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摘要：目前我国很多城市电网建设滞后的一个重要原因是变电设施用地、输电线路走廊和电缆通道等规划用地得没有得到有效的保障。很多地方电网发展规划还没完全纳入城市总体规划，没有实现电网规划和城市规划协调发展。从近几年各地电网建设的情况来看，各地电网建设基本上都是力图与城乡规划相配合，但是还存在或多或少的问题。文章介绍了电网规划问题的基本理论和影响电网规划的因素，阐述了电网结构在电网规划中的重要性，最后，对电网规划数学模型进行了研究，为电网规划优化问题提供了理论基础。
关键词：电网规划；电网结构；规划模型
电力系统是由发电厂、输电线路、变电站、配电线路及电力用户组成的统一整体。电力网简称电网，是电力系统中联系发电和用电的中间环节，是电力系统的重要组成部分。电力系统的安全实质上是电网结构问题，电网结构优化是电网规划的重要目标之一。我国电网经历了几十年的发展，规模越来越大，全国已经建立了国家电网、区域电网、省级电网、地区电网的层次管理模式，电网结构日益复杂，区域间、地区间电能交易日益频繁，所有这些都给电网规划带来一些新情况、新问题，电网规划遇到了前所未有的巨大挑战。
1电网规划问题概述
城市作为电力系统的主要负荷中心，安全性、可靠性、高效性一直是城市电网建设和运行维护中关注研究的重点。近年来，我国城市电网设计规划进步较大，但是，由于我国还是一直保持着一种“重视发电、轻视输送配电”的建设原则，传统认识认为，只要能源充足，就能够做好电力系统的建设工作，而输送配电网络的不科学和不合理也在无形中浪费着电能资源，从而对供电系统的发展造成影响。虽然政府也在有意识地改变这种状况，努力使电力系统的建设趋向正规合理。但由于我国起步较晚，依旧存在一些问题，特别是乡镇级别的电网规划如：基础差、底子薄；改造时间紧，任务急，规划不够充分；线路型号选择水平较低，不能高速负荷发展需要；变电站和开关所预留的空间不足，限制电网增容；网络结构不尽合理；无功容量考虑不足；系统可靠性和经济性难以协调；新技术应用不足。因此，必须对于城市电网规划问题进行思考，及时分析我国城市电网规划中存在的问题，从而确保电网规划达到实际效果。
2电网结构
电网结构与电压等级、电源、负荷点的容量和数目、它们之间的地理位置以及可靠性要求等因素有关。
其中，放射式是一种最简单的电网结构，运行调度和控制最为方便，但单回送电线路供电可靠性不高；链式结构是放射式的扩展，但可靠性低于放射式；环网式结构有较好的可靠性与经济性，但当某一线路退出运行后，电压质量可能较差。具有多个电源的电网有环网式和串链式两种常用结构，两者均有很高的可靠性，但多个闭环结构电网的调度和控制比较复杂，短路发生的概率也较高。干线式结构投资最省，但可靠性较差，只适用于负荷密度小，可靠性要求不高的配电网。网格式结构适用于负荷密度很大，电压质量和供电可靠性要求很高的城市配电网。
电网结构对电力系统运行的安全性、经济性、电能质量以及调度控制的方便性和灵活性等均有很大的影响。一个好的电网结构来自于一个合理的电网规划，因此电网规划是起决定性作用的。任何电网都需要根据自身的特点研究并解决其可能出现的安全可靠性问题，因为安全和稳定都是电力系统正常运行不可或缺的基本条件电网规划一般都是在现存电网的基础上，根据资源和需要，向前滚动发展，这是比较简单易行的，一般中短期规划都这样做，但它也有一个致命的弱点，即中短期内看不出的问题，在长期规划中则暴露无遗，以致与中短期规划发生冲突。因此规划合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的基础。
3电网规划数学模型
电网规划的数学模型主要包含变量、约束条件和目标函数3个要素。在电网规划中，变量有决策变量和状态变量，约束条件包括决策变量的建设条件约束和各状态变量的上下界以及各变量应满足的制约关系等。目前大多数电网数学优化模型只考虑线路过负荷约束和潮流方程约束，没有考虑电压、稳定、可靠型指标、资金投资限制等约束。目标函数是决策变量和状态变量的函数，主要包括电网的建设投资和运行费用，体现了电网规划问题的多目标性和经济性。
电网规划优化问题是基于现有电网结构，在已知电源水平及负荷需求情况下，同时假设变电站的扩建或新建的时间、地点和容量都已确定，来决定在规划期内何时何地架设多少回输电线路，使得线路年费用最小。
对新建线路不但需计入投入资金，还需要计入其年运行费用；对已建线路则仅需计入年运行费用。
设线路j的长度为Lj，单位长度综合投资为aj，则其投资Zj为Zj=ajLj。
线路的年运行费为：
式中，Hj为维修、折旧费等占投资的百分数；C0为电能损耗电价；τ为最大负荷损耗小时；rj为导线单位长度电阻；Pj为线路上流过的有功功率；UN为线路的额定电压；λj2为负荷功率因数的平方。
这样公式（2）变为：
式中，D1，D2，D3分别为新建、已有、总线路集合；θj为系数，定义为：
建设费用和运行费用最小的目标函数，在考虑约束条件后的增广函数数学模型如下：
F=NF+Cg∑Rp
式中，NF为方案的年费用；Cg为惩罚因子；Rp为方案的约束条件。建立目标函数后，待选线j被选中，考虑潮流、线路输送容量过负荷以及电压约束条件。
流约束。函数为：
AtPt=Dt（t=1，2，…，T）
式中，At为t时段的节点有功注入和线路流动有功的关联矩阵；Pt为t时段的线路流动有功功率；Dt为t时段的节点注入有功功率。
②容量约束。函数为：
P1k≤P1k，max
式中，P1k，max为支路k的潮流限值，k∈D3。
③电压约束。函数为：
Vi，min≤Vi≤Vi，maxi∈Nb
式中，Vi，max，Vi，min和Vi分别为节点i的电压上下界和正常运行电压，Nb为节点数。
4结语
电网规划的主要目的是满足网架的经济性和安全可靠性要求。本文正是从安全性和经济性方面对电网规划问题的相关理论知识进行了详细的阐述，并对电网规划数学模型进行了研究，所做工作对下一步从理论上提出改进的配电网规划模型具有一定的指导意义。
参考文献
[1]章文俊，程浩忠，程正敏，等.配电网优化规划研究综述[J].电力系统及其自动化学报，2008，20（5）：16-23.
[2]张振安，唐国庆.基于小生境技术改进遗传算法在供电网规划中的应用[D].南京：东南大学，2005