（电力系统及其自动化专业论文）考虑市场环境的多目标输电网优化规划研究.pdf

上海交趣大掌工掌博士掌位论文 性目标的成本效益指标评价方案以寻求最优解。 4 ) 提出基于场景分析和联系数不确定性的多目标输电网规划模型。 该模型采用多场景分析方法和联系数处理不确定性信息，根据基于场景 概率的综合灵活度，采用综合经济性和灵活性目标的成本效益指标评价 规划方案。与联系数相结合，改进了多场景分析方法在输电网规划中的 、应用水平，得到的优化方案具有更好的经济性和灵活性，投资效益更高。 5 ) 提出基于模糊集对分析法的计及a t c 多目标输电网规划模型， 综合考虑输电网的经济性、可靠性和灵活性，并采用可用输电能力( a t c ) 来量化输电网的灵活性。该规划模型针对不同类型指标特性建立相应的 模糊联系度表达式，同时包含确定性和不确定性信息，在规划过程中根 据确定性信息采用满意度指标对方案进行评价，然后根据不确定性信息 对评价结果进行风险分析。， 6 ) 分析了贪婪随机自适应搜索算法( g r a s p ) 在输电网规划应用中 存在的不足，提出改进措施提高其收敛性能和收敛速度。构造消除过负 荷效用表达式作为贪婪函数评估线路对电网的作用；采用灵活的比例法 建立限制候选列表( r c l ) ，并利用随机选择法产生初始可行方案；采取 交换、剔除等方法产生邻居集拓展搜索空间；采用邻居删除技术提高求 解速度。这些措施使得g r a s p 具有较好的收敛速度和全局收敛能力。通 过相应的扩展方法使得g r a s p 适用于求解多阶段输电网规划问题。 以上模型和算法充分考虑了电力市场环境下输电网规划的新特点， 并对不同规模的输电网规划算例进行计算和比较，分析结果表明它们可 行而且有效，为解决电力市场环境下输电网规划问题开创了新的思路。 关键词：市场环境，多目标输电网规划，阻塞管理，经济效益，联系数， 多场景分析方法，模糊集对分析，贪婪随机自适应搜索算法 上5jt大尝工掌博士掌位论文abstract i 己e s e a r c ho fm u l 月i o b j e c t i v et r a n s m i s s i o n n e t w o r kp l a n n i n gco n s i d e r i n g e l e c t r i c i t ym a r k e t a b s t r a c t g r e a tc h a n g e sh a v eb e e no b s e r v e di nt h ep o w e rm e c h a n i s m sd u et ot h ec o m p e t i t i o no f e l e c t r i c i t ym a r k e t , w h i c hh e n c eh a sag r e a ti n f l u e n c eo nt h ep l a n n i n gt e c h n o l o g i e s n e c h a n g e so nt h ee v a l u a t i o ns t a n d a r df o rt h ep l a n n i n gs c h e m e sa r ci ng r e a tn e e db e c a u s eo f t h ea l t e r a t i o no ft h ep l a n n e ra n dr e q u e s to fm a r k e tm e c h a n i s m s i ne l e c t r i c i t ym a r k e t , t r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a y sa l li m p o r t a n tr o l e ，b e c a u s ew h e t h e ri t sc a p a c i t yi se n o u g ha n d r e a s o n a b l ew i l lg r e a t l ya f f e c tt h eb e n e f i to fe a c hp a r t i c i p a t o ri nt h em a r k e t ，a n do v e n i n f l u e n c et h es e c u r i t yo fp o w e rs y s t e m t h e r e f o r et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gb e c o m e s e s s e n t i a l t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h en e wc h a r a c t e r i s t i c sa n d r e q u e s t so ft r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gf o rt h ed e v e l o p i n ge l e c t r i c i t ym a r k e t ；i n t r o d u c e s n e wm e t h o d st oe v a l u a t et h es c h e m e s ；b u i l d sn o v e lm o d e l sf o rt r a n s m i s s i o nn e t w o r k p l a n n i n g ；a n ds o l v e st h em o d e l sb yan e wa l g o r i t h m t h ei n n o v a t i o n so f t h i sd i s s e r t a t i o n a r ea st h ef o l l o w i n g ： 1 ) an o v e lm o d e lo fm u l t i - o b j e c t i v et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gw i t hc o n g e s t i o n m a n a g e m e n ti sp r e s e n t e d , c o n s i d e r i n gg e n e r a t i o nc o s t ，t r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n tc o s ta n d l o a dc u r t a i l m e n tc o s tt o g e t h e r i nt h i sm o d e l ，t h ec o n g e s t i o nm a n a g e m e n tm e t h o d sb a s e d o nt h eo p fa r ea p p l i e dw i t hg e n e r a t i o na d j u s t m e n ta n dl o a dc u r t a i l m e n tu s e dt oa l l e v i a t e n e t w o r kc o n g e s t i o n a sar e s u l t , t h er e s o u r o ei sc o l l o c a t e do p t i m a l l y , a n dt h es o c i a lw e l f a r e i si m p r o v e d 2 ) an o v e lm o d e lo fm u l t i o b j e c t i v et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gb a s e do nt h e m a r k e te c o n o m i cb e n e f i ti sp r e s e n t e d ，c o n s i d e r i n gt h es o c i a lw e l f a r ea n di n v e s t m e n tr e t u r n r a t et o g e t h e r i nt h ep l a n n i n gm o d e lan o v e lo p fm o d e li su s e dt oc o m p u t et h es p o tp r i c e c o n s i d e r i n gt h et r a n s m i s s i o nc h a r g ei nt h eo b j e c t i v ef u n c t i o n a f t e rt h ee c o n o m i cb e n e f i t i n d e x e so fi n v e s t m e n t1 e t l l mr a t ea n dm a x i m a ls o c i a lw e l f a r ea l ee v a l u a t e db yu s i n g m a r k e ti n f o r m a t i o n , t h eo p t i m a ls c h e m ei ss e a r c h e dw i t l lt h eo b j e c t i v ef u n c t i o no fm a x i m a l s o c i a lw e l f a r ea n dt h ee c o n o m i cr e s t r i c t i o no fi n v e s t m e n tr e t u r nr a t e i i i 上海交趣大掌工掌博士掌位谶 文a l l s t r a c t 3 ) an o v e lm o d e lo fm u l t i o b j e c t i v et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gb a s e do nt h e c o n n e c t i o nn u m b e ri sp r e s e n t e d i nt h i sm o d e lt h ec o n n e c t i o nn u m b e ri su s e dt or e p r e s e n t t h es y n t h e t i cu n c e r t a i n t i e so ft h er a n d o m ，f i 】z 瓢a n dg r e yo n e si nt h et r a n s m i s s i o nn e t w o r k p l a n n i n g ；an e wd cp o w e rf l o wm e t h o do ft h ec o n n e c t i o nn u m b e ri sp r e s e n t e dt oo b t a i n t h el i n ep o w e rf l o w ；ac o n n e c t i o nn u m b e rc o m p a r i s o nm o d e li sd e v e l o p e df o rt h eo v e r l o a d a n a l y s i s ，f r o mw h i c ht h er e l i a b l es e c t i o no f 也en e t w o r ki so b t a i n e d 1 1 1 eb l i n dn u m b e ri s i n t r o d u c e dt od e s c r i b et h ef l e x i b i l i t yo fe a c hr e l i a b l es e c t i o n ，w h i c hi sc o m b i n e dw i t l lt h e e c o n o m i c sb yt h ec o s t - b e n e f i ta n a l y s i sm e t h o dt oe v a l u a t et h ec a n d i d a t es c h e m e s 4 ) an o v e lm o d e lf o rm u l t i o b j e c t i v et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gi sd e v e l o p e db y c o m b i n i n gt h es c e n a r i o sm e t h o da n dt h ec o n n e c t i o nn u m b e r , i nw h i c ht h es c e n a r i o s m e t h o da n dt h ec o n n e c t i o nn u m b e ra r eu s e dt o r e p r e s e n tt h em a c r o s c o p i c a la n d m i c r o c o s m i cu n c e r t a i n t i e sr e s p e c t i v e l y ag e n e r a lf l e x i b i l i t yo ft h en e t w o r kf o rm u l t i p l e s c e n a r i o si so b t a i n e do nt h eb a s i so ft h es c e n a r i o sp r o b a b i l i t y , a n dt h e nt h ec o s t - b e n e f i t a n a l y s i sm e t h o di su s e dt oe v a l u a t et h ep l a n n i n gs c h e m e s c o m b i n e dw i t l lt h ec o n n e c t i o n n u m b e r , t h es c e n a r i o sm e t h o di si m p r o v e di nt h ea p p l i c a t i o no ft r a n s m i s s i o nn e t w o r k p l a n n i n g , a n di t so p t i m a ls c h e m e h a sb e t t e re c o n o m i c s ，f l e x i b i l i t ya n di n v e s t m e n tb e n e f i t 5 ) a n o v e lm o d e lo fm u l t i - o b j e c t i v et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gw i ma t cb a s e d o nt h et h e o r yo ff u z z ys e tp a i ra n a l y s i s ( f s p a ) i sd e v e l o p e d i nt h ep l a n n i n gm o d e l e c o n o m i c s ，r e l i a b i l i t ya n df l e x i b i l i t ya r ee m p h a s i z e d a st h r e ei m p o r t a n tf a c t o r st oe v a l u a t e t h es c h e m e s ，a n da v a i l a b l et r a n s f e rc a p a b i l i t y ( a t c ) i sp r o p o s e dt o q u a n t i f yt h e f l e x i b i l i t yo ft h en e t w o r kf o rt h ef i r s tt i m e a f t e rt h ec o n c e p to ff s p ai si n t r o d u c e d ，t h e d i f f e r e n te x p r e s s i o n so ff u z z yc o n n e c t i o nd e g r e ea r ed e v e l o p e da c c o r d i n gt od i f f e r e n t p r o p e r t i e so fm u l t i o b j e c t i v e si nt h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n g w h o at h ef s p ai s u s e dt os o l v et h ep r o b l e mo fm u l t i o b j e c t i v et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n g , t h ec e r t a i n a n du n c e r t a i ni n f o r m a t i o na r eb o t hi n c l u d e di nt h ep l a n n i n gm o d e l a f t e rg e t t i n gt h e s e q u e n c e so ft h ec a n d i d a t es c h e m e sb yu s i n gt h ec e r t a i ni n f o r m a t i o nt oe v a l u a t et h e s c h e m e s ，t h ec e r t a i ni n f o r m a t i o ni su s e dt oc a t t yo u tt h er i s ka n a l y s i so ft h ee v a l u a t i o n r e s u l t s 6 ) a c c o r d i n gt ot h es h o r t c o m i n g si nt h ea p p l i c a t i o no fg r e e d yr a n d o m i z e da d a p t i v e s e a r c hp r o c e d u r e ( g r a s p ) i nt h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n g , s o m ew a y sa r ep r o p o s e d t oi m p r o v ec a l c u l a t i o ns p e e da n dg l o b a lc o n v e r g e n c ep e r f o r m a n c e i nt h ec o n s t r u c t i o n p h a s e , t h ei m p r o v e dl i n ei n t e g r a t e dv a l i d i t yi n d e xi si n t r o d u c e da st h eg r e e d yf u n c t i o n , a n d ar e s t r i c t e dc a n d i d a t el i s t ( r c l ) i sc o n s t r u c t e db yr u l eo fp r o p o r t i o n , f r o mw h i c he l e m e n t s a r er a n d o m l yc h o s e nt of o r maf e a s i b l es o l u t i o n 弧er e d u n d a n tl i n e si nt h ef e a s i b l e 上海冀圆大掌工掌博士掌位爿 文a b s t r a c t s o l u t i o na r ee l i m i n a t e da c c o r d i n gt ot h ea c t u a le f f e c to ft h el i n e s ，w h i c hp r o v i d e sa l l e f f i c i e n ta n de c o n o m i c a li n i t i a ln e t w o r kf o rl o c a ls e a r c h , a n dt h el o c a lo p t i m a ls o l u t i o ni s s o u g h tb yu s i n ge x c h a n g em e t h o dt ob r i n gn e i g h b o rs e tt oe x t e n ds e a r c hs p a c e a st ot h e d i m e n s i o nt r a g e d y b r o u g h tb yt h en e t w o r ks c a l ea u g m e n t a t i o n ，f i v en e i g h b o r - p r u n i n g t e c h n i q u e sa r ep r e s e n t e d ，w h i c hi m p r o v e st h ec o m p u t i n gs p e e do ft h i sa l g o r i t h m t h e a b o v em e a s u r e si m p r o v ec a l c u l a t i o ns p e e da n dg l o b a lc o n v e r g e n c ep e r f o r m a n c eo fg r a s e s o m ee x p a n d e dw a y sa r ep r e s e n tf o rg r a s pt os o l v et h ep r o b l e mo fm u l t i s t a g e t r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n g t h em o d e l sa n da l g o r i t h mm e n t i o n e da b o v et a k ef u l lc o n s i d e r a t i o no ft h ec h a r a c t e r so f t r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gi ne l e c t r i c i t ym a r k e t t h es i m u l a t i o nr e s u l t so ft w od i f f e r e n t s i z et r a n s m i s s i o nn e t w o r k si n d i c a t et h e ya r ef e a s i b l ea n de f f i c i e n t ，a n dp r o v i d en e wi d e a s t os o l v et h ep r o b l e mo ft r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n gi ne l e c t r i c i t ym a r k e t k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t y m a r k e t , m u l t i - o b j e c t i v e t r a n s m i s s i o nn e t w o r k p l a n n i n g , c o n g e s t i o nm a n a g e m e n t , e c o n o m i cb e n e f i t ，c o n n e c t i o nn u m b e r , s c e n a r i o sm e t h o d ，f u z z y s e tp a i ra n a l y s i s ，g r e e d yr a n d o m i z e da d a p t i v es e a r c hp r o c e d u r e ( g r a s p ) v 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：彳洋枉 日期：蜥妇f q - n 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密影 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：僻组 指导教师签名： 箍谌娄疆矬姿 日期：砷年r 月降日日期：坤j ，月日 上海交通大掌工掌博士掌位论文，r一，ne 1 1 研究意义 第一章绪论 电力工业在国民经济发展中具有重要地位，合理地进行电力系统规划是电力工业 健康发展的前提和基础。电力系统规划包括电力负荷预测、电源规划和电网规划。电 力负荷预测是在充分考虑一些重要的系统运行特性、增容决策、自然条件与社会影响 的条件下，利用相关历史数据以及数学处理方法确定未来某特定时刻的负荷数值；电 源规划是依据电力负荷增长和能源开发情况，确定合理的电源结构、制定发电机组的 扩建、退役和更新方案；电网规划是在给定未来水平年电源规划和负荷预测的基础上， 根据现有的电网结构，合理地选择新建线路以满足系统安全、可靠、经济运行。而电 网规划又分为输电网规划和配电网规划两个部分，本文主要研究输电网规划问题。 电力工业的改革将发电、输电和配电三部分逐步从传统的电力企业一体化结构中 分离开来【l 】，引入基于市场条件的竞争机制，给电力行业组织和运营体制带来巨大改 变，同时也极大地影响到技术层面，特别是由于规划主体的变化和市场化运作的要求 导致规划方案评判标准发生变化【2 3 】。在电力市场环境下如何进行电源和电网规划成 为十分重要的问题。2 0 0 0 - - 2 0 0 1 年美国加州电力危机和2 0 0 3 年美加8 1 4 大停电中电 力市场出现的问题，表明在电力市场环境下增加发电容量和增强电网的重要性，电力 系统的安全需要有足够的电能生产能力和输送能力。 输电网在电力市场中有着举足轻重的作用。输电容量是否充足，容量配置是否合 理将关系到各市场成员的切身利益，关系到各参与方能否公平竞争，甚至影响系统的 安全运行，因而输电网规划是一个引人瞩目的问题f l ，4 】。 在全国联网和电力市场的新形势下，迫切需要提出新的输电网规划理论和方法来 保证规划的合理性、适应性和经济性，并建立一个开放的输电网来满足发电资源的优 化配置和市场交易的需求，为真正实现全国联网、促进跨省和跨大区的电源结构之间 的互补效益、实现全国范围内发电资源的优化配置、防止电力再次成为国民经济发展 的瓶颈提供保证。 1 2 市场环境下输电网规划的特点 l 上溽哭疆大事工掌啊士事口嗣曹天】f 一，r 卜h 传统输电网规划的主要任务是配合电源规划，在研究了规划期间负荷增长情况和 电源规划方案的基础上，为满足电力供应和需求的发展，确定最佳的输电网发展计划， 使输电网的建设和运行费用最小。电力市场中发电厂和输电网的分开，使得电力系统 的规划方式发生了重大变化，电源规划和输电网规划将分别由发电公司和电网公司独 立进行【5 , 6 j 。这使得电力市场下的输电网规划具有新的特点。 1 2 1 输电网规划的不确定性 在电力市场环境下，输电网规划将面临众多的市场不确定因素，它们有的是在市 场环境下出现的全新不确定因素，有的则是传统模式下的不确定因素在市场环境下出 现的新情况【7 ，引。按不确定因素的性质可划分为运行机制不确定、市场主体的不确定、 发电环节的不确定、输电环节的不确定、购电环节的不确定以及相关因素如电价、运 行成本的不确定，等等【9 1 。诸多的市场不确定性因素在输电网规划过程中主要体现为 电源规划、负荷变化、系统潮流变化、投资回报等无法预知，如何适应这些不确定因 素，使输电网具有较好的灵活性和鲁棒性，相对于传统的输电网规划来说，求解难度 大大增加了【1 , 1 0 】。 1 ) 未来电源规划的不确定性 电力工业市场化以后，发电厂和电网分离，在引进外资和集资办电政策引导下， 发电领域全部由国家投资并垄断经营的格局被打破，实现了办电主体多元化，各发电 厂都将实现竞价上网。发电规划成为发电公司的内部事宜，以电厂投资者的利益最大 化为目标，尽管需要满足政府或监管机构所制定的相关法规或条例的约束。发电规划 在很大程度上取决于发电公司或发电厂投资者对电力市场未来的电价走势、国家相关 政策的调整、能源价格走势以及负荷变化等因素的预测。因此，新的电厂或机组的类 型、位置、容量和投运时间，以及旧机组和旧电厂的退役或停运等决策一般由发电公 司自行做出，而且发电公司往往不会将这些信息提前在市场中公布。这些情况对输电 网规划来说都是不确定的因素，但输电网的运行又要适应电源的配置和负荷的变化， 这会给输电网规划带来很大的困难和影响。另外，输电网的建设周期相对于电厂的建 设周期来说较长，所以很难估计未来较长时间内的系统电源及市场的变化，这也增加 了输电网建设的投资风险【l 】。 2 ) 未来负荷变化的不确定性 电价是电力市场的核心问题之一，其决定因素包括上网机组的成本、市场的供需 2 上海jt大掌工掌博士掌位论文】f一，n分 状况以及系统的健康状况，等等。实时电价的采用使得电力市场中未来任何时段的电 价都是不确定的，会发生波动。如果考虑用户的需求弹性，则负荷水平也会随电价的 波动而变化。电力市场的发展趋势是根据供电质量向用户收费，因此当用户根据自身 的考虑出发改变对供电质量的要求时，可导致系统资源一定程度上的重新分配，这增 加了负荷特性的不确定性。天气变化、国民经济发展速度、居民消费水平变化以及在 缺电环境下实施的错峰避峰等相关政策，使得负荷变化具有更大的不确定性。 3 ) 系统潮流的不确定性 在电力市场中，电网调度的原则是根据电厂机组的报价和用户需求来决定成交 量成交价格和优化调度次序。市场中各电厂生产的目标是其利润的最大化，从各自 的利益出发它们会不断调整自己的竞争策略，按照自身条件和市场需求确定投入机组 台数及其生产规模。电力市场逐渐对用户侧开放，用户可以自由选择供电商购买电力， 则用户和电厂之间的供求关系的变化将更频繁，并可能产生大规模的远距离输电交 易。这就要求输电网有足够的区域间输电容量。供用电双方的转运业务导致市场平衡 点不断变化，导致新的潮流模式。电力交易的不确定性使得原来的输电网势必产生新 的网络拥挤情况，这时要建设新的输电线路来减轻输电瓶颈，也可以采用安装f a c t s 等设备或提供无功支持的方法来调整线路的潮流，以便尽可能利用现有输电网的输送 容量。 4 ) 投资回报的不确定性 电力市场改革前，一体化电力企业通常是输电网的唯一投资者，传统机制保证电 力企业能安全地实现投资回收并获得一定的利润，这种情况下输电网投资不存在任何 风险。改革后的电力市场，输电网的投资需要大量的资金并且投资回收是一个长期过 程，大部分投资者不太会选择长期的输电网投资，因为投资时间越长，不确定性就越 多，例如电源规划、负荷变化、政策变化、电价、燃料价格等不确定因素，导致投资 回收的风险很大。为了减小项目投资的资金风险和保证获得最大投资回报，对输电网 规划方案进行经济评估是非常必要的。经济评估需要对输电网投资后的收益情况进行 分析。 5 ) 电价的不确定性 在市场环境下，电价随负荷涨落而变化，随地点而不同，随可靠性而升降。由于 负荷的不确定性、地点的不确定性、可靠性的不确定性和网络拥挤情况的不确定性， 使得电价变化频繁，再加上实时电价各种计量方法的不同以及计算过程中存在的误 3 上海交通大掌工掌博士掌位论文】亨一 悖 差，使得电价的不确定性更加突出。 6 ) 规划目标的不确定性 传统体制下，电力部门作为政府部门本身肩负行业监管的职能，市场化改革后， 电网公司作为独立的法人运作，其本身具有逐利性，但是由于电力行业的特殊性，电 网公司包括输电网规划工作都将受到政府部门的严格监管，二者之间的博弈过程也将 造成输电网规划工作在目标以及最优方案的选择上具有不确定性。 7 ) 投融资体制的不确定性 与传统的较为稳定的国家投资体制相比，电力市场环境下输电网建设的融资方式 更为灵活多样，这就意味着输电网建设工作受金融市场中不确定因素的影响更大，如 银行利率、股市、汇市的变化均有可能对输电网规划工作产生较大影响。 上述种种不确定性因素大大增加了输电网规划工作的难度，在这种情况下，传统 规划方法已经越来越不适应当前电力市场环境下输电网规划工作，迫切需要新的理论 和方法来获得最佳规划方案以适应未来不确定环境。 1 2 2 输电网规划的多目标性 电力市场机制的引入和大电网互联战略的实施，输电网规划涉及因素越来越多， 需综合考虑输电网的经济性、可靠性和灵活性等多个目标，而这些目标有时是具有不 同重要性甚至是相互矛盾的。要达到较高的可靠性水平，需要加强对输电网建设的投 入，从而使方案的经济性水平下降；反之，提高方案的经济性水平，必然削弱网架电 气连接的紧密性，导致系统可靠性指标下降。市场环境下不确定性因素众多，这就要 求输电网有足够的灵活性来适应未来不确定环境，而输电网的灵活性需要增加投资来 保证输电网的剩余容量，这又与方案的经济性相矛盾。因此需要合理地解决各个目标 之间的关系，平衡协调好各方权益，使得优化方案的综合效益最佳。在技术上，多目 标优化方法关键需要解决好以下四个方面：一是不同目标的量纲差异；二是多个目标 的权重；三是具有较好的扩展性，便于添加新的目标；四是目标评价的独立性和客观 性。 1 2 3 输电网规划的经济效益性 尽管社会效益最优仍然是输电网规划的最终目标，但是输电网投资者的直接目的 将从原来的发、输、配电总体利益最大化转变为电网运行和建设的利益最大化，这种 变化是电力市场改革的必然结果。因此，电力市场中输电网投资后的效益将是输电网 4 上署，巴丑大零工字啊f 士字口【嗣 天 j b 一l l t 舅r _ 萌 规划的决定因素。输电网投资者为了减少项目投资的资金风险和保证获得最大的投资 回报，将根据电网运行状况和市场信息对输电网规划方案进行经济评估，并最终选择 线路架设的位置、时间和容量【l 】。 电力市场中输电网规划可采用实时电价、阻塞费用、边际传输成本等多种形式的 技术目标，但其根本目标是在保证系统可靠性的前提下满足市场的输电需求，减少输 电容量限制，从而降低电厂的地区性市场支配力。当输电网达到传输极限时，在受电 困难的负荷区域将不能购买到其他地区价格较低的电能，同时负荷区域附近的电厂也 可能根据电网阻塞情况，故意抬高电力出售价格，这些情况都将降低电力市场的总体 效益，不利于资源的优化配置。 由于电网公司本身具有自然垄断的性质，所以政府监管机构需对其加强监管，使 用一些控制垄断企业盈利的方法来保证较好的社会效益，避免电网公司操控电力市 场，有意造成网络阻塞，提高区域价格。在新的形势下，电网的规划部门和投资者， 需定义新的规划目标、原则以及发展新的规划模型和方法，将企业的局部利益和社会 效益这一总体目标统一起来。电力市场要保证向输电网的投资者提供足够的投资动 力，从而使输电网在市场环境下有效发展；另外，电力市场下输电网的空余容量将得 到充分利用，输电网负担将加重，电网运行部门在保证效益的同时需确保电网运行安 全可靠。 1 2 4 输电网规划的大系统性 大电网互联是当今世界电力工业提升发电资源优化配置能力和实现规模经济效 益的国家行为。全国联网是我国电力发展的重要目标之一。实现全国联网是打破以省 为实体的垄断格局、促进跨省和跨大区的电源结构之间的互补效益、实现全国范围内 发电资源的优化配置、保证我国经济和能源的可持续发展、防止电力再次成为国民经 济发展瓶颈的重要步骤。以上项目的政治意义和经济效益不言而喻。但如何保证国家 战略的实施，只有依赖于体制和技术的创新，才能更加有效率地实施这一造福于子孙 后代的国家能源战略。各大区和各省间电网之间存在着巨大的潜在电力交易的空间。 输电网规划一个非常复杂的组合优化问题，很难求得最优解，特别随着网络规模 的增大，往往会出现“维数灾难 。到目前为止，这类问题还没有得到完满的解决。 在求解大规模输电网规划问题时，目前的优化算法可能会产生一些适用性问题，如寻 优速度慢、运算时间长和局部收敛等【1 1 1 。 5 上海交趣大掌工学博士掌位论文 第一章- - 啼 竞争的电力市场改变了以往传统输电网规划的目的、方式、方法和标准，呈现出 不确定性、多目标性、经济效益性、大系统性等特点，对输电网规划提出了新要求， 需寻求新的输电网规划模型和方法来满足这种需求。一个可行的输电网规划方案必须 能满足未来市场对输电网容量的需求，保证输电网运行的可靠性和灵活性，并且能安 全和较快地回收投资成本。市场环境下的输电网规划方法从经济角度和工程角度两方 面同时对电力系统进行分析，即同时考虑发电、负荷和输电的物理规律，以及有效地 评估规划方案和不确定因素。同时，电力市场仍处于初级阶段，理论、政策和定价体 系都不完善，所以在对输电网规划中考虑不同交易模式具有重要的意义。进行电力市 场环境下输电网规划方法的研究，对于电力工业和国民经济的可持续发展具有重要现 实意义。 1 3 输电网规划国内外研究现状 输电网规划是在已知给定电源规划和负荷预测的基础上，根据现有的电网结构， 合理地选择新建或扩建线路以满足电力系统安全、可靠和经济运行。从数学上讲，输 电网规划是一个多目标、不确定性、非线性整数规划问题。要想解决这个复杂的问题， 必须进行一些技术上的假设和简化【吃】。根据简化手段的不同，形成了众多有特点的规 划方法，同时也提出了多种优化算法求解规划模型。 1 3 1 输电网规划方法研究现状 1 3 1 1 电网灵活规划方法 电网灵活规划【1 3 】，又称为电网柔性规划，是指在进行电网规划时，计及各种不 确定因素，以最佳的柔性规划方案来适应未来环境的变化，使规划方案在总体上达到 最优。其灵活性体现于现在的规划方案能适应未来的环境变化。经过多年的研究和发 展，这一领域的研究工作取得了很大进步，提出了一些新的理论和方法，并取得了较 好的社会和经济效益。根据对不确定信息处理方法的不同，灵活规划的研究具体可以 分为两类：第一类为多场景分析方法；第二类为基于不确定性信息数学建模的电网规 划方法，如随机、模糊、灰色和盲数规划等。 ( 一) 多场景分析方法 多场景分析方法首先对未来环境中的各种不确定性因素进行分析，得到它们一系 列的可能取值，再将各种可能取值分别组合为一个个未来可能环境( 场景) 。通过计 6 i - 海交通大掌工掌博士掌位论文】寥一， 舅h e 算，寻找出一个具有最好适应性和灵活性的规划方案( 即能够适应大多数场景的规划 方案) ，则此规划方案即为综合最优方案。多场景规划大大降低了不确定性建模和求 解的难度。其难点在于如何合理地分析、预测出各种场景，以及如何判断规划方案的 综合最优性。其缺陷是求解结果缺乏理论上的适应性，同时对于变量或场景过多的情 况有可能会造成求解上的困难。 1 ) 基于决策偏好的场景技术【1 4 】 该方法先计算多种规划方案在多个场景下的成本，然后依据悲观决策法、乐观决 策法、最大后悔值决策法等决策论方法给出最优方案。这种方法建模简单，易实现。 其不足之处在于没有计及各场景的发生概率，各种场景平等对待，不符合实际；而且 仅凭决策者的决策偏好来猜度和处理规划问题，缺乏必要的严谨性和适应性，使得规 划方案具有太强的主观性，不利于实际运用。 2 ) 基于等微增率准则的电网灵活规划方法【1 5 】 该方法选取最大可能的负荷场景为未来参考场景，求得基于节点负荷变化下各场 景的初始投资和补偿投资，通过计算分析分别得到初始投资、补偿投资与负荷之间的 曲线关系，再利用等微增率准则求得最佳电网灵活规划方案。求得的电网规划方案在 一定的负荷变化区间内具有较好的经济性和鲁棒性。该方法考虑的不确定因素较少， 重点突出未来负荷增长的不确定，使得产生的最佳方案缺少全局适用性，而且也未考 虑场景的发生概率。 3 ) 考虑线路被选概率的电网灵活规划方法【1 6 】 由于各个未来场景的实现概率不同，在采用多场景分析方法进行电网规划时所求 得的电网灵活规划方案就应该更适应于实现概率较大的场景；而对实现概率较小的场 景而言，则适应性要低一些，从而使所求得的规划方案更能适应真实的未来环境，提 高该方案的适应性和鲁棒性。基于这一思想，文献 1 6 】从微观的角度出发，直接分析 各条待选线路在未来环境中的被选情况，通过定义各条待选线路被选概率的概念来判 断线路在未来环境中的重要程度和适应性，根据各待选线路被选概率的大小选择线 路，形成最终的网架结构。该方法直观、快速、便捷。但是孤立的考虑单条线路的被 选概率来组成规划方法具有一定的盲目性，没有计及线路间