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【摘要】由于当今一次能源消耗和投资的数量也相当巨大，伴随着电力工业的发展水平对国民经济的其它部门会产生巨大的影响。所以，合理地进行电力系统规划不仅可以获得巨大的社会效益，也可以获得巨大的经济效益，相反，电力系统规划的失误会给国家建设带来不可弥补的损失，因此，对电力系统规划问题进行研究，以期最大限度地提高规划质量，具有重大的现实意义。
【关键词】电网规划;N-1原则;数学方法
引言
一个国家，其工业发展水平情况是关系于国民经济，而随着现代工业的不断发展及人民生活水平的日益提高，社会对电力的需求量越来越大，为了满足日益增大的电力需求，必须不断扩大电力系统的规模，而于现今，规划任务成了电力系统面临着日益繁重的任务之一。
1.规划方法概述与问题的划分
近年来，与传统数学优化方法，如遗传算法、粒子群算法、细菌觅食法算法、蚁群算法等不同，智能优化方法对数学优化模型没有非常严格的要求，可以很好地处理离散、非凸、非线性问题。目前，电网规划当中当应用于这些方法，在一定程度上弥补了数学优化方法的一些不足，提高了计算的速度和收敛精度。利用电网规划算法开发的电网规划设计软件可以高效的解决电网规划设计问题。比如美国能源部可再生能源实验室开发的HOMER和Hybird2两种软件[1]。
电网规划研究是一个相当复杂的问题，它需要确定的决策信息量是比较大的。而这些决策涉及到空间与时间上是相互影响的，目前，各方面条件有相对限制，尚无法将其统一的，针对在一个模型，只能将其分解成相对简单的子问题来进行考虑，再通过对子问题层层迭代进行协调，按照时间长短对电网规划研究分类，也可按照问题划分，按时间划分研究可分为以下三种[2]：
1）远景规划研究。
2）短期规划研究。
3）长期规划研究。
按照其问题划分对电网规则，则其研究领域可分为：
1）短路电流分析。
2）无功规划。
3）稳定性分析。
4）负荷预测。
5）网架规划。
短路电流分析目的在于探测由于短路电流增大所引起的变电站制约程度，并确定解决该问题的途径;或者变电站结构分离，或者部分或全部重建变电站（母线、断路器）;或者改变接地方式等。稳定性分析及短路电流分析一般作为电网扩展方案提出后的详细分析和校验手段，通常不直接用于方案的确定。
负荷预测用于预测未来电网负荷的时间分布和空间分布，即作出电网各个负荷点未来年份8760小时负荷曲线，它是电网规划决策所必需的基础工作。
网架规划及短路电流分析用于制定未来线路及变电站决策、线路及变电站扩展大部分决策是由于有功需要引起的，偶尔是由于旧变电站短路电流限制造成的[3]。
网架规划的任务是确定网络最优网架结构，以满足有功负荷传输的要求。
无功规划的任务是确定网络无功补偿容量及分布，以满足无功及电压需求。
就一般而言，输电线路的电网规划应满足于以下问题：
1）投建新输电线路地点。
2）投建新的输电线路时间。
3）投建类型的输电线路类型。
寻找一个经济性最好的网络网架规划的真正的目的、是满足未来目标年用户对负荷的需求，同时尽可能的满足并能保证对用户的正常供电，所以，一个最优网络扩展方案，满足正常状态下供电要求、且投资费用等最小是一方面的追求，另一面则满足一定的安全性要求。
2.配电网络规划具体流程
配电网是由隔离开关、无功补偿电容、架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、以及一些附属设施等组成的。在电力网中起重要分配电能作用的网络就称为配电网。
相对大部分现代电网规划来说，城市电网规划有如下儿个步骤：第一，主要电网现状分析、变电站选址定容、投资估算和经济效益分析、负荷预测、网架优化规划、无功规划、配电自动化规划，可以把其程序流程图如图1所示，同時对应的城市配电网规划图见图2所示。
图1 城市电网规划图
图2 城市配电网规划图
3.N-1检验原则概述
针对现代的城市配电网的供电安全采用N-1准则，可以表述为：
（1）高压变电所中失去任何一回进线或一组降压变压器时，必须保证向下一级配电网供电。
（2）高压配电网中一条架空线、或一条电缆，或变电所中一组降压变电器发生故障停运时。
a.在正常情况下，除故障段外不停电，并不得发生电压过低和设备不允许的过负荷;
b.在计划停运情况下，又发生故障停运时，允许部分停电，但应在规定时间内恢复供电;
（3）低压电网中当一台变压器或电网发生故障时，允许部分停电，并尽快将完好的区段在规定时间切换至邻近电网恢复供电。
因此，为检验线路是否过负荷，网络中的潮流分布和断线计算就成为重要的分析依据N一1原则也是最常用的确定性安全要求，即系统中任一元件故障时仍能保持正常持续供电，为便于实现，一般将网架规划过程分成两步来实现：第一步，在现有网络基础上，以费用最小为原则，在合适支路上增建新线，使之满足正常状态的供电要求，该网络称为最小费用网络，第二步，在最小费用网络基础上，恰当增加一些线路使之满足安全性要求。
4.电网规划目标优化问题
电网规划是将电力系统各部分组合起来，保证正常运行时的输送容量、电压质量及可靠供电的基础上，优化电网结构提高运行效率、同时达到经济上的合理，满足日后发展需要，电网的安全可靠运行主要体现在以下两个方面：
（1）正常运行方式下：正常运行时，运行指标均在允许范围内，节点均满足功率守恒定律。在电网形成阶段进行“N-1检验”，保证线路不出现过负荷现象。
（2）“N-1”安全运行方式下：在设备出现故障、检修或者负荷出现波动的运行方式下，各项运行指标应在允许范围内。规划新建线路的类型、时间及地点，保证规划电网可以安全可靠地将电能由发电厂输送给负荷，在此基础上优化投资及运行费用等一系列目标，得到电网建设的最优规划方案，作为一个典型的多目标优化问题，其特点如下[5]：
1）离散性。电网规划的决策变量是输电线路，所架设回路必须是整数，所以决策变量具有整数性质，很难利用数学上经典的整数规划算法解决。
2）非线性。电力规划中的目标函数和约束条件都含有很多非线性元素，数学中的非线性规划算法很难求解具有一定规模的电网。
3）多目标性。一个合理的规划方案在要求技术上可行的同时还需合理的投资，考虑诸如社会和环境等因素的影响，目标之间既相互关联又相互矛盾，如何优化这些目标是亟需解决的问题。
5.结论
本文通过对电网规划进行全面性的概述，同时探讨了“N-1”的原则的原理及应用意义，并针对电网规划的数学方法进行简单事与述论，有一定的现实中工程指导意义。
参考文献
[1]王锡凡.电力系统优化规划[M].北京：水利电力出版社，1990.
[2]伍力，吴捷，钟丹虹.多目标优化改进遗传算法在电网规划中的应用[J].电力系统自动化，2000（12）：45-48.
[3]谢敬东，王磊，唐国庆.遗传算法在多目标电网优化规划中的应用[J].电力系统自动化，1998，22（10）：20-22.
[4]袁培撤.城市10kV配电网规划原则和电网结构[J].能源电力，2011（8）：261-263.
【关键词】电网规划;N-1原则;数学方法
引言
一个国家，其工业发展水平情况是关系于国民经济，而随着现代工业的不断发展及人民生活水平的日益提高，社会对电力的需求量越来越大，为了满足日益增大的电力需求，必须不断扩大电力系统的规模，而于现今，规划任务成了电力系统面临着日益繁重的任务之一。
1.规划方法概述与问题的划分
近年来，与传统数学优化方法，如遗传算法、粒子群算法、细菌觅食法算法、蚁群算法等不同，智能优化方法对数学优化模型没有非常严格的要求，可以很好地处理离散、非凸、非线性问题。目前，电网规划当中当应用于这些方法，在一定程度上弥补了数学优化方法的一些不足，提高了计算的速度和收敛精度。利用电网规划算法开发的电网规划设计软件可以高效的解决电网规划设计问题。比如美国能源部可再生能源实验室开发的HOMER和Hybird2两种软件[1]。
电网规划研究是一个相当复杂的问题，它需要确定的决策信息量是比较大的。而这些决策涉及到空间与时间上是相互影响的，目前，各方面条件有相对限制，尚无法将其统一的，针对在一个模型，只能将其分解成相对简单的子问题来进行考虑，再通过对子问题层层迭代进行协调，按照时间长短对电网规划研究分类，也可按照问题划分，按时间划分研究可分为以下三种[2]：
1）远景规划研究。
2）短期规划研究。
3）长期规划研究。
按照其问题划分对电网规则，则其研究领域可分为：
1）短路电流分析。
2）无功规划。
3）稳定性分析。
4）负荷预测。
5）网架规划。
短路电流分析目的在于探测由于短路电流增大所引起的变电站制约程度，并确定解决该问题的途径;或者变电站结构分离，或者部分或全部重建变电站（母线、断路器）;或者改变接地方式等。稳定性分析及短路电流分析一般作为电网扩展方案提出后的详细分析和校验手段，通常不直接用于方案的确定。
负荷预测用于预测未来电网负荷的时间分布和空间分布，即作出电网各个负荷点未来年份8760小时负荷曲线，它是电网规划决策所必需的基础工作。
网架规划及短路电流分析用于制定未来线路及变电站决策、线路及变电站扩展大部分决策是由于有功需要引起的，偶尔是由于旧变电站短路电流限制造成的[3]。
网架规划的任务是确定网络最优网架结构，以满足有功负荷传输的要求。
无功规划的任务是确定网络无功补偿容量及分布，以满足无功及电压需求。
就一般而言，输电线路的电网规划应满足于以下问题：
1）投建新输电线路地点。
2）投建新的输电线路时间。
3）投建类型的输电线路类型。
寻找一个经济性最好的网络网架规划的真正的目的、是满足未来目标年用户对负荷的需求，同时尽可能的满足并能保证对用户的正常供电，所以，一个最优网络扩展方案，满足正常状态下供电要求、且投资费用等最小是一方面的追求，另一面则满足一定的安全性要求。
2.配电网络规划具体流程
配电网是由隔离开关、无功补偿电容、架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、以及一些附属设施等组成的。在电力网中起重要分配电能作用的网络就称为配电网。
相对大部分现代电网规划来说，城市电网规划有如下儿个步骤：第一，主要电网现状分析、变电站选址定容、投资估算和经济效益分析、负荷预测、网架优化规划、无功规划、配电自动化规划，可以把其程序流程图如图1所示，同時对应的城市配电网规划图见图2所示。
图1 城市电网规划图
图2 城市配电网规划图
3.N-1检验原则概述
针对现代的城市配电网的供电安全采用N-1准则，可以表述为：
（1）高压变电所中失去任何一回进线或一组降压变压器时，必须保证向下一级配电网供电。
（2）高压配电网中一条架空线、或一条电缆，或变电所中一组降压变电器发生故障停运时。
a.在正常情况下，除故障段外不停电，并不得发生电压过低和设备不允许的过负荷;
b.在计划停运情况下，又发生故障停运时，允许部分停电，但应在规定时间内恢复供电;
（3）低压电网中当一台变压器或电网发生故障时，允许部分停电，并尽快将完好的区段在规定时间切换至邻近电网恢复供电。
因此，为检验线路是否过负荷，网络中的潮流分布和断线计算就成为重要的分析依据N一1原则也是最常用的确定性安全要求，即系统中任一元件故障时仍能保持正常持续供电，为便于实现，一般将网架规划过程分成两步来实现：第一步，在现有网络基础上，以费用最小为原则，在合适支路上增建新线，使之满足正常状态的供电要求，该网络称为最小费用网络，第二步，在最小费用网络基础上，恰当增加一些线路使之满足安全性要求。
4.电网规划目标优化问题
电网规划是将电力系统各部分组合起来，保证正常运行时的输送容量、电压质量及可靠供电的基础上，优化电网结构提高运行效率、同时达到经济上的合理，满足日后发展需要，电网的安全可靠运行主要体现在以下两个方面：
（1）正常运行方式下：正常运行时，运行指标均在允许范围内，节点均满足功率守恒定律。在电网形成阶段进行“N-1检验”，保证线路不出现过负荷现象。
（2）“N-1”安全运行方式下：在设备出现故障、检修或者负荷出现波动的运行方式下，各项运行指标应在允许范围内。规划新建线路的类型、时间及地点，保证规划电网可以安全可靠地将电能由发电厂输送给负荷，在此基础上优化投资及运行费用等一系列目标，得到电网建设的最优规划方案，作为一个典型的多目标优化问题，其特点如下[5]：
1）离散性。电网规划的决策变量是输电线路，所架设回路必须是整数，所以决策变量具有整数性质，很难利用数学上经典的整数规划算法解决。
2）非线性。电力规划中的目标函数和约束条件都含有很多非线性元素，数学中的非线性规划算法很难求解具有一定规模的电网。
3）多目标性。一个合理的规划方案在要求技术上可行的同时还需合理的投资，考虑诸如社会和环境等因素的影响，目标之间既相互关联又相互矛盾，如何优化这些目标是亟需解决的问题。
5.结论
本文通过对电网规划进行全面性的概述，同时探讨了“N-1”的原则的原理及应用意义，并针对电网规划的数学方法进行简单事与述论，有一定的现实中工程指导意义。
参考文献
[1]王锡凡.电力系统优化规划[M].北京：水利电力出版社，1990.
[2]伍力，吴捷，钟丹虹.多目标优化改进遗传算法在电网规划中的应用[J].电力系统自动化，2000（12）：45-48.
[3]谢敬东，王磊，唐国庆.遗传算法在多目标电网优化规划中的应用[J].电力系统自动化，1998，22（10）：20-22.
[4]袁培撤.城市10kV配电网规划原则和电网结构[J].能源电力，2011（8）：261-263.