电力系统规划

电力系统规划1.问题的提出所谓电力系统规划,实质是指对电力系统未来发展进行重新设计。这个重新设计,实际就是解决从一种平衡关系如何合理地实现到另一种平衡关系问题,而在这个过程中，负荷增长是原因，而改变的结果是电源规模和网架结构,如图1-1虚线部分所示。由此也引出了在规划设计中需要解决的以下几个问题。1.1.电力负荷预测它是规划设计的基础和前提，具体涉及如何估计系统未来的需用电量、峰值负荷以及负荷分布的形态等。图1-1电力系统图1.2.电源容量确定这需要明确系统未来何时何地增加多少容量问题，既包括建设新电厂也包括旧电厂扩建增容，涉及机组类型选择、装机进度安排、整个电源布局等内容。1.3.电力电量平衡这个供求平衡实际是规划设计的基本约束条件，但是合理实现这种平关系，还需要考虑备用容量设置、运行方式确定、计划检修安排、水文条件影响等。1.4.输电途径选择即解决系统未来何时何地架设何种线路问题。包括确定架设新线路的路径、连接方式，并明确这些路径上新建线路的电压等级和导线截面。1.5.规划设计方案经济比较通常规划设计的方案往往不是唯一的，那么在满足一定技术条件下，那一个更经济以及如何选择，或者说给出方案的经济评价，这涉及工程经济分析的有关内容。总之，上述问题便构成了电力系统规划的基本内容。如果用较完整的话来概括，所谓电力系统规划：就是以负荷需求为条件，电力平衡为约束，制定电力系统所处地区未来电源建设和电网结构的规划方案，并使之安全可靠和经济合理。2.教学目的学习这门课程,主要要求大家熟悉和掌握电力系统规划的基本原理和主要方法，了解电力系统规划设计流程、计算模型和主要技术原则，为以后从事电力系统规划设计和改造，电力系统运行及调度等工作奠定必要的理论基础。电力系统规划是一门具有综合性知识的边缘学科，除了掌握电力系统专业知识外，还涉及到数理统计、可靠性、运筹学（规划理论）工程经济学、计算机科学等相关学科。特别是随着我国经济的快速发展，在提倡节约型社会的形势下，对未来的电力系统进行合理的规划设计已成为一个重要的研究领域。实际上，在电力系统的设计、改造、调度、运行、建设、管理等各领域工作都涉及到规划设计的相关内容。因此，作为电气工程专业的学生，学习和了解这门课程的基本内容是十分必要的。3.第一章绪论3.1.第一节规划的任务与流程3.1.1.目标要求1.技术上的合理性2.投入上的经济性即是说，规划设计所追求的目标就是技术性能合理和总支出费用最低的问题。在解决新的平衡过程中，这两个问题均有可能在以下的各种因素或指标中反应出来：诸如电源布局设计、网络潮流分布、电能质量好坏、可靠性水平高低、年运行费多少等，反过来说，这些数据实际上也往往是评估规划结果是否合理的主要判据。因此，为了使规划方案具有相对好的合理性，就需要我们必须认真研究电力系统的自身特点和规划系统的具体环境，然后采取选择有效的量化分析手段，以便使决策行为最大限度符合预定的目标。特别是由于计算机技术的发展和应用，使得规划方案形成的科学性和求解过程定量化成为可能，这对于保证规划系统未来运行的经济性和可靠性具有极为重要的意义。应当注意到:电力工业是一个投资密集型和一次能源消耗最大的行业。一般说，它的发展水平和结构变化对于国民经济的发展具有巨大的影响，而电力系统实际就是电力工业的具体体现。因此合理进行电力系统规划设计，便可以有效地避免造成不必要的重复投资、重复改造和重复建设，这直接关系到巨大得经济效益和社会效益。同时，电力工业又是一个设备和技术密集型行业，其设备使用寿命相对较长，不合理的规划设计又将造成连续性的损耗费用和维护费用的极大浪废。正因如此，近年来电力系统规划工作日益受到重视。一般来说，电力系统的发展从宏观上主要受到以下几种因素的影响和制约:①电力负荷的增长水平；②一次能源的开发供应能力；③电力技术的可供性（包括设备性能、输电电压、单机容量等）。通常把上述因素称为电力开发的三个战略条件。此外，由于电能为二次能源，因此它的产生必然与一次能源的开发利用密切相关，所以在规划设计时，首先还要对能源条件进行可行性分析。3.1.2.任务及流程按照这个流程图，可以概略说明规划设计各环节的主要任务。3.1.2.1.能源规划属于电力系统规划的前期准备，主要任务包括：研究规划区一次能源平衡关系和开发条件；分析各类能源的储存分布、输送方式、可供能力、成本估算等，为电力规划及其它能量转换需求提供依据。3.1.2.2.电力负荷预测主要任务是，依据规划地区国民经济的发展速度及要求，预测规划期内,该地区对用电总需求的相关数据。3.1.2.3.电源规划主要任务是，根据能源规划和规划期电力负荷需求，提出电源布局与电源容量建设方案。3.1.2.4.电网规划主要任务是，根据电力负荷预测和电源规划，提出主干网络结构设计的规划方案并给出系统地理接线图。实际上，电源规划与电网规划是不可分割的整体，一是发电，一是输供电。但在规划设计中，如果同时统一解决这两方面的问题则比较困难。因此一般情况下将两者分开处理，然后进行总体协调。3.2.第二节规划的分类3.2.1.用途划分主要分为运行规划与发展规划3.2.1.1.运行规划主要是针对电源环节而言的，它的基本任务是解决电力系统在较短期内（常指小时，天及年等时间单位）的电力供求平衡问题。具体内容包括：(1)制定发电设备检修计划；(2)确定机组出力分配（调峰，调频部署）；(3)进行发电成本和互联系统效益分析；(4)制定燃料需求及贮存计划等。制定运行规划已成为电力系统调度部门的一项经常性工作，它是提高电力系统运行经济性和安全可靠性的客观需求。3.2.1.2.发展规划它的基本任务是解决电力系统在远景（5-20年之间）的电力供求平衡问题。其内容包括：电源布点、装机规模、更新计划、网络结构、输电走向、联网设计等。并在总体上力求电力系统的潮流分布合理，电能质量合格和运行的经济性。发展规划若按规划的周期长短，又可分为短期、中期和长期三种。(1)短期规划，一般指5年左右的规划设计，它主要针对网络部分进行优化设计或改造设计。(2)中期规划，一般指10年左右的规划设计，它主要对系统未来的发展结构或方向进行规划估计，通常一个中型水电站的建设周期约为10年左右，为此需要将电源和电网综合在一起来规划设计。(3)长期规划，一般指20年左右的规划设计，它主要是对系统发展的未来给出一种趋势性的设想方案。在我国，由于制定国民经济的发展计划常以5年为一个周期，因此,在电力系统规划中也都以5年作为规划设计的一个阶段或称水平年。因为总体规划目标的制定都是以电力发展速度适应于国民经济发展速度这个比例为依据的，实际上,短期规划只是中长期规划的一个过渡点，这样将有利于修正和调整规划设计未估计到的变化因素，以便于完善远景规划设计的合理性。3.2.2.环节划分电力系统规划如果按系统环节划分，则又可分为：电源规划、输电网规划和配电网规划。3.2.2.1.电源规划又称发电规划，主要内容是确定系统未来的电源开发策略，这个策略具体涉及：各类能源（水，火，核电）开发利用比例和布局；各类电站建设优先次序；规划期装机水平和进度；各种备用容量确定；电力电量平衡分析等。3.2.2.2.输电网规划一般是指110KV及以上电压等级线路的电力网规划，输电网的规划目标是，为实现规划期内所需的输电能力，在满足各项技术指标要求的前提下，使投入的总输电费用达到最少。输电网规划的核心内容是，合理选择输电路径并确定出这些路径上的相关参数。输电网规划的主要技术性能表现为：潮流分布是否合理；网络主要节点电压是否合格；主干线路是否会出现过负荷以及安全稳定能力等。3.2.2.3.配电网规划一般指110KV及以下电压等级线路的农村电网或城市电网规划，与输电网规划相比，不仅仅是在电压等级方面的区别，而且是在网络结构、运行方式、电能质量、供电半径、导线截面、线路数目等诸多方面存在区别。因此，在配电网规划设计时所遵循的规划准则，相应的技术要求和使用的规划方法也不同。此外，对于配电网不仅仅是规划设计问题，还必须重视它的技术改造问题。3.3.第三节规划的方法常规规划法的特征是以方案比较为基础，采用手工计算和经验判断为主的规划方法。这种方法一般是从几种给定的可行方案中经过技术经济比较选择出推荐的方案。由于给定比较的方案大都是由规划人员根据经验分析提出的，其中并不一定包括客观上的最优方案，因此最终选择结果就包含有相当的主观因素。3.3.1.常规规划法实际上，如果规划的系统规模较大且规划的周期较长，如何合理的进行电力系统规划设计则是个非常复杂的问题，因为这涉及较多的影响因素和制约条件。在这种情况下，只凭借积累经验提出可行方案进行比较而得出规划设计的最终结果，已难以保证决策的正确性和实施的可靠性，此亦常规规划方法的局限性所在。但是，常规规划方法在农村电网规划设计中仍得到了广泛应用。一方面，农村电网存在很多不合理的现象，如线损率高、电压质量低、供电可靠性差等，因此希望规划设计一次性就基本实现网络结构的合理性，这无论在技术上还是经济上都是难以做到的，所以在规划设计中应当重视规划与改造相结合，逐步向优化结构过渡。另一方面，农村电网结构简单，负荷增长水平相对低，在中短期规划中常常只是涉及几条线路路径选择或改造更换问题，因此直接依据电力供求平衡关系易于形成可行方案,，并基本可以满足工程设计要求。当然，由于农村电网元件数目众多，使用常规规划方法难以实现规划方案在各方面的技术与经济上的量化分析。因此随着计算机的应用，常规规划方法应在建立数据库，实现人机交流等方面进行研究与改进，以克服其不足。3.3.2.优化规划方法或称数学优化方法，该方法主要是利用运筹学中的规划理论，将电力系统规划的具体问题形成数学优化模型，然后利用计算机求解的一种方法。电力系统规划数学模型常以发电费用或输电费用最少为其目标函数来形成，从理论上讲，该方法可以自动形成规划问题的全部可能存在方案，并一定包含最优方案。显然，这种方法为我们提供了寻找最优方案的途径，这不仅使规划方案的技术经济评价更加全面准确，而且也大大减轻了规划人员的繁琐工作，加快了规划工作进程。但是，优化规划法在实际应用中仍存在不少问题有待于研究和探讨，特别是在数学模型中，为满足规划设计的技术经济要求，常常会概括和考虑较多的影响因素，结果却往往导致规划中的变量具有高维数、离散性、非线性和随机性等特点，从而给计算求解带来了较大困难，很多情况下则无法求解。因此，优化规划法在使用中常常不得不采用适当的简化假定以提高它的实用性。当然这在一定程度上削弱了该方法的优势，但从解决问题而又追求效率的角度讲，预计今后相当一段时期内，常规规划方法与优化规划方法会继续并存下去。3.3.3.启发式方法从理论上划分，它属于优化规划方法的简化形式，目前在输电网规划设计中得到了广泛应用。该方法的主要特点是参与规划人员的分析和决策，再从形成的实际可行方案中进行优选。该方法虽然无法保证求解的最优性，但却解决了规划设计计算困难的问题。启发式方法在应用中的一个显著特点就是对规划网络进行多次的潮流分析和计算，由于其数学模拟电力行为的方法较为得当，因此规划结果一般可以满足工程实际要求。3.3.4.可靠性分析从技术角度讲，在电力系统各环节规划设计中都不能脱离可靠性的分析和校验。其中，在电源规划中，利用可靠性分析确定未来的装机容量和进度已有典型方法并达到了实用化阶段。在优化方法中，也常常把规定要求的可靠性指标作为约束条件加入模型中进行求解。通常任何规划设计的结果在技术性能评估中，可靠性分析都是一个不可或缺的检验手段或判断依据。实际上，如在任意时间内电源出力能否满足负荷需求；电网线路输送电能是否过载等情况分析均属于可靠性的分析范围。3.3.5.随机生产模拟主要功能是模拟发电过程，即电力系统的发电调度或生产过程。这里的随机是指考虑了发电机组随机停运和负荷波动的影响因素。随机生产模拟主要应用于电源规划模型中，其作用是估计规划期各发电机组的发电量及燃料消耗量，最终目的是计算发电费用或发电成本。由于考虑了随机因素，模拟过程较为符合机组的