基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判的城市電網(wǎng)規(guī)劃方法

邱燦

摘 要：完善電力市場(chǎng)是大勢(shì)所趨，電力市場(chǎng)環(huán)境下城市電網(wǎng)規(guī)劃面臨的不確定因素更多、更復(fù)雜。文章在參閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判的電網(wǎng)規(guī)劃新方法，而風(fēng)險(xiǎn)的量化采用遺憾值計(jì)算。算例表明，在負(fù)荷預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，綜合衡量不同負(fù)荷狀態(tài)下的規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)水平，能科學(xué)提升市場(chǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)投資成效，具有一定應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判 電網(wǎng)規(guī)劃 電力市場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0017-02

隨著電力市場(chǎng)的推進(jìn)，電力系統(tǒng)面臨的不確定因素不但在數(shù)量上不斷增加，在復(fù)雜程度上也有所提升。電網(wǎng)規(guī)劃作為頂層設(shè)計(jì)，更充滿著風(fēng)險(xiǎn)。為有效指導(dǎo)電網(wǎng)投資，必須在追求多目標(biāo)協(xié)調(diào)的同時(shí)，對(duì)規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，以使決策趨于最優(yōu)。

1 電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性

電網(wǎng)規(guī)劃基于負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀等環(huán)節(jié)，受制于政策、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、資源等因素，可謂充滿不確定性。在電力市場(chǎng)和智能電網(wǎng)蓬勃推進(jìn)的當(dāng)下，由于電價(jià)和配電側(cè)放開、分布式能源接入等變化，使得電網(wǎng)規(guī)劃的難度不斷加大。為了改善這種情況，首先要具備對(duì)事物變化的有效響應(yīng)能力。文章在參閱文獻(xiàn)[1]的基礎(chǔ)上，認(rèn)為鑒于市場(chǎng)的公平交易性，可假想不確定因素有界（對(duì)概率分布不做假設(shè)）。

文獻(xiàn)[2]提出用“遺憾值”來表征特定網(wǎng)絡(luò)對(duì)特定負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)程度，詳見式（1）所示。

其中，al，j為對(duì)應(yīng)于“負(fù)荷模式fj-規(guī)劃方案pl”組合的評(píng)價(jià)值；poptimal為fj下的最理想方案；aoptimal，j為對(duì)應(yīng)于“fj-poptimal”組合的評(píng)價(jià)值；rl，j為fj下pl的遺憾值。（1）遺憾值可表征特定方案對(duì)特定負(fù)荷的適應(yīng)性（遺憾值越大，損失越大）；（2）若某方案在任何負(fù)荷模式下的遺憾值均為零，則可稱該方案“堅(jiān)固”；（3）若找不到“堅(jiān)固”方案，可尋求遺憾值極小化方案。

2 城市電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化建模

城市電網(wǎng)規(guī)劃是一個(gè)多目標(biāo)、變權(quán)重問題。而從數(shù)學(xué)上講，多目標(biāo)問題可表述為相同約束條件下追求不同目標(biāo)函數(shù)極值的問題。因電網(wǎng)規(guī)劃中不同目標(biāo)之間往往有沖突，導(dǎo)致不存在使所有目標(biāo)均處于最理想狀態(tài)的最優(yōu)解）。為保證方案選擇的客觀、公正，就需要尋找一個(gè)妥協(xié)解，一般可用遺傳算法來完成。

2.1 多目標(biāo)建模

根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)的主要特征，建立如式（2）所示的多目標(biāo)城市電網(wǎng)規(guī)劃模型。其中：B為正常態(tài)下網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣，δ為正常態(tài)下節(jié)點(diǎn)電壓相角向量，PG、PL分別為節(jié)點(diǎn)進(jìn)、出功率向量，A為節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)陣，Z為支路電抗對(duì)角陣，Pmax為線路功率上限，Bl、δ1分別為斷開線路l后的節(jié)點(diǎn)電納陣和節(jié)點(diǎn)電壓相角向量，xj·max為j走廊允許增建回?cái)?shù)，Ce為“N-1”時(shí)線路允許過載率的列向量，NL為需經(jīng)受“N-1”檢驗(yàn)的線路集。

f1、f2、f3的計(jì)算見式（3）。其中，M為支路集，Lk為k支路增建路數(shù)集，k1、k2分別為資金回收率和工程運(yùn)行費(fèi)率，Ckl、Alk、rkl、Pkl分別為線路費(fèi)用、走廊征地費(fèi)用、電阻及潮流，CLoss為基于單位功率的年運(yùn)行費(fèi)。

2.2 目標(biāo)之間權(quán)重分配

上文模型中f1、f2、f3之間的權(quán)重分配可參照文獻(xiàn)[3]中的熵權(quán)法進(jìn)行，結(jié)果為{0.8，0.1，0.1}。

3 算例

3.1 算例參數(shù)

以Garver-6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為算例[4]，其原始網(wǎng)架見圖1所示。假設(shè)：（1）走廊征地費(fèi)用10萬元/km；（2）線路建設(shè)25萬元/km；（3）理論上任意節(jié)點(diǎn)之間可連通；（4）同桿架設(shè)回路的上限是4回。

各節(jié)點(diǎn)的發(fā)電與負(fù)荷預(yù)測(cè)情況見表1所示。電價(jià)為（模擬市場(chǎng)供需關(guān)系制定）：負(fù)荷適中情況0.8元/kW·h，負(fù)荷樂觀情況1.0元/kW·h，負(fù)荷保守情況0.5元/kW·h。

3.2 產(chǎn)生規(guī)劃方案集

針對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)3種典型的概率組合來給出水平年的規(guī)劃方案集。各方案的預(yù)測(cè)網(wǎng)架見圖2、圖3、圖4所示，各方案的投資評(píng)價(jià)比較見表2所示。

3.3 基于遺憾值的方案評(píng)判

水平年實(shí)際負(fù)荷受諸多不確定因素影響，其可能與方案1、2、3的負(fù)荷組合均不一致。為了量化方案選擇的風(fēng)險(xiǎn)，首先利用前文中提及的不確定模擬方法隨機(jī)模擬出四種模式，并對(duì)這些模式進(jìn)行投資評(píng)價(jià)計(jì)算；然后根據(jù)遺憾值定義，求取四種模式對(duì)參考方案的遺憾值，見表3所示。

對(duì)表3，可求取每個(gè)方案在各隨機(jī)模式下的遺憾值均值，見表4。顯然，均值最小的方案（方案3）在很大程度上表示風(fēng)險(xiǎn)最小、最合理。

4 結(jié)語

城市電網(wǎng)規(guī)劃不確定因素多，在方案選擇上需要充分評(píng)價(jià)方案的風(fēng)險(xiǎn)。文章構(gòu)建的模型經(jīng)受算例的檢驗(yàn)，在這方面起到拋磚引玉的作用，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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[4] 賴亞寧，薛禹勝，王海風(fēng).電力市場(chǎng)穩(wěn)定性及其風(fēng)險(xiǎn)管理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（12）：18-24.