城市电网规划中的问题研究

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【摘要】本文对城市电网规划的目的、内容和意义作了简要的介绍，分析了城网规划工作的特点、困难性及其所面临的新形势。为了适应新的城市电网规划需求，文中提到了人工智能在城市电网规划中的应用并对未来的规划工作进行了展望。

【关键词】电网规划；负荷；人工智能

1.引言

电力产业作为国民经济的基础行业，其发展规模和运行水平与国计民生密切相关。当前，随着国民经济的飞速发展，全社会对电力的需求不断增长，电网投资数额持续加大。目前，我国的电力体制改革正在进行当中，厂网分开的工作已经基本完成。厂网分开是电力工业体制改革的第一步，将原来垂直一体化的垄断经营模式逐渐打破，并在发电侧引入竞争。同时，社会主义市场经济的发展和电力工业改革的进行，使电网经营企业对项目投资和企业的经济效益越来越重视。电网经营企业具有公用事业的性质，在企业发展的同时还要承担相应的社会责任，对其规划项目的分析要考虑社会效益和经济效益[1]。因此，从电网经营企业的角度出发，对整个规划项目进行分析和评价，考察规划项目财务上的可行性及宏观经济上的合理性是非常必要的。

2.城市电网规划工作的内容、目的和意义

城市电网规划就是采用科学的方法确定规划区何时何地新建或改建何种电力设施。其工作涉及的主要内容有：

（1）规划区内电量、负荷、负荷分布和负荷曲线预测；

（2）分区分片确定规划区内目标年及中间年的配电所或配电变压器位置、容量及供电范围；

（3）确定规划区高压变、配电所目标年及中间年的站址及容量，计算各变电站的供电范围；

（4）完成目标年及中间年的无功电源优化规划；

（5）进行现状年高压供（配）电网的分析，规划目标年及中间年的高压供（配）电网；

（6）其他方面问题的规划。

城市电网规划的目的是使得未来的电网能够满足[2]：

（1）负荷的发展和各种电网技术要求，安全可靠地为电力用户提供客户所需质量的电能；

（2）能够满足城市规划的要求；

（3）能够满足环保、美观等其他公众要求。在满足以上约束的基础上为电力企业追求最大的经济效益和社会效益。

城市电网规划工作的意义是：

（1）通过对配电网络的优化规划，可以降低系统的网络损耗，改进未来电网的运行效益；

（2）科学合理地确定变电站的容量、位置及供电范围，有利于系统的运行管理，减少系统跨区域交叉供电，有助于提高系统管理和运行效率；

（3）配电网络结构的优化规划，可以大大提高系统的供电可靠性；

（4）配电系统的优化规划是提高系统投资效益的最有效途径；

（5）配电网结构的合理性直接影响配电自动化设施的投资效益，配电系统规划是配电自动化实施的基础。

3.规划工作面临的新形势

随着国民经济的发展，城市电网规划工作面临着新形势。首先，外部环境的变化，即与城市规划的配合成为目前城网规划中必须考虑的一个重要因素。其次，电力企业更加注重经济效益和投资回报，开始把电网规划工作提到了非常高的地位。上述两方面的变化，既为城市电网规划工作创造了有利条件，又使之成为一个迫切任务。因此，结合国情系统深入地研究满足实际要求的城市电网规划理论，开发研制高效、方便、实用的具有智能决策功能的城网规划计算机辅助决策系统，既是我国城市电网建设当前的迫切需要，也是今后长期发展的必要科学手段。

4.城市电网规划中的智能技术应用

在城市电网规划中加入人工智能是当前我国电网发展的迫切需要。人工智能（Arti-ficial Intelligence，简称AI）是与传统学科完全不同的一门新兴前沿学科，它是计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、数学等学科相互交叉渗透的产物[3]。由于它是利用计算机来模拟人类的智能活动，完全摆脱了传统方法的束缚，能够解决传统方法难以解决的问题。自1956年诞生以来发展到现在，人工智能技术在理论研究和工程应用中都取得了巨大的成功。相关的智能技术主要包括专家系统（Expert System，简称ES）、人工神经网络、模糊集理论等。以下简要介绍本文涉及到的专家系统、规则推理与案例推理以及模式识别技术。

4.1 专家系统

专家系统是发展较早，也是比较成熟的一种人工智能技术。专家系统通常由知识库、全局数据库、推理机和人机界面等部分构成。知识库用以存放专家知识，一个专家系统的能力取决于其知识库中所含知识的数量和质量。常用的知识表示方法包括谓词逻辑、语义网络、产生式规则、框架和黑板[4]等。全局数据库是反映问题在当前求解状态下的符号或事实的集合，它由问题的有关初始数据和系统求解期间所产生的所有中间信息组成。人机接口负责将专家和用户的输入信息翻译成系统可以接受的形式，同时把系统向用户输出的信息转换为易于理解的形式。推理机在一定的控制策略下，针对全局数据库中的当前问题，识别和选取知识库中的可用知识进行推理，以修改全局数据库直到最终得到问题的求解结果。

4.2 遗传算法

遗传算法是模拟自然界生物进化过程与机制求解极值问题的一类自组织、自适应人工智能技术[5]。它适合于无表达或有表达的任何类函数，具有广泛的研究价值。因此，最近十多年来，遗传算法在我国也得到重视和推广。遗传算法在电力系统的应用始于1991年。到目前为止，已经涉及到电力系统规划、运行、故障诊断、潮流计算和控制等许多领域。遗传算法是用生物群体的观点来看待优化问题，它将待求问题解空间中的任一点看作是一个个体，一定数量个体的结合构成了一个群体，因此，群体中的每一个个体都代表了优化问题的一个可能解，但不一定是最优解，处于某一时段的群体也称为代。在遗传算法中，用位串结构来表示待优化的参数，以便于遗传算子的操作，这个过程称为编码；反之，由某一位串求得其表示的具体参数值的过程称之为解码。位串也称为染色体，染色体中的每一个元素称为一个基因。针对具体问题，遗传算法通过定义一个适应度函数来模拟生物界中的环境，而每一个个体所对应的适应度函数值就代表了该个体对环境的适应程度，适应度值越高，就表明该个体适应环境的能力越强。确定遗传算法的第一代群体后，在各种遗传算子（如常用的选择、交叉、变异等）的作用下，将按照类似于自然选择的过程一代一代向前进化，经过逐代遗传，最终会产生出一批适应度函数值很高的染色体，最后，将这些染色体解码还原就可以获得原问题的解。当染色体域足够大和遗传代数足够多时，从理论上讲，遗传算法一定可以给出原问题的最优解[6]。遗传算法允许所求解的问题是非线性的和不连续的，并能从整个可行解空间寻求最优解。

5.结论

随着我国城市电网建设改造的快速发展，城市电网规划成为一个迫切任务，急需结合国情系统深入地研究满足实际要求的城市电网规划理论，开发高效、方便、实用的智能化城市电网规划计算机辅助决策系统。为此，本文在传统规划理论基础上应用人工智能等新技术，针对该领域中迫切需要解决的一些关键性问题进行了研究。以计算机作为工具，采用新技术、新方法对城市电网进行优化规划己在电力系统界达成了共识。通过对未来规划工作的展望，本文认为未来的城市电网规划工作应该是一个包含诸多因素、并不断吸收和利用各种新技术的灵活的电网规划。

参考文献

[1]关沛.城市电网规划项目的经济性分析[D].天津大学，2007.

[2]天津大学电力与能量系统研究所.城市电网规划计算机辅助决策系统[R].天津：天津大学，1995.

[3]王成山，王赛一，谢莹华，葛少云.城市电网规划工作的复杂性及新技术应用[J].浙江电力，2004（1）：1-5.

[4]陆伟民.人工智能技术及应用[M].上海：同济大学出版社，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.电网优化规划方法研究[D].重庆大学，2002.

作者简介：

肖辉（1984―），女，河北孟村人，助理工程师，主要从事营销稽查监控工作。

刘长明（1981―），男，吉林梅河口人，助理工程师，主要从事基建技经管理工作。