鐘 紅

國網(wǎng)江西省電力公司鷹潭供電分公司，江西鷹潭 335000

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會對于電力的需求不斷增加，電網(wǎng)工程的建設(shè)和完善也因此受到了社會各界的廣泛關(guān)注。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，電網(wǎng)承擔(dān)著連接發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)，輸送電能的重要職能，其規(guī)劃設(shè)計一直是電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。但是在電力體制改革的影響下，電網(wǎng)的規(guī)劃工作面臨著許多新的問題和挑戰(zhàn)，需要電力企業(yè)和相關(guān)管理部門的充分充分重視。

1 電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計現(xiàn)狀

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動下，我國社會對于電力的需求不斷增加，原有的電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸無法滿足實際供電需求，跳閘、斷電、短路等事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了供電的可靠性和安全性。因此，對電網(wǎng)進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計，確保其能夠滿足社會對于電力的需求，是十分必要的。而隨著電力體制改革的深化和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，電網(wǎng)的規(guī)劃工作也開始面臨著新的問題和挑戰(zhàn)，這些問題主要表現(xiàn)在：1）在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，決策的分散化在很大程度上增加了電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)的難度；2）可再生能源（太陽能、風(fēng)能、水能等）的大規(guī)模接入，使得電網(wǎng)規(guī)劃工作中存在許多的不確定因素；3）環(huán)境因素的多樣性和復(fù)雜性使得電網(wǎng)規(guī)劃建模和求解更加困難。對此，國內(nèi)許多專業(yè)技術(shù)人員對展開了對于電網(wǎng)規(guī)劃工作的探索和研究，并取得了相當(dāng)顯著的成果。但是相對來說，這些研究成果多是單獨(dú)考慮輸配電線路路徑優(yōu)化以及電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃，而忽略了兩者之間存在的密切關(guān)系。由此，本文對這些文獻(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)，提出建立考慮路徑優(yōu)化的雙層非線性空間電網(wǎng)規(guī)劃模型，由遺傳算法和動態(tài)規(guī)劃法結(jié)合而成的混合優(yōu)化方法進(jìn)行求解，可以有效提高了空間電網(wǎng)規(guī)劃的求解質(zhì)量和求解效率。

2 考慮路徑優(yōu)化和變電站選址的空間電網(wǎng)規(guī)劃

在GIS 技術(shù)發(fā)展的帶動下，相關(guān)技術(shù)人員在電網(wǎng)線路的路徑進(jìn)行優(yōu)化選擇時，往往會借助GIS 技術(shù)，將矢量地圖轉(zhuǎn)化為相對規(guī)則的柵格地圖，然后建立柵格的走向變量，采用動態(tài)規(guī)劃法尋找變電站之間的最優(yōu)線路徑，不僅考慮了環(huán)境約束和投資成本，而且計算了地形斜坡對成本的影響。

2.1 柵格化三維地圖

地圖的柵格化在空間電網(wǎng)的規(guī)劃中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用，根據(jù)地圖附帶的環(huán)境信息，可以將其劃分為相應(yīng)的柵格地圖，這里假設(shè)在同一個柵格中，同一類型的線路和變電站建設(shè)成本相同。結(jié)合相應(yīng)的文獻(xiàn)資料，可以得出柵格的線路綜合成本矩陣和柵格的高度矩陣，如下式（1）和式（2）。

其中，bij表示柵格Cij上新建線路的單位化綜合成本，而hij則表示柵格Cij的單位化高速。當(dāng)變電站建設(shè)在不同的柵格上時，其投資成本也會存在一定的區(qū)別，假設(shè)綜合成本矩陣為E，則與式（1）類似，矩陣中eij表示柵格Cij上新建線路的綜合成本。

當(dāng)柵格數(shù)量巨大時，可以采用模式識別法或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，對柵格上線路的綜合成本進(jìn)行計算，如果必要，也可以對計算結(jié)果進(jìn)行人工修正。

2.2 空間電網(wǎng)規(guī)劃模型

1）上層問題

空間電網(wǎng)規(guī)劃的上層問題，屬于一個傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃問題，其目的主要是為了確定投建的候選路線，以及變電站的建設(shè)位置，在滿足電網(wǎng)滿負(fù)荷安全運(yùn)行的前提下，確保電網(wǎng)投資和運(yùn)行成本的綜合最小。換言之，上層問題的優(yōu)化目標(biāo)，就是最小化投資成本和運(yùn)行成本，由相應(yīng)的公式表達(dá)，則

其中，表示年平均電價，Tmax表示最大負(fù)荷損耗小時數(shù)，t 代表年度索引，NT指投資回收年限，φ為年收益率，Ploss為有功網(wǎng)損，Nw為新建的變電站數(shù)量，w 指新建變電站索引，iw,jw表示變電站的建設(shè)位置。

2）下層問題

下層問題主要是線路路徑的優(yōu)化問題，其優(yōu)化目標(biāo)是最小化每一條線路的投資成本，用公式表示為

Ω={（i，j，d）|如果線路l 在Ci，j上選擇方向d}

式中，Ω 表示線路l 選中柵格及其上方向的集合，Di,j,d表示線路在柵格Ci，j方向d 上的長度。

2.3 模型求解

電網(wǎng)的規(guī)劃屬于一個多決策變量、多約束條件的混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，因此可以采用遺傳算法進(jìn)行求解。將每一跳候選線路的投建狀態(tài)和變電站建設(shè)位置作為個體基因，其構(gòu)成如圖：

針對柵格地圖上線路路徑優(yōu)化問題，可以采用動態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行求解。其基本的思路為：對于一個柵格，如果始端柵格到其鄰近8 個柵格的最優(yōu)路徑已知，則始端柵格到該柵格的最優(yōu)路徑只與鄰近8 個柵格的最優(yōu)路徑有關(guān)。在實際計算中，如果鄰近柵格的當(dāng)前最優(yōu)路徑發(fā)生改變，則需要對柵格當(dāng)前的最優(yōu)路徑進(jìn)行及時更新，以確保路徑選擇的合理性。

為了充分發(fā)揮遺傳算法和動態(tài)規(guī)劃法的優(yōu)勢，本文提出了一種以遺傳算法為主體的混合優(yōu)化算法，遺傳算法實現(xiàn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和變電站選址，動態(tài)規(guī)劃法優(yōu)化線路路徑。同時，為了提高求解效率，在算法中增加了一個記憶體，對最近經(jīng)常用到的路徑記錄集合進(jìn)行保存。一個路徑記錄由記錄號、始端點(diǎn)、末端點(diǎn)、線路成本、線路長度和退出計數(shù)6 部分構(gòu)成。當(dāng)進(jìn)行求解時，如果某線路的兩端點(diǎn)存在與記憶體中，則可以直接從記憶體中得到線路的長度和成本，如果不存在，則利用動態(tài)規(guī)劃法，對優(yōu)化路徑進(jìn)行構(gòu)建，從而極大地節(jié)約了計算時間。

這里以某省級電網(wǎng)的規(guī)劃為例，對其進(jìn)行簡單闡述。該電網(wǎng)主網(wǎng)目前存在有402 個節(jié)點(diǎn)，502 條支路，結(jié)合電網(wǎng)的實際情況，以相應(yīng)的220×220 柵格地圖，對電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展規(guī)劃，在電網(wǎng)中新增4 個變電站以及340 條支路線路。

整個求解過程耗時3671s，由于電網(wǎng)規(guī)劃屬于離線分析，因此對于計算的實效性并沒有太高的要求，雖然計算耗時較長，但是可以滿足實際應(yīng)用的要求。

3 結(jié)論

總而言之，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動下，社會對于電力的需求不斷增長，電網(wǎng)的規(guī)劃問題也引起了社會各界的廣泛關(guān)注。本文提出了一種考慮路徑優(yōu)化和變電站選址的空間電網(wǎng)規(guī)劃模型，并采用綜合了遺傳算法和動態(tài)規(guī)劃法優(yōu)勢的混合優(yōu)化算法進(jìn)行求解，保證了電網(wǎng)規(guī)劃的合理性和可靠性，推動了我國電網(wǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行。

[1]王學(xué)良.基于輸電線路設(shè)計相關(guān)問題研究[J].建筑遺產(chǎn)，2013(10):272.