电力系统规划设计

知识点:电力系统规划

电力系统规划设计的程序

电力系统规划设计的流程为：规划设计→初步可行性研究→项目建议书→可行性研究→申报国家建设计划→初步设计→施工图设计。

规划设计包括电力系统发展规划，水、火电厂及联网工程的初步可行性研究，主要目的是为编报项目建议书提供依据。

项目建议书审批立项后可开展可行性研究，编写可行性研究报告，可行性研究批准后项目即可申请列入国家建设计划。可行性研究工作的同时需开展电厂接入系统设计、系统专题设计以配合可研报告审批或核准；初步设计阶段，电力系统专业主要负责提供设计的电力系统技术条件和参数要求。在施工图阶段，需根据发展变化了的系统条件对设备运行的系统参数进行复核。

需要说明的是，电力系统发展规划编制完成之后还应进行系统发展设计，但其任务是面向全网的，并不能代替具体电厂的接入系统设计。

 

电力系统规划设计的基本知识

1.电力系统负荷预测

（1）电力负荷的分类

从不同角度出发可以有不同分类，具体内容如下。

1） 按物理性能分类。 分为有功负荷和无功负荷。在系统规划设计中，需同时满足有功负荷和无功负荷的要求。

2） 按电能的生产、供给和销售过程分类。 分为发电负荷、供电负荷和用电负荷。发电负荷减去各发电厂厂用负荷后，就是系统的供电负荷。供电负荷减去电力网中线路和变压器中的损耗后，就是系统的用电负荷，也就是系统内各个用户在某一时刻所耗用电力的总和。

3） 按所属行业分类。 可分为国民经济行业用电和城乡居民生活用电。也可分为第一产业、第二产业、第三产业和居民生活用电。与国家现行标准（国民经济行业分类方法和代码）相一致，其中国民经济行业用电中的农、林、牧、渔、水利业属第一产业，工业和建筑业属第二产业，其他剩余部分属第三产业，居民生活用电指住宅用电。

4） 按负荷在电力系统中的分布分类。 可分为变电站负荷、分区负荷及全系统负荷。

5） 按时间分类。 可分为年、月、周、日负荷，分别表示每年、每月、每周、每日的最大负荷。

6） 按负荷的重要性分类。 根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治经济上所造成损失或影响的程度分级，分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。

（2）电力负荷预测方法

负荷预测包括电量需求预测和最大负荷预测，包括以下内容：

1） 电量需求预测。 预测内容包括各年（或水平年）需电量、各年（或水平年）一、二、三产业和居民生活需电量、各年（或水平年）分部门分和分行业需电量、各年（或水平年）按经济区域或行政区域或供电区需电量；

2） 电力负荷预测， 包括各年（或水平年）最大负荷预测，各年（或水平年）代表月份的日负荷曲线、周负荷曲线预测；日负荷曲线是指一天内每小时（整点时刻）负荷的变化情，以日最大负荷为基准值的标幺值表示。如图1所示。

 

图1 一个省级电网的典型日负荷曲线示意图

周负荷曲线是指一周内每天最大负荷的变化情况，以周最大负荷为基准值的标幺值表示，如图2所示。

图 2  周负荷曲线示意图

3）各年（或水平年）年持续负荷曲线、年负荷曲线。年持续负荷曲线指的是将全年（8760)每小时负荷按大小排队作出的曲线。年负荷曲线指的是每年每个月最大负荷变化情况，以年最大负荷为基准值的标幺值表示。年持续负荷曲线、年负荷曲线分别如图3、图4所示。

图 3  年持续负荷曲线示意图

图4 年负荷曲线示意图

4）各年（或水平年）的负荷特性和参数，如平均负荷率、最小负荷率、最大峰谷差、最大荷利用小时数等。

5）对负荷增长因素和规律的总结分析。包括能源变化的情况与电力负荷的关系，国民生产总值增长率与电力负荷增长率的关系，工业生产发展速度与电力负荷增长速度的关系，设备投资、人口增长与电力负荷增长的关系，电力负荷的时间序列发展过程。

此外，尚需研究经济政策、经济发展水平、人均收入变化、产业政策变化、产业结构调整、科技进步、节能措施、需求侧管理、电价、各类相关能源与电力的可转换性及其价格、气候等因素与电力需求水平和特性之间的影响，需分析研究电网的扩展和加强、城市电网改造、供电条件改善、农村电气化等对电力需求的影响。

6）除上述内容外，根据电力系统设计内容深度规定应对以下内容进行分析：

①分地区电力电量消费水平及其构成；

②地区总的电力电量消费与工农业产值的比例关系；

③过去5~10年电力电量增长速度；

④对负荷特性、缺电情况做必要的分析和描述。

7）对电力系统规划确定的负荷水平，特别是设计水平年的负荷水平还应进行以下分析和核算并报有关单位认可后，方可作为本设计的负荷水平。

①与本地区过去的电力电量增长率进行对比；

②与国家计委和主管部门对全国或对本地区的装机和发电量预测和控制数进行分析对比；

③说明与地区电力部门的预测负荷和电量是否一致；

④对负荷的主要组成、分布情况和发展趋势做必要的描述；

⑤必要时还应根据关键性用户建设计划及其主要产品产量对预测负荷进行分析评价。

（3）需电量的预测方法

需电量传统的预测方法主要有用电单耗法、电力弹性系数法、回归分析法、时间序列法、综合用电水平法、负荷密度法等，可作为预测全社会和“网内”的电力需求，提出两至三个预测水平，并推荐其中一个基本方案。

（4）最大负荷值预测方法

当已知规划期的负荷需用电量后，一般可用最大负荷利用小时数法、同时率法预测最大负荷值。

1）最大负荷利用小时数法

可用下式来预测规划期的最大负荷，即

Pmax=E/Tmax

其中，Pmax为预测期最大负荷；E为预测期需用电量；Tmax为年最大负荷利用小时数，和用电结构有关。

2）同时率法。

用所求各供电地区的最大负荷之和乘以同时率K，得到整个系统的综合用电最高负荷，再加上整个系统的线损和厂用电后，就可以求得整个系统的最大发电负荷。这是因为各用户的最大值不可能在同一时刻出现，一般同时率的大小与电力用户的多少、各用户的用电特点等有关。每个系统应根据实际统计资料确定。

2.电力电量平衡计算

电力电量平衡计算是研究电力供求关系、电能消纳方案、进行电源优化和安排开机方式的重要工具，电力系统设计应编制目前到设计水平年的逐年电力电量平衡及远景水平年全系统和分地区的电力电量平衡，必要时还应列出分地区低谷负荷时的电力平衡。

电力电量平衡主要分析和研究以下问题：

（1）确定电力系统需要的发电设备容量，确定规划设计年度内逐年新增的装机容量和退役机组容量。

（2）确定系统需要的备用容量，研究在水、火电厂之间的分配。

（3）确定系统需要的调峰容量，使之能满足设计年不同季节的系统调峰需要。

（4）合理安排水、火电厂的运行方式，充分利用水电，使燃料消耗最经济，并计算系统需要的燃料消耗量。

（5）确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电量平衡。

（6）确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。

（7）分析系统与系统之间、地区与地区之间的电力电量交换，为论证扩大联网及拟定网络方案提供依据。

3.电力系统安全稳定运行的基本要求与措施

保证电力系统安全稳定运行的基本要求：

为保证电力系统的安全稳定运行，维持电网频率、电压的正常水平，系统应留有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量。备用容量应分配合理，并有必要的调节手段。在正常负荷波动和调整有功、无功潮流时，均不应发生自发振荡。  

合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的基础。合理的电网结构主要要求包括加强受端系统建设、电厂分层分区接入、电源分散接入受端系统等。

合理的电网结构应能满足 ： 电网正常运行方式（包括计划检修方式）的需要，具有一定的灵活性；具有抗大扰动的能力，任一原件无故障或发生单一故障断开时，不应导致主系统非同步运行，即满足（N-1)可靠性准则；在事故后经调整的运行方式下，电力系统仍应有规定的静态稳定储备，并满足再次发生单一元件故障后的暂态稳定和其他元件不超过规定事故过负荷能力的要求；电力系统发生稳定破坏时，必须有预定的措施，以防止事故范围扩大。低一级电压电网中的任何元件（包括线路、母线、变压器等）发生各种类型的单一故障，均不得影响高一级电压电网的稳定运行；可以合理控制系统的短路电流水平，并能适应系统发展的要求。

提高电力系统稳定水平的根本措施是加强网络结构，如选择合理的输电电压，形成坚强的网架，建立紧密的受端系统等。 必要时，可取以下一种或几种提高稳定的措施：

1）提高输电线的电压等级、采用串联电容补偿、采用新的线路结构等措施，该类措施涉及范围广，投资往往相对较大，需要经过详细的技术经济论证，并充分考虑系统的发展。

2）装设发电机励磁系统（包括PSS)、快关汽门、自动重合闸装置，该类措施投资

小，对提高系统暂态稳定及可靠性有明显效果，一般都应考虑采用。

3）电气制动主要用在受端系统容量大、送端系统容量小的情况，对线路瞬时性故障效果较好，对永久性故障效果较差。

4）切机措施适用于受端系统容量大、送端系统容量小的情况，对线路永久性故障有较好效果。切机措施对火电厂实施比较复杂，同时切机将使系统容量减少，可能使系统频率下降。

5）系统中装设解列装置，防止系统发生严重故障时系统瓦解的有效措施。

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