基于风险评判的城市电网规划方法

邱灿

摘 要：完善电力市场是大势所趋，电力市场环境下城市电网规划面临的不确定因素更多、更复杂。文章在参阅大量文献的基础上，提出基于风险评判的电网规划新方法，而风险的量化采用遗憾值计算。算例表明，在负荷预测基础上，综合衡量不同负荷状态下的规划网络的风险水平，能科学提升市场环境下的电网投资成效，具有一定应用价值。

关键词：风险评判 电网规划 电力市场

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0017-02

随着电力市场的推进，电力系统面临的不确定因素不但在数量上不断增加，在复杂程度上也有所提升。电网规划作为顶层设计，更充满着风险。为有效指导电网投资，必须在追求多目标协调的同时，对规划风险进行量化，以使决策趋于最优。

1 电网规划中的不确定性

电网规划基于负荷预测、电源规划和网络现状等环节，受制于政策、环境、经济、资源等因素，可谓充满不确定性。在电力市场和智能电网蓬勃推进的当下，由于电价和配电侧放开、分布式能源接入等变化，使得电网规划的难度不断加大。为了改善这种情况，首先要具备对事物变化的有效响应能力。文章在参阅文献[1]的基础上，认为鉴于市场的公平交易性，可假想不确定因素有界（对概率分布不做假设）。

文献[2]提出用“遗憾值”来表征特定网络对特定负荷的风险程度，详见式（1）所示。

其中，al，j为对应于“负荷模式fj-规划方案pl”组合的评价值；poptimal为fj下的最理想方案；aoptimal，j为对应于“fj-poptimal”组合的评价值；rl，j为fj下pl的遗憾值。（1）遗憾值可表征特定方案对特定负荷的适应性（遗憾值越大，损失越大）；（2）若某方案在任何负荷模式下的遗憾值均为零，则可称该方案“坚固”；（3）若找不到“坚固”方案，可寻求遗憾值极小化方案。

2 城市电网多目标优化建模

城市电网规划是一个多目标、变权重问题。而从数学上讲，多目标问题可表述为相同约束条件下追求不同目标函数极值的问题。因电网规划中不同目标之间往往有冲突，导致不存在使所有目标均处于最理想状态的最优解）。为保证方案选择的客观、公正，就需要寻找一个妥协解，一般可用遗传算法来完成。

2.1 多目标建模

根据当前电力系统的主要特征，建立如式（2）所示的多目标城市电网规划模型。其中：B为正常态下网络的节点导纳阵，δ为正常态下节点电压相角向量，PG、PL分别为节点进、出功率向量，A为节点支路关联阵，Z为支路电抗对角阵，Pmax为线路功率上限，Bl、δ1分别为断开线路l后的节点电纳阵和节点电压相角向量，xj·max为j走廊允许增建回数，Ce为“N-1”时线路允许过载率的列向量，NL为需经受“N-1”检验的线路集。

f1、f2、f3的计算见式（3）。其中，M为支路集，Lk为k支路增建路数集，k1、k2分别为资金回收率和工程运行费率，Ckl、Alk、rkl、Pkl分别为线路费用、走廊征地费用、电阻及潮流，CLoss为基于单位功率的年运行费。

2.2 目标之间权重分配

上文模型中f1、f2、f3之间的权重分配可参照文献[3]中的熵权法进行，结果为{0.8，0.1，0.1}。

3 算例

3.1 算例参数

以Garver-6节点系统作为算例[4]，其原始网架见图1所示。假设：（1）走廊征地费用10万元/km；（2）线路建设25万元/km；（3）理论上任意节点之间可连通；（4）同杆架设回路的上限是4回。

各节点的发电与负荷预测情况见表1所示。电价为（模拟市场供需关系制定）：负荷适中情况0.8元/kW·h，负荷乐观情况1.0元/kW·h，负荷保守情况0.5元/kW·h。

3.2 产生规划方案集

针对负荷预测结果，设计3种典型的概率组合来给出水平年的规划方案集。各方案的预测网架见图2、图3、图4所示，各方案的投资评价比较见表2所示。

3.3 基于遗憾值的方案评判

水平年实际负荷受诸多不确定因素影响，其可能与方案1、2、3的负荷组合均不一致。为了量化方案选择的风险，首先利用前文中提及的不确定模拟方法随机模拟出四种模式，并对这些模式进行投资评价计算；然后根据遗憾值定义，求取四种模式对参考方案的遗憾值，见表3所示。

对表3，可求取每个方案在各随机模式下的遗憾值均值，见表4。显然，均值最小的方案（方案3）在很大程度上表示风险最小、最合理。

4 结语

城市电网规划不确定因素多，在方案选择上需要充分评价方案的风险。文章构建的模型经受算例的检验，在这方面起到抛砖引玉的作用，值得推广。

参考文献

[1] 戴彦，文福栓，韩祯祥.电力市场改革对电网规划的影响[J].浙江电力，2002（3）：1-5.

[2] 熊信银，吴耀武.遗传算法及其在电力系统中的应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

[3] 刘凯滢，蔡述涛，张尧.基于风险评判的电网规划方法[J].中国电机工程学报，2007，27（22）：53-58.

[4] 赖亚宁，薛禹胜，王海风.电力市场稳定性及其风险管理[J].电力系统自动化，2003，27（12）：18-24.