配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃算法

1、內(nèi)點(diǎn)——分支定界法

內(nèi)點(diǎn)——分支定界法是現(xiàn)代 內(nèi)點(diǎn)算法和分支定界法結(jié)合而成的混合算法 ，能夠精確求解離散變量和連續(xù)變量同時存在的0 ～1混合整數(shù)規(guī)劃問題。分支定界法能把離散變量的整數(shù)規(guī)劃轉(zhuǎn)化為僅含連續(xù)變量的規(guī)劃問題 ，而內(nèi)點(diǎn)算法能求解僅含連續(xù)變量的規(guī)劃問題。

隨著分支的進(jìn)行 ，原問題的子問題越來越龐大。為了加快計算速度 ，減少計算量 ，算法對所有子問題進(jìn)行剪支判斷 ，對滿足剪支準(zhǔn)則的子問題進(jìn)行剪支 ，不滿足準(zhǔn)則的子問題進(jìn)行分支 ，一直到所有分支子問題已經(jīng)全 部處理完畢 得到問題的最優(yōu)解。

2、算法流程

基于投資最小配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型 ，采用內(nèi)點(diǎn)——分支定界法求解，下面歸納其算法流程 ，如圖1所示，為計算流程圖。

在圖1剪支中，滿足以下3個條件可對分支節(jié)點(diǎn)進(jìn)行剪支 ，及時刪除不可行的分支 ，減少工作量加快計算速度 ，避免問題收斂于局部最優(yōu)解。

(1)如果該分支不滿足安全約束 ，則該分支問題不可行 ；

(2 )如果所求的目標(biāo)值最優(yōu)解f_found滿足f_found>f* ε；

(3 )若所求最優(yōu)解小于f*，則 f*=f_found將其轉(zhuǎn)向條件 b。

如果分支層不滿足于上述 3 種情況 ，求解下一個候選分支 ，如果滿足則對于不可行子 問題 ，從待分支列隊和已經(jīng)取得子問題隊列中刪除；對已經(jīng)得到整數(shù)解的松弛子問題從待分支隊列中刪除，此時已經(jīng)取得子問題存儲整數(shù)可行解信息，另外對于為滿足整數(shù)解要求的松弛子問題加入到待分支隊列中。

利用分支定界法求解混合數(shù)線性規(guī)劃時，子一代分支層的目標(biāo)函數(shù)總是大于或等于父代分支層的目標(biāo)函數(shù)。但在混合非線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃中，子一代分支層的目標(biāo)函數(shù)不一定總是大于或等于父代分支層的目標(biāo)函數(shù)。為此在條件b中引入了一個安全因子ε，其作用如圖2所示。若無ε則nodel節(jié)點(diǎn)為最優(yōu)點(diǎn)，求解陷入局部最優(yōu)，安全因子ε保證在global點(diǎn)找到全局最優(yōu)解。

由于分布式電源的容量和位置已定 ，配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃主要針對電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃 ，建立配電網(wǎng)建設(shè)的固定投資費(fèi)用 、配電網(wǎng)網(wǎng)損費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用綜合最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)f。

目標(biāo)函數(shù)的建立包括3個部分，第1部分為線路新建和變電站新建 、擴(kuò)建的投資成本第2部分是電能損耗成本；第3部分是變 電站的運(yùn)行維護(hù)成本。

配電網(wǎng)規(guī)劃問題是非常復(fù)雜的大規(guī)模組合優(yōu)化問題。分支定界法是基于傳統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的配電網(wǎng)重構(gòu)的優(yōu)化方法之一 ，它是將重構(gòu)問題表達(dá)成一個非線性或線性規(guī)劃問題 ，然后用己相對成熟的規(guī)劃優(yōu)化方法進(jìn)行求解 。

分支定界法與原始內(nèi)點(diǎn)法相結(jié)合計算混合整數(shù)非線性規(guī)劃 問題 目前在電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用于電網(wǎng)的無功優(yōu)化計算在實際應(yīng)用中，不但需要對新建區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃 ，而且更常遇到的是在已有網(wǎng)架上進(jìn)行擴(kuò)展規(guī)劃以滿足負(fù)荷發(fā)展變化的需要。在目前的工程實踐中，DG的容量和位置取決于發(fā) 電能源所處 的位置和能源儲備情況 ，這已經(jīng)由發(fā)電企業(yè)和城市管理部門進(jìn)行確定 ，電力公司要根據(jù)DG規(guī)劃調(diào)整配電網(wǎng)規(guī)劃 ，以達(dá)到電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用最優(yōu)。

電網(wǎng)規(guī)劃又稱輸電系統(tǒng)規(guī)劃，以負(fù)荷預(yù)測和電源規(guī)劃為基礎(chǔ)。電網(wǎng)規(guī)劃確定在何時、何地投建何種類型的輸電線路及其回路數(shù)，以達(dá)到規(guī)劃周期內(nèi)所需要的輸電能力，在滿足各項技術(shù)指標(biāo)的前提下使輸電系統(tǒng)的費(fèi)用最小。

電網(wǎng)規(guī)劃按照時間分類，可以分為短期規(guī)劃、中期規(guī)劃和長期規(guī)劃。

另外還可以按照不同專業(yè)進(jìn)行分類，比如通信規(guī)劃、營銷規(guī)劃和煤礦電源規(guī)劃等各種專項規(guī)劃。

短期規(guī)劃分為1-5年，規(guī)劃的內(nèi)容比較具體仔細(xì)，可直接用來指導(dǎo)建設(shè)。一般的電網(wǎng)5年規(guī)劃與國民經(jīng)濟(jì)5年規(guī)劃的時間同步。如，十一五規(guī)劃、十二五規(guī)劃等。

中期規(guī)劃一般為5－10年。

長期規(guī)劃則需要考慮比輸變電工程建設(shè)周期更長的發(fā)展情況，一般規(guī)劃6-30年。長期電網(wǎng)規(guī)劃需要列舉各種可能的過度反感、估計各種不確定因素的影響等。長期規(guī)劃的方案并不一定在建設(shè)中原封不動的實施。由于客觀條件或環(huán)境的改變，規(guī)劃方案也將不斷變化。

電網(wǎng)規(guī)劃理論計算上已成功運(yùn)用遺傳算法、模擬退火等多參數(shù)并行算法進(jìn)行線路規(guī)劃，并應(yīng)用于實際，取得了良好效果，保證了規(guī)劃方案的最優(yōu)選擇，這將是城網(wǎng)規(guī)劃的趨勢。

城網(wǎng)規(guī)劃工作在服務(wù)與服從市政規(guī)劃工作的同時，供電企業(yè)也要根據(jù)自己的財務(wù)狀況拿出自己的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，及時與市政規(guī)劃部門溝通，避免由于市政規(guī)劃部門過分注重科學(xué)技術(shù)的提高，在市政規(guī)劃中對供電企業(yè)提出過高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使供電企業(yè)承受較高的投資。

對于一個擁有巨大固定資產(chǎn)額的供電企業(yè)而言，要想保證良好的資產(chǎn)負(fù)債率與利潤率，必須爭取城市電網(wǎng)多元化投資的實現(xiàn)。這既影響到了供電企業(yè)當(dāng)年的經(jīng)營業(yè)績，更影響到了供電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題。

1、以目標(biāo)函數(shù)為配電網(wǎng)建設(shè)的投資費(fèi)用 (包括新建和改擴(kuò)建變電站和新建線路) 、配電網(wǎng)網(wǎng)損費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用綜合最優(yōu)的非線性整數(shù)規(guī)劃模型 ，并以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型保證配電網(wǎng)輻射結(jié)構(gòu)運(yùn)行方式。

2、采用內(nèi)點(diǎn)——分支定界法進(jìn)行求解。基于廣度優(yōu)先遍歷的分支定界法結(jié)合原始對偶內(nèi)點(diǎn)法對大規(guī)模的配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展規(guī)劃，通過分支節(jié)點(diǎn)的剪支，加快計算速度 ，實現(xiàn)了精確求解混合整數(shù)規(guī)劃的全局最優(yōu)解 。通過算例進(jìn)行仿真計算 ，得到合理的最優(yōu)解。但隨著系統(tǒng)規(guī)模 的增大 ，離散變量的增加使得分支的次數(shù)顯著增多 ，分支定界法求解子問題的數(shù)目急劇增加 ，求解非常耗時 ，這也是分支定界法的一個缺點(diǎn)?；诂F(xiàn)代飛速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)，為了解決求解大規(guī)模配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)最優(yōu)的單機(jī)運(yùn)算耗時巨大的矛盾 ，以達(dá)到最佳的優(yōu)化效果 ，可 以考慮采用并行或是分布式的計算方法 以實現(xiàn)快速和高效地求解全局最優(yōu)解。 2100433B

配電網(wǎng)規(guī)劃是指在分析和研究未來負(fù)荷增長情況以及城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計一套系統(tǒng)擴(kuò)建和改造的計劃。在盡可能滿足未來用戶容量和電能質(zhì)量的情況下，對可能的各種接線形式、不同的線路數(shù)和不同的導(dǎo)線截面，以運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為指標(biāo)，選擇最優(yōu)或次優(yōu)方案作為規(guī)劃改造方案，使電力公司及其有關(guān)部門獲得最大利益的過程。

配電網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容如下：負(fù)荷預(yù)測、變電站優(yōu)化、配電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化、配電網(wǎng)潮流計算、正常和故障狀態(tài)下的可靠性分析等。

配電網(wǎng)規(guī)劃是配電網(wǎng)發(fā)展和改造的總體計劃。包括近期（1～5年）、中期（6～15年）和遠(yuǎn)期（16～30年）規(guī)劃。規(guī)劃制定的順序是從長期開始，依次為中期規(guī)劃和近期規(guī)劃。遠(yuǎn)期規(guī)劃屬于戰(zhàn)略規(guī)劃，它主要決策城市電網(wǎng)發(fā)展的重大問題和發(fā)展方向（如建立新的電壓等級、確定新的城市電網(wǎng)電源點(diǎn)、論證規(guī)劃末期的城市需電量以及城市可能發(fā)生的改造和擴(kuò)展方向），為中期和近期規(guī)劃制定目標(biāo)。中期和近期規(guī)劃屬于戰(zhàn)役規(guī)劃，主要為遠(yuǎn)期規(guī)劃的任務(wù)和目標(biāo)如何實施確定時間表。遠(yuǎn)期規(guī)劃要求中期和近期的城市電網(wǎng)建設(shè)和改造是遠(yuǎn)期電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)的一部分，保證近期和遠(yuǎn)期投入的設(shè)備在規(guī)劃期間不會發(fā)生拆除的現(xiàn)象。一般是以長期規(guī)劃指導(dǎo)中期和近期規(guī)劃，以中期、近期規(guī)劃落實和調(diào)整長期規(guī)劃。配電網(wǎng)規(guī)劃的流程如下：

(1)原始資料的收集準(zhǔn)備：配電設(shè)施從負(fù)荷密度大的大城市到負(fù)荷密度小的鄉(xiāng)村，其對象廣、數(shù)量多，而且是多樣化的。因此，必須掌握各種配電地區(qū)的特性及將來經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化趨勢。

(2)確定可能的配電規(guī)劃方案：在整個電力系統(tǒng)中，按地區(qū)從滿足長期供電需要出發(fā)，并考慮經(jīng)濟(jì)等因素。確定各可行方案。

(3)對可行方案進(jìn)行評價，對各可行方案的供電能力、供電可靠性、供電電壓的要求及對未來發(fā)展和對環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行詳細(xì)的積極性評價。

(4)確定最佳配電網(wǎng)規(guī)劃方案。

《配電網(wǎng)規(guī)劃》英文原版是國外電力界暢銷書。該書為讀者詳盡地介紹了當(dāng)前配電網(wǎng)規(guī)劃的新成果，內(nèi)容涵蓋基于可再生能源的分布式發(fā)電、需求預(yù)測和用戶側(cè)響應(yīng)等配電網(wǎng)規(guī)劃前沿技術(shù)，同時立足當(dāng)前配電網(wǎng)發(fā)展趨勢，深入闡述了電動汽車及儲能裝置、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、多代理技術(shù)以及能源市場交易模式等對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響，提出了包括微電網(wǎng)、交直流混合配電網(wǎng)等未來配電系統(tǒng)的新需求及解決方法。

該書內(nèi)容豐富且頗具啟發(fā)性，對我國配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計人員具有很高的參考價值，可作為高等院校教師、研究生和科研工作者的工具書，也可作為配電網(wǎng)規(guī)劃人員的高級培訓(xùn)教材。

為適應(yīng)新形勢下配電網(wǎng)發(fā)展需要，在繼承我國已有配電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)政策和發(fā)展趨勢，特編寫了本書。該手冊注重理論與實例的結(jié)合，涉及的流程、方法和參數(shù)符合國家、行業(yè)技術(shù)導(dǎo)則、規(guī)程規(guī)范以及相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

本書共十四章，主要內(nèi)容包括：總論、配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷分析、電力需求預(yù)測、配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分及目標(biāo)網(wǎng)架、變電站規(guī)劃、線路規(guī)劃、網(wǎng)格化規(guī)劃、配電網(wǎng)整村改造規(guī)劃、配電自動化規(guī)劃、配電通信網(wǎng)規(guī)劃、電力設(shè)施布局規(guī)劃、分布式電源及用戶接入、電網(wǎng)工程的投資估算、配電網(wǎng)規(guī)劃效果評估。

本書可作為電網(wǎng)規(guī)劃專業(yè)人員日常工作的工具書，也可供相關(guān)專業(yè)人員參考。