的各种方案进行多目标权衡；而与此同 时，配电网规划面临的诸如负荷、电价、环境等不确定因素越来越多，需要在规划 决策过程中对这些不确定因素加以充分考虑。 另外，人始终是规划工作的主体，如何在决策过程中利用人的经验和判断，表 达决策者的主观偏好是决定一种规划决策方法可用性的一个重要方面，目前在配电 网规划决策中该问题至今还未得到很好的解决。 华北电力大学博士学位论文 ( 3 ) 项目决策中的经济风险评估对企业来说至关重要。由于不能保证所有投 资总能收回，所以对将来投资进行概率分析和风险评估是必要的。比如，有必要对 未来负荷用概率分布取代原来的确定值：对不同方案的投资收益进行期望值和方差 比较，获得更佳更可靠的投资计划等。 经济评价作为企业项目决策的一个重要方面，受到格外重视。在市场经济条件 下，决策者往往愿意选择那些投资少的、回收期短的、期望净现值大的、风险小的 项目，但这几个方面通常不会同时满足，如何选择，值得进一步研究。 论文针对配电网规划决策中以上几个方面存在的问题，进行了相关的研究，包 括从资源利用角度对配电网进行分析的现状网评估分析方法、能够处理决策数据不 确定性和决策者偏好的配电网规划辅助决策方法、配电网投资项目经济评价方法， 以下是论文工作所涉及领域的研究现状。 1 3 配电网现状评估分析的研究现状 配电网现状评估分析的目的：一是通过量化计算，评估目前配电网供电能力、 供电裕度及供电可靠性等主要指标：二是找出现有配电网存在的薄弱环节和急需解 决的问题，为确定配电网规划目标，特别是近期建设改造目标提供理论依据。现状 网分析包括电压水平分析、线路过负荷情况分析、短路容量校验、可靠性分析及n 1 校验等，发现系统中的薄弱环节，以便未来的规划工作能够有的放矢。 目前对配电网现状综合评估分析，是以城市电力网规划设计导则和城市 中低压配电网改造技术原则为依据，主要是找出配电网存在的主要问题，然后在 规划中逐步加以解决。该方法主要以定性为主，从最低要求看是否满足规划目标， 它并不能给出可用的资源利用差距信息。由于提高资源利用效率与电网的系统运行 安全性存在冲突，对于如何在资源利用效率和电网安全运行间获得平衡，把握“度” 的问题，需要科学的分析手段。原则上可通过“参照”利用效率高的代表性电网( 部 分) 找出差距，分析其可能为电网供应能力“让出”的供应空间，以节约规划资金、 增强规划投资资金使用的有效性。目前这一领域迫切需要从资源利用角度对配电网 现状进行评估的方法，以帮助规划人员进行深入分析，既克服过度投资的倾向，又 使电网保持适度超前，最终改进规划方法，优化资源配置。 经济系统资源有效性度量的常用方法有生产函数法和数据包络分析法m 】，它们 基于相同或相似的生产可能集公理，前者包含价格要素，后者与价格无关，且能够 得到可用的管理信息。电力工业一度作为公用事业，所以数据包络分析( d a t a e n v e l o p m e n ta n a l y s i s ，简称d e a ) 的价格无关特性使其成为广泛使用的资源效率分 析方法。在电力系统中，该方法主要用于发电领域 t 8 - 2 1j ，用于测算和评价发电公司 的运行效率和生产效率，通过比较获得它们的差距信息并分析原因。近年来在电力 第一章绪论 市场环境下，人们对效率更加重视，d e a 也被应用于配电领域( 2 2 25 1 ，用于配电企业 的效绩评价和电价分析。 由上可见，目前国内外关于资源利用效率在配电领域的研究才刚刚起步。因此， 探讨将数据包络分析方法用于配电网资源利用效率的测算和分析，研究切实可行的 现状网定量化评估分析方法，可发现和确认电网薄弱环节，从历史规划结果中找出 差距，总结经验，获得有用管理信息，为规划方案的拟订和规划方法的改进提供定 量化直接依据，从而使规划人员在科学理论方法的指导下，优化资源配置，提高资 源利用效率、最终节约电网建设资金，提高企业经济效益和社会效益。 1 4 配电网规划方法的研究现状 1 4 1 配电网优化规划的模型与方法 配电网主要包括变电站和配电线路，如果把配电网规划看作是一个整体系统的 规划，它必然包括变电站和配电线路两个子系统的规划。从数学角度，对整体系统 的规划通常采用混合整数规划模型( 线性或非线性) ，而对于各子系统的规划多采 用运输模型( t r a n s p o r t a t i o nm o d e l ) 和网络流模型( n e t w o r kf l o wm o d e l ) 【2 6 】。从时 间和物理结构角度，用于配电网规划的主要模型可分为【2 7 】： ( 1 ) 静态负荷子系统规划模型2 8 。3 1 。这类模型把配电网的负荷描述为相对于 时间是静态的，适宜于单独确定特定时间条件下变电站子系统规划，即确定变电站 容量及位置；或者是适宜于单独确定特定时间条件下的配电线路子系统规划，即确 定配电线路的路径和导线截面、在确定变电站的位置和容量方面，根据可行性条件， 预先给出现有及待建变电站的位置及可供选择的容量，然后求出最佳组合。 ( 2 ) 静态负荷整体系统规划模型39 1 。尽管静态负荷模型可以简化，但是整 个配电网的规划( 即确定变电站最佳位置和容量以及配电线路最优路径和导线截 面) 仍然是相当艰难的，必须通过一些简化和假设来实现。由单一地确定变电站的 位置和容量或确定配电线路路径逐渐发展为同时进行变电站和配电线路的规划理 论上可以使整体系统优化。 ( 3 ) 动态负荷子系统规划模型【4 ”。该模型考虑了费用对于时间和负荷增长 的变化，较之静态负荷子系统规划模型更为全面。 ( 4 ) 动态负荷整体系统规划模型1 42 j ：动态负荷整体系统规划模型理论上是最 精确的，它是一种假定负荷在规划水平年内变化的动态模型。因此，在模型中需要 考虑设备投入时间对规划方案的影响。如果优化过程成功，则这类模型可直接应用 于每个实际配电网规划问题中。 综上所述，显然静态规划模型适宜于解决配电变电站的位置和容量问题或配电 华北电力大学博士学位论文 线路路径和导线截面问题，而动态规划模型可用于解决变电站或配电线路的新建 ( 改建) 时间问题，以及变电站位置和容量、配电线路的路径和导线截面。 常用的配电网规划方法主要有： ( 1 ) 最优化方法 最优化方法就是将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间的相互关系，并将实际规划问题采用优化方法求解，因而在 理论上严格保证了方案的最优性。但由于电网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，容易 造成“维数灾”问题，因此它只适宜于小型系统。对于大型系统，若采用最优化方 法则需要对原问题的数学模型进行简化处理，但这种处理又可能导致最优解的丢 失。 在配电网规划中采用的数学最优化方法已不胜枚举，有运筹学中的线性规划方 法( 1 i n e a rp r o g r a m m i n g ) ，最短路径法( s h o r t e s tp a t h ) 【2 9 3 ”、非线性规划方法( n o n l i n e a r p r o g r a m m i n g ) 4 引，混合整数规划( m i x e d i n t e g e rp r o g r a m m i n g ) ，动态规划【3 4 等，还有网络流法( n e t w o r kf l o wm e t h o d ) 3 8 , 4 4 等等。 ( 2 ) 启发式方法 启发式方法( h e u r i s t i c sm e t h o d ) 【26 】不同于纯数学优化方法，它是以直观分析为 依据的算法，而且同规划人员的经验相结合，相对于数学方法能够较为准确地接近 配电网规划的实际。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，成为电网扩展规划中广泛使用的方法。启发式方法包括： 分支界定法( b r a n c h a n db o u n dm e t h o d ) 2 6 , 3 1 】、支路交换法( b r a n c h e x c h a n g em e t h o d ) 4 5 】等。 启发式算法通常基于系统某一性能指标对可行路径上线路参数的灵敏度，根据 一定的原则，逐步迭代直到得到满足要求的方案为止。该方法基于原有配电网的网 络结构进行扩展规划，虽然规划方案求得的并不是全局最优解，但规划人员参与决 策过程，使得方案的可行性较高。其中文献f 3 8 】使用了支路交换法求解单阶段电网 规划的近似最优解，文献4 6 在此基础上提出了多阶段的支路交换算法，考虑了前 阶段的规划方案对后一阶段规划的影响，使得各阶段的规划方案综合达到最优。 文献【4 7 采用此方法进一步实现配电网的综合规划，不仅考虑了配电网网架优化， 还考虑了变电站的优化规划方案，将配电网优化进行综合考虑，取得了较好的优化 结果。 启发式方法简单、直观、计算量小，但由于它在迭代过程中只要找到满足指标 第一章绪论 的解就停止计算故此它只能给出次优解而非最优解1 4 8 , 4 9 1 。 ( 3 ) 配电网灵活规划方法 在电网规划中需要考虑各种不确定性因素对规划结果的影响 5 0 1 ，但传统的规划 方法都无法满足这种要求，其数学上严格的最优方案对于未来情况而言并非最优， 甚至可能导致由于未来不确定性因素的影响而不得不进行大量的补偿投资，从而降 低甚至失去了“最优”规划的意义，造成巨大的损失。为了克服传统规划方法的不 足，在规划中考虑不确定性因素影响已经得到了国内外学术界和工程界的广泛关 注，找出和分析这些不确定因素的变化规律，在规划中加以考虑变得越来越迫切。 为此，早在1 5 年前国际供电会议( c i r e d ) 就专门成立了电网规划与发展的“不确 定性和灵活性”研究工作组 5 “，用于找出不确定性因素、追踪其变化和研究处理的 技术和方法。为此，电网灵活规划应用而生。 电网灵活规划，又称为电网柔性规划，是指在进行电网规划时，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。其灵活性体现于现在的规划方案适应未来的环境变化。近年来由于一些新方 法和新理论的引入，使这一领域的研究工作取得了长足进展，其中有些电网灵活规 划方法已经开始应用于实际的电力系统规划工程中扣“，取得了比较满意的社会、经 济效益。 在电网规划中，基于对不确定性因素不同的处理方法，产生了各种不同的灵活规划 方法 5 3 , 5 4 。这些算法有：随机规划方法f 5 5 59 1 、模糊规划方法【6 0 , 6 1 】、灰色规划方法【6 2 】、 遗传算法 6 3 6 ”、进化规划【6 6 , 6 7 、专家系统法【删、t a b u 搜索法 6 9 , 7 0 】、蚂蚁算法f 7 卜7 5 】 等。这些方法在处理计及不确定因素影响的电网灵活规划问题上取得了一定的进展 和成效，但是由于电网规划中不确定性因素自身的复杂性和多样性，对它们的准确 描述和处理仍然是一个需要继续研究的课题，对这些方法还需要更加深入的研究。 各种方法的组合算法也是未来的一个发展方向，比如文献7 6 采用改进的混合模拟 退火法一遗传算法进行电网规划，用于克服传统遗传算法的不稳定和局部收敛问题； 文献 7 7 将基n 禁忌组合算法应用于配电网网架规划，把禁忌作为基因的变异算子 来提高遗传算法的全局寻优能力；文献 7 8 1 提出了改进的多种群遗传算法并将其应用 于配电网规划，该方法可以处理同时涉及变电站和馈线优化的多目标配电网规划问题， 文献 7 9 1 应用支路交换法作为模拟退火算法中的新解产生器，提高了模拟退火过程的 效率。 上述方法中，既有经过考验，比较成熟的方法，也有新技术引入配电网规划的尝试。 各种方法各有其优缺点和适用范围，还没有哪一种方法具有绝对优势。 不管是何种配电网规划优化模型或方法，优化方案都要考虑如下约束： 华北电力大学博士学位论文 ( 1 ) 用户期望的供电质量、停电频率和持续时间限制，须保持的电源电压和 频率容许范围。 ( 2 ) 供电地区约束：负荷密度，地区电网特点( 孤立电网或强联络) 。 ( 3 ) 限制各种污染的环境约束：化工废水、废热、视觉和噪音污染，反对架 设新线路的公众舆论。 ( 4 ) 政治和经济约束：开发和利用资源的政策，可用资金的限制。 这些约束条件都将不同程度地影响电网规划，从理论上寻求经济的总体最优方 案应当考虑上述全部约束。但这几乎总是不可能的，而且有些约束尚无法明确定义。 在现实的工程实践中，配电网规划主要依靠的还是规划人员的经验，以人工规 划为主，大量的商业应用配电系统优化规划软件缺乏实用的优化算法支持。发表于 1 9 9 7 年国际供用电会议上的一篇调查报告pj 指出，经过对世界上2 8 个具有电网 规划与电网分析功能并己经实际应用的商用配电网优化规划系统的调查得出以下 结论：“一般的意见是，真正的数学规划方法或启发式方法极少使用。大部分软件 中含有许多规划功能，但其方法在答卷中很少阐述清楚。大多数仅提交了一个简单 的交互式的模拟。很有可能数学方法的缺乏就是造成能提交完整报告的软件设计商 数目少的原因。一般来说，科研论文中提出的规划方法与现实中大量使用的商用配 电网优化规划系统有相当的差距。” 从以上足见配电网规划的复杂性。近年我国的学者经过努力不仅在配电网规划 的理论上有所突破，在实践上也有收获。文献8 0 提出将“认知工程”的理论用于 解决配电网规划这个复杂系统问题，文献 8 1 1 针对中国国情开发了可实际应用的“城 市电网规划计算机辅助决策支持系统”，取得了显著成绩。 随着不确定因素和无法量化因素的增加以及决策目标的增多，过去以经济( 费 用) 为单一优化目标的做法受到挑战，最为引人瞩目的是可靠性和经济性目标的权 衡。目前将可靠性费用( 停电损失费用) 和经济性费用( 变电站和配电线的投资、 维护和能量损失费用) 的线性组合作为优化的目标函数，并且在约束条件中增加可 靠性指标检验是目前最常见的做法1 8 2 。84 1 ，但这种做法实际上是将可靠性指标进行经 济量化，在考虑诸如安全性、环境等问题时也存在类似问题 8 ”。推而广之，当考虑 更多因素时，这种非经济指标的经济量化问题就变得非常普遍。显然，当规划要考 虑多个目标时，将所有非经济目标进行经济量化后统一处理是困难的。 这一困难直接导致了多准则决策方法在配电网规划中的研究和应用。 第一章绪论 14 2 配电网规划的多准则决策方法 14 2 1 多准则决策的基本概念 在真实世界中，大多数决策问题具有多准则的特性，绝非单一指标所能衡量， 而且各个准则并非能化成相同的度量来比较，因此需要利用多准则决策( m u l t i p l e c r i t e r i ad e c i s i o nm a k i n g ，m c d m ) 的技术进行评估并做成决策。 ( 1 ) 几个术语的含义 下面比较属性、目标和准则等术语的含义。 属性( a t t r i b u t e ) ：在英语中，a t t r i b u t e 一词意为c h a r a c t e r i s t i c 和e s s e n t i a lq u a l i t y ， 是备选方案的特征、品质或性能参数。 目标( o b j e c t i v e ) ：在英语中，o b j e c t i v e 一词意为f i n a la i m 它是决策人所感觉 到的比现状更佳的客观存在，用来表示决策人的愿望或决策人所希望达到的、努力 的方向。例如：制订发展规划时，经济增长、生活改善、社会安定、对外援的依赖 小、失业率低等决策人的愿望或决策人努力的方向都是目标。在多目标决策问题中， 目标是求极值( 极大或者极小) 的对象，即需要优化的函数式。 目的( g o a l ) ：目的是在特定时间、空间状态下，决策人所期望的事情。目标给 出预期方向，目