考慮介數的電網規劃設計方案評價淺析

蔡濤 張振中 朱珠

考慮介數的電網規劃設計方案評價淺析

蔡 濤1，張振中2，朱 珠3

（1.安徽電氣工程職業技術學院，合肥 230051；2.紫金礦業集團股份有限公司，福建 廈門 361000；

3.銅陵學院，安徽 銅陵 244000）

摘 要：在電網規劃的過程中考查電氣介數，將其作為電網均勻性目標列入電網規劃多目標決策中，提出便于工程計算的電氣介數計算方式。電網規劃設計過程中采用加權決策法評估設計方案。

關鍵詞：電網規劃；電氣介數；復雜網絡

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.151

0 引言

多目標決策問題的目標既有定量指標也有定性指標，通過綜合分析最終確定最優或者滿意方案，其解不唯一，在數學規劃中稱為非劣解，在經濟學領域稱為有效解或Pareto最優解[1，2]。電網線路負載率和變壓器負載率相關指標要求電網在規劃設計時具有均勻性特點。電網均勻性包括電網結構均勻性、負荷分布均勻性、運行參數均勻性等方面[3]。為了實現電網均勻性目標，在電網規劃時就要綜合考慮均勻性因素，將均勻性因素歸納為可量化分析的參數并作為一個設計目標加入到電網多目標規劃中去[4]。

網絡所有節點的度與網絡平均度接近，則網絡呈現出均質網絡的特點[5]。介數具有全局性特征，能夠很好聯系具體節點和全局結構。基于幾何特征的介數定義，結合電網電氣參數特點衍生出的電氣介數等特征參數可以用來研究電網均勻性[6]。本文選擇介數作為衡量網絡均勻性的指標，在討論電網介數計算方式后，運用離散多目標加權決策法對電網規劃方案進行評價。

1 電氣介數計算

介數可指示網絡節點的重要性，節點的介數（Betweenness centrality）定義為：

（1）

其中是從節點s到節點t的最短路徑經過節點的數量，是從節點s到節點t的最短路徑數目。此定義完全依據幾何關系計算介數，刻畫了節點對網絡節點間傳輸信息的控制能力。結合電網電氣參數又發展出線路電氣介數和電網節點電氣介數[7]。電氣介數的引入參考傳輸功率、節點度和節點重要性人為權重等因素。一般加權的線路電氣介數表達式為，其中m，n表示線路起始節點，為考慮發電節點容量和負載節點容量的權重，代表發電和負載節點在mn線路上引起的電流，G和D分別代表電源節點和負荷節點。相應的按照節點類型將節點介數分為電源節點、中間節點和負載節點來定義節點[7]。這種完全使用電氣參數進行節點介數定義的方式雖然能夠從電氣參數角度全面反映節點的電氣參數特性但并不便于實際網絡計算，尤其是大型網絡運行狀態復雜，相關參數在不同運行條件下變化很大。為考查電網均勻性而引入的電氣介數可以考慮在幾何介數的基礎上結合電氣參數構建新的電氣介數參數，參數形式考慮使用（2）式所示結構。

（2）

其中表示節點或者線路的乘性電氣權重，表示加性電氣權重，權重確定與之前電氣介數采用容量和電流值的方式一致，具體數值上進行歸一化處理。需要指出的是為了使電氣介數盡可能真實反映節點或線路對電網能量的傳遞能力以及反映該節點在全網的重要性，需要對節點s到節點t的最短路徑經過節點的數量進行修正。在電網正常運行及故障情況下計算節點之間可能發生電氣關聯的節點路徑數量，舉例說明如圖1所示。圖1（a）和（b）表示的是計算經過220kV變電站B的介數時，110kV變電站A和C最短路徑A-B-C應當要計算在內。圖1（b）所示是T接方式，在計算介數時不需要再增加T接點作為節點，而只計算220kV變電站B作為網絡節點的介數。對于圖1（c）計算220kV變電站B和C時電氣介數，應當計算A-B-C路徑和B-C-D路徑。但是對于A-B-C-D路徑，由于從潮流分析看，正常運行及故障時作為配網受端網絡都不會出現從A到D的潮流，所以在計算節點B和C的介數時，不應再計入此路徑。

2 多目標決策設計方案比較

規劃方案考慮220kV系統和110kV系統。紅色邊為新建線路及110變電站位置，原系統線路用藍色標記，包括1座500kV變電站、19座220kV變電站、40座110kV變電站。

為了簡化評價過程在給定評價權值后采用線性分配法進行決策。評價的目標包括工程總費用F1、工程工期F2、運行費用F3、負載率F4、電網均勻性F5，經過專家評議目標權向量為=（0.4，0.1，0.2，0.2，0.1）。對目標開始排序，其中電網均勻性目標為計算各220kV變電站的電氣介數，將這些介數歸一化后比較方差值和均值得到排序為A、B和C方案。列寫所有目標排序如表1所示。

計算權矩陣得到：

=

構造線性規劃問題對A、B和C方案進行排序，使得排序后權值和最大。最終得到排序為B、C和A，使得權值最大為1.5。

3 小結

本文將電氣介數作為電網均勻性目標與其它目標組成多目標決策問題進行電網規劃，使用權決策法對候選方案進行排序。在求解電氣介數時兼顧網絡幾何特征和電氣參數特征提出一種便于工程計算的方法。

參考文獻：

[1]方國華，黃顯峰.多目標決策理論方法及應用[M].科學出版社，2011.

[2]Zeleny M.Multiple Criteria Decision making[M].McGraw-Hill.1982 .

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[4]潘智俊，張焰，祝達康等.計及電網運行非均勻性的多目標輸電網規劃[J].電力自動化設備，2014，34（05）：53-58.

[5]汪小帆，李翔，陳關榮.網絡科學導論[M].高等教育出版社， 2012.

[6]王凱.基于復雜網絡理論的電網結構復雜性和脆弱性研究[D].華中科技大學，2011.

[7]徐林，王秀麗，王錫凡.電氣介數及其在電力系統關鍵線路識別中的應用[J].中國電機工程學報，2010（01）：33-39.

基金項目：安徽電氣工程職業技術學院科技項目（2017ybxm02）和（2019ybxm01）；

安徽省教育廳科技項目（KJ2018A0853）

作者簡介：蔡濤（1984-），男，安徽合肥人，本科，講師，從事電力系統自動化、智能控制、輸配電線路等方面教學與科研工作。