摘要：本文对输电网规划方法进行了概述，分析了典型输电网规划的多目标优化模型及相关的求解算法，并加入不确定因素的处理方法，多重指标的综合评估体系，并结合电力行业智能电网发展趋势，提出了输电网络规划相关的研究方向。
关键词：输电网络规划;模型;算法;综合评价体系;智能电网
1 概述
作为电力系统的重要组成部分，合理的输电网络对于提高系统运行的经济性和可靠性有着重要的作用。输电网络规划以电源规划和负荷预测为前提，在现有电网方案和给定待建线路的基础上，规划未来某一时间输电网网架结构和输电线路容量，以达到规划期的输电能力要求，并满足可靠性指标和经济性优化。
2 确定性输电网络规划
从数学的角度来讲，输电网络规划是一个含多个约束条件的非线性混合整数规划问题，不经简化的输电网规划模型具有离散、非线性、多目标等特点。在忽略系统不确定性因素作用的情况下，确定性输电网规划假设未来电源状况及负荷水平已知。输电网规划可划分为单时段规划和多时段规划：单时段规划是指未来某一水平年规划，即为静态规划;多时段规划是将规划期划分为若干时间区间，规划过程需给出每个时间区间的规划方案，整个规划过程形成动态的规划序列。
2.1 多目标规划模型
输电网规划是多目标优化问题，常规的输电网规划是以输电系统建设和运行成本最低为规划目标的水平年规划，电力市场环境下电网规划的目标转变为建设成本和市场交易费用总和最低;随着可靠性要求的提高，电力供应方和需求方的效益需要同时兼顾。对于多目标问题，常采用线性加权等方法将其转化为确定的单目标问题进行优化，以求得规划问题的有效解;也可根据目标函数的优先顺序，利用分层原理进行逐步优化。
2.2 求解算法
基于分解技术的数学优化方法是将输电网规划问题抽象成数学模型，并按照严格的最优化理论进行求解。数学优化算法求解理论完善，但随着规划变量个数的升高，求解难度加大甚至不可解。传统的启发式算法根据直观分析进行求解，常见的有逐步扩展法和逐步倒推法等，传统启发式算法简单方便且可获得较好的解，但无法保证所求解最优。而现代启发式算法虽然无法保证所求解的最优性，但其简单直观、广泛适用，并且在实际求解过程中取得了较好的结果。
2.3 多时段电网规划
多时段电网规划在确定最终电网方案的同时，还需给出过渡年份的电网形式，包括长期的多阶段规划和阶段内的时序优化。通过明确线路和设备的投建顺序，使整个电网运行更加稳定、建设更富有计划性，同时，多时段规划的处理难度也大大增加，在常规优化方法的基础上，还需结合其特点采取灵活的方法进行处理，在这方面还需进行更深入的研究。
3 考虑不确定性因素的输电网规划
假设规划期内负荷水平和电源出力已知是一种简化处理，实际电网存在诸多不确定性因素，加入对这些不确定性因素的考虑才能更加全面准确地把握电网规划过程，保证规划所得优化方案的实用性。
3.1 输电网规划中的不确定性因素
输电网规划中的不确定因素包括随机性不确定因素和模糊性不确定因素，前者指的是设备故障等随机事件的影响，常用概率方法进行处理;后者指的是未来系统参数等模糊事件的作用，一般采用模糊集合论进行处理。伴随电力行业市场化改革的不断深入，市场环境给电网规划带来许多不确定影响，近年来以风电为代表的大规模新能源接入电网运行，新能源发电的不可控性及频繁的波动性也给电网运行带来较大影响。
3.2 不确定性因素处理方法
对于不确定性因素的处理，包括多场景规划法、模糊规划法、机会约束规划法等。多场景规划是将不确定性因素划分成若干场景，在每一个场景下进行确定性的规划分析，再根据一定的决策手段得到最终的规划方案。模糊规划法是将各项数据资料进行模糊化处理，利用模糊集理论进行灵活的电网规划。
3.3 电网柔性规划
电网柔性规划又称电网灵活规划，包含对实际情况下不确定性因素灵活的处理思想。柔性规划考虑了规划方案应对未来环境变化的适应性，以较小的代价换取未来可能环境变化引起的更高的利益损失;并且柔性规划是从整个系统调节的角度寻求最优化运行方案，采用包括灰色理论、模糊理论、盲数理论等处理方法。电力市场的发展带来诸多不确定因素的引入，推动了柔性规划的快速发展，如今亦可将该方法与新的形势相结合，推广至整个电网规划体系。
4 输电网络规划综合评估体系
在规划阶段进行输电网络评估，从不同的角度出发、涉及各个参与主体，比较确定最终的决策方案，需建立对电网规划方案的各项性能进行评价的综合体系。
4.1 经济性评估
经济性评估包括企业角度的财务评估和国家角度的国民经济评估。国民经济评估是从国家整体利益出发评估方案的内部收益率、净现值、换汇成本等。
4.2 可靠性评估
电网规划可靠性评估是对电网供电能力、供电质量及供电稳定性等指标的分析，包括从静态角度的电网充裕度评估和对动态特性的安全性评估。
4.3 其他
对规划方案的经济性和可靠性评估是广泛采用的成熟的评估方法，最具实用价值。对电网规划方案，还存在适应性、风险性、社会环保性等其他角度的评估准则，它们现阶段或缺乏广泛的实用性，但仍是规划方案比较中不可忽略的因素。
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5 新形势下输电网络规划的发展方向
随着能源、经济、环境的发展变化，电网规划面临着新的发展要求。伴随新机制的引入、系统不确定因素的增加，电网规划的方法和评估体系都需要做出相应的改进。
5.1 交直流混合大电网 建立特高压交直流混合输电系统，是根据我国能源分布和经济发展特点所做出的重要决策。目前对交直流系统的研究主要集中在对其运行特性的分析，而对于交直流混合输电网络的规划研究还很欠缺。
5.2 新能源电源的引入 新能源电源具有分布式、随机性等特点，大规模接入电网对传统电网产生巨大影响。目前对于新能源接入后的电网规划研究，多将其当作一种常规不确定因素进行处理，具有一定程度的适应性，但尚未充分考虑大规模新能源接入对系统的影响。
5.3 低碳经济下的电网规划 随着资源环境问题的突显，低碳化的发展模式成为经济社会发展的必然选择，碳排放的限制、碳交易的普及给作为碳排放大户的电力行业带来了新的变革。具体到电网建设的规划过程，需考虑碳排放因素对未来电网运行的影响，对于低碳经济下电网规划研究还比较基础，有待进一步深入。
6 多目标输电网规划在智能电网的条件下存在的问题
智能电网是依托于现代通讯网络，以先进的测量、传感及控制技术为支持，利用半自动或自动化手段而形成的。较之传统电网，智能电网具有运行安全性高、自愈能力高、适应性强以及绿色环保等诸多优势。但是在智能电网的条件下，多目标输电网的规划也存在着许多的问题。比如，某市为满足市民对电力的需求，在电网规划设计之初采取了多目标输电网规划，但却只顾眼前利益，而不顾长远发展，导致其在后续供电的过程中出现了供电不稳等一系列问题。所以，在智能电网条件下进行多目标输电规划时，一定要有长远的发展计划，不要目光短浅。
在输电规划工作中，除了专业人士外也有部分缺乏工作经验的人员参与。非专业人士在面对一些问题时不能及时进行解决，对相关工作的理解程度也有限，这会使工作中的问题得不到全面有效解决，特别是在一些对技术水平要求较高的工作中，若工作人员计算结果不够准确，会导致工作无法顺利进行。所以，在人员的选用上一定要保证其专业性，如此才能更好地完成电网规划建设工作。
利用智能电网进行输电需要进行分层优化，但是目前分层优化没有起到实际应有的作用，形式化问题比较严重，虽然暂时对输电工作没有造成太大的影响，可长期以往必然会造成如供电不稳定这样的问题。在规划过程中，需要有统一的参考条件和数据，这样才能及时有效的解决问题，避免电网不稳定等情况的发生。
7多目标输电网在智能电网条件下规划的要点
7.1 项目资金的合理运用
国家在智能电网输电项目上给予的资金是有限的，因此在制定多目标输电网规划中要选择质量高、经济效益好且成本较低的方案，杜绝铺张浪费的现象。在以往的工作中，部分工作人员对投入与产出的关系存在误解，认为投入的资金越多，收获的效果越高。如X市的智能电网多目标输电规划项目，投入了巨额资金，结果其成效与投资相对较少的邻市相差无几。该市相关部门领导事后总结经验教训，认为在项目方案的选择中应加强对资金利用效率的重视，利用科学的手段计算出投入与产出的比例，在保证工作质量的前提下选择价格相对低廉的方案。
7.2 实现多目标输电网的可靠性
在智能电网条件下设计多目标输电网时要考虑到其可靠性，这是智能输电中最重要的一个性能。在设计之初要先计算出单位时间的缺电量，并用多目标输电网对其加以补充。若计算出现错误，单位时间的内的缺电量没有发生变化，多目标智能输电就失去了意义。因此，要加强多目标输电网的可靠性，利用专业的数据与计算公式，准确地计算出每日所缺电量，并及时给予补充，保证供电的稳定及时。多目标智能输电网的可靠性与输电的稳定性成正比关系，其可靠性越高，输入到居民那里的电越充足、稳定。
7.3 重视多目标输电网的灵活性
多目标输电网具有灵活性的特点，这主要归功于ATC值的计算。ATC值大小决定电量的抗扰能力与充裕程度，该数值越大，输入到用户那里的电量越充裕，也越稳定。反之，就可能会造成缺电、电流不稳定等现象。在进行ATC值计算时，需根据功率传输的分配因子与区域内的电流裕度值进行确定，再由专业的工作人员进行精确的计算，一定要做到数值准确无误，方可实现多目标输电网的灵活运用。
7.4 加强多目标输电网的适应性
设计多目标输电网时要考虑到其适应性。在智能电网中进行多目标输电过程中，其支路中的电磁环境、防雷功能、绝缘设施等都会对其线路回数起到制约作用。因此，规划多目标输电网时，应注意这些影响到线路稳定的因素。多目标电网适应性的强弱决定其能否支持智能电网的工作，若无法起到支持作用，多目标电网的规划就是不切实际的。在多目标电网的设计规划中，需考虑智能电网的输电量，以适应其在工作中产生的一系列问题。
7.5 提高多目标输电网的抗毁性
多目标输电网规划不仅要考虑到内部因素，还要考虑到如自然灾害、战争破坏等外部因素的干扰。这些因素造成电网在不同程度上的损毁，影响正常供电与人们日常用电。高介数线路是整个电网在抵御外部破坏中最为脆弱的一环，一旦其被破坏，必然导致最有效线路的重新分布，与之紧密相连的元件就会发生过载，进而引发一系列问题。所以，在多目标电网规划中要充分考虑到外部因素对其产生的威胁，在设计中严格把握好每一个环节，提高多目标输电网的抗毁性，以此保障供电的稳定性与安全性。尤其是在雷雨高发的季节，输电网的抗毁性足够强，才可以避免漏电、断电等现象发生，从而保障居民的人身及财产安全。
8结束语
总之，在电力系统不断扩大与智能电网的应用逐步宽广的背景下，多目标输电网规划中的问题也逐渐增多，怎么在智能电网的条件下更好地完成多目标输电是许多电力部门热切关心的问题。在智能输电网的设计上，要根据其经济性、可靠性、灵活性、适应性、抗毁性等特点，结合本地区实际情况，制定出合理有效的规划，以此保障供电的稳定、及时，从而更好地服务于广大用户。
参考文献：
[1]金峰，陈兵兵，姜能涛.分析智能电网条件下的多目标输电网规划[J].工程技术，2016（26）：124.
[2]叶露.智能电网条件下的多目标输电网规划[J].黑龙江科技信息，2014（21）：32.
论文作者:赵晖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/19
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