芻議關于電網規(guī)劃智能輔助的設計與發(fā)展

1、<p>　　芻議關于電網規(guī)劃智能輔助的設計與發(fā)展</p><p>　　摘要：電網規(guī)劃是電力系統研究領域中的一個重要環(huán)節(jié)，隨著智能電網建設的推進和電力系統規(guī)模的不斷擴大，電網規(guī)劃面臨著新的挑戰(zhàn)。為有效應對電網規(guī)劃面臨的數據量大、決策復雜、技術手段匱乏的局面，文中設計并實現了一種基于平臺化設計、具有可視化及高級決策支持功能的電網規(guī)劃智能輔助決策系統。該系統與地理信息系統(GIS)密切融合，內嵌一體化數據庫，

2、具有適應性評估、投資優(yōu)先級決策、差異化規(guī)劃及電網仿真軟件數據接口等功能。在輔助決策過程中，通過電網調度模擬實現電源電網協調評估，仿照靜態(tài)安全分析的原理確定項目投資優(yōu)先級，利用圖論算法識別電網骨干網架，借助新開發(fā)的仿真軟件數據接口從規(guī)劃方案提取數據進行拓撲重構及模型數據初始化。系統的設計與開發(fā)立足于工程實踐，軟件成果在湖北電網的初步應用驗證了文中的設計思路和實現方法。 </p><p>　　關鍵詞：電網規(guī)劃；智能輔

3、助決策；電網調度模擬；電力系統仿真；地理信息系統 </p><p>　　中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　近年來，電力系統大停電事故的頻繁發(fā)生，造成了重大的經濟損失和社會影響，引起了人們對電網安全穩(wěn)定運行問題的關注。電力系統規(guī)劃是電力系統建設中一項重要且復雜的前期工作，

4、規(guī)劃質量直接影響電網投資效益及電網運行安全。目前，中國電網建設正朝堅強智能電網方向前進，這對電網規(guī)劃提出了更高要求。迄今為止，電網規(guī)劃方面的研究多集中于探討數學模型，規(guī)劃問題傳統上可歸結為一定約束條件下的優(yōu)化問題，如考慮電網脆弱性口]、發(fā)電備用容量、安全穩(wěn)定性等約束條件的優(yōu)化問題。由于電網規(guī)劃需要協調多種關系，可能呈現多目標優(yōu)化的特點，本文設計并實現了一種新的電網規(guī)劃智能輔助決策系統，將計算機技術、GIS技術、電力規(guī)劃領域的最新研究成果

5、引入電網規(guī)劃，提供涵蓋規(guī)劃全過程的決策支持。該軟件系統已在湖北電網規(guī)劃部門得到實際應用。 </p><p><b>　　1 系統體系結構 </b></p><p>　　電網規(guī)劃智能輔助決策系統采用c／s與B／S混合架構，分為5個層次：數據層、分析層、應用層、評價層和決策層，如圖1所示。 </p><p>　　1)數據層：采用Oracle數據庫，

6、完成與能量管理系統(EMS)，GIS和電力系統分析綜合程序(PSASP)等系統和程序接口，形成規(guī)劃數據平臺。 </p><p>　　2)分析層：完成對數據深入挖掘和分析，提取電網規(guī)劃關鍵信息。 </p><p>　　3)應用層：輔助完成基本型和差異化電網規(guī)劃方案設計。 </p><p>　　4)評價層：對電網規(guī)劃方案進行安全、可靠、經濟和環(huán)保的全面與綜合評價。 &l

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

8、計算分析軟件、GIS、中長期負荷預測等核心功能，采用以業(yè)務流程為導向的集成化設計理念，提供基于平臺設計的規(guī)劃決策業(yè)務解決方案，可實現數據集成管理與網絡化科學計算高度一體化，為電力系統規(guī)劃提供強大、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是計算機圖形學、計算機地圖制圖、測量與遙感、數字圖像處理和數據庫管理技術相結合的產物。電力G

9、IS可方便地對電力系統廠(站)與線路等空間要素進行瀏覽、查詢、統計、分析，可建立其與作為非空間要素的設備之間的關聯關系，并通過高效的數據庫實施管理口. </p><p>　　該系統在電力GIS基礎上進行電網拓撲重構及模型初始化，建立與PSASP胡的數據接口，實現可視化電氣計算，可在地理信息圖上直觀呈現電網接線關系及潮流結果等。GIS顯示大區(qū)負荷密度及抗災型規(guī)劃結果如附錄A圖A1一圖A2所示。 </p>

10、<p>　　2．3 基于調度模擬的電源電網規(guī)劃方案協調評估 </p><p>　　針對以往電網規(guī)劃方案評估存在的典型方式下評估不細致、計算出的評估指標不全面、難以進行電源電網協調評估等局限性，引入適應多種發(fā)電模式下基于調度模擬的電源電網規(guī)劃方案協調評估技術，從而具有以下優(yōu)勢：①既考慮電網規(guī)劃方案又考慮電源規(guī)劃方案；②對未來年份發(fā)電情況根據實際調度工作進行模擬，形成評估年份逐Et的運行方式；③根據模擬

11、得到的運行方式，計算不同規(guī)劃方案下的斷面潮流、系統備用率、電網失負荷概率等可靠性指標和運行費用等經濟指標，以及電網運行的環(huán)保性指標。 </p><p>　　該系統利用基于調度模擬的協調評估技術，對不同規(guī)劃方案進行了深入細致的計算，得到多角度評估計算結果，減少了對經驗的依賴，提高了電網規(guī)劃工作的科學性。 </p><p>　　2．4 電網適應性智能化評估 </p><p&

12、gt;　　進行電網規(guī)劃工作首先要分析現狀電網能否滿足電力輸送的要求，電網中是否存在阻塞，以便在規(guī)劃設計中改善電網結構。電網適應性智能化評估是在一定負荷需求和電源裝機容量基礎上，根據經濟性原則對機組出力尋優(yōu)，進而評估輸電網輸送能力，以確定輸電網的發(fā)展與負荷需求增長、電源裝機容量增長速度是否相適應，是否存在由輸電網絡原因導致的系統運行不經濟情況。 </p><p>　　3 系統主要應用模型及評估體系 </p&g

13、t;<p>　　該系統運用大量的理論研究成果，為應用、評價和決策層功能提供技術支撐，其運用的成果主要包括電力電量預測模型、電源電網協調評估模型、電網適應性智能評估模型、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 電力電量預測模型庫 </p><p>　　該系統提供包括指數模型、動平均模型、灰色預測模型以及綜合預測模型等50余種模型的預測模型庫，可對

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

15、網一體化模擬計算。日運行模擬計算的基本流程如圖2所示。 </p><p>　　模型中考慮了系統平衡、電網約束、機組開停機、調峰等復雜約束，可簡要描述為： </p><p>　　式中：為機組i的啟動成本；“為機組i在時段t的運行狀態(tài)參數，1表示運行，0表示停機；為機組i在時段t的出力；為負荷j在時段t的負荷量；為機組i的最大出力；為時段t系統備用要求；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分別為負荷數、機組數、時段數、節(jié)點數。 </p><p>　　3．3 電網適應性智能化評估模型 </p><p>　　電網適應性智能化評估模型的原理是在現狀電網基礎上，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)電機組出力和網絡潮流。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>　　適應性評估模型包括火電機組出力優(yōu)化和潮流評估模型?；痣姍C組出力優(yōu)化采用機組逐臺投入的方式，優(yōu)先確定運行費用最經濟的機組出力狀況，直到負荷全部滿足或無待發(fā)機組為止。分別計算是否考慮網絡約束的2種方式下機組出力情況，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)點注入功率向量；B為節(jié)點導納矩陣的虛部；O為節(jié)點電壓相角向量；P。，為線路(i，歹)的潮流；臼：和0，分別為節(jié)點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)，在考慮網絡約束，即輸電線路輸送容量下，線路潮流記為P¨不考慮網絡約束下記為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)進行計算： </p><

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

20、lt;p>　　3．5全方位、多維度電網規(guī)劃方案評估體系 </p><p>　　在系統建設過程中，系統進一步通過先進的模擬技術實現指標內涵的深度再加工，全面提升指標體系的信息含量與價值。同時，還將其融入計算結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現對規(guī)劃方案全方位、多維度的分析與評估。電網規(guī)劃評估指標體系如圖3所示。 </p><p><b>　　5 結語

21、 </b></p><p>　　隨著智能電網的發(fā)展和電力市場改革的進一步深化，電網規(guī)劃工作的復雜性決定了規(guī)劃決策支持系統的建設難度。本文介紹的電網規(guī)劃智能決策支持系統建成了覆蓋整個規(guī)劃流程的一體化數據庫，具有規(guī)劃結果可視化、決策智能化的特征，可對電網規(guī)劃工作提供輔助決策支持。系統將調度模擬、項目優(yōu)先級決策和抗災型規(guī)劃等理論和算法與計算機技術相結合，如何建立能夠滿足多種運行方式以及能夠靈活應對負荷預測不

22、確定性等要求的全面適應智能電網特性的電網規(guī)劃評價指標體系是下一步的研究重點。該系統目前已在湖北省電網規(guī)劃部門得到初步應用，本文提出的系統設計思路和實現方法已得到驗證。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]電力工、Ik部電力規(guī)劃設計總院．電力系統設計手冊[M]．北京：中國電力出版社，i998． </p><p&

23、gt;　　E2]肖世杰．構建中國智能電網技術思考[J]．電力系統自動化，2009，33(9)：1—4． </p><p>　　[3]黃映，李揚，翁蓓蓓，等．考慮電網脆弱性的多目標電網規(guī)劃[J]．電力系統自動化，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規(guī)劃[J]．電力系統自動化，2009，33(7)：22—26． &l