电力系统规划与可靠性讲座5_电网规划(XXXX_05_12)

电力系统规划与可靠性（第5专题:电网规划）2015版武汉大学电气工程及其自动化专业选修课武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所张莲梅email：[e-mail]电网规划1概述2电网的电压等级选择3电网规划决策过程4几种主要电网设计5输电线路导线截面及输电能力6主变压器选择7电网规划的启发式方法概述电网规划的任务及分类电网规划的基本要求电网规划问题的特点电网规划流程电网规划的任务及分类【任务】根据设计期内的负荷需求及电源建设方案，确定相应的电网接线，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。【主要问题】大型水、火电厂(群)及核电厂接入系统设计各大区电网或省级电网的受端主干电网设计大区之间或省级电网之间联网设计城市电网设计大型工矿企业的供电网络设计电网规划的任务及分类【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。电网规划的基本要求①输，变、配电比例适当，容量充裕，在各种运行方式下都能满足将电力安全经济地输送到用户，并有适当的裕度。②电压支撑点多，能在正常及事故情况下保证电力系统的安全运行及电压质量。③保证用户供电的可靠性。④系统运行的灵活性。⑤系统运行的经济性。⑥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等。电网规划设计的一般技术原则(1)满足电力市场发展的需要并适当超前。(2)必须坚持统一规划，以安全可靠为基础，突出整体经济效益，满足环境保护要求，加强电网结构，提出合理的电网方案。(3)应重点研究目标网架，目标网架应达到如下要求：①安全可靠、运行灵活、经济合理，具有一定的应变能力②潮流流向合理，避免网内环流；③网络结构简单，层次清晰，贯彻“分层分区”的原则：④适应大型电厂接入电网。(4)应重视受端网络规划，建成坚强的受端网架。(5)送端网络规划应根据送端电源所能达到的最终规模，远近结合统筹考虑。对于大型电源基地，路口、港口电厂集中的地区应作出战略性安排。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。电网规划流程电网规划流程根据对象的不同，分为输电网规划流程和配电网规划流程。【输电网规划流程】①原始资料的收集和论证：主要内容为预测地区负荷需求，分析线路可能行径及变电站站址选择，了解电源规划方案。②制定连接系统规则：根据电源、地区负荷分布、线路路径、和变电站站址等条件，制定连接系统规划。③环境条件分析：确定薄弱供电环节、不经济的设备、因社会环境条件变化而必须改建或迁建的送变电项目。④制定规划方案：提出的各种送变电规划方案既要能满足系统供电要求，又应力求技术上先进。⑤技术经济评价：社会环境的适应性、供电可靠性、运行维护条件、供电质量、经济性【输电网规划流程图】【配电网规划流程】①原始资料的收集准备：用户用电需要、用户电压要求、用户供电可靠性要求、用电负荷分布、变电站站址要求、地区环境要求、现有配电网的改造计划、输电网规划。②确定可能的配电规划方案。③经济性评价。④确定最佳配电规划方案。电网规划流程【配电网规划流程图】电网电压等级选择的原则①选定的电压等级应符合国家电压标准。②同一地区、同一电网内，应尽可能简化电压等级。电压等级不宜过多，各级压差也不能太小。③选定的电压等级要能满足近期过渡的可能性，同时也要能适应远景系统规划发展的需要。④考虑到与主系统及地区系统联络的可能性，电压等级应服从于主系统及地区系统。如不能采用同一电压系列，需研究互联措施。⑤对于跨省电网之问的联络线，应考虑适应大工业区与经济体系的要求，进一步建成一个统一的联合系统，最好采用单一的合理的电压系列。电网电压等级选择的原则⑥大容量发电厂向系统送电，考虑采用高一级电压回线还是低一级电压多回线向系统送电，与该电厂在系统中的重要性有关。⑦对于单回线供电系统，在输电电压确定后的一回线送电容量与电力系统总容量应保持合适的比例，以保证在事故情况下电力系统的安全。电网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【注意】由于负荷密度的增加，提升配电等级在技术上是可行的。国内已出现20kV配电电压。电压等级的选择需考虑网络中的电力损失，一般按照送电线路的电力损失正常情况下不超过5%，结合线路输送容量，来确定各级线路的电压等级。电网电压等级选择【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方案检验电网规划决策过程【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【网络结构】无备用网络、有备用网络【无备用网络】（a）单回路放射式；（b）单回路链式【有备用网络】（c）双回路放射式；（d）双回路链式；（e）环网；（f）双回路与环网混合型方案形成ACAC(a)(b)ACACACAC(c)(d)(e)(f)方案形成【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【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【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）。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。【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。方案检验【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。方案检验电网规划的一般步骤电网规划的一般步骤如下：①确定负荷水平及电源安排。②进行电力电量平衡计算以明确输电线路的送电容量和送电方向。③核定送电距离。④拟定电网方案。⑤进行必要的电气计算。⑥进行技术经济比较。⑦综合分析，提出推荐方案。电网结构设计的一般方法对合理电网结构的基本要求:(1)能满足各种方式下潮流变化的需要，有一定灵活性，能适应系统发展的要求。(2)任一元件无故障断开，应能保持系统稳定运行，且不致使其他元件超过规定的事故过负荷和电压允许偏差的要求。(3)应有较大的抗扰动能力满足稳定导则标准。(4)满足分层和分区原则。(5)合理控制系统短路电流。电网结构设计的常规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。几种主要电网设计发电厂接入系统设计受端系统设计联网规划设计内容与目的研究电厂与电力系统的关系，分析电厂在电力系统中的地位及作用，确定电厂的送电范围、出线电压等级及回路数、与电力网的连接方案等，并对发电厂电气主接线、与电力网有关的电气设备参数、发电厂运行方式等提出技术要求。需要进行有关系统的电力电量负荷预测、分区电力电量平衡、接入系统方案的技术经济论证等。内容深度要满足《大型水、火电厂接入系统设计内容深度规定》。经审定后接入系统方案是编制发电厂送出工程设计任务书提供论据，并为发电厂初步设计准备条件。接入原则1）不同规模的发电厂应分别接入相应的电压网络；2)外部电源宜经相对独立的送电回路接入受端系统，尽量避免电源或送端系统之间的直接联络和送电回路落点过于集中。发电厂接入系统设计机组容量1)根据系统内总装机容量和备用容量、负荷增长速度、电网结构和设备制造、政策导向等因素进行选择。2)最大机组容量不宜超过系统总容量的8％～10％。出线电压及回路数1）根据电厂、电网具体情况论证确定，主要考虑的因素：规划容量，单机容量，输电方向、容量及距离，电厂在系统中的作用；简化电网结构及电厂主接线、降低网损、调度运行灵活；限制系统短路电流；系统安全稳定水平；对各种因素变化的适应性等。2）出线电压一般不超过两种(不包括发电机电压)；3）有条件时，大机组尽量以发变线单元方式直接接入枢纽变电所。发电厂接入系统设计受端系统定义受端系统是指以负荷集中地区为中心，包括区内和邻近电厂在内，用较密集的电力网络将负荷和这些电源连接在一起的电力系统。受端系统通过接受外部及远方电源输入的有功电力和电能，以实现供需平衡。加强受端系统要点