多目标电网规划分层最优化方法研究

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1、多目标电网规划分层最优化方法研究摘要：针对当前，电网规划呈现出大规模、多目标和多阶段的新特点，分层方法应运而生并已经作用于实践。本文针对多目标电网规划的分层最优化方法进行了探讨。关键词：多目标；电网规划；分层；最优化；方法中图分类号：TM71文献标识码：A近年来，随着电力的快速发展，我国电网目前已初具国际一流电网的雏形，基本适应了国民经济和社会发展的需求。为适应新形势下经济社会建设对电网发展的要求，国家电网公司提出建成国际一流电网的发展目标。传统的电网规划主要是以电源接入、负荷供给为导向确定电网目标网架，再根据运行情况及特别需求辅以局部改善的措施，这种方式难以做到电网规划综合效益

2、的最大化。建设国际一流电网，赋予电网规划更多的目标任务，包括电源接入及负荷供给方案最优、供电可靠性及电能质量最优、电网安全稳定水平最大、电网损耗最小、电网投资最省等，概况起来可划分为安全性指标与经济性指标。电网规划的各目标之间相互联动，需要综合研究多目标任务下的电网规划最优化，以实现规划方案综合效益最大化，由此引入了多目标电网规划方法。一、多目标的电网规划方法1传统的逐步倒推法和逐步扩展法这类方法的优化目标是为了满足经济性的要求。在这类规划方法中，可靠性分析仅仅是作为后校验计算存在的。虽然，在电网规划工作中，逐步倒推法和逐步扩展法经常使用，但是这个方法无法同时兼顾可靠性最优与经济

3、性最优原则。2以可靠性为目标的规划方法有的是运用灵敏度分析法，将负荷消减和系统供应能量能力的变化作为分析的依据，借助启发式的方法制定符合一定的可靠性需要的扩展方案；有的可靠性规划建立在经济性基础之上，如北美电力系统；有的则是将规划目标定为可靠性指标的优化，然后进行输电设备投入方案的制定。这一类的规划方案能将资金投入与可靠性指标改善之间的关系体现出来，但是不具备较好的实用性，一般只是用在局部网架的扩展设计之中，不适合于大规模的电网规划。3满足一定可靠性的规划方法这种规划方法在优化问题中加入了可靠性指标这一约束条件。常用来作为约束条件的是N-1规则。如果条件更加严格，可以用N-2规则

4、，甚至是N-K规则。但是，这种规划方法不能对方案可靠性与经济性进行灵活的处理，难以获得综合效益最好的优化方案。4将经济性与可靠性在函数中进行综合考虑的规划方法这种方案把可靠性指标变为经济形式带入目标函数之中，以求得一个能够实现最低综合成本的网络架设方案。这种方法，虽然证明了对经济因素与稳定性因素进行综合考虑的可行性，也已经取得了一定的成果，但是，在实际应用中，仍然存在着适用性差、规模小的问题。二、对目标电网的分层最优化模型1理论基础分层最优化方法的基本思路是目标函数的极小化。首先，在模型上将第一优先层的目标函数极小化；然后，在第一优先层的最优解集上将第二优先层的目标函数极小化，以

5、此顺序进行，直至最后一层。如果在中间的某一个优先层中得到了唯一最优解，其后的任一优先层的目标函数都不能起作用。所以，为了避免这种情况的出现，可以适当放宽每一优先层的解，从而适度放宽下一优先层的可行域。2优势分析对于电网规划来说，分层最优化方法是合适的。虽然已经将安全性指标转化成了缺点成本，与建设成本有着相同的量纲，但是，二者的量值不能对其重要程度进行全面的体现。通常，在电网规划的实际操作中，建设成本的约束最重要，其约束程度要比安全性约束大很多。分层思想实际上已经暗含了建设成本（第一优先层）受重视程度最高的意思，所以这一方法是符合电网规划实际的，从而在实用性方面避免了对二者进行权衡

6、的困难。研究发现，运用遗传算法寻找最优方案的初期，缺点损失费用在总费用中所占的比例很小，同时，N-2的故障概率也比较小。所以，在寻找最优方案的过程中可以将第一优先层的目标函数选定为运行费用、投资费用和N-1过负荷损失。这样，当该部分的寻优已经到了一定阶段时，就能够得到一批与N-1的可靠性校验相符合的优化方案；然后，继续进行第二优先层目标函数的优化。这样，可以在很大程度上减少计算量。3数学模型3.1决策变量多目标电网规划选择网络状态与网络扩展方案作为决策变量。在函数公式中，x(k)代表网络在k阶段的状态，表示该方案的网络参数与拓扑方案；如果从第k阶段到第k+1阶段网络的扩展方案是u

7、(k)，那么，第k+1阶段网络结构的状态就是：X(k+1)=x(k)+u(k)由此式可以推得，x(0)就是当前的网络状态。将规划阶段数设为Np，那么网络扩展就是要找到一系列的、具有可行性的扩展方案u(k)，(k=0,•••，Np-1—),然后得到各水平年接线方案，即x(k+1)的过程。3.2多目标分层最优化模型向量形式在以上式子中，Ps(s=l,，L)是优先层记号，表示相应的目标函数fs(x)(s=l,，L)属于第s优先层，而且各个Ps之间存在以下关系：Ps»Ps+1，s=l，L