刍议关于电网规划智能辅助的设计与发展
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摘要：电网规划是电力系统研究领域中的一个重要环节，随着智能电网建设的推进和电力系统规模的不断扩大，电网规划面临着新的挑战。为有效应对电网规划面临的数据量大、决策复杂、技术手段匮乏的局面，文中设计并实现了一种基于平台化设计、具有可视化及高级决策支持功能的电网规划智能辅助决策系统。该系统与地理信息系统(GIS)密切融合，内嵌一体化数据库，具有适应性评估、投资优先级决策、差异化规划及电网仿真软件数据接口等功能。在辅助决策过程中，通过电网调度模拟实现电源电网协调评估，仿照静态安全分析的原理确定项目投资优先级，利用图论算法识别电网骨干网架，借助新开发的仿真软件数据接口从规划方案提取数据进行拓扑重构及模型数据初始化。系统的设计与开发立足于工程实践，软件成果在湖北电网的初步应用验证了文中的设计思路和实现方法。
关键词：电网规划；智能辅助决策；电网调度模拟；电力系统仿真；地理信息系统
中图分类号：TM421 文献标识码：A
0 引言
近年来，电力系统大停电事故的频繁发生，造成了重大的经济损失和社会影响，引起了人们对电网安全稳定运行问题的关注。电力系统规划是电力系统建设中一项重要且复杂的前期工作，规划质量直接影响电网投资效益及电网运行安全。目前，中国电网建设正朝坚强智能电网方向前进，这对电网规划提出了更高要求。迄今为止，电网规划方面的研究多集中于探讨数学模型，规划问题传统上可归结为一定约束条件下的优化问题，如考虑电网脆弱性口]、发电备用容量、安全稳定性等约束条件的优化问题。由于电网规划需要协调多种关系，可能呈现多目标优化的特点，本文设计并实现了一种新的电网规划智能辅助决策系统，将计算机技术、GIS技术、电力规划领域的最新研究成果引入电网规划，提供涵盖规划全过程的决策支持。该软件系统已在湖北电网规划部门得到实际应用。
1 系统体系结构
电网规划智能辅助决策系统采用c／s与B／S混合架构，分为5个层次：数据层、分析层、应用层、评价层和决策层，如图1所示。
1)数据层：采用Oracle数据库，完成与能量管理系统(EMS)，GIS和电力系统分析综合程序(PSASP)等系统和程序接口，形成规划数据平台。
2)分析层：完成对数据深入挖掘和分析，提取电网规划关键信息。
3)应用层：辅助完成基本型和差异化电网规划方案设计。
4)评价层：对电网规划方案进行安全、可靠、经济和环保的全面与综合评价。
5)决策层：根据评估指标选择电网规划方案。
2 系统主要特色
本文提出的系统具有先进性和智能化的特点，主要表现在以下几个方面。
2．1 完备的电网规划平台
该系统整合了电力系统计算分析软件、GIS、中长期负荷预测等核心功能，采用以业务流程为导向的集成化设计理念，提供基于平台设计的规划决策业务解决方案，可实现数据集成管理与网络化科学计算高度一体化，为电力系统规划提供强大、灵活的决策支持平台。
2．2基于GIS可视化电气计算
GIS是计算机图形学、计算机地图制图、测量与遥感、数字图像处理和数据库管理技术相结合的产物。电力GIS可方便地对电力系统厂(站)与线路等空间要素进行浏览、查询、统计、分析，可建立其与作为非空间要素的设备之间的关联关系，并通过高效的数据库实施管理口.
该系统在电力GIS基础上进行电网拓扑重构及模型初始化，建立与PSASP胡的数据接口，实现可视化电气计算，可在地理信息图上直观呈现电网接线关系及潮流结果等。GIS显示大区负荷密度及抗灾型规划结果如附录A图A1一图A2所示。
2．3 基于调度模拟的电源电网规划方案协调评估
针对以往电网规划方案评估存在的典型方式下评估不细致、计算出的评估指标不全面、难以进行电源电网协调评估等局限性，引入适应多种发电模式下基于调度模拟的电源电网规划方案协调评估技术，从而具有以下优势：①既考虑电网规划方案又考虑电源规划方案；②对未来年份发电情况根据实际调度工作进行模拟，形成评估年份逐Et的运行方式；③根据模拟得到的运行方式，计算不同规划方案下的断面潮流、系统备用率、电网失负荷概率等可靠性指标和运行费用等经济指标，以及电网运行的环保性指标。
该系统利用基于调度模拟的协调评估技术，对不同规划方案进行了深入细致的计算，得到多角度评估计算结果，减少了对经验的依赖，提高了电网规划工作的科学性。
2．4 电网适应性智能化评估
进行电网规划工作首先要分析现状电网能否满足电力输送的要求，电网中是否存在阻塞，以便在规划设计中改善电网结构。电网适应性智能化评估是在一定负荷需求和电源装机容量基础上，根据经济性原则对机组出力寻优，进而评估输电网输送能力，以确定输电网的发展与负荷需求增长、电源装机容量增长速度是否相适应，是否存在由输电网络原因导致的系统运行不经济情况。
3 系统主要应用模型及评估体系
该系统运用大量的理论研究成果，为应用、评价和决策层功能提供技术支撑，其运用的成果主要包括电力电量预测模型、电源电网协调评估模型、电网适应性智能评估模型、差异化规划模型以及投资优先级决策模型等。
3．1 电力电量预测模型库
该系统提供包括指数模型、动平均模型、灰色预测模型以及综合预测模型等50余种模型的预测模型库，可对年或月最大负荷、电量以及典型日负荷曲线进行预测，提供可信度指标以帮助用户进行模型筛选，形成预测精度较高的综合预测结果。
3．2 电源电网协调评估模型
该模型由发电机组检修优化安排、多日运行协调、日运行优化模拟等部分组成[1…。其中日运行模拟计算模型为核心，由4个部分组成：①非优化运行机组模拟计算；②水电、抽水蓄能机组调峰优化；③机组组合；④电源电网一体化模拟计算。日运行模拟计算的基本流程如图2所示。
模型中考虑了系统平衡、电网约束、机组开停机、调峰等复杂约束，可简要描述为：
式中：为机组i的启动成本；“为机组i在时段t的运行状态参数，1表示运行，0表示停机；为机组i在时段t的出力；为负荷j在时段t的负荷量；为机组i的最大出力；为时段t系统备用要求；为线路k上流过的潮流；z“为第k根输电线路第条母线的线性传输因子；为母线上的注入功率；为输电线路k的最大传输容量；为机组i最大减出力速率．最大增出力速率；为时间间隔；m，n，T，N分别为负荷数、机组数、时段数、节点数。
3．3 电网适应性智能化评估模型
电网适应性智能化评估模型的原理是在现状电网基础上，考虑线路输送极限和不考虑线路输送极限2种情况下，分别计算发电机组出力和网络潮流。比较2种情况下线路潮流的变化比率，潮流变化比率大的线路投资效益较高。
适应性评估模型包括火电机组出力优化和潮流评估模型。火电机组出力优化采用机组逐台投入的方式，优先确定运行费用最经济的机组出力状况，直到负荷全部满足或无待发机组为止。分别计算是否考虑网络约束的2种方式下机组出力情况，利用式(2)可计算出向量O，再利用式(3)计算出各支路潮流：
式中：P为节点注入功率向量；B为节点导纳矩阵的虚部；O为节点电压相角向量；P。，为线路(i，歹)的潮流；臼：和0，分别为节点i，J的电压相角；z。为线路(i，J)的阻抗。
对于输电线路(i，J)，在考虑网络约束，即输电线路输送容量下，线路潮流记为P¨不考虑网络约束下记为P。7。对比2种潮流的变化比率r，变化比率较大的输电线路投资效益高，r按式(4)进行计算：
3．4差异化规划模型
通过确定灾害场景、线路投资费用和保证电源及负荷节点，可将差异化电网规划问题转化为寻找连通所有保证出力节点与刚性负荷节点间最小投资路径问题，优化的目标函数如式(5)所示。约束条件包括所有保证出力节点与刚性负荷节点间为连通网络以及线路潮流不越限等，求解模型即可得到关键路线。本系统借鉴文献E8]的思路，利用图论算法对内可完成1次计算
3．5全方位、多维度电网规划方案评估体系
在系统建设过程中，系统进一步通过先进的模拟技术实现指标内涵的深度再加工，全面提升指标体系的信息含量与价值。同时，还将其融入计算结果分析与分析决策等功能模块中，从不同的时间维度与分析维度实现对规划方案全方位、多维度的分析与评估。电网规划评估指标体系如图3所示。
5 结语
随着智能电网的发展和电力市场改革的进一步深化，电网规划工作的复杂性决定了规划决策支持系统的建设难度。本文介绍的电网规划智能决策支持系统建成了覆盖整个规划流程的一体化数据库，具有规划结果可视化、决策智能化的特征，可对电网规划工作提供辅助决策支持。系统将调度模拟、项目优先级决策和抗灾型规划等理论和算法与计算机技术相结合，如何建立能够满足多种运行方式以及能够灵活应对负荷预测不确定性等要求的全面适应智能电网特性的电网规划评价指标体系是下一步的研究重点。该系统目前已在湖北省电网规划部门得到初步应用，本文提出的系统设计思路和实现方法已得到验证。
参考文献
[1]电力工、Ik部电力规划设计总院．电力系统设计手册[M]．北京：中国电力出版社，i998．
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[4]武鹏，程浩忠，邢洁，等．考虑发电备用容量的输电网规划[J]．电力系统自动化，2009，33(7)：22—26．