电力网规划.docx

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电力网规划

电力系统规划

结课设计

标题：

电力网规划

学号：

*********

************

********

日期：

2011、11、17

摘要

本次设计的题目是“电力网规划”,内容分为：

电网规划的方案、电网规划的分类、电网规划的基本内容、输电网与配电网规划的特点、电压等级与传输容量、直流潮流模型、灵敏度分析法（逐步扩展法和逐步倒推法）、直流输电系统等部分。

其中输电网与配电网规划的特点、电压等级与传输容量、直流潮流模型、灵敏度分析法（逐步扩展法和逐步倒推法）的设计是非常重要的，因为他们的可靠性、经济性和灵活性直接影响着整个电网的可靠性、经济性和灵活性。

另外，直流潮流模型也是非常重要的。

他的准确性影响着设备的选择及校验，也影响到整个网络的经济性与安全性。

本次设计是本着可靠性和安全性的原则来完成的。

[关键词]电力网电网规划直流潮流计算输电系统

概述

电力工业是国民经济发展的基础工业。

随着经济建设的发展，发电设备的容量也在逐步增大。

为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，电力系统运行越来越依靠自动控制的提高。

电力系统中同步发电机保有在同步运行状态下，其送出的电磁功率为定值，同时在电力系统中各节点的电压及支路功率潮流也都是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。

反之，如果电力系统中各发电机间不能保持同步，则发电机送出的电磁功率和全系统各节点的电压及支路的功率将发生很大幅度的波动。

如果不能使电力系统中各发电机间恢复同步运行，电力系统将持续处于失步运行状态，即电力系统失去稳定状态。

保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。

只有保持电力系统稳定的条件下，电力系统才能不间断的向各类用户提供人合乎质量要求的电能。

电力系统在某一运行方式下，受到外界大干扰后，经过一个机电暂态过程，能够恢复到原始稳定运行方式，则认为电力系统在这一运行方式下是暂态稳定的。

电力系统暂态稳定性与干扰的型式有关。

在电力系统受到大的干扰的，其机电暂态过程是一组非线性状态方程式，不能进行线性化，所以一般采用数值积分法的时域分析法，将计算结果绘出运行参数对时间的曲线，用以判别电力系统的暂态稳定性。

电力工业是国民经济的重要行业之一，它即为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力，电力系统规划设计及运行的任务是，在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发，利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠，允足，质量合格的电能。

通过此次设计对两年多来所学的知识进一步巩固和加强，并得到了实际工作经验。

设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。

在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了两年多来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。

由于我在知识水平等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师张丹和本专业同学的大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。

第一章---电网规划的分类

电网规划是根据电力系统的负荷及电源发展规划对输电系统的主要网架做出的发展规划,又称输电系统规划,是电力系统规划的一个重要组成部分

电网规划可按照时间长短分类,也可按照问题不同分类.按照时间划分,电网规划可分为短期规划（1—5年）,中长期规划（5—15年）,（远景规划15—30年）.

1）,短期规划用于指定网络扩展巨决策,确定网络方案.它一般针对一个较短的水平年,如5年.

2）,中长期规划介于短期和远景规划之间,用于估计实际电网的长期发展和演变,比如5到15年.在三中规划种中它起着非常重要的作用.一方面,远景规划所做的技术选择可通过中长期电网实际状况进行修正.另一方面,它有可指导短期规划,确保短期决策同长期电网发展相一致.反过来,中长期规划中所引入的一些假设可通过更精确的分析或短期规划得到验证.

3）,远景规划是通过对未来各种发展情形进行简单的分析,给出根据环境参数进行技术选择的一般原则,并作出最后的选择.比如,选择电压等级,输电方式等.远景规划一般相对于一个较长水平年,如15到30年.

根据对规划期间处理的不同,规划方法可分为单阶段规划和多阶段规划.

1）,单阶段规划是根据规划期开始的数据寻求规划末年的最佳网络结构方案.

2）,多阶段规划中,前一阶段的规划结果对后一阶段有明显影响,因此多阶段规划可采用动态规划方法实现,也可采用静态规划方法实现.

逐步倒推法和逐步扩展法.

1）,逐步扩展法是根据各待选线路对过负荷支路过负荷量的有校度,即以减轻其他支路过负荷的多少来衡量待选线路的作用,选择恰当待选线路加到网络上直到网络无过负荷为止.

2）,逐步倒推法的方案形成策略为:

首先根据水平年的原始数据构成一个虚拟网络,该网络包含系统现有网络,所有孤立节点和所有待选线路,这样的虚拟网络一般是连通的,冗余度很高但不经济；然后对虚拟网络进行潮流分析，比较各待选线路在系统中的作用和有效性，逐步去除有效性地的线路，直到网络中没有冗余线路为止，也即去掉此时任何新增线路都会引起系统过负荷或系统解列。

第二章---电网规划的基本内容

电网规划问题复杂,因此决策变量的维数较高.其次,电网规划应满足的约束条件非常复杂.所以一般将电网规划问题分为方案形成和方案校验两个阶段.

规划中要按不同类型的输电线和变电站的性质,任务来考虑电网结构.一般来说,电网规划应解决下列问题:

（1）在何处建新输电线路.

（2）何时投建新输电线路.

（3）投建何种类型的输电线路.

网架规划的目的在于根据投资及运行等费用最小的原则,确定扩建线路的类型,时间及地点,保证可靠地将电有发电厂送到用户.显然,这是一个系统优化问题.问题有以下特点:

（1）离散型.线路是按整数的回路架设的,所以决策的取值必须是离散的或整数的.

（2）动态性.网架规划不仅要满足规划年限内的经济,技术要求,而且要考虑到网络的今后发展以及今后网络技术指标的实现问题.

（3）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.

（4）多目标性.规划方案不仅要满足经济,技术上的要求,而且要考虑社会,政治,环境等因素.这些因素常常是相矛盾的.

（5）不确定性.负荷预测,设备有效状况及水利条件等均存在显著的不确定性.

因此说网架规划需要进行一些技术上的假设和简化.为了保证电力系统的安全性也必须对电网发展方案进行安全性检查.此外,电网规划实际上不仅仅是输电网规划,还应包含配电网规划.制定可行的发展方案.

第三章---输电网与配电网的规划特点

输电网规划的重点是对主网网架进行规划。

如何加强主架网络结构，是电网规划最重要的内容之一，也是规划成败与否的关键。

目前我国电网规划主要解决的问题有：

（1）大型水，火电厂及核电厂接入系统规划。

这类电厂出钱较多，距离较长，如何与电网连接的问题比较复杂。

（2）各大区电网或省级电网的受端主干电网规划期。

（3）大区之间或省级电网之间联网规划。

（4）城市电网规划。

（5）大型工矿企业的供电网规划。

配电网是电力系统的重要组成部分,也是城乡基础设施建设的重要组成部分,它的规划,建设与改造直接影响到整个电力系统的经济效益核对广大电力用户供电的安全可靠.有于配电网规划工作的特殊性,使其具有以下特点:

（1）接线模式多样,呈辐射状结构运行.

（2）电源供应的不确定性,随着电力市场改革的深入,日后条件成熟时,最终在配电领域的零售业务中也将引入自由竞争,今后用户可自由选择电源,配电网规划有必要适应未来用户可自由地选择电源的要求,对配电网规划需考虑因素更多,更加复杂.

（3）环境对配电网络的要求,如外形协调,电磁干扰,入地化等.

（4）政策法规的变化.如用电制度的规定,利率的调整及变化,规程,导则的变化,各种运行参数的调整等.

第四章---电压等级与传输容量

选定的电压等级应符合国家标准3,6,10,35,63,770,220,

330,500,750,1000kv.同一地区同一电网内,应尽可能减少电压等级.电压等级不宜过多,各级电压差也不宜太小.根据国内外经验,110kv一下电压级差一般在三倍以上.110kv一下电压级差一般在两倍左右.

我国现有电网的电压等级的配置大致分为两类,即非西北地区110/220/500/1000kv及西北地区110/330/750kv.220kv一下电压等级配置为10/63/220kv及10/35/110/220kv两种系列.

我国各级电压输送能力统计

输电电压/kv

输送容量/MW

输电距离/km

适应范围

0.38

<=0.1

<=0.6

低压配电网

3

0.1---1

3---1

中压配电网

6

0.1---1.2

15---4

10

0.2---2

20---6

35

2---10

50---20

高压配电网

63

3.5---30

100---30

110

10---50

150---50

220

100---500

300---100

省内送电

330

200---1000

600---200

省网际输电

500

600---1500

1000---400

1000

5000---10000

2000---1000

网际输电

第五章---直流潮流模型

直流潮流模型是把非线性电力潮流问题简化为线形电路问题，从而使分析计算非常方便。

虽然它的精度不如交流潮流计算方法，但在输电系统规划中由于需要大量过负荷校验计算，且原始资料本身也并不精确，因此仍得到了广泛的应用。

在电网规划中，关键是如何把有功功率从电源处输送给负荷，即架线方案首先要保证有功潮流的输送。

至于输电线上的无功潮流相对较小，可近似认为它对有功潮流分布没有影响，基于这种分析的成立，则产生了只反映有功潮流分布的直流潮流模型。

　　在电力系统稳态分析中，当节点电压以极坐标形式表示时，则电力系统交流潮流方程为

（i=1,2,...N-1）　　　（5-1）

　　支路有功潮流表达式为　

（5-2）

　　下面对式（5-1）和式（5-2）中的各符号所作说明:

　　式中N---系统节点数；

　　Pi---节点i的注入有功功率；

　　Ui---节点i电压的幅值；

---表示所有与i直接相连的节点，包括；j=i

　　tij---支路ij的变压器非标准变比；

---支路ij两端节点电压的相角差；

　　Gij，Bij---节点导纳矩阵元素的实部和虚部。

其中电压的相角差为:

（5-3）

　　实部和虚部的参数表示:

（5-4）

　　其中，

，Xij为支路ij的电阻和电抗

　　当i=j时，则有

，

即为导纳矩阵对角元素为非对角元素之和的负值。

　　根据电力系统的实际情况,将交流潮流方程依据以下条件进行简化，就可以得到直流潮流方程。

（1）高压输电线路的电阻一般远小于其电抗，即

，因而根据式（5-4）可以假定

　　　　　　　　（5-5）

（2）输电线路两端电压相角差一般不大（

＜10%）,可取

　　　（5-6）

（5-7）

　　（3）假定系统中各节点电压的标么值都等于1,则Ui≈1.0（5-8）

　　（4）不考虑接地支路及变压器非标准变比的影响，即tij≈1　（5-9）

　　　以上简化条件较符合高压输电网的一般特性，对有功潮流分布不致引起较大误差。

　　将（5-5）至（5-8）各式代入式（5-1）可得

（i=1,2,...N-1）　　　　　　　（5-10）

　　以上简化条件中,即电阻为零,电压相角差较小,节点电压不变化,不考虑非标准变比。

　　由式（5-4）可知,但为了以下应用方便起见，我们定义

　　　　　　　（5-11）

　　因此

　　　　（5-12）

　　最后，我们得到

　（i=1,2,...N-1）　　（5-13）

　　其中上式推导：

　　由于不考虑接地支路影响,则导纳矩阵对角元素为非对角元素之和的负值,且有

即对某节点i,对角元素与相关非对角元素之和等于零,为应用方便,将负号放入矩阵元素中,最后可得式（5-13）的形式。

　　写成矩阵形式，为　P=Bθ　　（5-14）

　　式中P—节点注入功率向量，其中元素Pi=PGi-PDi,这里PGi和PDi分别为节点i的发电出力和负荷；

　　θ—节点电压相角向量；

　　B—节点导纳矩阵的虚部，其元素由式（5-11）和式（5-12）构成。

　式（5-14）也可写成另一种形式θ=XP　　　　　　（5-15）

　　这里X为系统节点阻抗矩阵，且X=B-1　　　（5-16）

　　将简化条件式代入支路潮流方程式（5-2），可以得到支路潮流计算式为

　　　（5-17）

　　将式（5-17）写成矩阵形式，有Pl=Blφ　　（5-18）

　　式中Pl—各支路有功潮流构成的向量；

　　φ—各支路两端相角差向量；

　　Bl—由各支路导纳组成的对角矩阵，设系统的支路数为l，则其为l阶方阵。

其中，设网络关联矩阵为A，则φ=Aθ　　　（5-19）

　　式（5-14）、（5-17）、（5-18）均为线性方程，它们是直流潮流方程的基本形式。

由此可见，其方程已全部为实数运算形式。

　　当系统运行方式及接线方式给定时，即得到关于θ的方程式（5-14），通过三角分解或矩阵直接求逆可以由式（5-15）求出状态向量θ，并进而由式（5-18）求出各支路的有功潮流Pij。

　　显然，应用直流潮流模型求解输电系统的状态和有功潮流非常简单。

现在我们还要指出，由于模型是线性的，可直接求解，无需迭代过程，即不存在收敛问题，故可以快速进行追加或开断线路后的潮流估算。

　由式

参照直流电路式

比较,故称为直流潮流模型。

在输电网规划中,采用直流法计算有功潮流分析则可以满足工程设计要求

第六章---灵敏度分析法（逐步扩展法和逐步倒推法）

一,逐步扩展法

线路潮流:

第k条线路过负荷,第L条待选线路加入后,对改善第k条线路的作用:

线路k的潮流变化:

其中ij是第L条待选线路的节点.

有效性选线指标:

----线路L建设投资

对多条过负荷线路的综合有效性选线指标:

----过负荷线路集

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

这种方法总是有解,但无法考虑到今后的规划.

二,逐步倒推法

用现行网络和待选线网构成计算网,负荷采用规划水负荷,构成电网规划计算模型.

这样的网是一个冗余度很大的网,很多待选输电线上潮流会很小.再此,每一次计算后将有效性指标（潮流）最小的待选线从电网中移走,直到移走任一回线会导致电网过负荷或不连通为止.

待选线指标

L

待选线集

第七章---直流输电系统

直流输电与交流输电相比有以下优点:

1）,当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；

2），直流输电的功率和能量损耗小；

3,），对通信干扰小；

4），线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿；

5），直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系；

6），直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；

7），由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大；

8），直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、控制。

如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。

缺点：

直流输电的发展也受到一些因素的限制。

首先，直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高；其次，换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的40～60%；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器；直流输电以大地或海水作回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。

要发展多端直流输电，需研制高压直流断路器。

[参考文献]

程浩忠.电力系统规划.中国电力出版社,2008.4

孟祥萍,高燕.电力系统分析.高等教育出版社,2004.2