优化规划方案

优化规划方案（精选10篇）

优化规划方案 篇1

“火”在人类文明和社会进步中的作用举足轻重, 然而这世界万物有利就会有弊。火一旦肆虐, 就会发生火灾, 对人类的生命财产安全造成巨大的威胁。在现代社会高速发展的条件之下, 如何能充分利用“火”这个双刃剑来继续为人类社会创造福利, 又能减少火带来的灾难产生的威胁和损失, 己成为现今人类需要亟待解决的问题。古人云“安不忘危, 存不忘亡, 治不忘乱”, 在寻求发展的同时, 要不断增强忧患意识, 防微杜渐, 才能脚踏实地的实现城市的可持续发展。

1 城市火灾的现状及存在问题

1.1 城市现代化发展带来的隐忧

当前, 社会快速发展, 社会也随之相应转型, 越来越多的现代建筑物如雨后春笋般出现, 我国城市火灾问题日益严重。由于城市繁华地带相对较为集中, 而火灾事故更易在财富集中处形成较大规模, 也会给人类带来严重的损失。特别是高层建筑物的密集出现, 使得发生火灾时, 不但难以控制, 而且极易蔓延造成人民群众大规模财产损失的恶性事故。因此, 对于现代城市消防的规划的方案设计, 必须考虑到要具备与当前社会的快速发展以及各种经济发达区域相适应消防体系, 要有全面防灾、抗灾、救灾的能力, 尽全力减少对社会造成的危害以及对人民群众造成的生命财产威胁。

1.2 城市消防站的布局有待优化

火灾是不能杜绝的, 但并非是不可控的。我国有很多城市消防规划方案, 其中城市消防站是一项重要的公共基础服务设施, 可以在火灾发生时为城市安全提供保障。在火灾发生后的第一时间内如果可以得到消防力量的救援, 就能最有效地控制火势, 火灾带来的危害也就会大大减少。但从消防站责任面积方面作一些研究就可以得出的结论是, 当消防站责任面积在一平方公里范围内时, 消防力量就能及时赶到火灾发生地点, 有效地控制住火势。但如果责任面积超过一平方公里, 消防站能在火势蔓延前到达的难度就有所增加, 因此城市消防站的布局极为重要且有待优化。但相比于快速发展的社会经济, 我国大部分城市的消防站建设都比较落后, 并且由于历史原因布局也并不合理, 同时消防站地址的选择和责任区的划分也是非常重要的一个因素。为此, 研究消防站布局的优化方法, 使得消防站与灾害风险区域之间达到最佳布局与配置迫在眉睫。

1.3 当前消防工作面临的问题

(1) 认识不足。目前, 仍有一些地方和单位领导对消防工作重视程度不够, 对城市火灾风险活动的认识不够宏观等问题依然很突出。相当一部分群众的法制观念及防灾意识不强, 对防火灭火和火场逃生基本常识了解的不多, 消防安全观念比较落后、风险意识淡薄、当火灾发生时极易葬身火海。 (2) 消防规划。一些地区有消防专项规划, 但有一些城区和其他建制镇尚未编制、实施消防规划。有消防专项规划的地区即便已经完成消防规划编制, 但落实规划的力度也远远不够, 导致消防安全总体布局较为混乱。 (3) 消防供水。根据一般的城市建设规律, 老旧城区的消防供水管径一般都比较小, 并且在老旧城区中居民区又都较为密集, 商业区消防设施也不完备, 都使得消防安全得不到有效的保障。同时, 老旧城区消防用水的水量和水压都明显不足, 且市政消火栓设置的数量偏少, 这样就大大增加了安全隐患。另外, 在城市建设开发中存在的人为破坏等原因, 使得可供消防的天然水源也越来越少。

2 消防系统规划方案需要考虑的几个问题

2.1 在消防时间的空间维度统计规律方面

(1) 根据不同火灾场所消防出动时间存在差异, 这种差异主要是消防站所处的地理位置造成的。关于消防队出动时间, 主要有三个指标。分别是45秒、1分钟、5分钟, 下面解释一下这三个数字的概念。45秒:按照相关条例标准, 自指挥中心电话铃声响起开始计时, 到出动命令送达到中队通讯室或通讯员拿到派车单时为止, 为45秒。1分钟:自中队通讯室接到出动命令或通讯员拿到派车单起, 中队最后一辆执勤车辆驶离营区大门 (相关条例规定为第一辆车驶出大门, 但为确保符合出动条件, 通行为最后一辆车) 为1分钟。5分钟:自车辆驶离营区大门起至到达中队本辖区边缘的时间为5分钟。也就是说一般情况下的5分钟到场, 但由于各种原因, 这个的确很难做到。 (2) 城市区域布局和火灾发生位置这两种因素会影响消防战斗时间, 当县城和市区发生火灾对比于集镇和郊区发生火灾时, 消防队员所使用的战斗时间在前者中小。在仓库和厂房这些火灾高危场所发生火灾时, 消防队员所用的战斗时间的平均值是最大的, 普遍大于其他场所。当消防队员出动时间以分钟为单位计算时, 在分钟内, 平均战斗时间会随着出动时间的增长而增长;当出动时间大于分钟后, 平均战斗时间随出动时间的增长而逐渐变缓。这就是消防队员的出动时间和战斗时间存在一定的相关性的体现。

2.2 消防时间与火灾损失的关系方面

只把消防时间作为消防站布局的参考标准, 而消防时间与火灾面积和损失不关联、与火灾规模不关联前提下的相关性研究都是不成熟的。在大量的数据统计和仿真实验后, 得出结论是消防队员第一出动时间和其战斗时间都符合对数正态分布规律, 而战斗时间并不起决定性作用。更有意思的研究结果是, 随着第一出动时间用时的增加, 小型火灾发生的概率在逐渐减少, 中型火灾发生的概率却不断增加, 而重特大火灾发生的概率较为稳定, 是不受第一出动时间的影响的。在不同火灾场所消防队的控火能力会有较大差异, 随着战斗时间的延长, 住宅的控火能力衰减最快, 其次是厂房、仓库、公共娱乐场所及商业场所。

2.3 在对时间的分层分析方面

当建筑物发生火灾时, 过火面积及消防用时均存在时间特征, 但是随着时间跨度的变大, 分形特征就会逐渐消失。这种时间序列过渡呈现为泊松分布。根据大量研究显示, 城市建筑物火灾的过火面积表现为泊松分布, 也就是说当消防队出动时间大于以分钟为单位的计量后, 其在时间上的特征性消失;当消防队的战斗时间大于以分钟为单位的计量时, 其时间上的特征性也会消失。无论是出动时间还是战斗时间, 超过以分钟为单位的计量后, 均表现为泊松分布。

2.4 进一步作地时间序列分析

从大量的数据分析及实验结果来看, 平均的过火面积与平均的出动时间、平均的战斗时间之间的变化存在一种较为均衡的线性关系;平均的过火面积都会收到平均的出动时间和平均的战斗时间的影响, 且影响所持续的时间大约为一个月;而相较于平均的战斗时间, 平均的出动时间对在计算平均值后的火灾损失的贡献度更大, 也就是说, 出动时间越短, 平均火灾损失越小。

3 结束语

文章通过分析现代城市火灾的特点、面对多样化的火灾消防系统规划方案存在的弊端及火灾统计数据研究, 得出消防救援与发生火灾损失的一些内在量化规律:在不同的火灾现场分析消防队的出动时间与消防战斗时间之间存在的联系;消防队的战斗时间与平均火灾损失之间存在的关联;从时间方面来分析消防队的出动时间和消防战斗时间对火灾损失平均值的干预影响。这一系列的分析研究, 是经过大量的现实考证以及借鉴了优秀研究成果的结论, 为消防系统规划方案的优化提供了一些理论支撑。

参考文献

[1]唐共鹰.建筑消防设施管理及对策[J].消防与生活, 2003 (9) .

[2]杨继君, 吴启迪, 程艳, 等.面向非常规突发事件的应对方案序贯决策[J].同济大学学报自然科学版, 2010 (4) :644-659.

[3]陈伟雄.浅谈消防设施的检查与问题处理[J].华东科技:学术版, 2014 (7) .

[4]杜龙姣, 李尚慧.UML技术在Web开发中的应用[J].应用科技, 2003, 2:28-31.

[5]公安部第61号令.机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定[Z].2001-11-14.

[6]吴启南.建筑消防设施管理之探讨[J].云南消防, 2012 (05) .

校园电网优化规划的需求 篇2

校园电网；优化规划；高校

随着中国教育事业的蓬勃发展，全国各个著名高校都在迅速的膨胀，从学生的数量到学校占地面积，建筑级别都在发生着天翻地覆的变化。随着学校人员的增加和供电面积的扩大，学校电力系统网络已经逐渐成为一个特定的供电区域。如何合理优化学校电力网络规划，提高可靠性就成为高校后勤人应该解决的一个问题。

首先随着城镇化建设的快速增长，学校已经逐渐从城市边缘进入到城市核心区，比如北京大学就是一个例子，原来周边的农田全部变成了高楼林立的中关村核心技术区。因此校园电网规划就要参照城市电网规划的情况，尤其是附近区域规划的情况。那么我们来了解一下目前城市电网的情况。

校园电网是城市电网中具有典型意义的一个客户网络，在过去由于校园电网比较小，负荷小，供电等级低，基本上可以完全纳入城市电网的配电网络，校园电网的规划优化基本上完全服从城市电网的规划。但是随着我国教育事业的快速发展，特别是“211”和“985”计划启动以来，全国高等教育院校建筑面积迅速增长，各个院系基本上从集中办公发展成为独自形成教、学、研一体的独体楼群，随着实验面积的增加，各种新型实验设备也广泛的被使用，因此学校用电负荷大幅度增长，原有的变电容量和输送方式已经不能满足现实需要。校园电网由于全部用于教学科研，生活负荷较小，因此全天波峰负荷差距较大。因此根据实际供电情况合理规划优化校园电网，对日益扩大的全国高校具有借鉴效用。

校园电网的规划模式在电力系统改革的新形势下，已经开始转变了原有的运营规则，重点在于将学校的切身利益作为总体规划目标，维护校园电网在合理的环境中发展。对于学校的电网管理部门来说，如何建立具有合理的、规范性的新的电网规划原则以及发展新的规划模型必将成为学校电网管理部门的主要任务。校园电网运行部门要将电网的空余容量得到充分的利用，从而减少出现电网故障，制定出安全可靠的电网运行原则和标准。总之，校园电网的规划建设需要解决好规划方式和运行方式。

目前，大多数的校园里已经看不到空中架线的现象，各个学校已经开始了整体的校园电网规划，实施校园绿色工程，改造校园电网环境。学校可采取将校园内的电视和高压电缆的线路全部建成地埋式，以改造校园内高空架线用电的安全隐患问题。学校通过科学规划，建立起变电房，以供师生们的使用，同时安装校园电路自动控制系统来节约能源。

校园电网的规划最终目的是建立一个调度灵活、结构合理、运行安全的供电网络。为了提高供电的可靠性和经济性，电网的设备投资需求就要加大，使学校的电力系统得到长期的优化发展。此外，为了保证校园电网规划的顺利展开，还要提高学校的创新能力和执行能力，每周都要对校园电网建设的进度和存在的问题进行全面检查，保证工程的进度。总之，校园电网的规划工作是一项超出常规的任务，需要我们掌握丰富的电网规划知识，更新思维方式，开展创造性的工作。

对于学校来说，用电量要比其他企业少，由于教育水平的不断发展，原有的供电线路负荷增长的很快，这就要求学校采用高压来深入负荷中心供电，以降低能耗。学校的电力系统主要耗损是变压器和输电线路导线耗损组成的，变压器的耗损和线路耗损都与电网运行时的电压有关，当电压提高时，总的耗损就会有所下降。在校园电网的实际运行中，可以采取适当提高电网运行电压的方式来降低校园电网的电能损耗。

合理的选用用电设备的容量，减少电力系统的无功损耗，提高变压器的受载系数和时间。在了解供电系统的电能供应情况和不同的教师用电规律后，有计划地、合理地组织和安排每个老师的用电时间。将个别教师要使用的大容量的用电设备改在低谷时间用电，避免用电负荷的高峰期，均衡用电负荷的高峰和低谷期，从而达到降低电能损耗的目的。

1.校园电网的现状及存在问题

A.高校电网内部环境问题

校园电网的管理是一项复杂的、变化巨大并且操作性极强的系统工程，因此，高校要维护好人身、电网及电力设备的安全。目前高校在校园电网管理上还在采用系统化、科学化的管理模式，这样就提高了校园用电的质量和安全性，又确保了校园电网的正常运转。

校园电网的主要特点是：高校校园电网线路较短、建筑物相对集中并且截面积偏小，校园电网的损耗根源在于校园电网的电能损耗，由于负载用电时间特别是用电高峰的时间较为统一，这就使功率因数降低，负载较多。在高校的电费支出中，电网损耗占有相当大的比例，这样就会影响到办学效益，因此，研究节能措施是一项重要的任务。

近几年来，高校校园电网的运行环境开始呈恶化的趋势，主要是受自然因素和人为因素的影响。近几年频繁发生的台风、暴雨等，使高校的校园电网屡遭到严重的袭击，这些自然灾害已经明显超过了当时校园电网设计时所能承受的限度。此外，高校的电网被盗及损坏等现象还依然存在着，虽然高校加大了监督管理力度，但这种人为的迫害还在蔓延。从这些情况来看，目前高校校园电网管理的任务还十分紧迫。

特别是学校启动“985”计划以来，校园建设升温，一批重点教学科研楼和教室相继建成，电网负荷增长较快。由于地区10kV电源布点不足，分布不均，10kV电网结构薄弱，高压电网还没有形成环网，大部分片区不能满足N1供电原则，供电可靠性依然较低，安全供电隐患依然存在。面对负荷持续增长，供电压力加大，电网规划不尽合理的局面，为落实电网规划，为教学科研提供一个安全可靠的用电环境，确保学校教、学、研全面发展，为争创世界一流大学奠定一个良好的用电环境，因此必须对原有电网进行优化规划并加强运行管理。

B.高校电网外部环境问题

高压输电网存在着与电源点联系薄弱，网架结构脆弱、不合理,供电可靠性不高。许多城市在市区外围还没有形成超高压输电环网，致使主网架的输电能力不足，高压变电所易失去电源；输电、变电设备陈旧，绝缘水平差，威胁着电力系统安全运行与经济运行。还有不少油断路器和高损耗变压器数量仍在线工作；高压变电所布点不够或不合理，导致下一个电压等级的线路过长，而且线路陈旧，线径偏小，容易发生过负荷。存在供电半径过大、线

损过高和电压质量差现象；变压器数量不足或容载比较低，不能满足“N1”安全要求；配电网呈放射性，环网率低，或由于线路输送容量不足，不能满足完全互供的要求。线路分段不够，容易造成大范围停电。线路电缆化率和绝缘化率低，故障比较频繁。配电网自动化水平低、占有率小等。特别是10kV配电网由于长期缺乏投资，致使网架结构不合理，负荷分配不均，个别路段过负荷严重；

2.校园电网建设的建议

学校电力网是学校重要的基础设施，是现代化一流大学必不可少的能源供应系统。建设和改造好学校电网，对于北京大学实现“争创世界一流大学”的目标，不断满足广大师生员工在教学、科研方面对电力的需求，起着至关重要的关系。随着学校的发展，对用电可靠性的要求越来越高，随着新建楼群越来越多，各个院系的发展正在进入一个黄金阶段，学校的核磁实验室、风洞实验室、航天实验室等一系列需要大量电力资源的核心实验室正在一步步确立，它们不仅是学校的重点单位，很多也是国家级或者部级重点实验室，为他们提供可靠、稳定的电能就是校园电网将要面临的重要课题。而配电网多年积累下来的问题，成为制约供电发展的瓶颈。为了解决校园电网问题，建议进行以下工作：

用负荷预测的主流方法，对学校未来电力负荷进行预测，在负荷预测的基础上对学校未来电网容量的提出合理建议。

针对校园电网优化规划与电网管理因素之间的关系，建议校园电网优化规划应该与电网的运行管理相结合，对解决学校电网未来的规划、建设、管理进行统筹考虑。

比照与学校电网极其相似的城市电网，针对学校电网目前现状和存在的问题提出解决学校电网现状应采取的措施——优化规划校园电网。

[1]陈章潮,程浩忠.城市电网规划与改造（第二版）[M]北京:中国电力出版社.2007

[2]张一贞.管理会计学[M]北京:中国物价出版社.2000

优化规划方案 篇3

近年来我国汽车消费需求增长迅速,同时汽车产量显著增长,也促进了汽车运输的专业化。在成本控制变得越来越重要的今天,如何降低物流成本已成为整车物流业关注的问题。由于装载车和被装载车有多种规格等原因,很多物流公司通常依赖调度人员的经验来制定运输计划,当遇到复杂的运输任务时,通常效率较低,运输成本控制不理想。因此对乘用车装载方案的研究具有重要的实际意义。

汽车行业在国外的发展要早于国内,在整车物流配送的研究中也要早于国内。Deardorff(2001)基于局部均衡框架构建了配送方案的比较收益分析模型[1]。Henderson等人研究了物流运输成本,指出运输成本在贸易和收益中扮演着重要的角色[2]。Whybark(1971)研究了如何测量运输成本,提出了一种“All-unit”(全单元)的数量折扣计划,结果证明能够很好的处理货物成本[3]。另外,D.Maddison、D.Pearce和O.Johansson等人(1995)对如何认识道路运输成本方面做了大量研究,他们在《道路运输的真实成本》(The TrueCosts of Road Transport)中探讨了构成道路运输成本的各项因素[4]。汽车业在国内的迅速发展使得整车物流成本控制及配送方案日益成为研究热点,杨立娟[5]研究了汽车整车物流成本控制与绩效评价,将Delphi模型与AHP-TOPS IS模型相结合,并以长春一汽四环运达物流公司为实例进行验证,建了汽车整车物流成本控制绩效评价体系。沈贵林[6]等人研究了物流装备更新问题的多阶段决策问题,建立了进行物流装备更新的动态规划模型。张义珂[7]研究了大件运输方案,将其抽象成组合最优化问题,以运输成本最小化为目标建立了优化模型,并提出了针对大件货物运输方案组合优化选择的交叉嫡算法。李浩[8]研究了多式联运方式下大件物流运输方案选择及优化,建立了同时进行运输路径选择和运输方式选择的0-1混合整数规划模型,并采用遗传算法求解。王靓靓[9]研究了制定工程物流运输方案的原则和步骤,应用决策网络计划技术及不确定理论建立了用于国际工程物流运输方案选择的优化模型。吴小珍[10]等人研究了安吉整车物流现有的运输网络,以成本最低为目标函数建立了运输路线及运输方式的优化模型,并运用改进SPFA算法编程求解。

以上学者在整车物流方面进行了大量研究,取得了一定的研究成果,但整车物流成本优化是一个多阶段决策问题,不仅需要考虑运输路径等问题,还需要对装载方案进行优化。论文以乘用车物流为例,介绍了整车物流装载方案,考虑了运输车辆的类型、数量等约束条件,根据动态规划思想以成本最小为目标函数构建数学模型,并进行了优化,提出了一种基于矩阵运算的最小费用优化方法。相关结果对于乘用车的经济运输有较大的参考价值。

2 问题描述与模型假设

根据购车订单,乘用车生产厂家向物流公司下达任务,安排其运输乘用车到全国各地,物流公司便根据下达的任务制定运输计划以配送乘用车。通过公路运输乘用车的专用运输车称为“轿运车”。轿运车有单层和双层两种类型,双层轿运车又分为三种子型:上下层各装载1列乘用车,故记为1-1型;下、上层分别装载1、2列,记为1-2型;上、下层各装载2列,记为2-2型。

由于轿运车和乘用车类型较多,大部分物流公司通常依靠经验决策法制定运输装载方案。在处理简单订单时,这种决策方法灵活简便,但依赖于决策者的知识和经验,主观性较大,遇到复杂问题时,方案的制定往往不理想,不利于成本的控制。论文拟基于动态规划对乘用车运输方案进行研究。

乘用车运输方案的确定要以其数学模型为基础,根据乘用车运输的实际情况进行以下假设:

1)“轿运车”有单层和双层两种类型,论文仅考虑1-1型和1-2型双层轿运车装载I型和II型乘用车,且每种方案中1-2型车的使用数量不多于1-1型车的20%;

2) 可将轿运车上、下层装载区域看做长方形,乘用车均纵向放置;

3) 为保证轿运车平稳行驶,首先考虑装满下层且上层两列对称;

4) 1-1型轿运车上下层和1-2型轿运车下层均只分布一列乘用车,1-2型上层最优装配方案为并排装载两辆I型乘用车或者两辆II型乘用车;

5) 相邻乘用车之间纵向及横向的安全车距至少为0.1米,不用考虑乘用车与轿运车之间的安全距离;

6) 乘用车的装载模型中,将整车物流的运输成本简化为:只有轿运车的使用数量影响成本高低,数量越少,成本越低。

3 建立优化模型

在乘用车装载模型中,影响物流成本的主要因素为轿运车的数量,因此,成本最低问题转化为如何以最少数量的轿运车完成运输,其实质是约束优化问题。此问题大致可以分为三个阶段:

1) 阶段1:分别求解1-1型与1-2型轿运车装载区域每一列的最优装载方式;

2) 阶段2:在装载区域每一列都最优装载的情况下求出仅使用一种轿运车装载所需要的轿运车数量;

3) 阶段3:对两种轿运车的最优装载方式进行整体优化,得出本问题的最优装载方式。

下面将详细阐述三个阶段的建模、解模及最优化解法。

3.1 乘用车最优装载方案

以成本最小为优化目标,建立1-1型与1-2型轿运车每列装载方案的优化模型如下:

式中:C——物流总成本;

f(x,y)——每辆轿运车能装载的乘用车数量;

x——每列装载型车数量;

y——每列装载II型车数量;

g1(x,y)型车约束条件;

g2(x,y)——1-2型车约束条件;

lI——I型乘用车长度;

lII——II型乘用车长度;

l1-1——1-1型轿运车长度;

l1-2——1-2型轿运车长度。

3.2 使用一种轿运车的最优装载方案

在装载区域每列最优装载方案确定的基础上,求解仅用一种轿运车(1-1型或1-2型)装载全部乘用车(a辆I型与b辆II型)的最优方案。

1) 仅用1-1型车的装载方案

构建矩阵A1_1,其元素A1_1(x,y)表示装载x辆I型车和y辆II型车所需的1-1型车列数。

当仅用1-1型车装载乘用车时,1-1型车将装载a辆I型车和b辆II型车,优化目的为使A1_1(a,b)最小,即所需的装载列数最小,模型为:

min(A1_1(a,b)) (2)

通过求解满足条件0≤x≤a和0≤y≤b的每一个x与y对应的最优A1_1(x,y),进而得到A1_1(a,b)。因此,可将每个x和y对应的式(2)转化为:

构建矩阵Car1_1,然后求解最优1-1型轿运车数量。

式中:x——装载I型车数量;

y——装载型车数量;

Car1_1(x,y)——1-1型车装载x辆I型车与y辆II型车所需要的最少1-1型车数量。

因为每辆1-1型车包含上层与下层共2个装载列,因此可依据式(5)由矩阵A1_1计算出车辆数矩阵Car1_1。

由此可得出装载x辆I型车和y辆II型车所需的最少1-1型车数量。

2) 仅用1-2型车的装载方案

构建矩阵A1_2,其元素A1_2(x,y)表示装载x辆I型车和y辆II型车所需的1-2型车列数。

为使A1_2(a,b)最小,即所需的装载列数最小,模型为:

min(A1_2(a,b)) (6)

与矩阵A1_1相同,通过求解满足条件0≤x≤a和0≤y≤b的每一个x与y对应的最优A1_2(x,y),进而得到A1_2(a,b)。因此,可将每个x和y对应的式(6)转化为:

构建矩阵Car1_2,然后求解最优1-2型车数量。

式中:x——装载I型车数量;

y——装载II型车数量;

Car1_2(x,y)——1-2型车装载x辆I型车与y辆II型车所需要的最少1-2型车数量。

与1-1型车不同,每辆1-2型车上层有2个装载列,下层有1个装载列,共3个装载列,因此可依据式(9)得到车辆数矩阵Car1_2,注意当A1_2(x,y)不是3的倍数时,计算结果需要向下取整。

由此可得出装载x辆I型车和y辆II型车所需的最少1-2型车数量。

3.3 同时使用两种轿运车的最优装载方案

1-1型轿运车与1-2型轿运车的最优装载车辆矩阵Car1_1和Car1_2确定后,便可求解两种轿运车一起装载乘用车的最优方案。

物流成本C为目标函数,可得下述模型:

由于影响成本的首要因素是轿运车数量,且1-1型车成本最低,所以将目标函数转换为所需轿运车总数量,如果总数量相同,则1-1型车多的方案最优,由此建立模型:

Total相同时,选取Car1_1(x,y)值最大的方案。

式中:x1——1-1型车装载I型车数量;

y1——1-1型车装载II型车数量;

x2——1-2型车装载I型车数量;

y2——1-2型车装载II型车数量;

Car1_1(x1,y1)——需1-1型车数量;

Car1_2(x2,y2)——需1-2型车数量;

Total(x,y)——需轿运车总数量。

综上,物流运输成本C可以表示为:

min(C) = w· min Car1_1(x1,y1) + h·Car1_2(x2,y2) (12)

式中,w和h分别为1-1型车和1-2型车每辆车的物流运输费用。

4 实例分析

下面以实际乘用车的装载为例,对前面的模型进行验证。假设某物流公司需要使用1-1型、1-2型轿运车(1-1型车长度为19米,1-2型车长度为24.3米)往目的地运输I型乘用车100辆及II型乘用车68辆(I型及II型乘用车规格见表1) 。

1) 使用一种轿运车的最优装载方案

根据轿运车和乘用车的长度,通过计算可以得到1-1型车和1-2型车每列所能装载的最多车辆数组合,分别如表2和表3所示:

依据表3和表4中的方案可计算出矩阵A1_1和A1_2的部分元素,结合这些数据,分别由式(3)和式(7)可得出最优矩阵A1_1和A1_2。从矩阵中可以看到,单独使用1-1型车装载100辆I型车与68辆II型车时,至少需要A1_1(100,68) =39个装载列。单独使用1-2型车装载时,至少需要A1_2(100,68) =32个装载列。

根据式(5)和式(9)分别可以得到,在满足0≤x≤100且0≤y≤68的条件下,装载x辆I型车和y辆II型车所需的1-1型车最优矩阵Car1_1和1-2型车最优矩阵Car1_2。

2) 同时使用两种轿运车的最优装载方案

通过式(11)解模计算,得到最优方案:需要轿运车共18辆,其中1-1型轿运车16辆,1-2型轿运车2辆。18辆轿运车装载全部乘用车的具体分配情况包含127种组合,表4给出了其中一种。

5 结论

做好县城电网规划优化电网结构 篇4

【关键词】县城电网；电网；规划；结构

引言

县城的电力系统在整个电网中起着十分重要的作用。县城是电网系统的主要负荷中心，是县城电网的良好规划是保障县城电网正常平稳运行的前提，如果县城电网的规划科学合理，那整个县城的电网的运作都会十分良好。所以县城的电网规划工作在供电企业的生存和发展中起着非常重要的作用，我们要结合县城的实际发展，结合相关供电数据做出合理的电网规划。

从前供电企业城市电网规划的主要目的是要满足社会对电力的要求，提高县城电网的供电能力、供电质量和供电的可靠性。各级政府需要在政策、管理、投资上尽量给予照顾和支持，不断提高电网的社会效益。而现阶段城市电网规划除上述因素外还要考虑对企业资产的保值。

县城电网规划工作的制定要通过对电价的分析来确定。供电企业要结合自身的财务状况，结合供电实际需求合理的安排资金，进行电网投资。供电企业还要分析不同用户对供电能力、供电质量的差异，结合不同用户对电价的接受能力来制定电网的规划工作。

在财务方面应着重考虑三个问题：建设投资的回收率、电网经济运行情况、可持续发展。

建设投资要讲回报，讲究回收率。电网的建设投资是否合理，是否满足电网经济运行。建设投资的回收率与电网经济运行情况是针对具体工程项目而言，而持续发展问题是从供电企业整体动作发展的角度来确定一定时期内或某个财政周期内对城网规划的要求，确定其间城网规划工作的整体规模与水平。

通常而言，城网规划中，首先根据可持续发展观点来解决中远期的规模，其次根据电网经济运行情况确定具体的规划项目，最后根据建设投资的回收率来决定具体规划项目的投资与设备选用。这其中，根据国民经济发展情况与人民银行利率水平来确定贴现率等理论计算的具体参数。在此基础之上再研究和确定电网最优的网络接线方式、投资水平以及投资的时间安排，使电网供电能力、供电质量供电可靠性能够满足用户的用电需求，以低于社会边际电价的成本向客户提供优质的电能。

行业不同往往用电特点也不同，因此行业分类在城网规划中也很重要。一般是根据其用途分为：住宅、商业、各类工业等。同一用户在不同时间里用电量是不同的，在规划中要充分考虑到这一点。

负荷预测是城网规划的基础，对确定规划的长、中、短期规模、具体项目、规划的质量起到关键作用。

负荷预测的方法有很多，但都存在一定的缺点和局限性。为了使负荷预测的结果更加准确，可以建立多种方法预测的负荷预测模型，编辑负荷预测软件，将每一种预测方法建立数学模型，将实际工作中收集的各种数据代入其中进行多种方法预测，以误差最小为目标，将通过多种方法预测的结果加和取平均值，这样可以得到相对准确的预测结果，为县城的电玩规划提供更加准确的数据基础。

为保证电网投资的效益与可操作性，城网规划应在现有负荷基础之上从市政规划入手，在规划过程中服务于市政规划。具体在操作过程中应对负荷预测做到分区、分业与分时预测相结合。应研究不同行业在县城的具体位置、具体年份的负荷，使变电站、线路等供电设备的规划及建设满足负荷增长的需要。具体的做法是将总负荷进行时空分解，可以根据县城规划，建立时空地理模型，借助GIS的应用，将总负荷分解为分区负荷，并落实到县城的具体位置上。负荷的时空地理模型将用电客户的行业类型和数量作为位置的函数，而每个客户的电能消费量作为时间的函数。这样就从时间、空间、本体上把握住了负荷的变化，能够较准确地做好负荷预测工作。

近年来，供电企业向用户提供的服务越来越完善，各地对配电网的投资不断加大，配电规划逐渐成为电网规划中的重要部分。在各个变电所布点要充分考虑到配电规划带来的影响，合理的规划变电所布点可以减少供电企业的投资。

理论计算上已成功运用遗传算法、模拟退火等多参数并行算法进行线路规划，并应用于实际，取得了良好效果，保证了规划方案的最优选择，这将是城网规划的趋势。

城网规划工作在服务与服从市政规划工作的同时，供电企业也要根据自己的财务状况拿出自己的规划标准，及时与市政规划部门沟通，避免由于市政规划部门过分注重科学技术的提高，在市政规划中对供电企业提出过高的技术标准，使供电企业承受较高的投资。

对于一个拥有巨大固定资产額的供电企业而言，要想保证良好的资产负债率与利润率，必须争取县城电网多元化投资的实现。这既影响到了供电企业当年的经营业绩，更影响到了供电企业的可持续发展问题。

近年来，政府致力于解决电力运行中的各种问题，提高了线路的安全性，保证了用电的可靠率，对县城的电网建设进行了全面改造，解决了电网运行中存在的各种问题，保障了人民群众的用电需求和用电安全，满足了人民群众的用电需要。但随着社会和经济的发展和人民生活经济水平的提高，电网的供电量不断提高，人民对电的需求不断增大，供电系统面临着改革这一大问题，供电企业在现阶段的电网规划上面临着巨大的压力。因此，在电力改革期间要充分考虑各方面因素，尤其是如今的现有政策。

目前经济的发展潜力预示着县城电网的大幅度扩容的压力，这完全不同于西方发达国家的已成型的城高电网，因此供电企业应面对实际，利用目前国家在经济发展过程中对其它公用行业所采取的扶持政策，在县城电网规划上尤其是新市区与准市区的规划上，争取更多的多元化投资对县城电网进行规划建设是必不可少的。

结语

随着经济市场的不断发展，县城电网的规划要从各个时期、各个层面出发，以完成好社会责任与经济效益为前提，使经济效益融入县城的电网规划之中，结合社会经济发展的情况和不同人民对电网价格的接受程度。供电企业要利用市场经济的内在规律，充分利用各种资源，制定合理的规则，这样才能使供电企业的效益不断增长，保证电力系统的可持续发展，从各个层面体现出县城电网规划的意义和作用。

参考文献

[1]彭少阳.浅谈城市配电网的规划与建设思路[A].广东省电机工程学会2003-2004年度优秀论文集[C].2005

优化规划方案 篇5

国内外一系列的大停电事故多由电网结构的不合理引起,降低了电力系统可靠性,另外,电网事故等诸多因素致使供电中断或不足,不但使电网公司售电收益减少,还需要赔偿用户造成的经济损失即缺电成本。因此有必要在电网规划时重点考虑系统的可靠性和计及缺电成本。

缺电成本的计算核心问题是切负荷点和切负荷量的选取。文献[1]采用逐步经济切负荷法将系统逐步消除过负荷,但在断线选取上未做出合理解释;文献[2]提出故障排序法,将系统支路断线可能性进行排序,提高了选取断线支路的高效性;文献[3]在输电网规划中引入了缺电成本,用有向通路潮流跟踪法解决了切负荷节点和切负荷量的确定;文献[4]将缺电成本划分为静态和动态成本,在客观上有利于电网防灾。可见,由于线路发生断线支路的不确定性,导致其计算多样性,因此,本文选取断线概率大线路断线计算方法,虽然顾及范围较小,但对计算提出了一种新思路,极大缩减了计算量,符合工程实际。

1 模型建立

缺电成本与投资成本最小,两者是一对矛盾体,为解决此问题,分为两步进行计算:1) 主程序进行经济性限制形成待选规划方案即式(1)、式(2);2) 在待选方案中进行断线选取,进行缺电成本计算即式(3)、式(4)。通过两步进行综合费用计算,使综合费用最小者为最优规划方案,从而建立数学模型如下:

$\text{m}\text{i}\text{n}f{}_1={\displaystyle \sum _{ij\in \Omega }c}{}_{ij}n{}_{ij}(1)$

约束条件为

$\begin{array}{l}\{\begin{array}{cc}{\rm P}{}_{Gi}-{\rm P}{}_{Di}=BA\theta ‚\hfill & i\in {\rm N};\hfill \\ |{\rm P}{}_{mn}|\le {\rm P}{}_{mn}^{\max }‚\hfill & mn\in {\rm N}{}_B;\hfill \\ 0\le n{}_{ij}\le n{}_{ij}^{\max }‚\hfill & ij\in \Omega 。\hfill \end{array}(2)\\ \text{m}\text{i}\text{n}f{}_2={\displaystyle \sum _{i\in {\rm N}{}_D}C}{}_j{\rm P}{}_{Ci}(3)\end{array}$

约束条件为

$\{\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{i\in {\rm N}{}_G}{\rm P}}{}_{Gi}+{\displaystyle \sum _{i\in {\rm N}{}_D}{\rm P}}{}_{Ci}={\displaystyle \sum _{i\in {\rm N}{}_D}{{\rm P}}^{\prime }}{}_{Di}\\ 0\le {\rm P}{}_{Gi}\le {\rm P}{}_{Di}\\ \frac{{\rm P}{}_{Gi}-{{\rm P}}^{\prime }{}_{Di}=B^{\prime }{A}^{\prime }\theta i\in {\rm N}{}_D}{{\rm P}{}_{mn}={\displaystyle \sum _{f\in {\rm N}}S}{}_{mnf}{\rm P}{}_{f}mn\in {\rm N}{}_B}\\ |{{\rm P}}^{\prime }{}_{mn}|\le {\rm P}{}_{mn}^{\max }mn\in {\rm N}{}_B\\ n{}_{ij}^0+n{}_{ij}-1\ge 0\end{array}(4)$

综合费用为

$\text{m}\text{i}\text{n}F=\text{m}\text{i}\text{n}f{}_1+\text{m}\text{i}\text{n}f{}_2(5)$

式中:f1、f2分别为新建线路的投资费用、缺电成本;Ω为待选线路集合;cij、n${}_{ij}^0$、nij、n${}_{ij}^{\max }$、Cj分别为待选线路i-j的建设费用、已建线路走廊数、扩展线路、最大可扩展线路、负荷节点j单位切负荷量补偿费用;N、ND、NG分别为全部节点集、全部负荷节点集合、发电机节点集合;PCi为负荷节点i的有功切负荷量;PDi、P′Di分别为节点i在网络N和故障情况下切负荷后的节点负荷;PGi为节点i的发电机出力;Pf为节点f注入有功功率;Smnf为节点f注入功率对支路mn潮流的灵敏度系数;B、B′分别为系统在N和故障情况下的节点导纳阵;A、A′分别为网络N和故障情况下网络节点关联矩阵;θ、θ′分别为网络N和故障情况下的节点电压相位向量;D为与节点i相连的节点集合;Pmn、Pmn′分别为任意支路m-n在N和故障下切负荷后的支路潮流;P${}_{mn}^{\max }$为线路m-n的最大支路潮流;NB为系统所有支路集合。

式(1)为线路投资费用目标函数最小值;式(2)为式(1)在N运行时的条件约束;式(3)为计及缺电成本评价目标函数最小值;式(4)为断线后切负荷约束条件;式(5)为综合费用。

2 切负荷点与切负荷量计算

输电网规划最基本的是要保证系统在N情况下各线路不发生过负荷,在考虑切负荷规划时,需要对规划方案进行断线处理,本文采用故障排序法[2]选取断线支路。

电力系统运行的基本要求是系统在保持稳定的前提下尽可能满足负荷需求,特别是出现故障或发电机出力超过容量极限时,系统需要调整发电机出力以保证电力系统安全可靠运行。所以应考虑尽可能使负荷削减量最小—最小切负荷。

不同节点切负荷量对支路过负荷能力消减程度有所不同,因此选取合适节点进行切负荷直接影响规划结果的好坏。在不考虑负荷分级、发电机出力恒定的前提下,选用如下逐步切负荷法。

设网络中1-2线路过负荷,由式(4)可得

${\rm P}{}_{12}={\displaystyle \sum _{f\in {\rm N}}S}{}_{12f}{\rm P}{}_f(6)$

其中S12f对于固定网络其值为固定值[1],对于候选切负荷节点k而言,其有功注入功率可得

${\rm P}{}_k={\rm P}{}_{Gk}+{\rm P}{}_{Ck}-{{\rm P}}^{\prime }{}_{Dk}(7)$

式中:Pk为节点k注入功率,PGk为节点k电源注入功率,PCk节点k切负荷量,P′Dk为节点k负荷。

为校验候选节点切负荷是否有效消减过负荷支路1-2的过负荷量,建立P12与PCk之间关系。在故障后电力系统应尽可能大的保证负荷供应,PDk与PDk′变化量很小,可近似考虑为前后保持不变,将式(6)代入式(7)两边对求导得

$\frac{\partial {\rm P}{}_{12}}{\partial {\rm P}{}_{Ck}}=S{}_{12k}(8)$

根据式(8),当节点k切负荷量为ΔPCk时,支路1-2的潮流值可表示为

${\rm P}{}_{12}={\rm P}{}_{12}^0+S{}_{12k}\text{Δ}{\rm P}{}_{Ck}(9)$

式中,P${}_{12}^0$为支路1-2切负荷前支路潮流。

根据式(9),假设切负荷前P${}_{12}^0$潮流方向为正方向,根据P12潮流方向与故障前关系,分析对k点切负荷是否能够起到消除支路过负荷。设E12k为消除过负荷的有效度,ΔPCk为正值。

当S12k>0时,节点k切负荷会增大支路1-2过负荷量,此时E12k=-S12k;

当S12k<0时,节点k切负荷会减缓支路1-2过负荷量,此时E12k=S12k;

当S12k=0时,节点k切负荷不会减缓支路1-2过负荷量,此时E12k=0。

当系统不只一条线路过负荷时,需要将其他过负荷支路考虑在内,建立节点k切负荷对其他过负荷支路的综合有效度为

$E{}_k={\displaystyle \sum _{l\in {{\rm N}}^{\prime }{}_{mn}}\alpha }{}_{l}E{}_{lk}(10)$

式中:N′mn为过负荷支路集;Elk为节点k切负荷对支路l的有效度;αl为加权因子也是判断支路过负荷程度的判据,使系统首先切出支路过负荷最严重的支路,表达式为

$\alpha {}_l=\frac{\left||{\rm P}{}_l|-{\rm P}{}_l^{\max }\right|}{{\rm P}{}_l^{\max }}(11)$

只有当Ek>0时,对节点k切负荷才能有效消除支路过负荷情况。

由以上过程可以选取最佳点切负荷,但上述假设为进行单一点切负荷即可达到系统支路不过负荷,实际上单一点切负荷远远不能办到。当切负荷量不当时,系统将产生新的过负荷集,这样会增大计算,因此选取合理的切负荷量是重中之重。

由式(9)及其后续结论可以得出,系统只有当P12功率方向与故障前潮流方向一致时,对k点切负荷能够起到消除支路过负荷的作用,但为了既起到消除支路过负荷又不至产生新的过负荷集,要对切负荷量进行一定限制,因此在切负荷量极限范围内操作,定义切负荷量如下:

$\Delta {\rm P}{}_{Ck}=\min \left\{\underset{{\rm P}{}_{12}>0}{{\displaystyle \min }}\left\{\left|\frac{{\rm P}{}_{12}^{\max }-{\rm P}{}_{12}^0}{S{}_{12k}}\right|\right\},\underset{E{}_k>0}{{\displaystyle {\rm P}{}_{Ck}}}\right\}(12)$

式中:$\underset{{\rm P}{}_{12}>0}{{\displaystyle \min }}\left\{\left|\frac{{\rm P}{}_{12}^{\max }-{\rm P}{}_{12}^0}{S{}_{12k}}\right|\right\}$为当前过负荷集中过负荷支路数减少时节点k最小切负荷量;$\underset{E{}_k>0}{{\displaystyle {\rm P}{}_{Ck}}}$为综合有效度在任意不为0时,节点k的切负荷量。求取二者最小值,既能保证过负荷支路减少,又兼顾了不产生新的过负荷支路。

当节点k进行切负荷ΔPCk后,其注入功率为

${\rm P}{}_k={\rm P}{}_k^0+\text{Δ}{\rm P}{}_{Ck}(13)$

式中,P${}_k^0$为切负荷前节点k的注入功率。

通过逐步选择切负荷最佳点与切负荷量的方案,求取计及缺电成本的经济性规划流程如图1所示。

3 算例分析

算例1 采用 Garver-6 节点系统进行算例分析,该算例原有6个独立节点, 6条输电线路, 待选线路共22条。网络结构及相关参数参见文献[2]。本算例除了2-6节点待选线路为4条外,其他支路待选线路为3条;每公里新建线路费用为25万元。采用改进蛙跳算法[5]进行计算时,种群F=60,种群分组m=6,组内青蛙数n=10, 总迭代次数MAXGEN=100,组内迭代次数Ne=1,控制参数k=0.4;经济性约束设置不大于5 750万元,单位切负荷成本为3 MW/万元。

根据电网规划程序,可以形成两个规划方案,见表1和表2。

表1中两个方案均为满足N情况下方案,其中方案2比方案1多架设一条3-5线路。方案2采用故障排序法生成两条排序靠前的支路,1-5或2-3任意支路断线,两条线路都将出现过负荷现象,此时需要考虑综合有效度。从表2中可以看出,将两种方案选取不同方法切负荷计算,均未出现过负荷支路,在同一方案不同方法计算时,逐步切负荷方法都较单一切负荷法有不同程度的优势。同一方法同一方案,选取不同支路切负荷,结果也不同,因此在故障排序支路相同的支路,不能单一进行计算,而忽略其他支路,这将导致经济性不能达到最优。在选取单一点切负荷时,为了切负荷后支路不过负荷,在6节点系统中,只有在切5节点负荷的情况下能达到,其他点均会出现过负荷,由于篇幅有限,没有列出。通过综合费用可以看出,无论采取何种方案,建设费用最低的方案最终综合费用也是最低的。在小节点系统中,选取建设费用最优的方案,即为最终规划方案。

算例2 采用IEEE-18节点系统进行试验,算例网络结构及数据参数参见文献[2]。各支路待选线路增设为3条;采用改进蛙跳算法进行求解。种群F=200,种群分组m=20,组内青蛙数n=10,种群总迭代次数MAXGEN=200,组内迭代次数Ne=5,最大步长Smax=1;经济性约束设置不大于40 875万元。线路单价、单位切负荷成本与算例1相同。

在满足N安全情况运行且在经济性约束下生成的3套待选方案如表3所示。此算例在断线后,只有断线支路出现过负荷,未出现多条线路过负荷,因此计算时不用考虑综合有效度。表4为故障排序法对3套方案进行故障排序;与算例1相同,表5分别采用两种方法进行切负荷计算,但选取单一点切负荷时,均不能消除支路过负荷,此时设定综合费用为无穷大。

注:方案1、方案2、方案3的建设费用分别为40 375万元、40 375万元、40 875万元

在选用逐步切负荷方法时,可以看出虽然切负荷点比较多,但在切负荷后均未出现过负荷支路。方案1、2在建设费用上都明显优于方案3,但考虑了切负荷费用后,方案2综合费用却高于方案3;方案1、2分别先后切除4个节点的负荷量才未出现过负荷,而方案3仅需切除3个节点。由此可以得出,在大节点系统中,并非建设费用最低的方案就是最优方案,合理设置经济性约束是十分有必要的。本文方案1即为最优规划方案,此规划方案出现断线情况时,切负荷费用在837万元时经济最优。

如果在系统发生断线却未考虑缺电成本时,在已有文献中,大多加入N-1安全运行约束[6],此时需要建设费用为65 180万元。加入N-1安全约束的优点在于发生任意线路断线时,都不会出现过负荷支路,而本文断线虽然没有顾及到各个支路断线,但引入故障排序法选取断线支路,仅计算断线几率最大支路,极大减少了工作量,并且符合工程实际,进一步验证了缺电成本计算的重要性。

4 结 论

在满足电力系统N安全运行情况下,设置经济性约束产生多个待选方案,使用故障排序法将各待选方案支路断线进行排序,选取排序最靠前(断线几率最大)支路进行断线。用逐步切负荷法与单一点切负荷法分别对6节点和18节点算例进行计算分析,验证了逐步切负荷方法的高效性与合理性,同时与18节点满足N-1安全情况下进行分析,得出计及缺电成本的规划方案的合理性与经济性。值得说明的是,如果在故障排序法排序不靠前支路断线,可能出现经济性更优方案,但却不能作为最优方案,仅为规划人员参考方案。

摘要：针对电网事故等诸多因素对电网公司供电连续性的影响及增大供电成本问题,提出采用切负荷赔款措施以均衡用户和电网公司的损失,即在传统的输电网规划模型上增加考虑缺电成本影响而建立了数学模型,使规划后的网络具有最佳的综合效益。在符合工程实际的前提下,用故障排序法选取断线支路,有效减少了计算时间与计算量。对断线后支路分别采用逐步切负荷法与单一点切负荷法进行计算,验证了逐步切负荷法的合理性和有效性。

关键词：缺电成本,逐步切负荷法,故障排序法,单一点切负荷法,输电网规划

参考文献

[1]金华征,程浩忠,翟海保.电网规划中最小切负荷费用计算方法[J].电力系统及其自动化学报,2005,17(6):6-9.

[2]王毕元.基于混沌人工鱼群算法的多阶段输电网规划研究[M].吉林:东北电力大学,2009:37-39.

[3]李传虎,郑良根,邢素英,等.计及缺电成本的输电网络扩展规划[J].电力学报,2012,27(3):212-215.

[4]程浩忠,高赐威,马则良,等.多目标电网规划的分层最优化方法[J].中国电机工程学报,2003,23(10):11-16.

[5]马迎东,李文利,尤晗旭,等.改进蛙跳算法在输电网规划中的应用[J].吉林电力,2012,40(5):33-36.

优化规划方案 篇6

主动配电网(ADN)模式是一种可以优化利用分布式能源资源的技术解决方案。主动配电网规划是一个涉及多目标及众多不确定因素的组合优化复杂问题，如多种资源(上级网络和分布式能源)的综合利用、多种负荷类型(电、热和冷)的相互协调、多种网络(电力网络、通信网络)的协调运行，以及不同利益相关者(配电企业，发电商，消费者、生产性消费者)的协同共赢问题等[1]。

文献[1]深入剖析了主动配电网规划所需处理的相关问题，综述了主动配电网规划的现有研究成果，从计算平台、优化算法、评估流程、成本效益评估、信息需求和技术准则的调整等方面深入介绍了针对ADN的全方位研究。文献[2,3]分别提出了ADN静态及动态规划模型，通过构建预想场景集，对线路容量、联络开关及DG配置进行综合优化，实现了系统投资运行总成本最小。针对传统配电网向ADN过渡的问题，文献[4]以投资经济性及分布式电源运行效率最优作为目标函数，同时考虑功率平衡、开关配置、分布式电源运行、负荷增长等约束条件，提出了一种多目标规划模型。文献[5]进一步计及实际运行中DG停运的可能，提出了一种基于多构型多时段最优潮流的ADN规划方法，并分析了DG可用性对电网运行效益的影响。文献[6]着重分析了ADN及其低碳潜力分析，指出在ADN下，通过先进的信息控制及自动化技术，可以对区域内供应侧与需求侧资源实施主动管理，以实现系统特定运行目标(如网损、资产利用效率或绿色能源消纳等)的最优。文献[7]研究主动配电网对分布式能源的消纳模式、潮流流向、储能配置及经济优化函数，并针对消纳模式的优缺点提出了相应的应用场景。

目前国内针对主动配电网中分布式电源接入方案的优化规划问题还有待深入开展，可见文献多针对传统配电网中接入分布式电源的选址定容问题。文献[8]在目标函数中计及了DG投资、发电成本、短路电流等因素；文献[9]考虑DG环境效益的量化指标，建立了考虑环保效益的电量成本计算模型；文献[10,11]主要针对分布式电源接入配电网前后对网络损耗的影响；文献[12]主要考虑的是投资和网损费用；文献[13]的目标函数虽然考虑了经济性、可靠性和环境效益，但未考虑各指标的重要程度和在综合目标函数中的协调性；文献[14]考虑风电的随机波动性、电动汽车充电需求、分时电价等，建立了基于机会约束规划的优化配置模型；文献[15]建立了以分布式电源售电费用与运行维护费用之差最大为目标的规划模型；文献[16]建立了风速多场景概率分布条件下的风电机组出力模型，考虑有功损耗和静态电压稳定性。以上文献分别基于不同的考核指标，建立不同的目标函数评估分布式电源接入的优化规划方案，对于主动配电网的分布式电源优化规划有一定的借鉴意义。本文在主动配电网的分布式电源接入方案评估时，计及分布式电源的发电效益成本以及其对电网运行影响的基础上，考虑分布式电源的减排指标，构建主动配电网低碳优化的目标函数模型，基于年节约费用、电压偏差、系统平均供电可靠性和CO2、有毒气体的排放量等指标变量，在各指标权重赋值时，为避免造成人为主观性过强，引入1-9标度理论，通过一致性校验形成判断矩阵，得到合理的权重系数。其次，为体现各指标变化趋势并具有一定区分度，采用隶属度函数对各指标值进行隶属化，将各自的效益值隶属化后与对应的权重加权。最后，基于遗传算法针对IEEE14节点算例开展优化方案研究，得出分布式电源的优化规划方案，结果表明所提出的低碳优化目标函数合理有效。

1 主动配电网的低碳优化目标函数

针对主动配电网的低碳优化和兼容分布式电源的特点，选取年节约费用、最大节点电压偏差、系统平均可靠性、二氧化碳和有毒气体减少量等5个指标，采用1-9标度理论确定各指标权重系数，为符合各指标变化趋势并具有一定区分度，建立各指标对应的隶属度函数，将各指标计算值隶属化后与对应的权重加权，最后得到主动配电网的低碳优化目标函数。

1.1 各指标选取说明

(1)年节约费用

主动配电网首先应考虑主动配电网中间歇式能源的经济性。本文选取风力发电的电源模型经济性进行计算。风力发电机的年成本计算公式为

式中：AWT为风力发电机的造价；r为等年值利率；n为风力发电机的使用年限；LWT为风力发电机的年综合投资费，包括风力发电机设备投资、建设场地费和配套设施投资等；WWT为风力发电机的年运行维护费用。

所提出的表示主动配电网经济性的年节约费用是指加入分布式电源后，降低的网损费用加上分布式电源自身的发电收益再减去风力发电机的年成本。其公式为

式中：ΔPloss为初始系统的网损和加入DG后系统网损的差值；t为风力发电机的年利用小时数；k为电价。

(2)电压偏差

分布式电源接入主动配电网后，有利于提高线路末端电压，分布式电源提高电压质量的计算式为

式中：ΔUmax为未加入DG系统的节点最大电压偏差；ΔUmaxDGi为加入DG后，系统的节点最大电压偏差。

(3)平均供电可靠性

分布式电源备用电源可以提高用户的供电可靠性。其可靠性模型为

式中：N表示系统总用户数；Ni表示故障时受影响的用户数；ts表示每个用户平均停电时间。

(4)减排指标

主动配电网的低碳效益主要体现在减少火力发电量，从而减少CO2和有毒气体的排放量。传统的发电机组(比如燃煤发电)对环境危害比较严重，在发电过程中向空气中排放SO2、CO2、氮氧化物等污染物。火力发电时，产生1 MW·h需要0.334吨煤，燃烧一吨煤产生2 620 kg CO2和15.9 kg有毒气体(NOX、SO2)[8]。

本文所提出的主动配电网带来的减排是指加入DG后，负荷点所需有功部分可由DG供给，从而减少了火力发电量，进而减少了烧煤量，其计算公式如下。

减少的CO2排放量为

减少的有毒气体排放量为

式中：ΔPloss为初始系统的网损和加入DG后系统网损的差值；t为DG的年利用小时数；η为分布式电源的年利用率系数。

1.2 1-9标度法的权重因子确定

1.2.1 基于1-9标度法的权重计算步骤

在考虑多因素的综合目标函数建立的过程中，各因素的权重选取十分重要，为避免造成人为主观性过强，引入1-9标度法开展各指标的权重赋值。具体步骤如下：

(1)根据1-9标度法理论，将指标进行两两比较，得到量化的判断矩阵。标度是语义的量化，主要用于表达因素的相对重要性，而不是数学上的倍数关系。表1为1-9标度表。

结合主动配电网的特点和以往电网建设的经验，现设定最大节点电压偏差、年节约费用、系统平均可靠性、CO2减少量、有毒气体减少量这5个效益指标的重要程度依次为5、9、4、3、2，构造判断矩阵。矩阵对角元素aii表示自身的重要性比较，即判断矩阵对角线均为1。aij表示第i个指标与第j个指标的重要程度的比较数值，即aij=a i/aj，例如，a12表示最大节点电压偏差与年节约费用的重要程度数值相比，即5/9=0.556。其余元素以此类推。本文选取了5个指标，得到5阶判断矩阵。

(2)计算权重向量：计算判断矩阵的最大特征值和特征向量；

(3)一致性检验：为了验证这5个指标重要程度的设定能否使得主动配电网的分布式电源规划结果符合实际情况，同时避免人为主观性过强，就要对判断矩阵作一致性检验，检验方法如下：

(1)计算判断矩阵最大特征根max;

(2)计算一致性指标CI:

CI的值越小越趋近于0，说明max越接近n，所以理想状态下，CI的值为零。随着判断矩阵的维数增大，判断矩阵的一致性将越差。由于本文共选取了5个效益指标，为5阶判断矩阵，故采用随机一致性指标(CR)衡量判断矩阵的一致性程度。

(3)根据矩阵的阶数n，从表2查到相应的平均随机一致性指标RI。

(4)计算随机一致性指标CR

CR值越小，一致性越满足。一般当CR小于0.1时，则认为判断矩阵满足一致性要求。

1.2.2 各指标的权重计算

综合考虑年节约费用、最大节点电压偏差、系统平均可靠性、二氧化碳和有毒气体减少量等5个指标在方案中的重要性和出现问题的可能性，依据专家经验各个指标的相对一级指标判断矩阵J为

利用Matlab求解式(9)得，根据公式，计算一致性指标CI为

根据RI参数表，查得n=5时，RI=1.12,

由式(11)可知，一致性校验通过。

求解对应的特征向量为

对其进行归一化处理，可以求出指标的权重为

1.3 低碳优化目标函数构建

根据每个指标的计算值和变化规律，选取5个不同的隶属度函数与各指标相对应。

(1)年节约费用的隶属度函数

由1.1节可知，本文所提出的年节约费用是指加入分布式电源后，降低的网损费用加上分布式电源自身的发电收益再减去风力发电机的年成本。为符合年节约费用的变化趋势，同时使年节约费用与隶属化后的评分值满足线性关系，并在[0,1]范围具有一定区分度，故年节约费用的隶属度函数取为

式中：C为年节约费用；Cmax为年节约费用最大值，根据年节约费用的计算值，取Cmax=500万元较为符合年节约费用的变化趋势。

(2)电压偏差的隶属度函数

在电压较小时，电压偏移量变化很小，当电压增大时，偏移量有较为明显的下降，之后又趋于平稳，与下降型指数函数的曲线相吻合，故电压偏差的隶属度函数为

式中：ΔUmax为系统允许的最大电压偏差，本文取ΔUmax=3%;k为一正实数，经调试，当k=15时曲线较符合电压质量的变化趋势。

(3)平均供电可靠性的隶属度函数

可靠性本身就很高的情况下符合正弦函数[0,π/2]段的曲线规律，故平均供电可靠性的隶属度函数为

式中：x为系统平均供电可靠率；x0为系统平均供电可靠率参考值，根据可靠性的计算值，x0取99.99较为符合可靠性的变化规律。

(4)减排指标的隶属度函数

二氧化碳和有毒气体的排放量主要与DG接入容量有关，接入容量越大，所需火力机组发出的功率越小，二氧化碳和有毒气体的排放量就会相应减小，符合下降型指数函数变化规律，故减排指标的隶属度函数为

式中：n为CO2和有毒气体的排放量；nmax为CO2和有毒气体的最大排放量，根据CO2和有毒气体的排放量的计算值，当计算CO2时，取k=0.000 08,nmax=10 000；计算有毒气体时，取k=0.008,nmax=50时能有效区分各方案优劣且满足变化趋势。

(5)低碳优化目标函数构建

低碳优化目标函数是考虑权重因子后将对应的5各项指标求和，其表达式为：，其中为各指标的权重，为各指标隶属度函数值。

2 分布式电源的优化规划方案研究

基于上述低碳优化目标函数，针对算例配电网采用遗传算法对其进行寻优计算。首先输入电网原始数据，并设置遗传算法参数：种群大小NIND=40；最大遗传代数MAXGEN=100；采用二进制编码，个体长度PRECI=20；交叉概率Pc=0.7；变异概率Pm=0.01。其次设定在计算各指标值时所需参数：双馈风力机的使用寿命n=20年；电价k=0.55元/kW·h；等年值利率r取5%;1.5 MW和2 MW双馈风力机单价分别为600万和800万元；一台风力机的年运行维护费用约为2万元；风力机的年利用小时数约为2 000 h，年利用率约为20%。网络元件的可靠性数据如表4所示。

2.1 算例简介

由于尚没有统一的主动配电网算例模型，这里采用IEEE14节点配电系统进行分析，其网络拓扑结构如图1所示。

IEEE14节点配电系统具有三条馈线，系统基准容量为100 MVA，基准电压为23 kV，网络总负荷为28.7+j7.75 MVA。拟接入的分布式电源为双馈风力发电机，其接入的容量采用1.5 MW或2 MW机型。未接入分布式电源的电网初始网损为657.72kW，最大节点电压偏移为0.047 8 p.u.。

2.2 分布式电源的优化规划方案分析

采用遗传算法计算低碳优化目标函数，以得到主动配电网的分布式电源最优规划方案，其结果如表5所示。

由表5可以得出，针对算例系统的常规运行方式，在9节点接入15 MW的风力机，综合评分最高，故为主动配电网的分布式电源接入的最佳位置和最优容量。

3 结论

优化规划方案 篇7

近年来,国内对配电网进行大规模地改造和建设,接线方式从简单的辐射型网络到“手拉手”接线,再到多分段多联络接线,以及分布式电源的接入使配电网变成了辐射型多电源配电网,配电网的结构日益复杂。配电网安装分段开关、接入分布式电源和架设联络线是提高供电可靠性有效技术措施。当线路发生故障时,配电网的联络线起着负荷转移和供电恢复的作用,在整个配电系统规划中占有举足轻重的位置,对配电网联络线进行科学合理的规划具有非常重要的现实意义。

文献[1]以用户停电损失、线路建设费用和运行费用为目标,应用改进的最小生成树算法求解变电站之间的网架电网规划。文献[2]应用内外两层规划方法实现配网线路网架和分布式电源接入的规划,考虑了内外层规划结果的相互影响。文献[3]构建分布式电源接入规划的低碳化目标函数,研究分布式电源接入规划。文献[4]构建DG投资商、配电公司和用户多利益体的分布式电源接入模型。文献[5]建立了含分布式发电的配电网网架双层规划模型,上层规划以年综合费用最小为目标,下层规划是以分布式电源出力切除量最小为目标。文献[6]以所有联络线总投资费用最小寻优站内联络和站间联络的两联络线路的配置。文献[7]在优化辐射状网架结构基础上对站内、站间的联络线和联络开关进行优化配置,实现多分段多联络。文献[8]考虑基态运行方式下的过负荷约束和辐射状网络约束,以线路的年综合费用和过负荷惩罚费用之和最小为目标函数,确定最经济的配电网络方案。文献[9]以线路综合造价最小为目标,实现负荷分配及变电站选址并对变电站及负荷进行连线规划,满足辐射性和连通性的约束条件且距离最短。文献[10]考虑潮流约束,以一次性建设投资、运行费用和网损费用为多目标,进行输电网规划。文献[11-12]建立了考虑分段开关、联络线等配网设备投资最小和事故负荷损失指标(CLLI)最小的多目标规划模型,实现了配网规划中分段开关和联络线的优化配置。文献[13-14]建立了分布式风电源和联络线投资综合最小、网损最小以及供电可靠性最佳的多目标规划模型。文献[13]先规划联络线,再确定DG位置和容量。文献[14]将DG接入容量和联络线位置统一编码优化。但文中事故负荷损失指标仅考虑N -1 运行时切过载负荷的损失作为可靠性指标。文献[15] 分析MG发用电特性对配电网网损和用户供电可靠性的影响效应的基础上,建立含MG配电网的规划的数学模型,应用细菌群体趋药性(BCC)算法求解树状网架结构。文献[16]将系统动力学与熵权法有机结合,提出了配电网规划带时间标度的动态综合评价指标。

上述文献主要是在配网馈线之间进行联络构成两端供电或多端供电的手拉手式的联络接线方式。目前,配电网中还有相当一部分树状馈线在没有备用电源引入,也没有邻近馈线的情况下,架设联络线使树状配电网自成环网是提高供电可靠性的唯一措施。因此本文以单电源树状配电网架为基础,研究树状馈线自成环网的联络线优化规划,对提高供电可靠性和保证二级及以上负荷供电具有重要的意义。

1 联络线优化的数学模型

联络线投资与维护费用反映了供电方投资和运营成本的经济性;联络线位置直接影响用户的停电损失费用,反映了供电的可靠性,也是用户对供电部门满意度的直接体现。如果只考虑单方利益是片面的,不能让供受双方都满意,因此本文综合考虑供电方的联络线投资维护费用和不同用户停电损失,通过权系数反映供电方投资费用和用户停电损失费用的权重,对联络线的位置进行规划的数学模型为

式中:Ce表示联络线的等年值投资与维护费用,反应经济性;CI为系统年停电损失费用,反应可靠性;α1、α2为权系数,根据配电网所带负荷级分别取值,一二级负荷α1<0.5 ,三级负荷α1>0.5 ,且满足α1+α2=1 。

1.1 投资与维护费用

联络线建设费用通常用等值年计算,年维护费用按等值年投资费用比例支出。因此,联络线路的年等值投资和维护费用为

式中:Ce为年费用;m为联络线的数量;C为每千米联络线投资费用,通常10 k V线路综合投资费用取8 万元/km;l(i) 为第i条联络线的长度; k为曲折系数,取1.1;α% 为维护费用所占投资费用的比例(取5% );γ 为年利率,取0.1; n为联络线使用寿命,取20 年。

1.2 停电损失费用

在树状配电网每段线路上均安装分段开关一方面增加了设备投资,另一方面由于系统设备数量增加造成故障的几率有可能增大,反而造成系统可靠性降低,因此在工程实践中,只有一部分线路段安装分段开关,当配电网发生短路故障时,通过馈线自动化实现故障定位和隔离,并对非故障区域恢复供电。非故障区间相对于故障区间又分为上游和下游,上游负荷不停电,发生故障时没有停电损失,下游负荷停电损失与联络线的规划方案有关,联络线将树状配电网联络成一个或多个环,称为联络环。为了计算下游负荷的停电损失,首先要建立配电网络的联通矩阵,分析任一点为发点或收点的联通子图,确定任一点的上游节点集合和下游节点集合,然后基于故障区间和联络环的从属关系对配电网进行停电损失的分区计算。

如图1 所示环网设计的配电网络,通常联络线(虚线)开断呈树状开环运行。

用节点-节点的连通矩阵G来表示配电网的连通拓扑结构,Gij=1 表示节点i和节点j连通,Gij=0表示节点i和节点j不连通(在联通矩阵中以空表示)。对应图1 所示配电网的树状拓扑图的节点-节点连通矩阵G为式(3)。

连通矩阵第i行中对应Gij=1 的列号j的集合构成了以该节点i为发点的子连通图,对应着节点i的下游节点集合;连通矩阵的第j列中对应Gij=1 的行号i的集合,构成了以该节点j为收点的子连通图,对应着节点j的上游节点集合。针对支路两端的节点编号,取大的节点号作为线路编号。

联络线规划就是在树状网络添加连支,每条联络线构成一个基本回路,对网络各节点编码构成联络线控制变量码串,且要求码串只有两个非零元素,例如图1 所示联络线L的控制变量码串为

联络线L的两端节点号为[5 14],与编码中非零元对应的列号nonzero Colum(L) =[5 14]一致。

根据联络线编码中非零元的列号和联通矩阵可以搜索联络线L构成的环中包含的节点集合,即联通矩阵G第5 列和第14 列非零元所对应的行号节点集合loop(除去公共行号1):

设配电网有n个节点,m个分段开关,其中,第k个分段开关与其所在线路段的首端节点编号i的对应关系表示为s(k) =i 。线路i故障的定位区间为[s(k),s(k +1)],判断故障区间的两端节点是否属于环内节点集合loop,并根据所属情况按下列方法分区进行停电损失的计算。

a. 当故障区间在环内,则停电损失包括故障区间负荷在故障检修期间的停电损失和下游负荷恢复期间的停电损失,即

式中:λj为第j段线路的故障率,次/(km.年);lj为第j段线路的长度,km;t1为故障检修时间,h;t2为备用联络线备自投合闸时间,h;iP为负荷点i的有功功率,k W;Ci为用户单位停电损失费用,元/k Wh,不同负荷类型取值不同。

b. 其他情况:当故障区间[s(k),s(k +1)] 在环外;或当故障区间一部分为环内的节点,另一部分为环外节点。则联络线不能实现负荷的转移,故障区间负荷和下游负荷停电时间均为故障检修停电时间t1,则停电损失为

式中各物理量的意义同式(4)。

因此,任一故障区间造成的停电损失,根据联络线规划方案进行环内判断,按式(4)或式(5)进行计算,系统年停电损失费用按故障率对任一分段开关形成的故障区间的停电损失累加求和

1.3 约束条件

为了保证配电网调度的灵活性和运行的可靠性,通常配电网闭环设计开环运行,只有线路首端设有电流保护装置,可以保护线路全长。本文在树状配电网基础上规划联络线,当N -1故障时通过联络线和开关操作改变运行方式,提高供电可靠性。为了保证线路首端继电保护装置在各种运行方式下能可靠动作,应满足配电网N -1运行方式下的最长供电路径不大于正常N运行方式下最长供电路径的长度,其约束条件表示为

式中:G() 表示联通矩阵的元素;li、lj为各段线路的长度;node1、node2分别为联络线两端节点编号;为N -1运行方式下联络线路上游供电路径;为N -1运行方式下联络线路下游供电路径;lmax为正常N运行方式下最长供电路径的长度。

2 联络线优化的动态规划模型

2.1 动态规划法的基本原理

动态规划是解决多阶段决策最优化问题的一种有效方法,每一阶段的决策必须相对于前一阶段的状态和决策,产生当前状态。动态规划法的阶段数可以是确定的,也可以是不确定的。

联络线的规划建设有时由于资金限制或其他方面的考虑并不是一次性就完成的,要分阶段进行建设,将联络线的优化看成一个多阶段决策问题,从而建立了与动态规划的桥梁,以联络线的数目为阶段,联络线的位置为状态,以投资维护费用与停电损失加权和作为指标函数。根据最优化原理,能保证每个阶段联络线的位置都是最优的,具有很好的继承性。不论是对于已确定联络线数目,还是对不确定联络线数目的联络线优化问题,动态规划法都能很好的解决。本文应用动态规划法求解不确定联络线条数,通过目标函数最优确定联络线规划的阶段数,即联络线的条数。

设配电网的节点数为n,规划联络线的条数为m。对应用动态规划求解联络线优化规划的状态量和关键变量函数进行设计。

(1) 阶段:将一个问题分为几个阶段,这些阶段是相互联系的,可分阶段依次进行求解。本文将联络线的条数定为阶段数,首先求解第一条联络线的优化位置,在此基础上依次优化第二条、第三条、……联络线的位置。阶段变量用k表示。

(2) 状态:每个阶段开始时所处的自然状况叫做状态。联络线规划的一个状态就代表一条联络线。首先要形成每一阶段的状态,每个状态有两个节点集合的子码串组成,码串用0、1 编码表示联络线的节点位置状态,码串的长度对应着候选节点数。例如第一阶段的码串对应着:第一条分支线的节点编码子串和其他分支线与主干线(除去分支节点)的节点编码子串,第二阶段的码串组成对应着:第二条分支节点(除去第一阶段码串为1 的节点)编码子串、其他分支线与主干线(除去分支节点)的节点(除去第一阶段码串为1 的节点)编码子串,依此类推,随着阶段数k的增加,码串的位数依次递减2 位,则第k阶段状态用Xk变量表示

xk1、xk2分别为两个子码串,每个子码串中0、1 随机取值,且满足每个子码串只有一位1,其余为0,从而保证一条分支线只与其他分支线或主干线相连节点相连的约束。

(3) 决策:决策可看成是两个不同阶段状态之间的“桥梁”,是某一状态可做出的选择的集合。本文的决策就是如何选择下一条联络线的规划位置,即从k条联络线到k+1 条联络线的决策,第k阶段状态Xk的决策用决策变量uk(Xk)表示,规划各条联络线的位置相互影响,因此第k阶段状态Xk的决策是状态Xk的函数。

(4) 策略:策略是各阶段决策的有序组合。对于每一个多阶段决策问题都有一个最优策略,是所有策略中能使指标函数取得最优值的策略。本文的策略就是各阶段各联络线规划方案的组合{u1(X1),,uk(Xk),,uL(Xm)},最优策略就是各阶段满足规划数学模型最优的联络线规划方案的组合{optu1(X1),, optuk(Xk),, optuL(Xm)}。

(5) 状态转移方程:状态转移方程表示第k阶段状态Xk做出决策uk(Xk)而转移到第k+1 阶段状态Xk+1,是相邻两个阶段状态转移关系的表达式,记为Xk+1=Tk(Xk,uk)。

(6) 指标函数和最优值函数:指标函数是衡量一个策略的重要指标,本文以满足约束的停电损失与投资费用加权和为指标函数。最优函数是指标函数的最小值,用按公式(1)表示第k阶段的指标函数fk和最优函数minfk。

3 算例分析

3.1 IEEE33 节点配电网算例分析

以IEEE33 节点电网[17]为例来研究联络线的优化配置方案,其拓扑结构如图2 所示。

图2 所示配电网各段线路上均安装分段开关,应用本文提出的动态规划法,取线路故障率为0.1次/km.年,进行的联络线优化规划,其第一阶段的最小目标函数为59.6017 万元/年,联络线规划方案为20-26;第二阶段的最小目标函数51.9127 万元/年,联络线规划方案为5-22;第三阶段的最小目标函数为53.6758 万元/年,比第二阶段的最小目标函数还要大,联络线规划方案为16-23,所以联络线的最优数目为2,位置为5-22 和20—26。

在配电网各段线路上均安装分段开关,投资大,设备数量多,安全隐患也增大,实际配电网工程选择几个优化位置配置分段开关。以线路段末端节点号作为线路编号,在图3 中主干线分段开关优化配置的位置是:1、6、12、22、26、29,分支线分段开关优化配置的位置是2、7、13、16。具有不同分段开关数目的树状网络,其两条联络线规划方案和相应的各项经济指标如表1 所示。

由表1 可知,配电网安装分段开关数目越多,停电损失越少,树状配电网分段开关位置和数量不同,联络线的优化结果也不同;可见联络线起到了故障时负荷转移的作用,分段开关起到了故障时减少停电范围的作用。因此,安装分段开关和架设联络线都能减少停电损失,提高供电可靠性。

假设在配电网各段线路全部安装分段开关(与IEEE33 节点系统所示结构和开关配置一致)。针对大用户、工业用户、商业用户、农业用户和居民用户不同负荷类型,其单位功率停电损失不同,取线路故障率为0.1/km.年,应用本文提出的联络线动态规划法得到的联络线优化结果、年等值建设费用和年停电损失等经济指标见表2。

由表2 可知,在同一故障率下,对于不同类型的负荷进行联络线优化时,单位停电损失越大(如工业用户、商业用户和大用户),优化后减少的停电损失费用越多,供电可靠性越高。因此,对于工业、商业和大用户这些重要负荷,采用单电源环网架构可以大大减少停电损失,提高供电可靠性。对于农业和居民负荷,优化后减少的停电损失费用有限,相对于投资成本,优化后可靠性和经济效果不明显,宜采用辐射网网架即可。

配电网的架设方式和架设环境不同,线路故障率也不同,针对工业用户,在0.01~0.7 范围内分别取不同故障率,树状配电网联络线规划方案和各项经济效益也不同,如表3 所示。

由表3 可知,线路故障率不同,联络线的位置和条数不同,当故障率为0.01 次/km.年,说明原网络可靠性较高,只需架设1 条联络线,该联络线带来的年经济效益不明显。随着故障率增大,当故障率为0.03~0.7 次/km.年,则需要架设2 条联络线;随着故障率的增大,架设联络线减少的停电损失更加明显,年经济收益大幅增大。因此,同样的负荷类型,故障率越大,架设联络线减少的停电损失越大,可靠性越高,经济效果越好。

3.2 油田10 k V树状电网算例分析

我国大庆油田、胜利油田、华北油田、中原油田和辽河油田等供用电规模相当于几个地级市的供用规模,一般由自备电厂和国网供电,用电负荷主要是油井开采和油气集输负荷,均属于二级负荷。油田配电网的供电半径随着油田野外滚动式开采不断延伸,供电范围和负荷不断增加,但相当数量的配电线路是单电源供电,一旦发生故障严重影响油井产量。某油田一条10 k V树状线路为油区采油设备供电,采油设备均为二级负荷,其拓扑结构如图3所示,线路上配置了5个分段开关,其位置位于线路段6、10、16、19、21。在油区附近没有备用电源引入,也无邻近馈线。

应用本文提出的动态规划法对树状配电网构成自环网的联络线优化规划方案如表4 所示。

由表4 可知,联络线规划前线路的停电损失为23.1789 万元/年,基于动态规划法进行联络线优化规划,联络线的最优位置为5-8、9-16,联络线的年投资与维护费用1.3301 万元/年,年停电损失费用为19.0276 万元/年,每年减少的停电损失费用为4.1522 万元/年。架设联络线不仅提高了二级负荷的供电可靠性,而且有经济效益。

5 结论

基于动态规划法能够给出合理的树状配电网构成自环网的联络线优化配置方案,对于二级负荷的树状配电网的改造具有重要的工程应用价值。

(1) 不同故障率、不同负荷类型对网络结构要求不同,只有故障率比较高的二级及以上负荷的树状配电网络架设联络线对提高供电可靠性有显著作用。

(2) 基于节点连通矩阵计算的线路最长路经,并约束各种N -1 运行方式下最长路径不超过N运行方式下的最长路径,满足配电网运行方式的灵活性和继电保护动作的可靠性。

线性规划参数问题解法优化 篇8

我们先回顾问题及其解答:

已知满足条件在点 (2, 4) 处取得最大值, 求实数m的范围.

分析:要让函数z=mx+y在点 (2, 4) 处取得最大值, 则函数所表示的直线过点 (2, 4) , 且在区域的上方.

解:∵ (2, 4) 在区域的上边界上, 函数z=mx+y在点 (2, 4) 处取得最大值, 则m>0且区域在直线z=mx+y的下方, 由图可知:kAB<k<kBC.

又∵kAB=-2, kBC=-1, ∴-2<k<-1.

点评:逆向思维, 灵活理解, 恰当运用线性规划知识.

质疑一:问题要求的是m的范围, 给出的却是关于k的结论.如果仅仅是字母的差异, 并无大碍, 但k的范围也不是m的正确范围.

质疑二:目标函数z=mx+y在点 (2, 4) 处取得最大值, 但并不是说使取得最大值的点仅有 (2, 4) 一个, 结论中的范围应该是闭区间而不是开区间, 端点应该可以取得到.

质疑三:原有解法借用图象说服力不强, 特别是线性目标函数对应直线的斜率和边界的斜率一致或比较接近时, 图象的不足也就暴露无遗, 正如华罗庚先生所言:形缺数时难入微.

另外, 最大值和最小值的区分也不明显.

改进:只要在原有线性规划思想上, 变换角度来看原有问题可能更加方便.

如图1, 在原有可行区域基础上, 构造二元变量函数z (x, y) =mx+y, 找到可行区域中五个关键点O (0, 0) , A (0, 5) , B (2, 4) , C (4, 2) , D (5, 0) .

要使z (x, y) =mx+y在点 (2, 4) 取得最大值, 只须也就是可得m的正确范围为

在改进原有的解法中, 不等式组略复杂, 其实当可行区域图形复杂时, 中间许多步骤是可以省略的, 这时只需简化为即可.大家能够悟出其中的道理吗?

另外一方面, 解法中对端点的处理是比较到位的, 从而回避了原有解法中对图形的过度依赖.

总的来说, 上面的解法对线性规划中参数范围的问题具有通用性:将端点的函数值一一计算出来的, 其中最大 (小) 值就是目标函数的最大 (小) 值.

有了前面的经验后, 再来看下面一则类似的问题, 相信你可以很快准确完成.

【练习】如图2, 已知A (0, 5) , B (1, 1) , C (3, 2) , D (4, 3) , 动点P (x, y) 所在的区域为ABCD (含边界) .若目标函数z=ax+y仅在D点处使z取得最小值, 求实数a的取值范围.

参考文献

探讨优化城市旅游规划的措施 篇9

关键词：城市旅游规划;旅游品质;优化措施

中图分类号：F592.3 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2015）04-0157-02

城市旅游规划是伴随城市现代化发展而来的衍生物，但也是起着重要作用的一个部分。城市规划将旅游规划纳入考虑范畴是很有必要的，因为在城市的整体规划设计中城市旅游规划不仅是城市品牌的象征，经济发展的需要，城市环境建设的需要，更是城市参与国际国内竞争的需要。因此，我国致力于建设城市旅游规划是具有重要意义的。

一、优化城市旅游规划的意义

1.提升了城市形象和经济效益

旅游城市从另一个方面体现了城市在广大游客中的良好形象，也为城市打响了知名度，使更多的人们愿意相信这座城市，倾慕这座城市，向往这座城市。同时，旅游城市的名号也为城市带来了较高的经济效益，是一笔不可多得的珍贵财富。对于城市旅游行业来说，仅仅依靠相关的旅游产品和服务是远远不够的，还需要有力的加强城市旅游的广告宣传、提高服务质量、开发更多的旅游项目以及开展多种形式的公关活动，通过这些系列的城市旅游规划来达到提升城市良好形象的整体要求，获得更多的经济效益。

2.有助于发挥整体优势

城市旅游业就像一个动力机，带动了许多行业的发展，特别是相关服务行业的发展。因此，我们对于城市旅游行业在进行相应的规划设计时要考虑和研究的就并不只是单纯的旅游项目的开发等问题，而是应该放开眼界，将全社会的需要以及各个旅游单位的特点考虑进规划和设计中，从而在整体上对于城市旅游规划作出统筹兼顾的安排。所以我们也说，合理有效的城市旅游规划将推动各个旅游单位以及整个社会各行业的协作发展，有助于发挥整体优势，创造和谐的行业布局。

3.有利于加强城市文化建设

一座城市得到了良好的发展必定会使城市居民感到自豪和骄傲，同时增强市民的责任意识和主人翁意识，让市民自觉的以一种积极的态度投身于城市的建设与维护工作中，同时，一定程度的城市旅游规划也有助于提高城市市民的精神文明建设，丰富城市的文化交流，整体提升城市的文化素质，为城市塑造一个更加怡人的生存环境和氛围。

4.有利于区域旅游业的发展

城市发展的主要方向也就是一个区域发展的中心，合理的对城市旅游进行规划和设计，是一个关系到整个区域发展的问题。因为合理有效的城市规划设计和研究，将有利于增强城市旅游业的吸引力以及影响力，在一定程度上促进区域旅游行业的整体发展，在保证城市旅游业发展的基础上营造出更加和谐有益的区域旅游环境，促进区域旅游业的整体发展。

5.增强了城市的对外交流

我国旅游行业的发展在很大程度上依靠着我国经济水平的发展，随着我国经济不断与世界经济的融合，我国的旅游行业也在国际市场上不断参与着世界旅游市场的竞争。对于城市的旅游进行规划和设计，能够有效的提升城市的旅游形象，有利于提升我国城市旅游业在世界旅游市场的知名度，在一定程度上促进我国城市旅游业在国际旅游市场上的对外交流与相关合作，争取让我国的旅游行业实质性的与世界旅游行业接轨。

二、目前城市旅游规划中存在的不足

1.旅游规划部门协调不当

对于城市旅游行业来说，城市旅游的规划是具有一定的复杂性和特殊性的，这种特性决定了相关的旅游部门在执行旅游规划和设计的时候不能独立的进行作业，相关旅游规划部门难以形成协调的关系，这也是目前城市旅游面临的问题之一。概括来说，针对旅游行业规划设计的范围和领域都是比较广泛的，但是相关的旅游部门在协调具体旅游规划方面的能力却也是有限度的，让专门的旅游部门去协调各个相关的单位和部门，毫无疑问在一定的程度上将会使旅游规划的工作实施得到限制和约束。更值得一提的是关于旅游资源的管理和分配，在我国的城市旅游行业中，用于城市规划所需的资源绝大多数都由相关的各个行政或是职能机构管理，这种管理使得旅游资源分散而复杂，为旅游部门的城市旅游规划和设计工作带来了很大的不便，导致旅游规划的工作进展缓慢甚至有名无实。

2.规划内容缺乏相关的法律保护

和城市众多其他规划和安排一样，城市旅游规划也需要相关的法律制度来保障和稳定，我国目前对于城市旅游规划的建设尚没有有效的法律和制度来维护，这种法律上的漏洞使得城市旅游规划的安排和实施在一定程度上是缺乏执行力和稳定度的。目前，我国针对城市旅游规划的相关立法只有《旅游规划通则》以及《旅游发展规划管理办法》这两部法规，但是这两部法规都属于部门立法，缺乏一定的法律保护强度。当面对摆在城市旅游规划面前的文物保护法、環境保护法等相关的较高级一些的法律制度时，这两部旅游业的法规所起的作用却是微乎其微的。

3.与传统规划不适应

不得不承认，很多城市的旅游规划都处于停滞的状态，因为很多城市的规划部门都对城市旅游的规划和设计缺乏重视，导致城市旅游业发展缓慢，一些行之有效的旅游规划也因为职能部门的松懈而无法有效实施，或者说是城市旅游的规划和传统的旅游规划不适应。对于传统的城市旅游规划来说，建立在目前城市旅游设施基础之上的配套设配相较于传统规划来说是有差异的，它没有将游客的具体需要纳入规划考虑的范畴，忽视了旅游规划的“人性”的部分，因此，这样的旅游规划也将是徒劳无功的，最终也将难以定位自己的规划目标和形式。另外，对于城市旅游规划来说，城市规划和旅游规划在专业性和人才的配备上是有差异的，这也使得旅游规划协调工作难以得到相关部门的有效帮助。

三、针对城市旅游规划的优化措施

城市旅游规划是建立现代化城市必不可少的一个重要部分，针对以上关于我国目前城市旅游规划中存在的问题和不足，下文将从相关旅游规划建设部门的协调性、法律制度的建设以及专门统筹机构的建立几方面来论述优化城市旅游规划的具体措施。

1.加强旅游部门的协调性

城市旅游规划不是单靠规划组织的工作实施就能够得到有效设计和安排的，因为城市旅游规划的复杂性和特殊性，它需要多个部门与之共同的参与和实施，而加强旅游部门协调性的措施便是促进城市旅游规划与其他部门的协调合作的有效方式之一。城市规划是以促进城市整体发展为目的的对整个城市的各个方面进行合理的总体设计和规划的项目，而对于目前承载越来越多内容的城市规划来说，毫无疑问旅游规划已经成为了促进城市化发展的重要内容，反方向来说，想要发展城市旅游规划也就必须依赖城市规划的发展，需要旅游部门的协作来帮助两个规划在发展步调上尽量的一致。城市规划和城市的旅游规划在协调的方式上一般分为主动协调和被动协调两种，主动协调是指两个规划在编制阶段就得到相互的协调和稳定的同步发展，而被动协调则强调的是两个规划在出现了分歧和矛盾以后才进行的相互妥协，这两种协调模式在本质上就有很大的区别。

2.加强对规划的法律保障

上文提到过我国关于城市旅游规划存在立法缺乏的问题，而为了保障城市旅游规划的顺利实施，相关部门有必要加强城市旅游规划法律制度的建立和完善，让规划也能够有法可依。要想提高规划的法律效应，可以通过制定一些切实可行关于旅游规划的法律制度，让城市旅游规划不再与其他较高级的环境法律等相冲突或是没有实际意义，以此来弥补对于旅游规划法律制度的缺陷。同时，对旅游规划进行相关法律法规的维护和保障，不仅可以提高旅游规划的执行力，还可以在相应的程度上避免规划被相关领导者主观修改。在城市的整体规划中，适当增加关于城市旅游规划的内容将不仅可以帮助城市规划的顺利有效实施，还可以帮助城市旅游行业的规范和发展，因此，很有必要加强对于规划的法律制度的建立和完善。

3.建立和完善规划的工作机构

有了法律制度的保障，还需要一个强有力的机构来帮助完成法律制度所保护的对象，在这里就是我们的主题，城市旅游规划。建立和完善城市旅游规划的工作机构，将有利于城市旅游规划设计和工作实施的效率和水平，让城市旅游规划工作得到更好的发展。建立和完善城市旅游规划工作机构，需要一步步落实相关职能机构的工作责任范围，比如说可以组建较高级的旅游管理委员会、建立城市旅游管理的新制度等，以此来改变城市旅游管理分散、部门凌乱的现状。城市旅游的管理部门是实施旅游规划的主要机构，在制定相关城市旅游规划的设计上应该充分利用城市得天独厚的旅游资源以及相关的历史文化背景，在组织协调城市旅游场所基礎设施的基础上，充分整合各个相关部门以及行业的优化与资源的配置，提高旅游的服务水平，帮助旅游规划工作机构的组建，保证城市旅游规划能够有效的实施。

四、结语

城市旅游业伴随我国经济和城市化的发展必将迎来更广阔的发展空间和更好的发展机遇，而合理有效的对于城市旅游进行规划和统筹安排也必将能够有效的加快城市化的进程以及提高城市的经济发展水平。因此，伴随我国城市化水平的不断提升也就要求各个城市进行必要而有效的城市旅游规划，并且在实践中不断地探寻符合自己城市特点的优化措施，保证当地城市旅游业的兴旺发展以及整个城市经济的实质性发展。

参考文献：

[1] 邓爱民.对城市旅游形象的思考[M].中南财经政法学报，2011（11）.

[21]刘颂.城市旅游可持续发展思路探讨[J].国土开发与整顿，2013（9）.

[3]吴人韦.旅游规划理论的发展 [J].城市规划汇刊，2012（7）.

[4]邹再进，罗光华.城市旅游规划与城市相关规划的关系[J].重庆师范学院，2010（18）.

优化规划方案 篇10

在传统配电网中,负荷的有功功率由主网供给;由于配电网中线路基本不提供无功功率,为了避免传输无功功率导致线路损耗增加与节点电压下降,在配电网中常通过并联电容器、采用就地补偿的方式为负荷提供无功支持,少量不足部分则由主网补充[1]。近年来,风力、光伏、微燃气轮机等分布式电源以清洁、可再生、高效等特点受到广泛关注,作为集中式发电的有效补充,分布式电源接入配电网已成为必然趋势。分布式电源的大量接入使得配电网的形态发生重大改变,传统无源配电网将逐渐发展成为遍布分布式电源的有源配电网。近期研究表明,分布式电源除发出有功功率外,还能不同程度地提供无功支持[2]。因此,分布式电源、并联电容器将成为未来配电网中的有功和无功电源。若将配电网中能够提供有功或无功功率的电源统称为广义电源,则并联电容器可以看做是有功功率为零、只发出无功功率的广义电源,而分布式电源则可以看做是既能发出有功功率、也能发出无功功率的广义电源。

目前,国内外已有学者对电容器优化配置和分布式电源选址定容问题进行了研究,但大多是将两者分开考虑,在配置电容器时只考虑无功优化[3],在分布式电源选址定容时只考虑有功优化[4-5]。文献[6]从无功优化角度对线路电容器无功补偿装置进行规划,以网损费用和设备投资费用之和最小为目标函数,以节点电压和无功补偿容量为约束条件,采用细菌群体趋药性算法求解。文献[7]从有功角度对分布式电源选址定容规划,分析了负荷和分布式电源的时序性,并考虑多场景采用遗传算法计算。研究结果表明,分布式电源可以降低电网损耗、改善电压质量和延缓设备升级换代[8],与电容器无功优化功能一致。另一方面,与输电网不同,配电线路电阻R常大于电抗X,有功功率也对线路电压降有很大影响。因此,无论从有功和无功功率优化目标的一致性考虑,还是从配电网参数考虑,单一的无功规划和有功规划都存在局限性,将可能导致配电网资源的浪费和建设投资增加。综合研究电容器和分布式电源等配电网广义电源的优化配置具有重要的理论价值和现实意义。

文献[9]考虑了无功补偿影响因素,采用随机潮流计算方法,对间歇性分布式电源进行优化配置,没有考虑电容器等控制量随负荷变化的功率调节,更没有考虑分布式电源的无功调节能力,导致无功资源利用不充分,因此目标函数计算不准确。针对上述问题,本文建立分时段多状态模型以考虑分布式电源的不确定性,基于机会约束规划建立分布式电源及电容器综合优化配置模型,并考虑分布式电源的无功调节能力,通过二层规划实现分布式电源、电容器有功和无功功率的优化调度。对IEEE 33 节点系统进行仿真,验证了所提出的模型和方法的可行性和有效性。

1 广义电源和负荷时序性多状态模型

为综合考虑风力发电、光伏发电以及负荷的时序性和随机性,本文建立考虑时序的多状态模型。将一天分为24个时段,在每个时段分别对风力、光伏和负荷建立多状态模型。对于第t个时段的建模思路如下。

步骤1:根据历史数据得到第t个时段风速、光强和负荷大小的期望值与方差。

步骤2:计算该时段风速Weibull分布[10]参数kt,ct,光强Beta分布[11]参数αt,βt,负荷正态分布参数μt,δt。

步骤3:分别将风力发电出力、光伏发电出力和负荷分为多种状态,根据步骤2中概率分布参数计算第t个时段风力发电出力、光伏发电出力和负荷每种状态出现的概率。

下面给出步骤3的具体实现方法。

1.1 风力发电时序性多状态模型

风力发电的输出功率与风速大小直接相关,而风速一般服从Weibull分布,其概率密度函数为:

式中:v为平均风速;c为尺度参数;k为形状参数。

风力发电输出有功功率Pw与风速v之间的函数关系式为:

式中:Pr为风力发电机额定功率;vci为切入风速;vr为额定风速;vco为切出风速。

将风电机组出力按照风速分为多种状态,令Nv为风速在切入和额定风速之间划分的状态数,每种状态的概率可由式(1)、式(2)计算获得,具体如表1所示。表中:v(i)= (i-0.5)/[Nv(vr-vci)];k1和k2为Weibull分布参数。

对于双馈异步风电机组,输出或吸收的无功功率在一定范围内可通过励磁调节。一般情况下,网侧变换器运行在单位功率因数状态。而实际上,由于风电机组随风速的变化而作变速运行,使其并不总是运行在最大转差功率的工作点上。当系统对无功功率有要求时,可让网侧变换器在功率允许范围内工作在非单位功率因数模式,从而改变风电机组输出或吸收的无功功率[12]。

双馈风电机组吸收无功功率的最大值Qabmwindax取决于风电机组运行时的转差、有功功率输出和最大定子电流,即

式中:Pwind为风电机组输出的有功功率;s为风电机组稳态运行时的转差;V为风电机组节点电压;Iswind为最大定子电流。

输出无功功率的最大值Qinmwindax由最大转子电流及风电机组参数决定[13],即

式中:Znm=Rnm+j Xnm,Zsn=Rsn+j Xsn,分别为风电机组等值阻抗和定子阻抗;Irwind为最大转子电流;γ 为功率因数角。

1.2 基于时序性的光伏发电多状态模型

光伏发电的有功输出功率受太阳光照强度影响,太阳光照强度一般可以看做服从Beta分布。其概率密度函数为:

式中:r和rmax分别为实际光强和最大光强;α和β为Beta分布的形状参数;Γ表示Gamma函数。

通过光强的概率密度函数,可以得到光伏发电输出功率的概率密度函数:

式中:PM为方阵最大输出功率;RM=Aηrmax,其中A和η的含义见文献[9]。

将光伏发电出力按照光强分为Np种状态,第i种状态出现的概率可由式(8)计算得出:

式中:i=1,2,…,Np。

光伏电池通过逆变器接入电网时可以通过逆变器的复用技术产生无功功率[4],且对系统的有功功率输出影响不大。光伏发电输出、吸收的无功功率的最大值分别为:

式中:Qinpvmax和Qabpvmax分别为光伏发电无功功率输出最大值和吸收最大值;Ppv为光伏发电有功注入功率,受自然资源影响;Inpv为逆变器电流。

1.3 基于时序性的负荷多状态模型

研究表明,负荷可以看做服从正态分布的随机变量,则负荷概率密度函数为:

式中:μ为数学期望;σ2为方差。

设最大负荷为Pmax,则将Pmin到Pmax这段负荷范围均分为NL个状态,PL(j)为各个状态下的负荷,其对应的概率为FL(j),则PL(j)和FL(j)可分别表示为:

式中:j=1,2,…,NL。

本文在每个时段内将风力发电出力分为5种状态,光伏发电出力和负荷大小分为3种状态,配电网状态数最大为1 080,相较于过万次的蒙特卡洛随机模拟,简化了模型计算难度,提高了计算速度,并且由于电源和负荷在每个时段内波动的幅度远小于一天内波动的幅度,因此本文方法能够有效地减少状态数,增加计算准确性。

微燃气轮机和电容器属于可控电源,出力状态可调,作为优化变量。

2 基于机会约束规划的配电网广义电源二层规划数学模型

在本文配电网广义电源优化配置中,首先需确定广义电源的安装位置与容量,目标函数中网损需要在广义电源24h出力优化之后才能得到。另一方面,出力优化又要以安装位置和容量为前提,所以计算过程中上下层相互制约并且需要反复迭代才能得到最优解,因此本文采用二层规划模型。

在二层规划模型中,各时段风力、光伏发电出力和负荷大小以及各状态下系统网损均属于随机变量。采用机会约束规划可以更好地处理随机变量的不确定因素[14]。

2.1 上层规划目标函数及约束条件

上层规划以年费用最小为目标函数,已知量包括每个时段负荷大小与概率、风力发电出力与概率、光伏发电出力与概率、各类电源投资年费用与运行维护年费用,优化广义电源安装位置与容量。年费用包括设备投资年费用Cinv、运行维护年费用Com、从电网购电年费用Cen及废气减排年费用Cei。

上层规划的目标函数为:

约束条件如下。

1)目标函数的概率约束条件

式中:X1为决策变量,即广义电源接入位置及容量、类型;ξi为配电网系统中的第i个状态量;ξmax为系统最大状态数;f(X1,ξ)为在状态ξ下系统的年费用最小值;ε 为目标函数的置信水平;F-up为f(X1,ξ)在概率水平至少为ε 时所取得最小值;P{·}表示事件概率。

设备投资年费用的表达式为:

式中:N为广义电源数;C(r,l),C(r,m),C(r,e)为现值系数,与折现率r、分布式电源使用寿命l、补偿电容寿命m和燃气轮机寿命e有关;Cwd,Cpv,Cc,Ce分别为风电机组、光伏电池、电容器、燃气轮机单位容量投资成本;Swd,Spv,Sc,Se分别为风电机组、光伏电池、电容器、燃气轮机安装容量。

运行维护年费用的表达式为:

式中:Co和Cm分别为年运行费用和年维护费用;a为单位电量运行费用;Δt为时段长度(本文取1h);Pkwdi和Pkpvi分别为第i个时段第k种状态的风电机组有功出力、光伏电池有功出力;Sci和Pei分别为第i个时段电容器出力和燃气轮机出力;Gwdk和Gpvk分别为风电机组、光伏电池第k种状态出现的概率;CR为单位燃料费用;Ffueli为第i个时段消耗燃料;b为风电机组和光伏电池发电维护费用系数;be为燃气轮机维护费用系数。

从主网购电年费用的表达式为:

式中:Cpu为购电电价;Pik和Pklossi分别为第i个时段第k种状态的总负荷和系统网损;Gk和Glossk分别为负荷、网损第k种状态的概率;Nsit为系统状态总数。

废气排放年费用的表达式为:

式中:分别为单位废气排放费用;分别为单位电量造成的废气排放。

2)支路功率概率约束条件

式中:Pl(x,ξ)为在状态ξ下支路l的有功功率;Ρmaxl为支路l的有功功率允许最大值;βP为支路功率的置信水平;Ωline为系统支路集合。

3)节点电压概率约束条件

式中:Ui(x,ξ)为在状态ξ下节点i的电压值;Uimax和Uimin分别为节点i的电压上下限;βU为节点电压的置信水平;Ωnode为系统节点集合。

4)电源安装最大容量约束条件

式中:Pnwd,Pnpv,PEn分别为第n个风电机组、光伏电池、微燃气轮机出力;Swdimax,Spvimax,Scimax分别为节点i处允许安装风电机组、光伏电池、电容器最大容量;ρ为允许最大渗透率。

2.2 下层规划目标函数及约束条件

下层规划以运行年费用最小为目标函数,已知广义电源的安装位置与容量、每个时段风力发电和光伏发电的无功功率调节范围、微燃气轮机有功和无功功率调节范围、电容器最大容量,优化每个时段分布式电源无功出力状态、微燃气轮机有功和无功出力状态和电容器的投切组数最优值,再反馈到上层准确计算适应值并继续优化。

下层规划的目标函数为:

约束条件如下。

1)目标函数概率约束条件

式中:X2为决策变量,即风、光24h无功状态、微燃气轮机24h出力状态和电容器24h出力状态;F-down为f(X2,ξi)在概率水平至少为ε 时所取得最小值。

2)多时段潮流约束条件

式中:PtLi为节点i在t时段有功负荷;Uti为节点i在t时段的电压大小。

3)控制变量约束

式中:Snci和SnRi分别为第i个时段第n个节点电容器和微燃气轮机出力大小;Snc和SnR分别为第n个节点电容器和微燃气轮机安装容量;Tsc和Tmax分别为每天电容器投切次数和最大投切次数;cosφ为微燃气轮机、风力、光伏等分布式电源功率因数。

分布式电源无功出力范围如前文所述。

3 配电网广义电源优化配置二层规划模型求解方法

本文采用精英保留策略遗传算法求解所提出的广义电源二层规划问题。在遗传操作中,本文采用具有最优保留策略、自适应交叉率、变异率和最优个体最少保留代数与最大遗传代数相结合的终止进化准则的改进遗传算法,使其能获得全局最优解。为提高编码效率,上下层遗传染色体均采用混合编码。

3.1 上层规划编码方式

每条染色体被分为4部分,如图1所示。

第1部分代表风力、光伏分布式电源位置与容量。采用两位二进制数编码,当编码为00时表示不接入,01表示接入容量为100kVA,10表示接入容量为200kVA,11表示接入容量为300kVA,g为分布式电源候选位置个数;第2部分为电源类型,与第1部分一一对应,决定第1部分每个位置的风力、光伏电源类型;第3部分代表电容器位置与容量,采用两位二进制数编码,当编码为00时表示不接入,01 表示接入容量为10 kvar,10 表示接入容量为20kvar,11表示接入容量为30kvar,d为电容器候选位置个数;第4部分代表微燃气轮机位置与容量,采用一位二进制数编码,1 为安装额定容量为300kW微燃气轮机,h为微燃气轮机候选位置个数。

3.2 下层规划编码方式

风力和光伏发电有功出力受自然资源影响,不考虑运行调控。本文将分布式电源无功出力、燃气轮机有功和无功出力和无功补偿投切数量作为控制变量,规划24h运行状态。如图2所示,每条染色体被分为5个部分。

下层规划各段均采用三位二进制数编码,共8种可能出力取值。编码长度为上层规划结果中的电源个数乘以24,即每组三位二进制编码代表电源某一时段出力值。第1部分代表风力发电每个时段无功出力状态;第2部分代表光伏发电每个时段无功出力状态;第3部分代表微燃气轮机每个时段有功出力状态;第4部分代表微燃气轮机每个时段无功出力状态;第5部分代表电容器每个时段的投切状态。

3.3 基于机会约束规划的二层规划流程

基于机会约束规划的二层规划流程如下。

步骤1:输入网络原始数据。

步骤2:根据原始数据进行潮流计算,获得初始网络相应数据。

步骤3:按上文所述对上下层规划编码。

步骤4:产生上层规划初始化种群。

步骤5:建立风力、光伏、负荷以及系统在每个时段的多状态模型。

步骤6:针对上层初始化种群中每一个个体,产生下层规划初始化群体。根据下层规划模型,对每个时段每种状态进行潮流计算,得到下层规划目标函数最优值。

步骤7:将上层初始化群体中每一个个体对应的下层规划最优值,以及每个时段的网损及对应概率、微燃气轮机出力、电容器投切组数返回,作为上层规划的已知量。

步骤8:计算上层规划模型,对目标函数进行置信水平校验。

步骤9:进行遗传操作,包括选择、交叉、变异,产生新种群。

步骤10:进行终止条件判断,若遗传代数T大于最大遗传代数,计算结束,输出结果;否则,T=T+1,转至步骤6。

4 算例分析

4.1 算例介绍

本文以IEEE 33节点配电系统为例,研究广义电源优化配置。算例中负荷水平为4 015kW。待选风力、光伏电源安装节点为6,13,23,29,待选微燃气轮机安装节点为20,31,待选电容器安装节点为3,7,13,19,24,26。风力发电机、光伏发电机、微燃气轮机和电容器维护费用系数取0.1,单位容量设备年投资费用、单位电量运行费用系数见附录A表A1。分布式电源最大渗透率取30%。购电电价取0.5元/(kW·h)。单位电量产生的废气及排放费用见附录A表A2。 微燃气轮机额定容量为300kW,燃料消耗量Ffuel可直接通过曲线拟合得到计算公式[15]。具体每个时段出力状态根据下层规划结果控制。无功电容补偿器单组额定容量为10kvar。各节点可安装补偿电容器不超过10组。每天电容器最大投切次数为4次,本文假设夜间光伏发电处于待机状态。

4.2 结果分析

4.2.1 独立规划与综合规划方案比较

采用所提出的模型和算法,对以下3种情形配电网二层规划结果进行分析。情形1是先规划电容器后规划分布式电源;情形2是先规划分布式电源后规划电容器;情形3是有功和无功功率的综合规划。目标函数、支路功率及节点电压的置信水平均取0.9时规划结果及年费用比较分别如表2和表3所示。

万元

分析表2和表3中各情形规划结果,可以得出如下结论。

1)情形1 与情形2 相比,电容器安装容量多100kvar,分布式电源安装容量少100kW。说明先规划电容器时,为满足电压和降损要求,电容器安装容量较大;再规划分布式电源时,因电网指标已有提升,不需要大量分布式电源接入,情形1下各项费用均高于情形2,总年费用高出12.03万元。

2)情形2 与情形3 相比,电容器安装容量多10kvar,分布式电源安装容量少100kW。情形2投资与运行维护年费用低于情形3,但从上级电网购电费用和废气排放费用远高于情形3。由于总费用中购电和排放费用比例较大,所以情形3的总年费用比情形2少4.86万元。说明有功和无功功率的综合规划结果在减小网损、充分利用自然资源方面效果显著,并且有利于增加分布式电源接入容量。

通过以上3种情形仿真模拟可以看出,分布式电源的规划与电容器的配置是相互影响、相互依赖的。综合规划各方面效果最优,规划时应首选综合规划方案。先规划分布式电源后规划电容器效果稍差于综合优化,但优于先规划电容器后规划分布式电源,规划时可作为备选方案。

4.2.2 考虑电源实际运行控制结果比较

本文在规划中考虑实际运行状态,根据下层规划计算得到情形3运行时各时段分布式电源无功出力状态、微燃气轮机有功和无功出力状态及电容器投切最优方案,并将结果与仅考虑电容器控制、仅考虑微燃气轮机和电容器控制结果比较,结果如表4所示。不考虑控制时,微燃气轮机所有时段按最大出力计算。

万元

从表4数据可以看出,仅考虑电容器调控时,运行年费用、总年费用和网损均大于另2种情况,且总年费用比综合调控情况多22.4万元;考虑微燃气轮机与电容器调控后,网损和运行年费用下降,说明微燃气轮机有功和无功功率的分时段调控能够降损并减少年费用。综合调控分布式电源无功状态、微燃气轮机与电容器时,各项指标均明显优于只调控微燃气轮机和电容器的情况,且运行年费用、购电年费用、总年费用与网损相比于仅调控微燃气轮机与电容器情况下减少量分别在8.5%,0.4%,1.7%和12.38%以上,其中网损改善最为显著,说明调控分布式电源无功出力能够明显起到降损的作用。

时段控制结果如表5所示,可以得出以下结论。

1)微燃气轮机在大部分时间处于高出力水平,在12:00,15:00—17:00及半夜适当减小了出力水平,说明微燃气轮机作为可控电源,在分布式电源出力较大与负荷较小时能调节出力水平,缓解分布式电源带来的波动性,起到削峰填谷的作用;同时微燃气轮机也是一个稳定的无功电源,在夜间光伏发电待机、无法调节无功功率时能就地补偿无功功率。

2)电容器作为可控无功电源,在分布式电源无功可调范围较小时,增加投切组数,实现无功就地补偿。例如13:00—15:00时,因光伏发电有功出力较大导致无功调节能力较小,电容器保持最大投切组数补充无功功率。

3)分布式电源无功出力不同时段差别较大。由于分布式电源有功出力、负荷无功需求随时段变化明显,导致分布式电源无功出力可调范围和最优值改变,说明分布式电源能够在无功功率可调范围内,尽量满足负荷无功需求,达到无功就地平衡,降低网损,所以应充分发挥分布式电源无功调节能力。

4.2.3 目标函数置信度灵敏度分析

本文对风力、光伏等不可控变量采用多状态建模并得到各状态概率,所以置信水平的选取对规划结果有很大影响。置信水平表示结果的可信赖度,置信水平为0.90即表示能够满足系统情况90%的可能性。而不确定性来源于不可控电源与负荷的随机性。在不同置信水平下,对4.2.1节中3种情形进行计算仿真,结果如图3和表6所示。

从图3可以看出,在置信水平相同时,综合规划年总费用低于其他2 种情形。随着置信水平的增大,年总费用不断而增加,即高可信赖度需要高投入,但当置信水平选取过高时,会导致因小概率的自然资源随机性而大量增加配电网电源以及运行成本,收益远小于投入,所以应选择既能包含电网大概率情况,又能达到最优经济回报的置信水平。

从表6可以看出,置信水平从0.90 增大到0.95时,情形3年总费用增长了3.7万元;置信水平从0.90降到0.85时,年总费用仅节省了1.6万元。可认为当置信水平增大到0.95时带来了过高的成本增长,而当置信水平降低到0.85时并没有带来成本的显著降低。所以本文选0.90作为置信水平参考取值。

5 结语

本文研究配电网有功、无功资源组成的广义电源的综合优化配置。充分考虑了不可控电源与负荷的时序性与随机性问题,在每个时段建立了多状态模型,并结合运行时分布式电源与电容器的无功出力状态与微燃气轮机有功出力状态的调整,提出了基于机会约束规划和二层规划的模型和求解方法。从仿真结果可以得到如下结论。

1)配电网有功、无功电源综合规划大大降低了资源浪费,提高了可再生能源的利用率,减少了年总费用。与分别规划分布式电源与电容器相比,可以获得具有更高经济效益的规划方案。

2)考虑分布式电源的无功出力,根据不同时段配电网的运行状态进行调控,有效地降低了系统网损,并在规划中考虑运行的实际情况,增加了目标函数计算的准确性。

3)综合考虑分布式电源与负荷的时序性与随机性,在每个时段建立多状态模型,能够大大减少不可能的组合状态。本文配电网状态数最大为1 080,相较于蒙特卡洛随机模拟减小了计算量,实现了考虑时序性与随机性的准确计算。

4)通过对不同置信水平下各规划方案计算,确定了置信度为0.90作为本文配电网规划模型参数的参考取值,对于配电网规划等其他类似问题具有一定的参考价值。