1电力系统规划与可靠性

电力系统规划与可靠性主讲刘宗歧教授[e-mail]本章主要内容：电力系统规划发展历史介绍电力系统的整体状况、了解与规划相关的各个领域的发展概况；电力系统规划与可靠性的基本概念、包含的内容；掌握相关的可靠性指标的概念、了解规划工作的方法、特点。第一节我国电力工业发展动态•在电力工业发展的初期，发电厂都建在电能用户附近，电厂的规模很小，一般都是孤立运行的。•发电用的动力资源和电能用户往往不在一个地区，即通过升压变电站、高压输电线、降压变电站，把电能送到离电厂较远的用户地区。如果用户地区已经有了当地电厂，需将远方电厂和当地电厂联系起来，并列运行。•随着高压输电技术的发展，并联电厂的数量越来越多，线路电压越来越高，装机容量越来越大，开始是在一个地区之内，后来发展到地区之间相互联系，形成大区电网、跨大区电网，直到全国联合电网，甚至是跨国家的超大规模电网。自1980年以来我国电网装机容量逐年增长情况和用电量逐年增长情况如图1-1-1和图1-1-2所示。•图1-1-1全国电网装机容量增长情况（单位亿千瓦）•图1-1-2全国电网发电量增长情况（单位千亿千瓦时）00.511.522.533.54197119801990199219941996199820002002200420052006200720082009电网名称装机容量（万千瓦）最高负荷（万千瓦）地理范围基本情况东北电网43833141辽宁、吉林、黑龙江、内蒙东部500kV、220kV为主干线，500kV线路从内蒙元宝山至辽宁，并将延伸至吉林、黑龙江，水电丰富华北电网87868035北京、天津、河北、内蒙西部、山西、山东500kV、220kV为主干线，500kV线路连接山西、京津，水利资源缺乏华中电网82335959河南、湖北、湖南、江西、四川500kV、220kV为主干线，500kV线路连接湖北、河南，＋500kV直流线路与华东连接华东电网98518587上海、江苏、浙江、安徽、福建、500kV、220kV为主干线，500kV线路分别从安徽、江苏和浙江至上海，＋500kV直流线路与华中系统连接，秦山核电厂已并网西北电网27721993新疆、陕西、青海、甘肃、宁夏330kV、220kV为主干线，750kV与区外相连接，水力资源较丰富南方电网57675220贵州、云南、广东、广西220kV线路为主，500kV线路连接沙角至江门，天生桥水电厂建成后，以500kV向广西、贵州、广东供电，大亚湾核电厂将以500kV并网，并以400kV向香港送电表1-1-22005年全国电网的概况表1-1-22009年全国电网的规模长度（公里）容量（万千伏安）500kV12202862460330kV194345273220kV25900895552表1-1-32009年全国发电容量构成情况总装机8.74亿千瓦比例最大单机容量地点火电6.52亿千瓦74.6％100万千瓦水电1.97亿千瓦22.6％70万千瓦三峡核电0.08958亿千瓦1.03％100万千瓦风电0.1613亿千瓦1.85％第二节电力系统规划的重要性和基本要求•重要性•电力是国民经济的先行官；•电力建设必须优化设计方案、协调建设速度；•电力系统规划是电力建设前期工作的重要组成部分；•电力发展速度及合理性影响能源利用及投资的经济效益和社会效益；对国民经济发展影响巨大；•正确合理的电力系统规划可以节约投资、提高经济效益和社会效益、节省能源、发展低碳经济、促进国民经济健康可持续发展。第二节电力系统规划的重要性和基本要求•电网规划的基本要求•输变配电比例适当，容量充裕；•电压支撑点多；•保证用户供电的可靠性；•保证系统运行的灵活性；•保证系统运行的经济性；•保证系统运行的安全性。第二节电力系统规划的重要性和基本要求•重大举措•实行全国联网；•加快城网农网改造；•树立良好形象，依法治电；•建立合理电价机制；•特高压工程；•打造智能电网。第三节电力系统规划与可靠性的基本任务和指导思想电力系统规划研究通常包括：（1)负荷预测(2)电源规划(3)电网规划：(4)技术经济评价•输电网规划即主网规划•配电网规划（1）负荷预测它是做好规划的前提和基础，负荷预测的准确与否直接影响到规划方案的建设规模和投资计划。第三节电力系统规划与可靠性的基本任务和指导思想（2）电源规划包括：发展规划•发展规划根据电力系统负荷增长情况，确定发电机组的扩建、退役和更新计划，确定电源的合理结构及未来输配电网络的电压等级、网络结构等。•运行规划•电力系统运行规划依据其用途可分为制定现有系统某一时期的运行计划和模拟扩建系统的运行情况两种。主要包括发电分配、检修计划、水库调度、燃料需求、收购电合同以及发电成本分析等。（3）电网规划•决定电网的结构、出现回数、导线型号、直流输电还是交流输电、电压等级和建设的地点等。第三节电力系统规划与可靠性的基本任务和指导思想（4）技术经济评价包括：无论是电源规划还是电网规划建设都必须要它是进行多方案的比较，这就要进行技术经济行的比较。电力建设是一个投资是长期的大规模的投资，必须逐年实施投资计划，为了满足每年的电力和电量平衡的需要。因此，电力规划建设必须要搞好各个环节。选择正确的方案和方法，并依据国家的政策对规划方案进行逐年修正。第四节电力系统规划的基本方法和步骤•合理的电力系统规划方案可以获得很大的经济效益和社会效益，图1-2-1表示了电力系统规划的结构。图1-2-1电力系统规划的结构多方案技术经济评价电力系统优化规划•传统的电力系统规划方法以方案比较为基础。即从几个给定的可行方案中通过技术经济比较选择出推荐的方案。然而，参加比较的方案往往是规划人员凭经验提出的，并不一定包括客观上的最优方案，有相当的主关因素和局限性。•发电厂采用的能源形式和类型愈来愈多样化，电力系统的能源结构日趋复杂，而近年来电子计算机技术也得到飞速发展和在各部门的广泛应用，电力系统优化规划也在这种背景下诞生和成长壮大。电力系统优化规划的目标：从整体和长远观点上来确定什么方案对电力系统最有利。电力系统优化规划目前主要有以下几个方面值得探讨：•数学模型方面：迄今为止国内已发表了不少电力系统优化规划的数学模型。它们虽各有所长，但没有一个公认的完美的模型。•算法方面：电力系统优化规划属于运筹学问题。由于电力系统规划涉及的决策变量非常多，且大多数属于离散性的变量，用典型的运筹学算法无论在内存上还是在计算量上都会遇到困难。此外，电力系统优化模型的目标函数和约束条件往往是非线性的，甚至带有随机的因素，更增加了算法上的难度。•原始数据方面：没有足够可靠的原始资料用任何优秀的数学模型也不能得到满意的规划结果。•应用方面：•首先，在研究开发规划软件时，除了应满足功能和算法方面的要求外，还要尽可能注意软件应用的灵活性、方便性和直观性方面的问题。•其次，必须在规划人员中普及电力系统优化规划的基本理论知识，使他们掌握模型的原理和特点，只有这样，才能更好的利用这个工具，为规划决策提供更全面、更准确的定量依据。能源规划的任务：在国家计划及能源政策指导下，综合研究一次能源，如煤、石油、天然气、水能、核能等的有效利用、相互协调和替代关系，并分析能源部门与非能源部门在供求及投资需求之间的矛盾及调整对策。电力负荷预测：电力系统规划的基础，它提供电力增长状况、负荷曲线及电力分布情况。电源规划：短期电源规划：考虑未来1～5年的发展情况，规划的具体内容包括:•制定发电设备的维修计划；•分析推迟或提前新发电机组投产计划的效益；•分析与相邻电力系统互联的效益及互联方案；•确定燃料需求量及购买、运输、贮存计划；长期电源规划：考虑10～30年的发展情况•何时、何地扩建新发电机组；•扩建什么类型及多大容量的发电机组；•现有发电机组的退役及更新计划；•燃料的需求量及解决燃料问题的策略；•采用新发电技术(如太阳能发电)的可能性；•采用负荷管理对系统电力电量平衡的影响；•与相邻电力系统进行电力交换的可能性。电网规划：1.•输电网规划•配电网规划2.•短期规划：1～5年，规划的内容比较具体仔细，可直接用来指导建设。•长期规划：需要考虑比输变电工程建设周期更长的发展情况，一般规划6～30年。可靠性：指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。•在可靠性理论中，一般采用以下可靠性指标：•概率，如可靠度和可用率（Availability）。•频率，如单位时间里发生故障的平均次数。•平均持续时间（Meandurations），如首次故障的平均时间（Themeantimetothefirstfailure），故障的平均持续时间（Themeandurationoffailure）。•期望值（Expectations）。如一年中电力系统发生故障的期望天数（Theexpectednumberofdaysinayear）。•电力系统可靠性的一些专门指标：•电力不足时间概率LOLP（Lossofloadprobability）它是在假定日尖峰负荷持续一整天的条件下，系统负荷需要超过可用发电容量的时间概率的总和。•电力不足时间期望值LOLE(Lossofloadexpectation)。指在被研究的一段时间内，由于负荷需要超过可用发电量的时间期望值。•电力不足期望值ELOL（Expectedlossofload）。指在被研究的一段时间内由于负荷需要超过可用发电容量而引起用户停电的平均值。•电量不足概率LOEP（Lossofenergyprobability）。指在被研究的时间段内，由于供电不足引起用户停电的电量损失的期望值与该时间内用户所需全部电量的比值。•电量不足期望值ELOE（Expectedlossofenergy）。旨在被研究的时间段内，由于供电不足引起用户停电而损失的电量的平均值。•系统平均停电指标SAIFI（Systemaverageinterruptionfrequencyindex）：指系统中运行的用户在一年时间里的平均停电次数。•系统平均停电持续时间指标SAIDI（Systemaverageinterruptiondurationindex）：指系统中运行的用户在一年中经受的平均停电持续时间。•用户平均停电频率指标CAIFI（Customeraverageinterruptionfrequencyindex）：指每个受停电影响的用户在一年时间里经受的平均停电次数。•用户平均停电持续时间指标CAIDI（Customeraverageinterruptiondurationindex）：指在一年中被停电的用户经受的平均停电持续时间。•平均运行可用率指标ASAI（Averageserviceavailabilityindex）：指一年中用户的可用小时数与总的要求的用户小时数之比。