城市電網(wǎng)規(guī)劃中的問(wèn)題研究

保定供電公司 肖 輝

邢臺(tái)供電公司 劉長(zhǎng)明

1.引言

電力產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)，其發(fā)展規(guī)模和運(yùn)行水平與國(guó)計(jì)民生密切相關(guān)。當(dāng)前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，全社會(huì)對(duì)電力的需求不斷增長(zhǎng)，電網(wǎng)投資數(shù)額持續(xù)加大。目前，我國(guó)的電力體制改革正在進(jìn)行當(dāng)中，廠網(wǎng)分開(kāi)的工作已經(jīng)基本完成。廠網(wǎng)分開(kāi)是電力工業(yè)體制改革的第一步，將原來(lái)垂直一體化的壟斷經(jīng)營(yíng)模式逐漸打破，并在發(fā)電側(cè)引入競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)，社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力工業(yè)改革的進(jìn)行，使電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)對(duì)項(xiàng)目投資和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越重視。電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)具有公用事業(yè)的性質(zhì)，在企業(yè)發(fā)展的同時(shí)還要承擔(dān)相應(yīng)的社會(huì)責(zé)任，對(duì)其規(guī)劃項(xiàng)目的分析要考慮社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。因此，從電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)的角度出發(fā)，對(duì)整個(gè)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，考察規(guī)劃項(xiàng)目財(cái)務(wù)上的可行性及宏觀經(jīng)濟(jì)上的合理性是非常必要的。

2.城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的內(nèi)容、目的和意義

城市電網(wǎng)規(guī)劃就是采用科學(xué)的方法確定規(guī)劃區(qū)何時(shí)何地新建或改建何種電力設(shè)施。其工作涉及的主要內(nèi)容有：

(1)規(guī)劃區(qū)內(nèi)電量、負(fù)荷、負(fù)荷分布和負(fù)荷曲線預(yù)測(cè)；

(2)分區(qū)分片確定規(guī)劃區(qū)內(nèi)目標(biāo)年及中間年的配電所或配電變壓器位置、容量及供電范圍；

(3)確定規(guī)劃區(qū)高壓變、配電所目標(biāo)年及中間年的站址及容量，計(jì)算各變電站的供電范圍；

(4)完成目標(biāo)年及中間年的無(wú)功電源優(yōu)化規(guī)劃；

(5)進(jìn)行現(xiàn)狀年高壓供(配)電網(wǎng)的分析，規(guī)劃目標(biāo)年及中間年的高壓供(配)電網(wǎng)；

(6)其他方面問(wèn)題的規(guī)劃。

城市電網(wǎng)規(guī)劃的目的是使得未來(lái)的電網(wǎng)能夠滿足[2]：

(1)負(fù)荷的發(fā)展和各種電網(wǎng)技術(shù)要求，安全可靠地為電力用戶提供客戶所需質(zhì)量的電能；

(2)能夠滿足城市規(guī)劃的要求；

(3)能夠滿足環(huán)保、美觀等其他公眾要求。在滿足以上約束的基礎(chǔ)上為電力企業(yè)追求最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的意義是：

(1)通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化規(guī)劃，可以降低系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗，改進(jìn)未來(lái)電網(wǎng)的運(yùn)行效益；

(2)科學(xué)合理地確定變電站的容量、位置及供電范圍，有利于系統(tǒng)的運(yùn)行管理，減少系統(tǒng)跨區(qū)域交叉供電，有助于提高系統(tǒng)管理和運(yùn)行效率；

(3)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化規(guī)劃，可以大大提高系統(tǒng)的供電可靠性；

(4)配電系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃是提高系統(tǒng)投資效益的最有效途徑；

(5)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性直接影響配電自動(dòng)化設(shè)施的投資效益，配電系統(tǒng)規(guī)劃是配電自動(dòng)化實(shí)施的基礎(chǔ)。

3.規(guī)劃工作面臨的新形勢(shì)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市電網(wǎng)規(guī)劃工作面臨著新形勢(shì)。首先，外部環(huán)境的變化，即與城市規(guī)劃的配合成為目前城網(wǎng)規(guī)劃中必須考慮的一個(gè)重要因素。其次，電力企業(yè)更加注重經(jīng)濟(jì)效益和投資回報(bào)，開(kāi)始把電網(wǎng)規(guī)劃工作提到了非常高的地位。上述兩方面的變化，既為城市電網(wǎng)規(guī)劃工作創(chuàng)造了有利條件，又使之成為一個(gè)迫切任務(wù)。因此，結(jié)合國(guó)情系統(tǒng)深入地研究滿足實(shí)際要求的城市電網(wǎng)規(guī)劃理論，開(kāi)發(fā)研制高效、方便、實(shí)用的具有智能決策功能的城網(wǎng)規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，既是我國(guó)城市電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)前的迫切需要，也是今后長(zhǎng)期發(fā)展的必要科學(xué)手段。

4.城市電網(wǎng)規(guī)劃中的智能技術(shù)應(yīng)用

在城市電網(wǎng)規(guī)劃中加入人工智能是當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的迫切需要。人工智能(Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI)是與傳統(tǒng)學(xué)科完全不同的一門新興前沿學(xué)科，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科相互交叉滲透的產(chǎn)物[3]。由于它是利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類的智能活動(dòng)，完全擺脫了傳統(tǒng)方法的束縛，能夠解決傳統(tǒng)方法難以解決的問(wèn)題。自1956年誕生以來(lái)發(fā)展到現(xiàn)在，人工智能技術(shù)在理論研究和工程應(yīng)用中都取得了巨大的成功。相關(guān)的智能技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)(Expert System，簡(jiǎn)稱ES)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論等。以下簡(jiǎn)要介紹本文涉及到的專家系統(tǒng)、規(guī)則推理與案例推理以及模式識(shí)別技術(shù)。

4.1 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是發(fā)展較早，也是比較成熟的一種人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)通常由知識(shí)庫(kù)、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)和人機(jī)界面等部分構(gòu)成。知識(shí)庫(kù)用以存放專家知識(shí)，一個(gè)專家系統(tǒng)的能力取決于其知識(shí)庫(kù)中所含知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量。常用的知識(shí)表示方法包括謂詞邏輯、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)生式規(guī)則、框架和黑板[4]等。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)是反映問(wèn)題在當(dāng)前求解狀態(tài)下的符號(hào)或事實(shí)的集合，它由問(wèn)題的有關(guān)初始數(shù)據(jù)和系統(tǒng)求解期間所產(chǎn)生的所有中間信息組成。人機(jī)接口負(fù)責(zé)將專家和用戶的輸入信息翻譯成系統(tǒng)可以接受的形式，同時(shí)把系統(tǒng)向用戶輸出的信息轉(zhuǎn)換為易于理解的形式。推理機(jī)在一定的控制策略下，針對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中的當(dāng)前問(wèn)題，識(shí)別和選取知識(shí)庫(kù)中的可用知識(shí)進(jìn)行推理，以修改全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)直到最終得到問(wèn)題的求解結(jié)果。

4.2 遺傳算法

遺傳算法是模擬自然界生物進(jìn)化過(guò)程與機(jī)制求解極值問(wèn)題的一類自組織、自適應(yīng)人工智能技術(shù)[5]。它適合于無(wú)表達(dá)或有表達(dá)的任何類函數(shù)，具有廣泛的研究?jī)r(jià)值。因此，最近十多年來(lái)，遺傳算法在我國(guó)也得到重視和推廣。遺傳算法在電力系統(tǒng)的應(yīng)用始于1991年。到目前為止，已經(jīng)涉及到電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、故障診斷、潮流計(jì)算和控制等許多領(lǐng)域。遺傳算法是用生物群體的觀點(diǎn)來(lái)看待優(yōu)化問(wèn)題，它將待求問(wèn)題解空間中的任一點(diǎn)看作是一個(gè)個(gè)體，一定數(shù)量個(gè)體的結(jié)合構(gòu)成了一個(gè)群體，因此，群體中的每一個(gè)個(gè)體都代表了優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)可能解，但不一定是最優(yōu)解，處于某一時(shí)段的群體也稱為代。在遺傳算法中，用位串結(jié)構(gòu)來(lái)表示待優(yōu)化的參數(shù)，以便于遺傳算子的操作，這個(gè)過(guò)程稱為編碼；反之，由某一位串求得其表示的具體參數(shù)值的過(guò)程稱之為解碼。位串也稱為染色體，染色體中的每一個(gè)元素稱為一個(gè)基因。針對(duì)具體問(wèn)題，遺傳算法通過(guò)定義一個(gè)適應(yīng)度函數(shù)來(lái)模擬生物界中的環(huán)境，而每一個(gè)個(gè)體所對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)值就代表了該個(gè)體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)程度，適應(yīng)度值越高，就表明該個(gè)體適應(yīng)環(huán)境的能力越強(qiáng)。確定遺傳算法的第一代群體后，在各種遺傳算子(如常用的選擇、交叉、變異等)的作用下，將按照類似于自然選擇的過(guò)程一代一代向前進(jìn)化，經(jīng)過(guò)逐代遺傳，最終會(huì)產(chǎn)生出一批適應(yīng)度函數(shù)值很高的染色體，最后，將這些染色體解碼還原就可以獲得原問(wèn)題的解。當(dāng)染色體域足夠大和遺傳代數(shù)足夠多時(shí)，從理論上講，遺傳算法一定可以給出原問(wèn)題的最優(yōu)解[6]。遺傳算法允許所求解的問(wèn)題是非線性的和不連續(xù)的，并能從整個(gè)可行解空間尋求最優(yōu)解。

5.結(jié)論

隨著我國(guó)城市電網(wǎng)建設(shè)改造的快速發(fā)展，城市電網(wǎng)規(guī)劃成為一個(gè)迫切任務(wù)，急需結(jié)合國(guó)情系統(tǒng)深入地研究滿足實(shí)際要求的城市電網(wǎng)規(guī)劃理論，開(kāi)發(fā)高效、方便、實(shí)用的智能化城市電網(wǎng)規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)。為此，本文在傳統(tǒng)規(guī)劃理論基礎(chǔ)上應(yīng)用人工智能等新技術(shù)，針對(duì)該領(lǐng)域中迫切需要解決的一些關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行了研究。以計(jì)算機(jī)作為工具，采用新技術(shù)、新方法對(duì)城市電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃己在電力系統(tǒng)界達(dá)成了共識(shí)。通過(guò)對(duì)未來(lái)規(guī)劃工作的展望，本文認(rèn)為未來(lái)的城市電網(wǎng)規(guī)劃工作應(yīng)該是一個(gè)包含諸多因素、并不斷吸收和利用各種新技術(shù)的靈活的電網(wǎng)規(guī)劃。

[1]關(guān)沛.城市電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析[D].天津大學(xué),2007.

[2]天津大學(xué)電力與能量系統(tǒng)研究所.城市電網(wǎng)規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)[R].天津:天津大學(xué),1995.

[3]王成山,王賽一,謝瑩華,葛少云.城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的復(fù)雜性及新技術(shù)應(yīng)用[J].浙江電力,2004(1):1-5.

[4]陸偉民.人工智能技術(shù)及應(yīng)用[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1998.

[5]Lee Seung Jae,Yoon Sang Hyun,Yoon Man-Chui,et al.An expert system for protective relay setting of transmission systems[J].IEEE Trans.on Power Delivery,1990,5(2):1202-1208.

[6]潘熊.電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方法研究[D].重慶大學(xué),2002.