基于有功潮流分布的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃方法

何華琴

摘 要：為促進我國電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，輸電網(wǎng)的規(guī)劃在推進電力改革和國企改革中占據(jù)主導地位。針對這一新形勢，提出基于有功潮流分布的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃方法。該方法通過設計多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃模型，并在模型中以SPEA編碼方法和進化算子為條件對多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃流程進行規(guī)劃。通過實驗結果證明，基于有功潮流分布的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃方法，可有效的優(yōu)化輸電網(wǎng)規(guī)劃效果，同時可以增強潮流的可控性，最大程度的降低輸電網(wǎng)損耗，實現(xiàn)全國范圍內發(fā)電資源的優(yōu)化配置。

關鍵詞：有功潮流分布;多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃;規(guī)劃模型

Multi-objective transmission network planning method based on active power flow distribution

Abstract： In order to promote the sustainable development of China's power industry， the planning of transmission grids plays a dominant role in promoting power reform and state-owned enterprise reform. Aiming at this new situation， a multi-objective transmission network planning method based on active power flow distribution is proposed. The method designs the multi-objective transmission network planning model， and plans the multi-target transmission network planning process based on the SPEA coding method and the evolutionary operator. The experimental results show that the multi-target transmission network planning method based on active power flow distribution can effectively optimize the transmission network planning effect， and at the same time enhance the controllability of the power flow， minimize the loss of the transmission network， and realize the power generation resources nationwide. Optimization.

Key words： active power flow distribution; multi-objective transmission network planning; planning model

中圖分類號： TM721.2 文獻標識碼：A

引言：

輸電網(wǎng)是樞紐型企業(yè)建設的重點，是電網(wǎng)系統(tǒng)的主要構成部分，是確保電力“落得下、用得上”的重要環(huán)節(jié)。因為輸電網(wǎng)跟人民群眾的生產(chǎn)生活密切相關，用戶繁多，一旦停電，將直接影響人們的正常生活。另外，從電網(wǎng)整體的發(fā)展角度看，輸電網(wǎng)在構建合理的電網(wǎng)結構、提高調峰調頻和電壓支持、輸配電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展、提高電網(wǎng)綜合效益等方面都起著愈加重要的作用。輸電網(wǎng)也是建設能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵基礎，它在能量轉換過程中起著關鍵作用，它的核心是運用傳統(tǒng)的純供電行為轉變?yōu)榫C合能源配置平臺，實現(xiàn)多能源互補、協(xié)同優(yōu)化，大大提高能源整體利用率。在現(xiàn)代的能源系統(tǒng)中電力的地位日益突出，大力支撐了能源生產(chǎn)和消費革命。本文基于有功潮流分布的計算方式，通過構建多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃模型對多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃方法進行研究[1]。潮流計算的主要目的是為了調度，進行最優(yōu)潮流的選取。需要通過狀態(tài)估計中得出的值輸入到最優(yōu)潮流中，選取最優(yōu)潮流，再反映到電氣設備上，進行相應的改變致力于控制電網(wǎng)系統(tǒng)中變量的參數(shù)值，使得輸電網(wǎng)潮流可控性及輸電能力極大增，強降低輸電網(wǎng)網(wǎng)絡損耗。

1 基于有功潮流分布的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃

有功潮流分布簡單來說就是根據(jù)給定的電網(wǎng)結構、參數(shù)和發(fā)電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統(tǒng)各節(jié)點，各部分的穩(wěn)態(tài)運行情況。通常來說，給定的有負荷功率，節(jié)點電壓，平衡節(jié)點的電壓、相角，母線節(jié)點電壓幅值和相角。是可以利用潮流計算求得輸電網(wǎng)的功率分布。所謂“潮流”，潮指的是電壓，流指的是功率。潮流計算是對電力系統(tǒng)規(guī)劃設計和運行方式的合理性、可靠性及經(jīng)濟性運行定量分析的依據(jù)，也是整個電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定計算的基礎[2]。因此，基于有功潮流分布對多目標輸電網(wǎng)進行規(guī)劃。

1.1多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃模型

考慮到對多目標輸電網(wǎng)進行規(guī)劃，雖然與單目標規(guī)劃流程基本相同，但多目標輸電網(wǎng)的規(guī)劃要求必須用動態(tài)的視角看待、解決問題[3]。對規(guī)劃中各變量數(shù)據(jù)的計算要求更加精準，并且需要宏觀調控、規(guī)劃各階段之間的可行性與契合度?；诘亩嗄繕硕嚯A段輸電網(wǎng)規(guī)劃流程如圖1所示：

在電網(wǎng)規(guī)劃模型中，首先輸入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)及初始計算參數(shù);應用倒序初始化方法，隨機生成多階段初始種群;建立外部集合，并置為空;對各階段方案，應用“邊界搜索策略”對個體進行修補;對當代種群中個體，分別計算輸電投資總投資現(xiàn)值、各階段系統(tǒng)網(wǎng)損功率平均值;將當代種群全體復制，剔除復制中被支配個體;基于最優(yōu)關系，計算個體適應度值;以二元竟標賽（（binary tournament）方式選擇進化操作的候選個體;應用多階段進化操作方法，對候選個體執(zhí)行多階段規(guī)劃的交義和變異算子，形成下一代種群;應用“邊界搜索策略”對個體進行修補并判斷是否達到最大迭代次數(shù)，如未達到要求，將會將數(shù)據(jù)返回到對當代種群中個體的價值計算中重新求解直至達標，最終輸出到外部集合完成多目標輸出的目的。

模型中充分考慮個體的差異性，力圖發(fā)現(xiàn)種群中最大共性，并設定邊界搜索，實現(xiàn)限定范圍的最優(yōu)化選擇。這是多目標輸電網(wǎng)建設規(guī)劃的核心原則。

1.2基于SPEA的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃流程

1.2.1輸電網(wǎng)規(guī)劃中的SPEA編碼方法

SPEA編碼方法應用在輸電網(wǎng)規(guī)劃中，主要的編碼方式就是依據(jù)出現(xiàn)概率來構造異字頭的平均長度最短的碼字。其中將信源符號的概率按減小的順序排隊。把兩個最小的概率相加，并繼續(xù)這一步驟，始終將較高的概率分支放在右邊，直到最后變成概率1。畫出由概率1處到每個信源符號的路徑，順序記下沿路徑的0和1，所得就是該符號的最短碼字。最后將每對組合的左邊一個指定為0，右邊一個指定為1[4]。該方法降低了輸電網(wǎng)決策變量維數(shù)和求解的難度，而得到廣泛的應用，如表1所示：

根據(jù)表1可知，SPEA碼的編碼方法確保概率較大的符號對應著短碼，概率較小的符號對應著長碼，并且充分運用到短碼。每次將信源的最后兩碼字縮減都會發(fā)現(xiàn)最后位的碼元不一樣，前面每一位的碼元一致。每次縮減信源的最長兩碼字具有相同的碼長[5]。以上三大特點保證了所得的SPEA碼一定是最佳碼。應用在輸電網(wǎng)規(guī)劃中可以得出最優(yōu)解，最大程度降低輸電網(wǎng)網(wǎng)絡損耗。

1.2.2輸電網(wǎng)規(guī)劃中的SPEA進化算子

結合SPEA編碼方法可知，SPEA在求得輸電網(wǎng)網(wǎng)絡損耗最優(yōu)解的前提下，必須考慮到有些優(yōu)秀的種群個體在進化時不被遺棄，這樣就提高了優(yōu)化的精度[6]。運用進化算子，不僅解決了計算中需要人工指定共享參數(shù)的缺點，還把它當作種群中個體之間的比較準則。由圖1可知，要種群里的個體可以均勻地擴散到全部區(qū)域，確保了種群多樣性。求各規(guī)劃階段功率損耗的平均值作為目標函數(shù)：

其中，指的是新增線路投資現(xiàn)有目標值;指平均網(wǎng)損功率目標;指規(guī)劃階段數(shù);指系統(tǒng)可增線路走廊數(shù);指系統(tǒng)走廊總數(shù);指線路支路i的回線路單位長度造價;指規(guī)劃階段內支路i擴建的線路數(shù);n指支路i的原有線路數(shù);指支路i的線路長。

2驗證實驗

2.1實驗準備

為驗證基于有功潮流分布的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃方法對的改進效果，分別采用原始輸電網(wǎng)規(guī)劃和改進輸電網(wǎng)規(guī)劃方法對16節(jié)點的電網(wǎng)系統(tǒng)進行了計算。此系統(tǒng)存在28條可架線走廊，設置各線路走廊的可架線路回數(shù)為2回，使規(guī)劃方案可以滿足安全準則。在相同計算初始條件下，對原始輸電網(wǎng)規(guī)劃和改進SPEA輸電網(wǎng)規(guī)劃在尋找最優(yōu)解能力方面進行比較。

2.2實驗結果分析與結論

根據(jù)上述設計，進行實驗對比分析，可得實驗對比結果如圖2所示：

從圖2可以看到，在相同的間隔指標和迭代次數(shù)條件下，改進的SPEA輸電網(wǎng)規(guī)劃因在搜索過程中引入了“邊界搜索策略”等改進措施，對個體進行修補。雖然導致需要更長的計算時間，但可以精準的找到最優(yōu)迭代次數(shù)。不僅有效地提高了SPEA進化算子尋找最優(yōu)解的能力，同時在最優(yōu)集均勻分布性上有顯著的改善。而原始的規(guī)劃則無法有效地擴展最優(yōu)集規(guī)模。從而，證明了SPEA輸電網(wǎng)規(guī)劃可以增強潮流可控性，最大程度降低輸電網(wǎng)網(wǎng)絡損耗。

3.結束語

在新的電力工業(yè)時代背景下，多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃具有重要的質變意義。基于有功潮流分布的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃方法改變了輸電網(wǎng)原來只單向接受電力的狀況，使之成為有源網(wǎng)絡。利用SPEA編碼方法和輸電網(wǎng)規(guī)劃中的SPEA進化算子兩部分規(guī)劃基于SPEA的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃流程。通過實驗進行基于SPEA的多目標輸電網(wǎng)最優(yōu)解的驗證，證明基于SPEA的多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃流程可以最大程度降低輸電網(wǎng)網(wǎng)絡損耗，在多目標輸電網(wǎng)規(guī)劃中具有明顯的優(yōu)勢，為電力工業(yè)改革指明了發(fā)展方向。

參考文獻

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