配電網擴展規劃

配電網擴展規劃是指在某一規划水平年，根據負荷預測的結果和現有 網路設施確定電網建設的方案 ，以滿足到規划水平年的用電需求和安全可靠的電網運行 。

國內各電力公司一般制定5年或10年配電網規劃 ，以確定到規划水平年電網需實施的輸變電工程 、改擴建工程 ，並使配電網的建設和運行費用最小化 。

基本介紹

• 中文名：配電網擴展規劃
• 外文名：Distribution network expansion planning
• 目的：滿足用電需求和電網安全運行
• 內容：輸變電工程、改擴建工程
• 方法：分支定界法等
• 規劃對象：電網建設規劃

簡介

配電網規劃問題是非常複雜的大規模組合最佳化問題。分支定界法是基於傳統最佳化技術的配電網重構的最佳化方法之一 ，它是將重構問題表達成一個非線性或線性規劃問題 ，然後用己相對成熟的規劃最佳化方法進行求解 。

分支定界法與原始內點法相結合計算混合整數非線性規劃 問題 目前在電力系統中主要套用於電網的無功最佳化計算在實際套用中，不但需要對新建區域進行規劃 ，而且更常遇到的是在已有網架上進行擴展規劃以滿足負荷發展變化的需要。在目前的工程實踐中，DG的容量和位置取決於發 電能源所處 的位置和能源儲備情況 ，這已經由發電企業和城市管理部門進行確定 ，電力公司要根據DG規劃調整配電網規劃 ，以達到電網建設和運行費用最優。

建模

由於分散式電源的容量和位置已定 ，配電網擴展規劃主要針對電網建設規劃 ，建立配電網建設的固定投資費用 、配電網網損費用和運行維護費用綜合最優的目標函式f。

目標函式的建立包括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 電站的運行維護成本。

算法

1、內點——分支定界法

內點——分支定界法是現代 內點算法和分支定界法結合而成的混合算法 ，能夠精確求解離散變數和連續變數同時存在的0 ～1混合整數規劃問題。分支定界法能把離散變數的整數規劃轉化為僅含連續變數的規劃問題 ，而內點算法能求解僅含連續變數的規劃問題。

隨著分支的進行 ，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行剪支判斷 ，對滿足剪支準則的子問題進行剪支 ，不滿足準則的子問題進行分支 ，一直到所有分支子問題已經全 部處理完畢 得到問題的最優解。

2、算法流程

基於投資最小配電網擴展規劃的數學模型 ，採用內點——分支定界法求解，下面歸納其算法流程 ，圖 1 為計算流程圖。

在圖1剪支中，滿足以下3個條件可對分支節點進行剪支 ，及時刪除不可行的分支 ，減少工作量加快計算速度 ，避免問題收斂於局部最優解。

(1)如果該分支不滿足安全約束 ，則該分支問題不可行 ；

(2 )如果所求的目標值最優解f_found滿足f_found>f*+ε；

(3 )若所求最優解小於f*，則 f*=f_found將其轉向條件 b。

如果分支層不滿足於上述 3 種情況 ，求解下一個候選分支 ，如果滿足則對於不可行子 問題 ，從待分支列隊和已經取得子問題佇列中刪除；對已經得到整數解的鬆弛子問題從待分支佇列中刪除，此時已經取得子問題存儲整數可行解信息，另外對於為滿足整數解要求的鬆弛子問題加入到待分支佇列中。

利用分支定界法求解混合數線性規劃時，子一代分支層的目標函式總是大於或等於父代分支層的目標函式。但在混合非線性規劃整數規劃中，子一代分支層的目標函式不一定總是大於或等於父代分支層的目標函式。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節點為最優點，求解陷入局部最優，安全因子ε保證在global點找到全局最優解。

與電網規劃的關係

電網規劃又稱輸電系統規劃，以負荷預測和電源規劃為基礎。電網規劃確定在何時、何地投建何種類型的輸電線路及其迴路數，以達到規劃周期內所需要的輸電能力，在滿足各項技術指標的前提下使輸電系統的費用最小。

電網規劃按照時間分類，可以分為短期規劃、中期規劃和長期規劃。

另外還可以按照不同專業進行分類，比如通信規劃、行銷規劃和煤礦電源規劃等各種專項規劃。

短期規劃分為1-5年，規劃的內容比較具體仔細，可直接用來指導建設。一般的電網5年規劃與國民經濟5年規劃的時間同步。如，十一五規劃、十二五規劃等。

中期規劃一般為5－10年。

長期規劃則需要考慮比輸變電工程建設周期更長的發展情況，一般規劃6-30年。長期電網規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。長期規劃的方案並不一定在建設中原封不動的實施。由於客觀條件或環境的改變，規劃方案也將不斷變化。

電網規劃理論計算上已成功運用遺傳算法、模擬退火等多參數並行算法進行線路規劃，並套用於實際，取得了良好效果，保證了規劃方案的最優選擇，這將是城網規劃的趨勢。

城網規劃工作在服務與服從市政規劃工作的同時，供電企業也要根據自己的財務狀況拿出自己的規劃標準，及時與市政規劃部門溝通，避免由於市政規劃部門過分注重科學技術的提高，在市政規劃中對供電企業提出過高的技術標準，使供電企業承受較高的投資。

對於一個擁有巨大固定資產額的供電企業而言，要想保證良好的資產負債率與利潤率，必須爭取城市電網多元化投資的實現。這既影響到了供電企業當年的經營業績，更影響到了供電企業的可持續發展問題。

總結

1、以目標函式為配電網建設的投資費用 (包括新建和改擴建變電站和新建線路) 、配電網網損費用和運行維護費用綜合最優的非線性整數規劃模型 ，並以嚴格的數學模型保證配電網輻射結構運行方式。

2、採用內點——分支定界法進行求解。基於廣度優先遍歷的分支定界法結合原始對偶內點法對大規模的配電網系統進行擴展規劃，通過分支節點的剪支，加快計算速度 ，實現了精確求解混合整數規劃的全局最優解 。通過算例進行仿真計算 ，得到合理的最優解。但隨著系統規模 的增大 ，離散變數的增加使得分支的次數顯著增多 ，分支定界法求解子問題的數目急劇增加 ，求解非常耗時 ，這也是分支定界法的一個缺點。基於現代飛速發展的計算機技術，為了解決求解大規模配電網網路重構最優的單機運算耗時巨大的矛盾 ，以達到最佳的最佳化效果 ，可 以考慮採用並行或是分散式的計算方法 以實現快速和高效地求解全局最優解。