芻議關(guān)于電網(wǎng)規(guī)劃智能輔助的設(shè)計與發(fā)展

1、<p>　　芻議關(guān)于電網(wǎng)規(guī)劃智能輔助的設(shè)計與發(fā)展</p><p>　　摘要：電網(wǎng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的一個重要環(huán)節(jié)，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)和電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)規(guī)劃面臨著新的挑戰(zhàn)。為有效應(yīng)對電網(wǎng)規(guī)劃面臨的數(shù)據(jù)量大、決策復(fù)雜、技術(shù)手段匱乏的局面，文中設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于平臺化設(shè)計、具有可視化及高級決策支持功能的電網(wǎng)規(guī)劃智能輔助決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)(GIS)密切融合，內(nèi)嵌一體化數(shù)據(jù)庫，

2、具有適應(yīng)性評估、投資優(yōu)先級決策、差異化規(guī)劃及電網(wǎng)仿真軟件數(shù)據(jù)接口等功能。在輔助決策過程中，通過電網(wǎng)調(diào)度模擬實(shí)現(xiàn)電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)評估，仿照靜態(tài)安全分析的原理確定項(xiàng)目投資優(yōu)先級，利用圖論算法識別電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，借助新開發(fā)的仿真軟件數(shù)據(jù)接口從規(guī)劃方案提取數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)及模型數(shù)據(jù)初始化。系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)立足于工程實(shí)踐，軟件成果在湖北電網(wǎng)的初步應(yīng)用驗(yàn)證了文中的設(shè)計思路和實(shí)現(xiàn)方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電網(wǎng)規(guī)劃；智能輔

3、助決策；電網(wǎng)調(diào)度模擬；電力系統(tǒng)仿真；地理信息系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類號：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　近年來，電力系統(tǒng)大停電事故的頻繁發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，引起了人們對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行問題的關(guān)注。電力系統(tǒng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)建設(shè)中一項(xiàng)重要且復(fù)雜的前期工作，

4、規(guī)劃質(zhì)量直接影響電網(wǎng)投資效益及電網(wǎng)運(yùn)行安全。目前，中國電網(wǎng)建設(shè)正朝堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)方向前進(jìn)，這對電網(wǎng)規(guī)劃提出了更高要求。迄今為止，電網(wǎng)規(guī)劃方面的研究多集中于探討數(shù)學(xué)模型，規(guī)劃問題傳統(tǒng)上可歸結(jié)為一定約束條件下的優(yōu)化問題，如考慮電網(wǎng)脆弱性口]、發(fā)電備用容量、安全穩(wěn)定性等約束條件的優(yōu)化問題。由于電網(wǎng)規(guī)劃需要協(xié)調(diào)多種關(guān)系，可能呈現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的特點(diǎn)，本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種新的電網(wǎng)規(guī)劃智能輔助決策系統(tǒng)，將計算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)、電力規(guī)劃領(lǐng)域的最新研究成果

5、引入電網(wǎng)規(guī)劃，提供涵蓋規(guī)劃全過程的決策支持。該軟件系統(tǒng)已在湖北電網(wǎng)規(guī)劃部門得到實(shí)際應(yīng)用。 </p><p><b>　　1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　電網(wǎng)規(guī)劃智能輔助決策系統(tǒng)采用c／s與B／S混合架構(gòu)，分為5個層次：數(shù)據(jù)層、分析層、應(yīng)用層、評價層和決策層，如圖1所示。 </p><p>　　1)數(shù)據(jù)層：采用Oracle數(shù)據(jù)庫，

6、完成與能量管理系統(tǒng)(EMS)，GIS和電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)等系統(tǒng)和程序接口，形成規(guī)劃數(shù)據(jù)平臺。 </p><p>　　2)分析層：完成對數(shù)據(jù)深入挖掘和分析，提取電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵信息。 </p><p>　　3)應(yīng)用層：輔助完成基本型和差異化電網(wǎng)規(guī)劃方案設(shè)計。 </p><p>　　4)評價層：對電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的全面與綜合評價。 &l

7、t;/p><p>　　5)決策層：根據(jù)評估指標(biāo)選擇電網(wǎng)規(guī)劃方案。 </p><p><b>　　2 系統(tǒng)主要特色 </b></p><p>　　本文提出的系統(tǒng)具有先進(jìn)性和智能化的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 </p><p>　　2．1 完備的電網(wǎng)規(guī)劃平臺 </p><p>　　該系統(tǒng)整合了電力系統(tǒng)

8、計算分析軟件、GIS、中長期負(fù)荷預(yù)測等核心功能，采用以業(yè)務(wù)流程為導(dǎo)向的集成化設(shè)計理念，提供基于平臺設(shè)計的規(guī)劃決策業(yè)務(wù)解決方案，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成管理與網(wǎng)絡(luò)化科學(xué)計算高度一體化，為電力系統(tǒng)規(guī)劃提供強(qiáng)大、靈活的決策支持平臺。 </p><p>　　2．2基于GIS可視化電氣計算 </p><p>　　GIS是計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)地圖制圖、測量與遙感、數(shù)字圖像處理和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。電力G

9、IS可方便地對電力系統(tǒng)廠(站)與線路等空間要素進(jìn)行瀏覽、查詢、統(tǒng)計、分析，可建立其與作為非空間要素的設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并通過高效的數(shù)據(jù)庫實(shí)施管理口. </p><p>　　該系統(tǒng)在電力GIS基礎(chǔ)上進(jìn)行電網(wǎng)拓?fù)渲貥?gòu)及模型初始化，建立與PSASP胡的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)可視化電氣計算，可在地理信息圖上直觀呈現(xiàn)電網(wǎng)接線關(guān)系及潮流結(jié)果等。GIS顯示大區(qū)負(fù)荷密度及抗災(zāi)型規(guī)劃結(jié)果如附錄A圖A1一圖A2所示。 </p>

10、<p>　　2．3 基于調(diào)度模擬的電源電網(wǎng)規(guī)劃方案協(xié)調(diào)評估 </p><p>　　針對以往電網(wǎng)規(guī)劃方案評估存在的典型方式下評估不細(xì)致、計算出的評估指標(biāo)不全面、難以進(jìn)行電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)評估等局限性，引入適應(yīng)多種發(fā)電模式下基于調(diào)度模擬的電源電網(wǎng)規(guī)劃方案協(xié)調(diào)評估技術(shù)，從而具有以下優(yōu)勢：①既考慮電網(wǎng)規(guī)劃方案又考慮電源規(guī)劃方案；②對未來年份發(fā)電情況根據(jù)實(shí)際調(diào)度工作進(jìn)行模擬，形成評估年份逐Et的運(yùn)行方式；③根據(jù)模擬

11、得到的運(yùn)行方式，計算不同規(guī)劃方案下的斷面潮流、系統(tǒng)備用率、電網(wǎng)失負(fù)荷概率等可靠性指標(biāo)和運(yùn)行費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以及電網(wǎng)運(yùn)行的環(huán)保性指標(biāo)。 </p><p>　　該系統(tǒng)利用基于調(diào)度模擬的協(xié)調(diào)評估技術(shù)，對不同規(guī)劃方案進(jìn)行了深入細(xì)致的計算，得到多角度評估計算結(jié)果，減少了對經(jīng)驗(yàn)的依賴，提高了電網(wǎng)規(guī)劃工作的科學(xué)性。 </p><p>　　2．4 電網(wǎng)適應(yīng)性智能化評估 </p><p&

12、gt;　　進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃工作首先要分析現(xiàn)狀電網(wǎng)能否滿足電力輸送的要求，電網(wǎng)中是否存在阻塞，以便在規(guī)劃設(shè)計中改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)適應(yīng)性智能化評估是在一定負(fù)荷需求和電源裝機(jī)容量基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則對機(jī)組出力尋優(yōu)，進(jìn)而評估輸電網(wǎng)輸送能力，以確定輸電網(wǎng)的發(fā)展與負(fù)荷需求增長、電源裝機(jī)容量增長速度是否相適應(yīng)，是否存在由輸電網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е碌南到y(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)情況。 </p><p>　　3 系統(tǒng)主要應(yīng)用模型及評估體系 </p&g

13、t;<p>　　該系統(tǒng)運(yùn)用大量的理論研究成果，為應(yīng)用、評價和決策層功能提供技術(shù)支撐，其運(yùn)用的成果主要包括電力電量預(yù)測模型、電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)評估模型、電網(wǎng)適應(yīng)性智能評估模型、差異化規(guī)劃模型以及投資優(yōu)先級決策模型等。 </p><p>　　3．1 電力電量預(yù)測模型庫 </p><p>　　該系統(tǒng)提供包括指數(shù)模型、動平均模型、灰色預(yù)測模型以及綜合預(yù)測模型等50余種模型的預(yù)測模型庫，可對

14、年或月最大負(fù)荷、電量以及典型日負(fù)荷曲線進(jìn)行預(yù)測，提供可信度指標(biāo)以幫助用戶進(jìn)行模型篩選，形成預(yù)測精度較高的綜合預(yù)測結(jié)果。 </p><p>　　3．2 電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)評估模型 </p><p>　　該模型由發(fā)電機(jī)組檢修優(yōu)化安排、多日運(yùn)行協(xié)調(diào)、日運(yùn)行優(yōu)化模擬等部分組成[1…。其中日運(yùn)行模擬計算模型為核心，由4個部分組成：①非優(yōu)化運(yùn)行機(jī)組模擬計算；②水電、抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰優(yōu)化；③機(jī)組組合；④電源電

15、網(wǎng)一體化模擬計算。日運(yùn)行模擬計算的基本流程如圖2所示。 </p><p>　　模型中考慮了系統(tǒng)平衡、電網(wǎng)約束、機(jī)組開停機(jī)、調(diào)峰等復(fù)雜約束，可簡要描述為： </p><p>　　式中：為機(jī)組i的啟動成本；“為機(jī)組i在時段t的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，1表示運(yùn)行，0表示停機(jī)；為機(jī)組i在時段t的出力；為負(fù)荷j在時段t的負(fù)荷量；為機(jī)組i的最大出力；為時段t系統(tǒng)備用要求；為線路k上流過的潮流；z“為第k根輸電線

16、路第條母線的線性傳輸因子；為母線上的注入功率；為輸電線路k的最大傳輸容量；為機(jī)組i最大減出力速率．最大增出力速率；為時間間隔；m，n，T，N分別為負(fù)荷數(shù)、機(jī)組數(shù)、時段數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)。 </p><p>　　3．3 電網(wǎng)適應(yīng)性智能化評估模型 </p><p>　　電網(wǎng)適應(yīng)性智能化評估模型的原理是在現(xiàn)狀電網(wǎng)基礎(chǔ)上，考慮線路輸送極限和不考慮線路輸送極限2種情況下，分別計算發(fā)電機(jī)組出力和網(wǎng)絡(luò)潮流。比較

17、2種情況下線路潮流的變化比率，潮流變化比率大的線路投資效益較高。 </p><p>　　適應(yīng)性評估模型包括火電機(jī)組出力優(yōu)化和潮流評估模型?；痣姍C(jī)組出力優(yōu)化采用機(jī)組逐臺投入的方式，優(yōu)先確定運(yùn)行費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)的機(jī)組出力狀況，直到負(fù)荷全部滿足或無待發(fā)機(jī)組為止。分別計算是否考慮網(wǎng)絡(luò)約束的2種方式下機(jī)組出力情況，利用式(2)可計算出向量O，再利用式(3)計算出各支路潮流： </p><p>　　式中：P

18、為節(jié)點(diǎn)注入功率向量；B為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的虛部；O為節(jié)點(diǎn)電壓相角向量；P。，為線路(i，歹)的潮流；臼：和0，分別為節(jié)點(diǎn)i，J的電壓相角；z。為線路(i，J)的阻抗。 </p><p>　　對于輸電線路(i，J)，在考慮網(wǎng)絡(luò)約束，即輸電線路輸送容量下，線路潮流記為P¨不考慮網(wǎng)絡(luò)約束下記為P。7。對比2種潮流的變化比率r，變化比率較大的輸電線路投資效益高，r按式(4)進(jìn)行計算： </p><

19、;p>　　3．4差異化規(guī)劃模型 </p><p>　　通過確定災(zāi)害場景、線路投資費(fèi)用和保證電源及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，可將差異化電網(wǎng)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為尋找連通所有保證出力節(jié)點(diǎn)與剛性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間最小投資路徑問題，優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)如式(5)所示。約束條件包括所有保證出力節(jié)點(diǎn)與剛性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間為連通網(wǎng)絡(luò)以及線路潮流不越限等，求解模型即可得到關(guān)鍵路線。本系統(tǒng)借鑒文獻(xiàn)E8]的思路，利用圖論算法對內(nèi)可完成1次計算 </p>&

20、lt;p>　　3．5全方位、多維度電網(wǎng)規(guī)劃方案評估體系 </p><p>　　在系統(tǒng)建設(shè)過程中，系統(tǒng)進(jìn)一步通過先進(jìn)的模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)內(nèi)涵的深度再加工，全面提升指標(biāo)體系的信息含量與價值。同時，還將其融入計算結(jié)果分析與分析決策等功能模塊中，從不同的時間維度與分析維度實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃方案全方位、多維度的分析與評估。電網(wǎng)規(guī)劃評估指標(biāo)體系如圖3所示。 </p><p><b>　　5 結(jié)語

21、 </b></p><p>　　隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展和電力市場改革的進(jìn)一步深化，電網(wǎng)規(guī)劃工作的復(fù)雜性決定了規(guī)劃決策支持系統(tǒng)的建設(shè)難度。本文介紹的電網(wǎng)規(guī)劃智能決策支持系統(tǒng)建成了覆蓋整個規(guī)劃流程的一體化數(shù)據(jù)庫，具有規(guī)劃結(jié)果可視化、決策智能化的特征，可對電網(wǎng)規(guī)劃工作提供輔助決策支持。系統(tǒng)將調(diào)度模擬、項(xiàng)目優(yōu)先級決策和抗災(zāi)型規(guī)劃等理論和算法與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，如何建立能夠滿足多種運(yùn)行方式以及能夠靈活應(yīng)對負(fù)荷預(yù)測不

22、確定性等要求的全面適應(yīng)智能電網(wǎng)特性的電網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)體系是下一步的研究重點(diǎn)。該系統(tǒng)目前已在湖北省電網(wǎng)規(guī)劃部門得到初步應(yīng)用，本文提出的系統(tǒng)設(shè)計思路和實(shí)現(xiàn)方法已得到驗(yàn)證。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]電力工、Ik部電力規(guī)劃設(shè)計總院．電力系統(tǒng)設(shè)計手冊[M]．北京：中國電力出版社，i998． </p><p&

23、gt;　　E2]肖世杰．構(gòu)建中國智能電網(wǎng)技術(shù)思考[J]．電力系統(tǒng)自動化，2009，33(9)：1—4． </p><p>　　[3]黃映，李揚(yáng)，翁蓓蓓，等．考慮電網(wǎng)脆弱性的多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃[J]．電力系統(tǒng)自動化，2010，34(23)：36—4i． </p><p>　　[4]武鵬，程浩忠，邢潔，等．考慮發(fā)電備用容量的輸電網(wǎng)規(guī)劃[J]．電力系統(tǒng)自動化，2009，33(7)：22—26． &l