电网规划方法概述

第一章能源和发电,1.1 能源和电能,1.2 火力发电厂,1.3 水力发电厂,1.4 核能发电厂第二级,*,电力系统规划 第6章 湖南工业大学 电气与信息工程学院,第6章 电网规划方法,概述,电网的电压等级选择,电力电量平衡,变电站的站址及容量选择,架空送电线路导线截面及输电能力,输电线路导线截面及输电能力,几种主要电网设计,6.1 概述,1.电网规划的内容,确定,输电方式,选择,电网电压,确定,变电所布局和规模,确定,网络结构,何地？,何种线路？,何时？,电网规划,电网规划,选择电网电压,确定电网结构,确定变电站布局和规模,确定输电方式,500kV及以上电压时才考虑直流输电的必要性,【主要问题】,大型水、火电厂,(,群,),及核电厂接入系统规划,各大区电网或省级电网的受端主干电网规划,大区之间或省级电网之间联网规划,城市电网规划,大型工矿企业的供电网络规划,【,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、经济输送电力的要求。,2.电网规划应具备的条件,3.电网规划方法,数学方法,启发式方法,数学优化方法,传统方法：,规划人员根据经验,提出参比方案,经济技术比较,选择最佳方案,未来网络,规划情况,可能架设新,线路的路径、长度,扩建、待建,变电站站址资料,地区负荷,增长情况,城市道路、桥梁、,隧道等规划,变电站可能,布点位置,架空线、,电缆线走廊,城网规划,1）启发式方法,优点：,直观、灵活、计算时间短、便于人工参与决策,缺点：,难以选择既容易计算又能真正反映规划实质的,性能指标,以直观分析为基础，基于系统某一性能指标,对可行路径上一些线路参数的灵敏度逐步迭代,满意的结果,2）数学优化方法,将电网规划要求归纳为运筹学中的数学规划模型，通过一定的优化算法求解，获得满足约束条件的最优规划方案。,电网规划的数学模型主要包括,变量、目标函数和约束条件,三个要素。,变量多、约束条件复杂，现有理论求解大规模优化问题困难。,某些决策因素难以用模型表达，数学最优解未必是工程实际最优解。,4. 电网规划流程,原始资料的收集和论证；,制定连接系统规划；,环境条件分析；,制定规划方案；,技术经济评价。,通过,潮流、短路、稳定计算和电磁环网,研究以及经济效果指标计算，评价各方案的社会环境适应性、供电可靠性、运行维护条件、供电质量和经济性指标，得出最佳输电网规划方案。,6.2 电网的电压等级选择,1. 电压等级选择原则,应符合国家电压标准：,3、6、10、35、63、110、220、330、500、750、1000kV,。,电压等级不宜过多，以减少变电重复容量。,非西北地区：,110/220/500/1000kV,西北地区：,110/330/750kV,220kV以下：,10/63/220kV 或 10/35/110/220kV,各级电压级差不宜太小。配电网(110kV及以下)级差3倍以上，输电(110kV以上)2倍左右。,不应选用非标准电压，要能满足近期过渡的可能性，也要能适应远景系统规划发展的需要。,应考虑到主系统及地区系统联络的可能性。,跨省电网之间的联络线，适应大工业区与经济体系的要求，最好采用单一合理的电压系列。,大容量发电厂向系统送电电压等级，应考虑其在系统中的重要性，高一级电压一回线或低一级电压多回线。,单回线供电系统，送电容量应与系统总容量保持合适比例，以保证事故时系统的安全。,2.电网的电压等级选择,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%,，结合线路输送容量及输送距离，来确定各级线路的电压等级。,根据线路送电容量和送电距离选择电网电压,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,3,0.11,31,中压配电网,6,0.11.2,154,10,0.22,206,35,210,5020,高压配电网,63,3.530,10030,110,1050,15050,220,100500,300100,省内送电,330,2001000,600200,省、网际输电,500,6001500,1000400,1000,500010000,20001000,网际输电,6.3 电力电量平衡,1、电力电量平衡目的与要求,电力电量平衡是供应与需求之间的平衡。在电源规划和变电站布点规划中应进行电力电量平衡计算。,分析,研究,内容,确定系统所需的各类容量,合理安排水火电厂运行方式，计算燃料消耗量,确定发电设备利用小时数，检验电量平衡,分析系统间地区间的电力电量交换，为论证和制定方案提供依据,2. 电力平衡中的容量组成,装机容量,工作容量,备用容量,必须容量,重复容量,受阻容量,水电空闲容量,3. 电力电量平衡计算,按发电机组动力来源划分,纯水电,纯火电,水电联合运行,枯水年 平水年 丰水年 特枯水年,1）电力平衡代表年、月的选择,按逐年控制月份的最大负荷和水电厂设计枯水年的月平均功率编制；,根据水电厂逐月发电功率的变化及系统负荷的变化情况，确定代表月，默认选12月；,一年中2个月份起控制作用时应分别平衡,必要时可先取代表年进行逐月平衡，找出起控制作用的月份为代表月进行逐年平衡。,2）电力平衡表的编制,表中包括以下内容：,（1）最大发电负荷,全系统 计及 同时率后的用电负荷加上线损和厂用电,（2）水电工作容量(功率),火电工作容量,核电工作容量,（3）备用容量：不得低于最大发电负荷的20%。负荷备用由水电承担，事故备用水火电按比例分配，检修备用视情况而定。,其中：水电？火电？核电？,（4）,需要装机容量：,工作容量与备用容量之和，其中：水电？火电？核电？,（5）,实际可能装机容量,其中：,（6）,新增容量,其中：,（7）受阻容量,其中：,（8）,退役容量：,每年退,出运行的机组容量,其中：,（9）,水电重复容量,（10）,核电重复容量,（11）,火电电力盈亏：,火电需要容量与火电实际可能装机容量的差值。,当电力平衡表中新增电厂比较多时，需要另行列出逐年新增装机容量表,（1）水电厂,1.xxx,2.xxx,水电厂新增容量总计,（2）火电厂,（3）核电厂,系统电量平衡表,1）系统月平均,负荷,(万kW),2）系统月平均,功率,(万kW),（1）水电厂功率(万kW),其中：xx电厂,xx电厂,（2）热电厂功率(万kW),其中：xx电厂,xx电厂,（3）凝汽式电厂功率(万kW),其中：xx电厂,xx电厂,（4）核电厂功率(万kW),其中：xx电厂,xx电厂,3）弃水功率(万kW),3）分区间的电力电量交换,通过电源方案的技术经济论证和电力平衡，确定了逐年的发电容量后，必须确定有关年份的各种水文年不同运行方式时各发电厂的功率。,通过日运行方式的安排，可求出联络线上的潮流。,规划阶段一般只求日最大和最小运行方式时的潮流。,整个电网规划中,电源和负荷是相对变化的,。,比如220kV电网规划:,发电厂和上级500kV变电站作为电源，,220kV降压变电站承担负荷;,而在35kV电网规划: 220kV降压变电站则成为了电源。,6.4 变电站站址及容量选择,1. 变电站站址选择,规划选址,编制电网发展规划时进行，对规划电网内可能布置变电站的点进行预先选择，规划出新建变电站的地址或范围，会随电网负荷变化而相应发生变化。,工程选址,根据电力系统规划中所确定的地点或范围进行，一般都是一次完成。,注意事项,选址时要明确变电站是枢纽变、地区重要变电站还是中间变电站、终端变电站、开关站等一般变电站，不同变电站在系统中作用不同，占地面积的要求也不同。,变电站站址选择的,一般原则,接近负荷中心，减少电网投资与网损。,使地区电源布局合理，减少二次电网投资与网损，达到安全供电目的。,高低压各侧进出线方便，减少交叉跨越和转角。,地形地貌及土地面积应满足近期建设发展要求。,应考虑对邻近设施（无线干扰、危险设施、腐蚀气体排放等）的相互影响。,交通运输方便。,其他：水源可靠、排水方便、施工方便等。,2、变电站电气主接线及容量选择,1）变电站电气主接线,变电站的电气主接线方式要根据变电站地位、电压等级、出线回路数、设备特点、负荷性质等条件，及满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求决定。,2）变电站主变容量,可按系统发展规划需求来确定，也可由上一级电网与下一级电网间的潮流交换容量确定，同时考虑N-1情况下的负荷安全，满足负荷率规定。,500/220kV变电站第三绕组容量应,不小于,变压器容量的15，,不大于,变压器容量的(11/K,12,)。,3）主变台数及型号选择,大城市郊区一次变电站，2-3台主变，未来可能4台；地区性孤立的一次变电站或大型工业企业专用变电站，3台主变；220kV以下三相变压器；另外还需分情况选择双绕组、三绕组或自耦变。,6.5 网络结构规划的常规方法,电网规划方案分类,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：,规划期较长时，需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。,1.方案形成,根据输电容量和输电距离，拟订几个可比方案。,送电距离：,一般采用中国电子地图测量，在直线测量的基础上乘以1.11.2的系数(经验值)。也可参考同路径已运行线路的实际长度，或取送电线路可行性研究后的设计长度。,送电容量：,将待规划电网分为若干区域(行政或供电)，对每个区进行电力电量平衡分析，观察各区域的电力余缺，明确各区域电力交换情况。,待规划电网的送电距离和送电容量确定后，根据,送电线路输电能力、以往类似工程实例以及规划者,的经验，即可拟出几个,待选的网络,连接方式。,从可靠性角度分，电网接线基本上可分为无备用,网络和有备用网络两大类。,无备用网络,又可,分为单回路放射式,和单回路链式。,有备用网络,又可分为,双回路放射式,、双回路链式、,环网,和双回路与环网混合型等。,（a）双回路放射式,（b）双回路链式,（c）环网,（d）混合型,2.方案检验,【任务】,对已形成的方案进行分析，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。,（1）,潮流计算,分析：分析各方案是否满足正常与事故运行方式下送电能力需求。,正常运行方式下，,不应存在,潮流迂回、线路潮流过重以及主变功率过重等情况。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。,N1事故运行方式下，线路潮流不应超过热稳定容量，主变应没有长时间过负荷现象。,（2）暂态稳定计算：,单回线输电网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。,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。,核电厂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（占系统容量比重过大者外）跳闸或失磁。,系统中任一大负荷突然变化(冲击负荷或大负荷突然退出)。,上述故障时必须满足系统稳定运行和正常供电。,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。,（3）短路电流计算,短路电流计算的,主要目的,是：确定各规划期内网络短路容量能否被网络中所有断路器承受，提出今后发展新型断路器的额定断流容量，并研究限制系统短路电流水平的措施。,（4）调相、调压计算,无功补偿应满足系统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，原则上应使无功就地、分层、分区基本平衡。,（5）经济比较,需,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。,经济比较是选择电网方案的重要因素，但不是唯一的决定因素。选择方案时，还应综合考虑其他因素。,常规电网规划的,基本内容和步骤,确定负荷水平及电源装机计划；,进行电力电量平衡，明确送电容量及送电方向；,核定送电距离；,拟定网架方案；,进行必要的电气计算；,进行技术经济比较；,综合分析，提出推荐方案。,6.6 架空送电线路导线截面及输电能力,架空送电线路导线截面选择和检验,1,）按经济电流密度来选择,根据电晕、机械强度以及事故情况下的发热条件进行校验，必要时通过技术经济比较确定。但对超高压线路，电晕往往成为选择导线截面的决定因素。导线截面的计算公式为：,2）按电晕条件校验导线截面,关于电晕损失，趋向于用导线最大工作电场强度Emax（单位为kV/cm）与全面电晕临界电场强度,Eo的比值来衡量。,三相平均的导线表面最大工作电场强度与全面电晕临界电场强度之比若小于0.9，则认为是经济的。,3）按导线长期容许电流校验导线截面,按容许发热条件的持续极限输送容量的计算公式为：,只有当电压为6、10kV以下，而且导线截面在,7095mm2以下的线路，才进行电压校验。,线路允许的电压损失量，应视线路首端的实际电,压水平确定。,2.架空送电线路的输电能力,是指输送功率大小与输送距离远近，它与电力系统运行的经济性、稳定性有很大关系。,自然输送容量P的计算公式：,当线路传输自然功率P时，电力传输具有,如下特征：,（1）全线各点电压及电流大小一致。,（2）线路任一点功率因数都一样。,（3）没有无功功率传输。,传输功率的近似估算式：,几种主要电网设计,一. 发电厂接入系统设计,1.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。,要求满足大型水、火电厂接入系统设计内容深度规定。为编制发电厂送出工程设计任务书提供论据，并为初步设计准备条件。,2. 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。,3.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810。,4. 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 。,二. 受端系统设计,1.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。,2.加强受端系统要点,1）加强受端系统内部最高一级电压的网络联系；,2）为加强受端系统的电压支持和运行的灵活性，在受端系统应接有足够容量的电厂；,3）受端系统要有足够的无功补偿容量；,4）枢纽变电所的规模要同受端系统的规模相适应；,5）受端系统发电厂运行方式改变，不应影响正常受电能力。,三. 联网规划设计,阶段划分及任务,1,）可行性研究：,论证联网的必要性、作用和联网效益，推荐联网输电方式,(,交流、 直流或混合输电,),、联网方案、联络线的经济输送容量、电压等级和回路数。对推荐方案做出全面技术经济分析，提出包括系统继电保护、调度控制和通信在内的工程投资估算和经济效益评价。,2,）联网工程系统专题设计：,通过电气计算，提出防止联络线上功率不规则波动、低频振荡、故障后系统失步、电压崩溃和联络线过负荷的措施，确定联网工程主设备参数，对继电保护、安全自动装置、调度自动化、远动和通信方式，以及联络线的频率和负荷控制提出技术要求。,2.联网效益,视不同的电网联网可以取得：两网错峰、水电调峰、水电补偿调节、减少备用容量、规模经济（采用大容量机组）、各种能源调剂效益。,3.联网方式,1）一点联网； 2）环形联网；3）大环联网。,两大系统间主干联络线电压等级一般宜与主网最高一级电压相一致。,1、,试简要说明电网规划要解决的问题以及解决问题的步骤。,2、电网规划的方案检验阶段要进行哪些方面的检验？,3、变电所选址在技术要求上有哪些原则？,4、为什么说确定合理的变压器的容量，是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证？,5、从电力系统经济性和可靠性的角度谈谈变电所选址的要求？,