电力系统规划与可靠性-输电网规划

•多类型新能源发电综合消纳的关键技术电力系统规划与可靠性输电网规划课程承担：华北电力大学输配电研究所任课教师：刘文霞电子邮件：[e-mail]erUniversity1.输电网规划任务和基本原则2.输电网的基本结构3.输电网规划方法3.1电网规划协调工作流程3.2输电网的电压等级3.3直流与交流3.4输电线路导线截面及输电能力3.5主变压器选择、变电站选址3.6电网规划的启发式方法3.7电网规划的数学方法4.输电网规划导则NorthChinaElectricPowerUniversity【任务】：根据设计期内的负荷需求及电源建设方案，确定相应的电网结构，以满足可靠、经济地输送电力的要求。【主要内容】：确定输电方式、选择电网电压、确定网络结构、确定变电所布局和规模。•在输电方式上，我国仍以交流输电为主，只有在500kV及以上电压才考虑直流输电的必要性•重点是对主网网架进行规划，加强主网网架是电网规划最重要的内容，近年来，城市高压电网也逐渐成为规划的重点问题•目前，我国电网规划主要的解决问题为：•（1）大型水、火电厂及核电厂接入系统规划•（2）各大区电网或省级电网的受端主干电网规划•（3）大区电网或省级电网之间联网规划•（4）城市高压电网规划•（5）大型高压直供用户的供电网规划第一节输电网规划的任务NorthChinaElectricPowerUniversity【基本要求】：坚持安全可靠、经济合理、运行灵活、稳健。【遵循原则】：分层分区原则，简化网络接线，防止发生大面积停电事故；根据发展状况，宜适度超前于社会经济发展规划和电源规划；输，变、配电比例适当，容量充裕；电压支撑点多；保证供电可靠性；便于运行，在变动运行方式或检修时操作简便，安全，对通讯线路影响小等。【分类】按时间可分为短期规划（1～5年）、中长期规划（5～15年）、远景规划（15～30年）。短期规划用于制定网络扩展决策，确定详细的网络方案。中长期规划介于短期和远景规划两者之间，用于估计实际电网的长期发展或演变。远景规划是通过对未来各种发展情形的简单分析，给出根据环境参数进行技术选择的一般原则，并做出最后的初步选择。第一节输电网规划的基本原则华北电网湖北电网江西电网南方电网河南电网湖南电网华东电网川渝电网东北电网西北电网豫南阳晋长治鄂荆门豫白河豫香山NorthChinaElectricPowerUniversity第二节输电网的基本结构NorthChinaElectricPowerUniversity第二节输电网的基本结构NorthChinaElectricPowerUniversity第二节输电网的基本结构NorthChinaElectricPowerUniversity第二节输电网的基本结构NorthChinaElectricPowerUniversity第二节输电网的基本结构NorthChinaElectricPowerUniversity第三节输电网的规划方法3.1各级电网协调工作流程NorthChinaElectricPowerUniversity省网规划地区主网规划地区配电网规划NorthChinaElectricPowerUniversity•传统的规划方法和数学方法并用•传统规划方法以方案比较为基础，参与比较的方案由规划人员根据经验提出•数学方法以计算机、系统工程、运筹学理论为基础，并应用优化理论•电网规划的数学方法：启发式方法数学优化方法输电网规划方法的分类NorthChinaElectricPowerUniversity电网规划问题的特点【离散性】线路是按整数的回路架设的，所以规划决策的取值必须是离散的或整数的。【动态性】网架规划不仅要满足规划年限内的经济、技术性能指标等要求，而且要考虑到网络的今后发展以及今后网络性能指标的实现问题。【非线性】线路电气参数与线路功率及网损等费用的关系是非线性的。【多目标性】规划方案不仅要满足经济、技术上的要求，还必须考虑社会、政治及环境等因素，这些因素常常是相互冲突和矛盾的。【不确定性】负荷预测、设备有效状况及水力条件等均存在显著的不确定性。2020/2/813NorthChinaElectricPowerUniversity电网结构设计的传统方法步骤主要内容拟定方案确定送电距离；确定送电容量；拟定几个网络联接方案（水平年、过渡年）方案分析技术比较：应进行潮流、暂态稳定、短路电流计算；必要时进行调相、调压计算，工频过电压、潜供电流计算等。分析不同方案的主要技术差别。经济比较：近期、远期电网工程投资、网损等。综合分析综合分析网络结构的安全性、经济性和灵活性（远景适应），提出推荐方案。NorthChinaElectricPowerUniversity【决策分段】电网规划问题要考虑具体的网络拓扑结构，而由待选路径构成的独立变量又是多样的，故电网规划是一个多维数的规划问题。又考虑到电网规划涉及到的约束条件的复杂性，要构成一个完整的电网规划数学模型是比较困难的。为了避免建模的困难，一般将电网规划问题分为方案形成和方案检验两个阶段。方案形成方案检验2020/2/815NorthChinaElectricPowerUniversity【任务】：根据输电容量和输电距离，拟定几个可比的网络方案。【步骤】送电距离的确定。一般是在有关的地形图上量得长度，再乘以曲折系数1.1～1.15（这只是经验数字，具体情况还应具体分析，一般不超过1.4）。送电容量的确定。对待规划电网进行分层分区域的电力电量平衡计算，观察各区电力余缺，从而确定各地区间的送电量。待规划电网的送电距离和送电容量决定后，按送电线路输电能力，结合以往类似工程实例及规划者的经验，即可拟出几个待选的网络连接方式。方案形成2020/2/816NorthChinaElectricPowerUniversity【电网规划方案分类】静态电网规划、动态电网规划静态电网规划：只对未来某一负荷水平年的电网接线进行规划，而不考虑接线方案的过渡问题，因而又称为水平年规划。动态电网规划：指规划期较长时，需要将规划期划分为几个水平年并考虑各水平年规划方案的过渡问题。中长期电网规划中应考虑采用动态电网规划。方案形成2020/2/817NorthChinaElectricPowerUniversity【任务】对已形成的方案进行技术经济分析，其中包括电力系统潮流、调相、调压计算，稳定计算，短路电流计算及技术经济比较等。【潮流计算分析】观察各方案是否满足正常与事故运行方式下送电能力的需要。在正常运行方式下，各线路的潮流一般应接近线路的经济输送容量，各主要变压器（联变）的潮流应小于其额定容量。在网络中任意一条线路故障（包括检修）的情况下，各线路潮流不超过其持续允许的发热容量，各变压器没有长时间过负荷现象，即满足N-1检验原则。方案检验2020/2/8武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7418NorthChinaElectricPowerUniversity【暂态稳定计算】检验各方案在SDJ161-1985《电力系统设计技术规程》中所规定的关于电网结构设计的稳定标准下，电力系统能否保持稳定。以下故障时网络结构必须满足系统稳定运行或正常供电：单回线输电网络中发生单相瞬时接地故障重合成功。同级电压多回线和环网发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合（对于水电厂的直接送出线，必要时采用切机措施）。主干线路各侧变电站同级电压的相邻线路发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合。核电站送出线出口及已形成回路网络结构的受端主干网络发生三相短路不重合。任一台发电机（除占系统容量比例过大者外）跳闸或失磁。系统中任一大负荷突然变化（如冲击负荷或大负荷突然退出）。2020/2/819NorthChinaElectricPowerUniversity2020/2/820以下故障时可采取措施保持系统稳定运行，但允许损失部分负荷：单回线输电网络发生单相永久接地故障重合不成功。同级电压多回线，环网及网络低一级电压的线路发生三相短路不重合。注意：当系统稳定性水平较低时，应采取提高稳定性的措施。系统规划可根据电网具体情况具体分析，从而采用合适的手段提高稳定性，为下一阶段的设计提供依据。NorthChinaElectricPowerUniversity2020/2/821【短路电流计算】检验网络中所有断路器是否能承受各水平年的网络短路容量，提出今后发展新型断路器的额定断流容量，以及研究限制系统短路电流水平的措施（包括提高变压器中性点绝缘水平）。【调相调压计算】检验无功补偿是否满足系统在各种正常及事故运行方式下电压水平的需要，达到经济运行的效果，原则上应使无功功率就地、分层、分区基本平衡。【经济比较】需综合考虑的因素有：主干电网结构，厂内或者变电站内接线，运行灵活性，是否便于过渡，电源、负荷变化的适应性，对国民经济其他部门的影响，国家资源利用政策，国家物资、设备的平衡，环境保护和生态平衡，工程规模和措施是否与现有技术水平相适应，缩短建设工期和改善技术经济指标的可能性和必要性，建设条件和运行条件，对人民生活条件的影响，对远景发展的适应情况。NorthChinaElectricPowerUniversity3.2输电网的电压等级选择应根据线路送电容量和送电距离选择电网电压2020/2/822输电电压（kV）输送容量（MW）传输距离（km）适用0.380.1及以下0.6及以下低压配电网30.1～1.03～1中压配电网60.1～1.215～4100.2～2.020～6352～1050～20高压配电网633.5～30100～3011010～50150～50220100～500300～100省内送电330200～1000600～200省、网际输电500600～15001000～40010005000～100002000～1000网际输电NorthChinaElectricPowerUniversity在选择输电系统电压等级时，从电力系统运行观点应考虑的技术因素有：输电线路的热容量、电压损耗及系统稳定性等。在经济上除了考虑输电线路杆塔、导线和绝缘子的费用以外，还应计及两端变电设备、补偿设备的费用以及电能损耗费用。线路自然功率是与电网额定电压的平方成正比例增加的——自然功率；——输电线路额定电压；——输电线路的波阻抗。由于线路的波阻抗随着线路的电压等级提高而减小，因此实际的自然功率往往比按电压平方算出的数值还要大。分裂导线能使自然功率明显提高如果单根导线的自然功率为100%，则两分裂导线的自然功率为125%，三分裂导线的自然功率为140%，四分裂导线的自然功率达到150%。PlnU2nUPZll=ZlNorthChinaElectricPowerUniversity表4-2-2国际电工委员会推荐的自然功率标准值NorthChinaElectricPowerUniversity线路的输送能力与其自然功率成正比。一般长线路的输送能力(1.1~1.2)P1，短线路的输送能力为（4~5)P1.输电线路的极限输送能力则主要取决于导线的热容量。美国和国际大电网委员会(GIGRE)所推荐的各电压等级的输电线路的输送能力如表4-2-3所示。NorthChinaElectricPowerUniversity为了对选择的电压等级有个初步估计，苏联规划人员采用了以下经验公式：式中——电压，kV；——输送功率，kV——输电线路的长度，km。上式适用于L250km和P60MW的情况。当输电距离及容量大于这个界限时，应用以下公式计算：(4-2-3)式中U、P、I的单位同式（4-2-2）4.340.016UlP=+UPl(0.10.015)UPl=+NorthChinaElectricPowerUniversity各种电压等级的经济适用范围。NorthChinaElectricPowerUniversity3.3直流输电和交流输电的比较直流输电线路一般用两根导线，三相交流线