不同电压等级城市电力网网架多目标规划研究

论文摘要

城市电力网（简称城网）通常由多个不同电压等级的网络组成。文中根据城市输电网、高压配电网和中压配电网网架的特点和规划中的要求,提出与之相适应的先进的多目标规划方法。其中,中压配电网是提高最终用户供电可靠性的关键,也是当前城网规划研究的重点,因此文中进一步研究了提高用户供电可靠性的新思路对中压配电网网架规划的影响。主要工作有:（1）提出城市输电网网架结构与分区方式的两层多目标联合规划方法。分析联合规划所涉及各方面问题的相互关系,在此基础上构建两层多目标联合规划模型。根据联合规划的物理意义设定问题求解的前提条件,从而将两层多目标规划问题的求解转化为单层多目标优化问题的求解。设计多目标遗传算法（Multiobjective GA,MOGA）的关键环节,使其在求解转化后的单层多目标优化问题的同时,逐渐形成接近原有两层多目标规划问题有效解集的一组解。（2）提出考虑负荷模糊不确定性的“手拉手”高压配电网网架多阶段多目标规划方法。使用等三角模糊数表示负荷预测值,并建立高压配电网网架多阶段多目标模糊规划模型。根据“手拉手”网架在分阶段规划中的特点及某一规划阶段各规划目标值的计算,得到各阶段优化目标的加权和,作为规划方案的评价指标。在MOGA的相关环节使用等三角模糊数的运算法则和基于满意度的模糊数大小比较与排序方法,使MOGA能够适用于模糊规划模型的求解。（3）提出基于组件式地理信息系统（Component GIS,ComGIS）网络分析功能与MOGA的城市中压配电网网架规划方法。通过ComGIS平台建立规划区域的网络数据集,在此基础上使用MOGA进行优化。利用ComGIS平台的网络分析功能优化单环最优路径,解决了遗传算法与地理信息结合时出现的网架编码复杂、进化算子效率低下的问题。利用基于Pareto秩的个体适应度函数引导MOGA的进化方向,最终得到接近多目标优化问题Pareto最优解集的一组两端供电网架方案。（4）研究基于绩效的（Performance Based Rate,PBR）可靠性管理模式对城市中压配电网网架多目标规划的影响,并对两种模式的作用进行比较,以找到其各自的适用场合。设定统一的可靠性电价-奖惩机制和可靠性指标参考值,在此基础上制定PBR可靠性管理模式的标准。根据规划网架供电可靠性指标的概率分布特性得到供电公司面临的奖惩风险指标,进而建立PBR可靠性管理模式下的中压配电网网架多目标规划模型。（5）研究分布式供电系统（Distributed Power System,DPS）对城市中压配电网网架多目标规划的影响。将DPS作为提高重要用户供电可靠性的措施,纳入中压配电网网架的统一规划中:提出DPS的运行方式及其在中压配电网网架规划建模中的处理方式;提出含DPS的中压配电网规划方案缺电成本计算方法,在此基础上建立含DPS的中压配电网网架多目标规划模型,并分析当前DPS建设中的不确定性问题及其对规划模型的影响。各章通过实际电力网规划算例来验证不同电压等级电力网网架多目标规划方法的有效性;并使用实际配电网规划结果分析了PBR可靠性管理模式与DPS对中压配电网网架规划的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 城市电力网规划的整体思路与关键问题
• 1.2.1 整体思路
• 1.2.2 关键问题
• 1.3 不同电压等级城市电力网网架规划的特点
• 1.3.1 规划问题的特点和要求
• 1.3.2 规划模型的特点
• 1.4 城市电力网网架规划方法与求解算法
• 1.4.1 规划方法
• 1.4.2 求解算法
• 1.5 本文工作和创新点
• 第二章 城市电力网网架规划的理论、方法与工具
• 2.1 引言
• 2.2 Pareto 多目标优化理论
• 2.2.1 相关定义
• 2.2.2 基于Pareto 的多目标遗传算法
• 2.3 分层多目标规划方法
• 2.3.1 多层规划与多目标规划的讨论
• 2.3.2 求解两层多目标规划问题的遗传算法
• 2.4 模糊数建模方法
• 2.4.1 模糊数的定义
• 2.4.2 基于满意度的模糊数大小比较
• 2.4.3 等三角模糊数的排序
• 2.5 组件式地理信息系统（ComGIS）
• 2.5.1 Com GIS 概述
• 2.5.2 本文所使用的ComGIS 平台简介
• 2.5.3 Com GIS 网络数据集在配电网网架规划中的应用
• 2.5.4 Com GIS 网络分析功能在配电网网架规划中的应用
• 第三章 城市输电网网架结构与分区方式的两层多目标联合规划
• 3.1 引言
• 3.2 网架结构与分区方式联合规划的数学描述
• 3.2.1 分区方法及变电站的分区属性值
• 3.2.2 基于线性规划的城市输电网供电能力计算
• 3.2.3 两层多目标联合规划模型
• 3.3 两层多目标规划问题的转化与分析
• 3.4 适用于两层多目标联合规划模型求解的遗传算法
• 3.4.1 联合编码策略及孤岛的出现
• 3.4.2 连通网架的形成
• 3.4.3 适应值计算
• 3.4.4 按比例选择与双精英种群保存策略
• 3.4.5 分层进化策略
• 3.4.6 交叉、变异算子及编码修正
• 3.4.7 算法流程
• 3.5 算例
• 3.5.1 使用本文联合规划方法求解
• 3.5.2 使用“完全分层法”求解
• 3.5.3 两种方法的比较
• 3.6 小结
• 第四章 考虑负荷模糊不确定性的城市高压配电网网架多阶段多目标规划
• 4.1 引言
• 4.2 基本概念和方法
• 4.2.1 等三角模糊数
• 4.2.2 Com GIS 在高压配电网网架规划中的应用
• 4.3 城市高压配电网网架多阶段多目标模糊规划模型
• 4.3.1 “手拉手”网架多阶段规划的特点
• 4.3.2 某一规划阶段各规划目标值的计算
• 4.3.3 规划方案评价指标的计算
• 4.4 模型求解方法
• 4.4.1 编码方法
• 4.4.2 交叉、变异算子设计
• 4.4.3 选择操作
• 4.5 算例
• 4.6 小结
• 第五章 基于组件式GIS 网络分析与多目标遗传算法的城市中压配电网网架规划
• 5.1 引言
• 5.2 ComGIS 平台及网络分析功能
• 5.3 城市中压配电网网架规划的多目标模型
• 5.4 多目标优化理论和方法
• 5.5 适用于城市中压配电网网架规划的多目标遗传算法
• 5.5.1 基于ComGIS 网络数据集的变长度整数编码策略
• 5.5.2 随机初始种群的形成
• 5.5.3 根据编码特点设计的交叉、变异算子
• 5.5.4 按比例选择和精英保存相结合的选择策略
• 5.5.5 进化终止条件的设定
• 5.5.6 算法步骤
• 5.6 算例
• 5.7 小结
• 第六章 基于绩效的可靠性管理模式对城市中压配电网网架多目标规划的影响
• 6.1 引言
• 6.2 PBR 可靠性管理模式
• 6.2.1 基于整体配电系统供电可靠性的奖惩模式
• 6.2.2 基于用户供电可靠性的停电赔偿模式
• 6.3 PBR 可靠性管理模式标准的设定
• 6.3.1 可靠性电价-奖惩机制
• 6.3.2 可靠性指标参考值
• 6.3.3 两种PBR 可靠性管理模式的标准
• 6.4 规划网架可靠性指标概率分布模拟方法
• 6.4.1 两端供电网架CAIDI、SAIDI 指标计算
• 6.4.2 可靠性指标的概率分布模拟
• 6.5 PBR 可靠性管理模式下的城市中压配电网多目标规划模型
• 6.5.1 供电公司的预期电力销售收入
• 6.5.2 供电公司的奖惩风险指标
• 6.5.3 PBR 可靠性管理模式下的城市中压配电网多目标规划模型
• 6.6 规划模型的求解
• 6.7 算例
• 6.7.1 规划结果与推荐规划方案的选择
• 6.7.2 规划结果的分析与比较
• 6.8 小结
• 第七章 分布式供电系统对城市中压配电网网架多目标规划的影响
• 7.1 引言
• 7.2 DPS 的运行方式及其在配电网网架规划模型中的处理
• 7.2.1 DPS 的并网运行方式
• 7.2.2 DPS 的独立运行方式
• 7.2.3 DPS 在规划模型中的处理
• 7.3 含DPS 的城市中压配电网网架多目标规划模型
• 7.3.1 计及DPS 的配电网缺电成本计算
• 7.3.2 模型的基本构成
• 7.3.3 DPS 建设中的不确定性问题及其对规划模型的影响
• 7.4 求解方法
• 7.5 算例
• 7.5.1 规划结果与推荐规划方案的选择
• 7.5.2 规划结果的分析与比较
• 7.6 小结
• 第八章 比较与分析
• 8.1 多目标规划模型的比较与分析
• 8.2 多目标规划方法与算法的比较与分析
• 8.3 不同可靠性条件下的中压配电网规划结果的比较与分析
• 8.4 单阶段规划与多阶段规划的比较与分析
• 第九章 总结与展望
• 9.1 总结
• 9.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录