电网规划与电网仿真系统李薇薇　刘小彩　李红艳　王海军　　摘要　阐述了电网规划工作的特点、要求、国内外发展现状、任务与方法，认为利用电网仿真系统性能良好的图形数据一体化环境、事件操作与事件处理、动态稳定计算等成果进行电网规划是可行的。将电网规划功能加入电网仿真系统也满足了用户进行电网规划的要求，且拓宽了电网仿真系统的应用领域。
　　关键词　电网规划　电网仿真系统　启发式方法　数学优化法
　　中图分类号：TM715；TM743　文献标识：B　文章编号：1002-1361(1999)03-0046-031　问题的提出　　随着电力系统的发展和日益复杂，对系统供电可靠性要求也愈来愈高，大型电厂在正常和事故条件下的安全、经济送电，提高输电主干线路的输送功能，保证系统达到国家颁布的《电力系统安全稳定导则》所规定的保持系统稳定的标准，以及在严重事故下能否防止大面积停电和系统瓦解等，都与电网结构是否合理密切相关。而一个合理的电网结构来自于电力系统规划人员的精心设计。电网的规划是以长期的负荷预测和电源规划方案为基础，确定最佳结构电网方案，以满足既经济可靠地输送电力，又能适应系统运行方式的变化，同时有利于电网的进一步发展等要求。输电网规划问题是一个多变量、多约束、多时段动态规划问题，它具有非线性、整数性、运行方式多样性、多阶段性的特点。
　　因而电网规划设计需要依赖现代的计算机技术，建立输电规划模型，搜寻合理的网络规划方案，进行方案正常潮流、N-1潮流、短路以及稳定等计算和校验。并且，希望能够面对规划地理接线图方便、灵活地制定规划人员所需的方案，反复进行比较、分析、计算，选出满足要求的最经济方案。电网规划应能做到既满足图形交互工作的要求，又能够从图形上迅速显示计算分析结果。
　　规划工作的这些要求，利用已经开发出的成熟的电网仿真系统(PowerSystemSimulator简称PSS)，都可得以实现。从70年代末期第一台调度员培训装置问世以来，国际上各种可样的调度员培训模拟装置(DispatcherTrainingSimulator简称DTS)已投运不少，用户从使用中发现对DTS应该提出系统分析、运行方式分析的要求，因此电网仿真系统PSS应运而生，发展至今PSS业已成为培训调度员、编制运行方式、进行系统故障计算与稳定计算的强有力工具。
　　开放式电网仿真系统采用90年代RISC工作站技术，实时数据库和适合电力系统的图形编辑器，具有较强的图形处理能力，采用X-WINDOW、MOTIF编写的具有国际流行风格的人机界面，可进行电力系统三大计算(潮流、短路、稳定)，这些都为利用仿真系统进行电网规划打下了良好的基础，并且电网仿真系统的用户也不希望PSS功能仅限于以上所述，用户在使用PSS的过程中，也提出利用PSS进行电网规划的要求。
　　电网规划工作自身的特点要求，PSS所具有的图形数据功能，PSS用户使用过程中的需求，都使得电网仿真系统用于电网规划是可行的。这必将拓宽仿真系统的使用领域，使电网规划不再局限于专业规划人员，一般电网运行人员也可利用它进行网络规划，制定电网扩展方案。尤为可喜的是，电网运行人员长期和电网打交道，非常了解网络的薄弱环节、网架的不合理性，凭他们宝贵的运行经验得出合理方案所需时间也会很短，可为有关部门进行电网建设提供参考意见。并且，仿真系统也可进入规划、设计部门，成为这些部门开展工作的有力工具。2　电网规划的任务　　电力系统的规划是在整个国民经济计划指导下，具体研究今后5年、10年、15年及更长时期内电力工业与国民经济其它部门间的合理比例关系；电力工业内部发、输、变电之间的比例关系；研究电力工业的发展规模和速度、发展规律、电力工业布局、燃料动力平衡、电力工业科学技术进步和电力工业经济效益等重大问题，并作出长远的可行安排，以指导电力工业的具体实施计划，保证电力工业高速度、高经济效率的发展，以便不断地满足国民经济各部门及人民文化生活对电力的需要。电力系统的规划由电力负荷预测、电源规划、电网规划三部分组成。电力负荷预测是电力系统规划的基础，它提供电力增长、负荷曲线及电力分布情况。电源规划目的是根据某一时期的负荷需求预测，在满足一定可靠性水平下寻求一个最经济、对社会和环境负面影响最小的电源开发方案。电网规划的任务是根据规划期的负荷增长及电源规划方案确定相应的最佳电网结构，以满足经济可靠地输送电力的要求。主要解决以下三个问题：①在何处投建新输电线路；②何时投建新的输电线路；③投建何种类型输电线路。3　电网规划的方法　　由于输电网规划问题具有非线性、整数性、运行方式多样性、多阶段性的特点。因此，要对这样一个多阶段、多约束条件、非线性整数规划问题求解，是相当复杂的问题。工程的需要又吸引着广大电力规划工作者研究了各种各样的电网规划方法，建立了多种规划数学模型。由于电网规划问题的上述特点，每一种方法都不可能建立最为精确的数学模型，都采用了多种假设和近似，这也是解决工程问题允许的。迄今国内外电网规划方法可分为两大类：启发式方法和数学优化法。3.1　启发式方法　　这类方法以直观分析为依据，接近工程人员思路，可以根据经验和计算给出比较好的设计方案，但不是严格的优化方法。在电网规划中，启发式方法直观、灵活、计算时间短，便于人工参与给出符合工程实际的较优解，这是其优点。这种方法总的特点是逐步扩展网络，但不考虑扩建线路决策的相互影响，因而不能保证给出数学上的最优解，这是它的主要缺点。3.2　数学优化法　　电网规划的数学优化法就是把电网规划设计要求归纳为运筹学中的数学模型，然后通过一定的优化算法求解，从而获得满足约束条件的最优规划方案。与电网规划启发式方法相比，数学优化方法考虑了各变量之间的相互影响，因而理论上更为严格些。但由于电网规划的变量数很多，约束条件复杂，因此，数学优化方法在建立模型时不得不对具体问题作一些简化，给予近似描述。另外，数学上最优的方案有可能与实际情况发生矛盾，因而难以得到实施，这是它的主要缺点。常用的数学优化法有线性规划、整数规划、混合整数规划、动态规划、分支定界法等。3.3　基于功率流线性规划和相关分解的0-1隐枚举法　　采用了非线性0-1整数数学模型，既避免了线性化模型(不能反映新架线与潮流非线性关系)带来的误差，也避免了连续函数模型在“取整”中产生的错误。3.4　水平年电网规划的一个混合整数规划法　　该模型要求各变量满足直流潮流方程，并计及损耗的影响，其目标函数包括线路建设投资和系统发电费用两部分。为了考虑发电出力对架线方案的影响，该模型将发电机出力也作为变量处理，因而在确定最佳接线方案的同时还给出了相应的最优发电机出力调度计划。需要说明，由于数学优化方法在建模时做了大量简化，有些决策变量难以用数学模型表达，因此数学上的最优解未必是符合工程实际的最优方案。为了提高电网规划技术的实用性，目前的发展趋势是将启发式方法和数学优化方法结合起来，充分发挥各自的优势，许多规划方法都属此类型。4　电网规划在电网仿真系统中的实现　　PSS中的电网规划软件应这样开发实现：引入电网规划课题组开发的、经过工程实践检验的规划分析程序，利用电网仿真系统已有的图形编辑、显示、实时数据库、事件操作与事件处理、电力系统动态稳定计算等成果和技术，把两者有机地结合起来，以满足规划人员进行电网规划分析的要求。开发出的电网规划软件可方便地进行多个水平年满足多种运行方式的电网规划，对规划方案可进行正常及事故条件下的潮流、短路、故障稳定等校验，计算分析结果可直观地显示给规划人员。电网仿真系统中的电网规划软件是对图形数据一体化支撑平台上开发的电网仿真系统的扩展，它充分利用了图形数据一体化环境提供的完备方便的图形编辑、上图数据编辑、图形显示、实时数据库、事件操作与事件处理、电力系统动态稳定计算等已有功能，对它们不能适应电网规划要求的部分进行了功能上的改进。电网规划软件可方便地制定电网规划方案，对方案可进行潮流、N-1、故障稳定计算等技术性约束的校验计算。由规划工作的一般步骤可知，电网规划软件应完成对规划网络描述信息的加工处理，方便地制定各水平年网络方案，对方案能进行技术约束(AC潮流、无功补偿优化、网络N-1、故障稳定等)的计算与校验，给出结果和评价。5　结语　　将电网规划的功能加入仿真系统，可拓展电网仿真系统的应用领域，使电网仿真系统在图形数据方面适应规划要求，可面对图形方便地进行输电网的潮流计算与规划，对各种计算结果和规划方案可方便显示观看，并且给出一些评估意见，供规划人员参考，提高电网规划的经济性和可靠性。并且电网仿真系统也可进入规划、设计部门，成为这些部门开展工作的有力工具，使电网仿真系统更具生命力。作者单位：李薇薇　刘小彩　李红艳　郑州电力高等专科学校，河南郑州　450004
　　　　　王海军　北京清华大学电机系，北京　100084参考文献［1］　PradipKambale,JeffreyJ.Mackauer:TheDispatcherTrainingSimulatorforMetropolitanEdisonCompany,IEEETransactiononPowerSystem,vol.2,May1996.
［2］王心丰，马志强.广东电网仿真系统［J］.电力系统自动化.1997(2).收稿日期：1999-03-24