楊道宗 郭德勝 孫曉蘭

摘 要：本文對輸電網(wǎng)規(guī)劃方法進行了概述，分析了典型輸電網(wǎng)規(guī)劃的多目標(biāo)優(yōu)化模型及相關(guān)的求解算法，并加入不確定因素的處理方法，多重指標(biāo)的綜合評估體系，并結(jié)合電力行業(yè)發(fā)展趨勢，提出了輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃相關(guān)的研究方向。

關(guān)鍵詞：輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃;模型;算法;綜合評價體系;研究展望

1 概述

作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，合理的輸電網(wǎng)絡(luò)對于提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性有著重要的作用。輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以電源規(guī)劃和負(fù)荷預(yù)測為前提，在現(xiàn)有電網(wǎng)方案和給定待建線路的基礎(chǔ)上，規(guī)劃未來某一時間輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和輸電線路容量，以達到規(guī)劃期的輸電能力要求，并滿足可靠性指標(biāo)和經(jīng)濟性優(yōu)化。

2 確定性輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

從數(shù)學(xué)的角度來講，輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是一個含多個約束條件的非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題，不經(jīng)簡化的輸電網(wǎng)規(guī)劃模型具有離散、非線性、多目標(biāo)等特點。在忽略系統(tǒng)不確定性因素作用的情況下，確定性輸電網(wǎng)規(guī)劃假設(shè)未來電源狀況及負(fù)荷水平已知。輸電網(wǎng)規(guī)劃可劃分為單時段規(guī)劃和多時段規(guī)劃：單時段規(guī)劃是指未來某一水平年規(guī)劃，即為靜態(tài)規(guī)劃;多時段規(guī)劃是將規(guī)劃期劃分為若干時間區(qū)間，規(guī)劃過程需給出每個時間區(qū)間的規(guī)劃方案，整個規(guī)劃過程形成動態(tài)的規(guī)劃序列。

2.1 多目標(biāo)規(guī)劃模型 輸電網(wǎng)規(guī)劃是多目標(biāo)優(yōu)化問題，常規(guī)的輸電網(wǎng)規(guī)劃是以輸電系統(tǒng)建設(shè)和運行成本最低為規(guī)劃目標(biāo)的水平年規(guī)劃，電力市場環(huán)境下電網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)成本和市場交易費用總和最低;隨著可靠性要求的提高，電力供應(yīng)方和需求方的效益需要同時兼顧。對于多目標(biāo)問題，常采用線性加權(quán)等方法將其轉(zhuǎn)化為確定的單目標(biāo)問題進行優(yōu)化，以求得規(guī)劃問題的有效解;也可根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)先順序，利用分層原理進行逐步優(yōu)化。

2.2 求解算法 基于分解技術(shù)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法是將輸電網(wǎng)規(guī)劃問題抽象成數(shù)學(xué)模型，并按照嚴(yán)格的最優(yōu)化理論進行求解。數(shù)學(xué)優(yōu)化算法求解理論完善，但隨著規(guī)劃變量個數(shù)的升高，求解難度加大甚至不可解。傳統(tǒng)的啟發(fā)式算法根據(jù)直觀分析進行求解，常見的有逐步擴展法和逐步倒推法等，傳統(tǒng)啟發(fā)式算法簡單方便且可獲得較好的解，但無法保證所求解最優(yōu)。而現(xiàn)代啟發(fā)式算法雖然無法保證所求解的最優(yōu)性，但其簡單直觀、廣泛適用，并且在實際求解過程中取得了較好的結(jié)果。

2.3 多時段電網(wǎng)規(guī)劃 多時段電網(wǎng)規(guī)劃在確定最終電網(wǎng)方案的同時，還需給出過渡年份的電網(wǎng)形式，包括長期的多階段規(guī)劃和階段內(nèi)的時序優(yōu)化。通過明確線路和設(shè)備的投建順序，使整個電網(wǎng)運行更加穩(wěn)定、建設(shè)更富有計劃性，同時，多時段規(guī)劃的處理難度也大大增加，在常規(guī)優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上，還需結(jié)合其特點采取靈活的方法進行處理，在這方面還需進行更深入的研究。

3 考慮不確定性因素的輸電網(wǎng)規(guī)劃

假設(shè)規(guī)劃期內(nèi)負(fù)荷水平和電源出力已知是一種簡化處理，實際電網(wǎng)存在諸多不確定性因素，加入對這些不確定性因素的考慮才能更加全面準(zhǔn)確地把握電網(wǎng)規(guī)劃過程，保證規(guī)劃所得優(yōu)化方案的實用性。

3.1 輸電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性因素 輸電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定因素包括隨機性不確定因素和模糊性不確定因素，前者指的是設(shè)備故障等隨機事件的影響，常用概率方法進行處理;后者指的是未來系統(tǒng)參數(shù)等模糊事件的作用，一般采用模糊集合論進行處理。伴隨電力行業(yè)市場化改革的不斷深入，市場環(huán)境給電網(wǎng)規(guī)劃帶來許多不確定影響，近年來以風(fēng)電為代表的大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)運行，新能源發(fā)電的不可控性及頻繁的波動性也給電網(wǎng)運行帶來較大影響。

3.2 不確定性因素處理方法 對于不確定性因素的處理，包括多場景規(guī)劃法、模糊規(guī)劃法、機會約束規(guī)劃法等。多場景規(guī)劃是將不確定性因素劃分成若干場景，在每一個場景下進行確定性的規(guī)劃分析，再根據(jù)一定的決策手段得到最終的規(guī)劃方案。模糊規(guī)劃法是將各項數(shù)據(jù)資料進行模糊化處理，利用模糊集理論進行靈活的電網(wǎng)規(guī)劃。

3.3 電網(wǎng)柔性規(guī)劃 電網(wǎng)柔性規(guī)劃又稱電網(wǎng)靈活規(guī)劃，包含對實際情況下不確定性因素靈活的處理思想。柔性規(guī)劃考慮了規(guī)劃方案應(yīng)對未來環(huán)境變化的適應(yīng)性，以較小的代價換取未來可能環(huán)境變化引起的更高的利益損失;并且柔性規(guī)劃是從整個系統(tǒng)調(diào)節(jié)的角度尋求最優(yōu)化運行方案，采用包括灰色理論、模糊理論、盲數(shù)理論等處理方法。電力市場的發(fā)展帶來諸多不確定因素的引入，推動了柔性規(guī)劃的快速發(fā)展，如今亦可將該方法與新的形勢相結(jié)合，推廣至整個電網(wǎng)規(guī)劃體系。

4 輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃綜合評估體系

在規(guī)劃階段進行輸電網(wǎng)絡(luò)評估，從不同的角度出發(fā)、涉及各個參與主體，比較確定最終的決策方案，需建立對電網(wǎng)規(guī)劃方案的各項性能進行評價的綜合體系。

4.1 經(jīng)濟性評估 經(jīng)濟性評估包括企業(yè)角度的財務(wù)評估和國家角度的國民經(jīng)濟評估。國民經(jīng)濟評估是從國家整體利益出發(fā)評估方案的內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值、換匯成本等。

4.2 可靠性評估 電網(wǎng)規(guī)劃可靠性評估是對電網(wǎng)供電能力、供電質(zhì)量及供電穩(wěn)定性等指標(biāo)的分析，包括從靜態(tài)角度的電網(wǎng)充裕度評估和對動態(tài)特性的安全性評估。

4.3 其他 對規(guī)劃方案的經(jīng)濟性和可靠性評估是廣泛采用的成熟的評估方法，最具實用價值。對電網(wǎng)規(guī)劃方案，還存在適應(yīng)性、風(fēng)險性、社會環(huán)保性等其他角度的評估準(zhǔn)則，它們現(xiàn)階段或缺乏廣泛的實用性，但仍是規(guī)劃方案比較中不可忽略的因素。

5 新形勢下輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的發(fā)展方向

隨著能源、經(jīng)濟、環(huán)境的發(fā)展變化，電網(wǎng)規(guī)劃面臨著新的發(fā)展要求。伴隨新機制的引入、系統(tǒng)不確定因素的增加，電網(wǎng)規(guī)劃的方法和評估體系都需要做出相應(yīng)的改進。

5.1 交直流混合大電網(wǎng) 建立特高壓交直流混合輸電系統(tǒng)，是根據(jù)我國能源分布和經(jīng)濟發(fā)展特點所做出的重要決策。目前對交直流系統(tǒng)的研究主要集中在對其運行特性的分析，而對于交直流混合輸電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃研究還很欠缺。

5.2 新能源電源的引入 新能源電源具有分布式、隨機性等特點，大規(guī)模接入電網(wǎng)對傳統(tǒng)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大影響。目前對于新能源接入后的電網(wǎng)規(guī)劃研究，多將其當(dāng)作一種常規(guī)不確定因素進行處理，具有一定程度的適應(yīng)性，但尚未充分考慮大規(guī)模新能源接入對系統(tǒng)的影響。

5.3 低碳經(jīng)濟下的電網(wǎng)規(guī)劃 隨著資源環(huán)境問題的突顯，低碳化的發(fā)展模式成為經(jīng)濟社會發(fā)展的必然選擇，碳排放的限制、碳交易的普及給作為碳排放大戶的電力行業(yè)帶來了新的變革。具體到電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃過程，需考慮碳排放因素對未來電網(wǎng)運行的影響，對于低碳經(jīng)濟下電網(wǎng)規(guī)劃研究還比較基礎(chǔ)，有待進一步深入。

6 結(jié)論

目前，電力發(fā)展面臨許多新的挑戰(zhàn)，大規(guī)模新能源電源的接入、特高壓交直流混合電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)、以及低碳經(jīng)濟的推進等，這些都將給電網(wǎng)規(guī)劃帶來深刻的變革。

作者簡介：楊道宗（1970-）男，山東淄博人，技師，研究方向：發(fā)電廠6kV和400V的保護合理配置。