电力系统规划讲解

《电力系统规划》大作业

题 目：

电力系统规划 题目类型：

工程设计型 专业班级：

电气1211 学生姓名：

朱志华 学 号：

2012118508118 指导教师：

梅宏 日 期：

2015年11月15日

城市学院 制

前言

规划是电力系统安全、可靠、经济运行的前提。在当前国家经济和社会发展背景下，要实现科学合理的电力系统规划，迫切需要解决包括电力负荷预测、电源规划、电网规划及调度自动化规划等多个领域的众多实际课题。

的规划设计包括电源规划和电力网设计两部分。电源规划是根据变电所的负荷资料和电力系统的负荷曲线及现有发电厂的装机情况,进行电力电量平衡计算,确定系统备用容量及火电厂需要加装的装机容量。电力网设计是根据发电厂和变电所的地理位置及负荷的特点列出经济和技术上可行的接线形式,初步选出两种,在进行电压等级的选择。以保证电力系统安全可靠运行。

目录

前言 (1)

第一章电力负荷预测 (1)

第一节电力负荷的划分 (1)

第二节电力负荷预测 (2)

第二章电力系统电源规划 (3)

第一节发电厂运行特性简述 (3)

第二节备用容量及电力电量平衡 (5)

第三节发电系统可靠性 (7)

第四节电力系统随机生产模拟 (7)

第五节发电机组检修计划 (8)

第六节电源规划方法 (9)

第三章电网规划设计 (12)

第一节概述 (12)

第二节电网规划设计的技术标准 (12)

第三节电网规划设计采用的电力平衡 (13)

第四节输电方式和电压等级 (14)

第五节电网结构设计的一般原则 (14)

第六节变电站主变压器选择 (14)

第七节送电线路导线截面选择及输电能力 (15)

第八节消弧线圈的选择 (16)

第九节电气主接线 (16)

第十节电网规划设计的常规方法 (17)

第四章电网无功补偿和电压调整 (17)

第一节概述 (17)

第二节无功补偿设备配置 (18)

第三节电网电压调整 (19)

第四节电压稳定 (19)

第五章电力系统计算和分析 (19)

第一节电网元件参数计算 (19)

第二节潮流计算 (20)

第三节稳定计算 (20)

第五节电磁暂态计算 (21)

第六章电力系统方案经济比较 (21)

第一节概述 (21)

第二节经济评价方法 (21)

第三节电力系统方案经济比较方法 (22)

总结 (23)

参考文献 (24)

第一章电力负荷预测

第一节电力负荷的划分

电力系统负荷是电力系统中消耗有功功率的统称，习惯上电力负荷有时还泛指相应的电量（能量）。电力负荷是一个笼统的称谓，在进行电力系统规划设计是，针对不同的用途，需要对电力负荷仔细加以划分。

按覆盖范围划分：

电力系统负荷按覆盖范围可划分为用电负荷、供电负荷和发电负荷。需求侧所有用户用电设备消耗的有功功率总和成为用电负荷；将用电负荷加上电网中的消耗后称为供电负荷；供电负荷再加上发电厂本身的消耗（厂用负荷）后称为发电负荷。

按电网调度关系划分：

在我国，从调度管理角度可将发电厂分为两类。一类是由省级以上电网调度运行部门（区域网调、省调）统一调度的电厂，称为同调电厂；另一类是电厂不归省级及以上电网调度运行部门直接调度，称为非统调电厂。

按重要程度划分：

按国家标准，电力负荷按重要程度可划分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。

按所属行业划分：

按照国家有关规定，电力负荷可以按三次产业和城乡居民生活用电来划分。

第二节电力负荷预测

一、概述

电力负荷预测既是电力系统规划设计的基础，也是其重要组成部分。电力负荷预测的目的是为了合理安排电源盒电网的建设规模。

电力负荷预测的内容应包括：

1、预测规定范围内负荷的总量及其分布；

2、预测负荷特性参数和负荷曲线；

二、时序趋势外推法

1、回归分析法

2、动平均法

3、指数平滑法

4、生长曲线法

5、增长速度发

三、相关分析与预测法

1、弹性系数法

2、GDP综合电耗法

3、人均用电法

4、产业产值单耗及生活用电法

5、负荷密度法

6、类比法

四、预测结果表达

五、负荷曲线的编制

第二章电力系统电源规划

在综合考虑电源规划方案经济、社会和环境等多元目标的基础上，建立电源规划模型。

电源规划就是确定在规划期内系统应在何时、何地、建何种类型、多大容量的发电厂，以最佳方式满足电力负荷发展的需要。在传统的电力工业中，电源规划的目的是根据某一时期的负荷需求预测，在满足一定可靠性水平的条件下寻求一个最经济的电源开发方案。其主要任务是根据今后若干年内的负荷预测，在保证技术合理性和考虑各类电厂之间相互协调的基础上，寻求满足规划区域内的多目标电源建设方案。

第一节发电厂运行特性简述

1、主要形式:

火电,水电,核电,风电,燃油发电,太阳能发电,生物质发电,潮汐能发电

火电特点:

燃物质作为主要原料,将燃料燃烧所发的出的热能以水蒸汽为中间介质送入汽轮机,做功转化为机械能,由汽轮机转动带动发电机发电.

水电:

以拦河坝将水蓄于高处,控制水流经过发电用水轮机,利用势能驱动水轮机带动发电机发电.

核电:

将核燃料装入反应堆压力容器,利用控制棒控制反应堆反应速度,反应堆压力容器中核反应产生的热量由硼酸水带至一个热交换器,叫做蒸汽发生器,由此热交换器将二次侧的水加热成饱和蒸汽带动汽轮机转动,使发电机转动产生电能.

2、运行方式

火电:

以煤等可燃物质作为主要原料,将燃料燃烧所发的出的热能以水蒸汽为中间介质送入汽轮机,做功转化为机械能,由汽轮机转动带动发电机发电.

水电:

以拦河坝将水蓄于高处,控制水流经过发电用水轮机,利用势能驱动水轮机带动发电机发电.

核电:

将核燃料装入反应堆压力容器,利用控制棒控制反应堆反应速度,反应堆压力容器中核反应产生的热量由硼酸水带至一个热交换器,叫做蒸汽发生器,由此热交换器将二次侧的水加热成饱和蒸汽带动汽轮机转动,使发电机转动产生电能.

3、特点：

火电：技术成熟，是现在国内主要发电形式。优点是，技术成熟，建造成本低，运行控制简单。缺点就是污染大，主要消耗的煤为不可再生资源。

水电：污染小，但是建造成本高，对地理条件、自然环境要求大。无法大规模建造。

核电：现在国内技术也比较成熟，国内正在大力发展。它建造成本虽然高，但是电厂建好后发电成本很低，因为核燃料发电能量很大。现在平均下来成本和火电差不多，但是以后煤价上涨火电肯定也会涨价的。但是最大的优点是污染很小，没有废气排放。这是国家大力发展的主要原因。但是控制复杂，还有风险。第二节备用容量及电力电量平衡

1、备用容量

电力系统之所以需要备用容量，主要是由于电力工业生产的特点和用户用电的不均衡性所决定的。电能的生产，输送和消费几乎同时进行，电能又不能大量储存，而用户的用电又具有随机

性和不均衡性特点，因此，为了保证电力系统安全，可靠，连续地发供电，则必须设置足够的备用容量。

在电源安排时，所配置电源的装机容量必须大于最大负荷的要求，两者的差额称为备用容量。

备用容量的用途（或任务）可分为下述三种备用。

(1) 负荷备用。具体又分周波备用和负载备用，用于满足电力系统由于负荷突然变动的调频需要，以保证系统的正常周波的周波备用；用于补偿一些预计不到的负荷需求的负载备用。

(2) 检修备用。为保证电力系统正常设备的运行效率和提高设备的使用寿命，设置检修备用是必不可少的。检修备用是用于满足设备定期计划检修的容量设置。

(3) 事故备用。用于替代发生事故的机组出力，承担系统的事故负荷备用。事故备用是保证系统稳定和保证系统重要用户供电可靠性的需要。

考虑满足系统超计划用电的需要。

备用容量的种类，按其所处的状态划分，又可分为热备用和冷备用。

(1) 热备用。又称旋转备用，指运转中的机组可发最大功率与最大负荷的差额，其表现为部分机组空载或欠载运行的容量之和。

(2) 冷备用。属于等待调用未运转的机组可发容量。在发展规划设计中,主要考虑冷备用问题。

2、电力电量平衡

研究整个电力系统中各个电站如何配合运转、供电条件在年、月、日中的变化情况以及各发电厂机组进行年计划检修的时间安排和负担全系统负荷备用、事故备用等情况的工作称之为电力电量平衡，目的是根据系统负荷要求对已建成的和正在规划、设计中的水、火电站的容量和发电量进行合理安排，使他们在规定的设计负荷水平年中达到容量和电量的全面平衡。

第三节发电系统可靠性

发电系统的可靠性是指有足够的发电容量，在任何时候都能满足用户的负荷要求。输电系统的可靠性包含两个方面，一是有足够的传输容量，满足用户峰荷要求，这一点与上面是一样的；二是电力系统在事故状态下的安全性和避免连锁反应而不会引起失控和大面积停电的能力，表征了电力系统的动态性能。

第四节电力系统随机生产模拟

随机生产模拟是电力原统中进行经济技术分析的重要工具，在电能成本计算、系统规划和可靠性分析等方面有诸多应用。本文通过对随机生产模拟方法的概述，在此基础上阐述了随机生产模拟在电力系统中的应用，包括电源规划、可靠性评估、机组组合和电力市场等方面。

第五节发电机组检修计划

1、发电机检修

（1）前后轴承解体检修，复查调整转子与轴承箱缸体的同心度情况；

（2）本体开盖大修、吹扫，检查转子表面状态及有无损色；（3）检查、更换破损的静电接地电刷；

（4）检查电气联接有无松动或缺陷；

（5）冷却系统检修；

（6）盘车机构大修，消除盘车投入时的不到位现象；

（7）按相关规程进行电气预防性试验；

2、励磁机检修项目

（1）检查部件有无不正常现象；

（2）检查紧固部件有无松动；

（3）检查接线有无变形和松动；

（4）检查旋转整流盘的二极管是否有损坏；

（5）清扫内部灰尘；

（6）对励磁机进行绝缘测试；

（7）对励磁回路复查；

3、发电机试验项目

（1）发电机绕组对地绝缘电阻试验（包含吸收比和极化指数比

试验）；

（2）定子绕组直流电阻试验；

（3）发电机交流耐压试验；

第六节电源规划方法

1、电源规划的主要特点：

以电源建设投入费用最少为目标函数形成的数学模型称为电源优化模型。

此时，电源规划需对以下问题作出定量分析。

（1）方案的投资流及逐年的年运行费用；

（2）方案所需的一次能源消耗及燃料费用；

（3）系统的供电可靠性水平(指标) ；

（4）与相邻系统的互联效益及费用；

（5）方案对负荷增长速度，燃料价格等不确定因素的灵敏度分析等。上述问题在电源规划中，或形成约束条件，或成为决策变量，也可以某种形式起到间接的控制作用。此外，再考虑输电系统的协调和影响，这将使电源规划工作变得非常复杂，在其数学模型上所表现出的高维数，非线性及随机性等特点比电网规划中的情况更为突出。

(1) 高维数，主要表现在要处理各种类型的机组；待求的增加容量及台数；各水平年的电源建设过渡问题等。因此在规划中将构

成相当多的决策变量，这种高维数的情况一般很难由运筹学中的典型算法求解。

(2) 非线性，对机组的投资和年运行费用，在考虑资金时间价值下则均不是决策变量的线性函数；另外一些约束条件，如可靠性约束等也属于非线性的关系。因而电源规划在进行优化设计时，其模型实质是非线性的。

(3) 随机性，在电源规划中的一些基础数据，如负荷预测值；燃料价格；基准贴现率等都包含不确定性因素，这样在寻找最优规划方案时，就需要进行一系列的灵敏度分析加以论证。正因为如此，电源规划模型及其算法大都采用了一些简化假定，否则既使用大型计算机求解也很困难。

2、电源规划的流程

电源规划流程分为以下六步。

（1）资料的搜集和论证：主要是对厂址、发电能源及用户资料的搜集，并进行电力负荷预测。

（2）确定供电能力：根据用户需求及电力系统备用的要求，确定电力系统必须具备的

供电能力。

（3）电力电量平衡：包括能源供需预测、电源结构论证，以及发电和输电项目的主要经济论证。

（4）提出各种可行的电源开发方案指根据地区内的动力资源条件和厂址条件提出各种可能的电厂建设方案。

（5）经济效率评估：对各种开发方案进行经济性分析。

（6）确定最佳的电源开发方案：在经济效率评估的基础上，对供电可靠性、能源的利用效率、对环境的影响等方面进行综合评估，以确定最佳的电源建设方案。

3、电源规划的构成及模型

电源规划主要由电源投资决策和随机生产模拟两部分构成，前者是确定系统的电源结构，装机容量和装机进度；后者是确定发电费用及相关的技术经济指标。电源规划模型主要是围绕这两部分内容进行构造形成的。

电源规划模型主要分为按发电机组优化的电源规划模型和按发电厂优化的电源规划模型两种类型。

按发电机组优化的电源规划模型又称单节点电源规划模型，其假设条件是：认为系统负荷和同类发电机组集中在一个节点上，即相似可靠性分析中的单母线模型的含义。单节点模型不考虑电源与负荷的地理分布，也不计及输电费用对电源投资的影响，故不能回答系统在何地投建新机组的问题，从而使计算得到简化，但也可能使决策结果具有较大偏差。

按发电厂优化的电源规划模型又称多节点模型，它必须计及输电费用的影响，尤其对水电厂常常远离负荷中心，若采用单节点模型将不能反映出其工作特点和实际效益。但多节点模型使得计算过程变得很复杂，为此常将机组投资，煤耗曲线等进行线性化处理；或参与必要的人工决策分析，以减少规划变量维数及去

掉某些非线性函数等；最终使计算得到简化。电源规划模型一般以总费用或年费用最小为目标函数，因此在模型中除了投资之外，另一个构成因素，即发电费用或年运行费用如何确定则是一个十分突出的问题。因为发电费用总与一定时期内机组发出的电量多少直接相关（实为函数关系），在规划期内负荷增长速度不同，投入机组容量不同，则发电量亦不同。

第三章电网规划设计

第一节概述

电网规划又称输电系统规划，以负荷预测和电源规划为基础。电网规划确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使输电系统的费用最小。一个优秀的电网规划必须以坚实的前提工作为基础，包括收集整理系统的电力符合质料，当地的社会经济发展状况，电源点和输电线路方面的原始质料等。本文主要介绍了电网规划的内容、应具备的条件，电压等级选择及选择的原则；电网规划中的方案形成、方案校验及架空送电线路导线截面及输电能力。

第二节电网规划设计的技术标准

电网规划设计的技术标准也即是电网规划设计可靠性准则，

是为规划一个可靠地电网基本要求。

1、电力系统的静态稳定储备标准

电压静态稳定性指标是规划设计和调度运行人员的重要技术参数 ,应当具备以下特性: ①准确性。它取决于正确的系统模型和分析方法 ,以及对电压崩溃机理的准确把握。②线性性。目前很多指标的线性性不好 ,在系统接近崩溃点时才发生明显的改变 ,这种指标的预警作用无法给调度运行人员提供足够的时间作出反应。③计算快速性。为了在线快速分析 ,需要采用快速计算分析的算法和适当简化的模型。④提供多种信息。如能提供当前系统薄弱区域、关键母线、发电机等信息 ,并直接向调度运行人员提供解决问题的方案。

2、电力系统承受大扰动讷讷管理的安全稳定标准分为三级：

第一级：保持稳定运行和电网正常供电；

第二级：保持稳定运行，但允许损失部分符合；

第三级：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少符合损失。

第三节电网规划设计采用的电力平衡

电力平衡是研究电力系统有功功率的供需平衡问题，它既是电力系统规划设计的重要内容之一，又是进行电源规划和电网规划的基础，他在电力系统规划设计中应用十分广泛。

用于电力规划的平衡在第二章中已经论述，主要有装机平衡、

电量平衡和调峰平衡，这三个平衡是合理规划或安排电力系统电源的基础。

第四节输电方式和电压等级

电力网采用的输电方式有交流输电和直流输电两种。

我国电网额定电压的国家标准规定如下（KV）：

0.38,10（20），35,66,110,220,330,500,750,1000。

一般认为，在一个电网中，相邻两级电压级差不宜太小，相邻两级电压之比取1.7~3.0是比较合适的。

第五节电网结构设计的一般原则

送电线路死组成电力网络的主要元件，可以划分为电源送出线、负荷线、联络线。电源送出线是指从电源或者电源基地引出并输出电力的送出线路；负荷线是针对负荷或受电地区提供电力的送电线路；联络线是连续两个电力系统（一般指省级系统或区域系统）并交换电力的线路。

电网结构从可靠性角度可分为无备用和有备用两类，无备用电网结构可以分为单回路反射式和单回路链式，有备用结构可以分为双回路放射式、双回路链式、单回路环网、双回路环网、网络式和上述各种结构的混合等。

第六节变电站主变压器选择

变压器容量选择一是确定变电站主变压器规模，也就是变电

站投产后10-15年甚至更长的时间的远景年变压器单台容量和台数；二是确定变电站投产年变压器单台容量和台数。

变电站变压器容量选择不仅与变压器所供负荷大小有关，也与变压器自身的负载能力有关。运行中的变压器实际通过功率即负载状态时变化着的，从变压器自身的安全角度，变压器的负载可分为三类：

（1）正常周期负载；

（2）长期急救周期负载；

（3）短期急救周期负载。

以下是变压器负载电流和温度限值：

第七节送电线路导线截面选择及输电能力

1、按经济电流密度选择导线截面的计算公式是：

S=

P S —导线截面，mm 2

P —输电容量，看kW ；

cos ?—输电电率；

U —线路运行电压，kV

j —经济电流密度，A/mm 2

2、送电线路德尔自然功率公式：

2n U p Z λ

λ=

p λ—线路自然功率；MW

n U —线路额定功率；ｋＶ Z λ—线路的波阻抗，Ω

第八节 消弧线圈的选择

消弧线圈是一个带用铁芯的电感线圈。铁芯具有间隙，以便得到较大的电感电流并使其和所加的电压成正比；线圈的接地则有若干抽头，以便在一定范围内分级调节电感的大小。

第九节 电气主接线

主接线大致可以分为无汇流母线接线和有汇流母线接线两大