電力系統規劃程序和方法研究

賀嶺姿

摘 要：該文基于筆者多年從事電力規劃的相關工作經驗，以電力系統的規劃程序和方法為研究對象，論文首先探討了電力系統規劃的內容和基本準則，進而分析了電力系統規劃設計的方法和手段，在此基礎上，探討了電力系統規劃的模型，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：電力系統 規劃 程序 方法

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0012-02

電力系統發展規劃的任務是研究電力系統長期發展的規模及速度，是以一省、一個大區甚至全國范圍未來國民經濟的發展為基礎，以動力資源和其他經濟資源為條件，測算用戶對電力、電量的需求，分析合理的電源構成、布局、裝機規模及單機容量，研究新的輸電方式和更高的電壓等級以及對新的發、輸、配、變電設備的需求，估算未來電力系統發展所需要的資金和各類燃料數量，提出電力工業發展所需超前研究的科研課題和建設方針。因此，電力系統發展規劃涉及的范圍是相當廣泛的。如巨型水、火電廠的建設涉及到大江大河的流域規劃、大型煤電基地的規劃以及鐵路交通運輸部門的規劃等，同時也涉及到一些規劃的專門課題如水、火電電源的比例問題，輸煤輸電問題，擴大再聯網問題等等。因此，電力系統規劃工作應在國家的經濟計劃和能源政策的指導下進行。

電力系統規劃由電力負荷預測、電源規劃和電網規劃等部分組成。電力負荷預測是電力系統規劃的基礎，它提供電力增長、負荷曲線以及電力分布的信息。電源規劃和電網規劃的結果也可能反過來用電能的邊際成本對電力負荷曲線或分布施加影響。就電力系統而言，電源方案和電網方案實質上是一個不可分割的整體。

1 電力系統規劃的內容

（1）對規劃年份內電力負荷的發展進行預測，并對用電負荷的構成及特性進行分析；（2）進行規劃年份的電力、電量平衡；（3）對規劃地域內發電能源情況進行調查，并對其開發及運輸條件進行分析；（4）參與發電廠的可行性論證；（5）對電源建設方案進行論證；（6）提出相應的主系統網架方；（7）提出系統逐年新增發電容量及退役容量，規劃期發送變電工程項目及其規模，規劃期及逐年基建總投資和籌措設想；（8）規劃方案的技術經濟指標及經濟效益；（9）應完成的前期工作及科研項目。

2 電力系統規劃的基本準則

電力系統應向用戶提供充足、可靠和優質的電能，而經濟性、可靠性和靈活性是電力系統應該具有的品質，故滿足一定程度的經濟性、可靠性和靈活性是對規劃設計電力系統的基本要求。

（1）電力系統的經濟性

電力系統規劃設計工作的重點之一就是電網建設的經濟性，它包括燃料的輸送和供應，電能的生產和輸送。發、送、變電設備的一次投資和折舊，能量輸送過程中的損耗以及其他運行費用等。由于是規劃設計中的系統，系統運行費用是以生產模擬方法計算的，總的要求是年費用最低。對跨區互聯送電工程及遠距離送電和建廠等比較大型的系統規劃設計項目還應進行項目的財務分析，以確定其貸款償還能力和經濟效益。

（2）電力系統的可靠性

電力系統可靠性的主要內容包括：

①對用戶供電的充足性。供電的充足性是指系統滿足一定數量負荷用電的不間斷性。國際上目前已普遍采用電力不足概率（或失負荷率 LOLP）來作為對電力系統供電充足性的評價標準，我國一直沿用發電裝機容量備用率的概念來表征電源的充足程度。

②對用戶供電的安全性。供電的安全性是指系統在保持向用戶安全穩定供電時能夠承受故障擾動的嚴重程度，通常是指規程中規定的故障條件。電力系統發展規劃的主要任務之一就是通過電力系統的安全校核，包括穩態的N-1安全檢查和暫態的穩定計算來保證系統達到一定的安全標準。

（3）電力系統的靈活性

電力系統發展規劃會遇到很多的不確定性因素，規劃設計完成以后碰到基本建設項目實施投產，系統中電源、負荷及網絡情況可能發生某些變化，設計系統應該能夠在修改不大的情況下仍然滿足應有的技術經濟指標，這就是電力系統對基本建設條件變化適應的靈活性。

3 電力系統規劃設計的程序

電力系統規劃是電力建設前期工作的重要組成部分，在進行電力系統發展規劃的同時也進行水、火電廠及聯網工程的初步可行性研究，以便編報項目建議書。項目建議書審批立項后可開展可行性研究，為編寫設計任務書提供依據，設計任務書批準后項目可列入國家建設計劃。在可行性研究工作同時可以開展電廠接入系統設計系統專題設計以配合稍后開展的本體工程初步設計，提供設計的技術條件和參數規范。在系統發展規劃完成之后還應進行系統發展設計，但其任務是面向全網的，并不能代替具體電廠的接入系統設計。水電廠在可行性研究階段只進行接入系統配合，到電廠初步設計正式開始后才進行接入系統的設計。

4 電力系統規劃設計的方法

電力系統規劃設計工作分為電力系統發展規劃和電力系統發展設計兩個階段。

前者主要研究電力系統發展的全局性問題，因此在方法上著重于綜合分析，結論則主要體現宏觀指導作用；后者是在電網發展的重大原則已經明確的條件下研究年度內各建設項目在建設進度、規模以及設計技術原則上的協調與統一，從研究方法上看系統設計雖有成熟的電力系統計算分析理論和軟件可以借助，但仍然必須以綜合分析的方法貫穿始終。

4.1 電力系統規劃設計的基本方法

4.1.1 基本條件分析

電力工業發展的基本條件有3個，即電力負荷需要、動力資源開放及運輸條件許可、發變電設備的制造及供應及時。

電力負荷的增長直接反映了國民經濟發展和社會生活的用電需要，因此預測規劃年份各行各業的用電需要就是預測國民經濟和社會生活未來的發展狀況。對電力負荷發展預測的準確性決定于對國民經濟各行各業和社會生活發展預測的準確性。確定了規劃期內的負荷需求量后，也就確定了電力工業的發展速度，因此電力負荷發展情況是編制電力系統規劃設計最重要的基礎條件。電力負荷的預測和分析除了在量方面的預測以外，由負荷的構成所決定的負荷特性及其分析對確定電力系統的運行方式、電網網架結構、電源調峰、系統調壓特性等都具有重要意義。endprint

動力資源包括煤炭、水力、核能、風力、石油等可發電能源資源。動力資源的構成、蘊藏量及開發運輸條件實際上決定了一個國家的能源政策及電源開發方針，實際上在宏觀上就決定了一個國家電力工業的發展方向。設備供應條件包括本國發輸變電成套設備的制造水平和能力以及進口國外設備的可能性等等，電力工業的發展速度和規模在一定程度上受到設備供應條件的限制。

4.1.2 基本功能分析

分析電網的功能就是分析電網各部分以及某些大電源及主要網架的作用。對基本功能的分析要分層次進行。首先是全國供電范圍、電源建設地點、電源的作用、分區電網之間的送受電關系等。其次應分析主力電源的合理送電范圍、功率流向及相應的網架。最后是地區電網的情況。分析時要注意：隨著系統的發展，電網各部分無論是電源、網架還是輸電線的功能都是變化的。如區域性的主力電廠隨著地區負荷的發展逐漸變為地區性電廠，主網架隨著回路數的增加、中間變電所的不斷接入以及更高一級電壓的出現逐漸變為地區網絡等。

4.1.3 基本形態分析

所謂基本形態分析就是分析發電廠與變電所之間的連接方式，也就是電網結構。最基本的電網結構有輻射型、鏈型及環型 3種。一般情況電網是由上述2種或3種基本形式組成的混合型。電網結構主要取決于電廠和負荷的分布、電網覆蓋地域的情況等。電網結構設計的基本原則是分層分區原則，即不同電壓等級電網構成不同的層次，不同地域的下一級電網解列構成不同的地區電網，地區電網本身具有足夠的電壓支撐和無功儲備。

4.1.4 動態分析

動態分析即彈性分析或可變因素分析，主要是指電網實際的發展進程與設計預計有差別時規劃電網的適應能力。可變因素主要是指一是負荷的實際增長超過或低于預計；二是電源建設進度或順序發生變化；三是主要送電線路投產時間提前或推遲。因此電力系統規劃要采用滾動的方法不斷加以修正。

4.1.5 限制性條件分析

在制定電力系統規劃方案時要特別注意那些會影響方案成立的限制性因素，這些因素主要是：自然地理條件的限制性因素、供水水源條件、煤礦建設進度不能滿足電廠需要、主要輸電線路存在跨江、河問題以及主要電氣設備的制造存在困難等。

4.1.6 可靠性與經濟分析

前5種為研究性分析，而可靠性與經濟分析為檢驗性質。要求通過潮流計算、無功補償及電壓調整計算、系統穩定計算、N-1 網絡安全檢查以及方案經濟評價計算等對設計系統的技術經濟特性進行全面綜合評價，提出最佳方案。

4.2 電力系統規劃設計的手段

國內外已有多個電源規劃的實用軟件，如國際原子能機構的電源規劃程序WASP、美國西屋電氣公司的WIGPLAN以及國內的JASP程序等。而用于電力系統分析計算的軟件則更為成熟，種類也比較齊全。這類計算手段在進行規劃設計時可以大大減輕人的勞動強度河工作量，提高規劃設計的效率，提高對設計方案研究的深度、廣度和精度。但在實際過程中，由于電力系統規劃設計是研究全局性的問題，相關因素較多，單純依靠各種計算軟件并不能夠解決根本問題，而應在上述綜合分析的基礎上，利用相應的計算工具，使電力系統規劃工作做得更好。

5 電力系統規劃的模型

近年來，出現了多種電力系統的最優規劃模型，雖然各種模型對問題的考慮、處理以及優化方法等有很大的差別，但在總的結構上基本上都是類似的，其原理如下圖。圖中最左方是規劃所需要的各種資料、數據，其中包括現有系統的各種資料，待建電站的各種資料如廠址、容量、機組單臺容量、機組特性、燃料來源及其數量和價格、水文數據、現有和待建網絡的有關資料、各種技術經濟指標、各種需用的參數、各種經濟數據、各種約束條件等等。

未來負荷的增長是做系統發展規劃的基本依據，其大小和特性是由負荷預測子模型來完成的。水電補償調節子模型是一個水電優化調度模型，它按不同的水電站組合，根據水文情況和系統情況，輸出各水電站參與系統運行所需的各種數據。電源規劃子模型的功能是尋求系統最優電源發展規劃方案；網絡規劃子模型是尋求與電源規劃方案相適應的網絡最優規劃。這兩部分是密切相關、互相影響的。得出了上述最優規劃后，對結果進行分析，一般包括各種不確定因素分析以及某些約束條件的校驗等。

參考文獻

[1] 蔣鵬.電網規劃方案技術經濟評價方法研究[D].上海交通大學，2010.

[2] 陸懷谷.溧陽城區10KV電網規劃方案的全壽命周期理論評價研究[D].北京：華北電力大學，2011.endprint