《电力系统规划》第10章
电力系统规划
电力系统规划•负荷预测•电力电量平衡•电源规划•输电网规划•配电网规划配电网规划(主要内容)配电网的作用及其特点中压配电网的常用接线方式 配电网规划模型及算法配电网的作用及其特点(定义及分类)定义：在电力网中主要起分配电能作用的网络称为配电网络。
分类：按电压等级分为高压配电网(35、63、110 kV)、中压配电网(3、6、10kV)和低压配电网(380V、220V)；按供电区的功能来分类，可分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网。
配电网电压等级的选择及应用范围额定电压/kV线路结构输送功率/MW输送距离/km0.22架空线≤0.05≤0.15低压配网电缆≤0.1≤0.20.38架空线≤0.1≤0.25电缆≤0.175≤0.356架空线≤25~10中压配网电缆≤3≤810架空线≤38~15电缆≤5≤1035架空线2~1020~50高压配网110架空线10~5050~150配电网的作用及其特点(电压等级)配电网的作用及其特点配电网的作用及其特点RBTS系统配电网的作用及其特点RBTS系统配电网的作用及其特点BUS6的配电网为一复杂配电网，有83个节点，40个负荷点，2938户用户。
配电网的作用及其特点配电网的作用及其特点(中压配网与输电网的比较)中压配电网区别于输电网的主要技术特点：•配电网通常采用闭环设计、开环运行；•为提高供电可靠性，每条出线设置了若干分段开关；•配电网的支路电阻r和电抗x之比r/x一般比较大，而并联电导和容纳很小，常规的潮流计算方法不易收敛；•配电网常处于不平衡多相运行状态；•配电网中配电设备沿线配置，并且配电网的网络接线方式经常发生变化，检修更新频繁。
中压配电网常用接线方式(架空线路—放射式)一、架空线路1、放射式特点：呈放射状树枝形，线路末端没有其它能够联络的电源。
优点：结构简单、投资较少、维护方便。
缺点：可靠性较低，只适合农村、乡镇和小城市。
中压配电网常用接线方式(架空线路—普通环式) 2、普通环式●正常运行时呈闭合状态的分段开关○正常运行时呈断开状态的联络开关特点：将中压变电站不同的两回中压配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络。
《电力系统规划》第10章
电力系统规划 第10章
湖南工业大学 电气与信息工程学院
欲求最佳变电站站址，即可对u、v求偏导数， 并使之为0，则有：
n
n
u Pi xi / di / Pi / di
i 1
i 1
n
n
v Pi yi / di / Pi / di
i 1
i 1
电力系统规划 第10章
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1
min C
ji Pi u j xi 2 v j yi 2 2
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ji i Pi u j xi 2 v j yi 2 2
j1 i1
m
s.t ji 1(i 1,2,3,...h) j 1
电力系统规划 第10章
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10.3 配电网的接线模式
选择网络接线模式时一般需要考虑如下因素：
• 安全可靠性。
• 经济性。
• 灵活性。
• 延续性。
• 可发展性。
• 运行管理方便及操作简单。
• 其他。
电力系统规划 第10章
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1. 高压配电网接线模式
• 对于居民生活区内的10kV配电变压器，其容量一般 统一为250、400、500、630、800kV·A。
• 对于35kV电力变压器，容量一般使用16、20、 3l.5MV·A。
• 变压器台数至少选定为两台，以满足“N -1”原 则”。
电力系统规划 第10章
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10.2.2 变电站选址优化
电力系统规划 第10章
电力系统防雷保护(二)
可将避雷器上的电压ub近似 为一斜角平顶波。波头上升 部分斜率为侵入波的陡度， 幅值为Ub-5
只要避雷器上电压<变压器冲 击电压，则可保护
17
二、距离效应
由于避雷器离被保护设备有一段距离，在波的折反射过程中，被 保护设备的电压将不同于避雷器上的电压。
at
L
B
T
at
L
B
T l2
l1
(a)
雷电波侵入变电站的典型接线
例题：
一条220kV线路架设在平原地区，绝缘子串13片，正极性50%放电 电压为1410V；杆塔冲击接地电阻为7，避雷线半径为5.5mm， 弧垂fd＝7m，导线弧垂fd＝12m。求该线路的耐雷水平和雷击跳闸 率。 解：（1） 求耦合系数
避雷线的平均高度
导线的平均高度 h
d
h b 29 . 1
13
对于110kV以下的配电装置，绝缘水平高，可 用构架避雷针，并就近装设辅助接地装置。 对于变压器，由于最重要，因此不能装设构架 避雷针 对于35kV以下的变电站，由于绝缘水平低，故 只能装设独立避雷针，接地电阻不能超过10 发电厂厂房一般不能装设避雷针。 现在国标也推荐采用避雷线。
2 降低杆塔接地电阻
工频接地电阻一般为10-30
3
架设耦合地线
在某些雷击故障频繁的线路上，在导线下方架设一条耦合地线。 可起到分流、增加耦合的作用。
4
采用不平衡绝缘方式
在同塔双回线的情况下，采用不平衡绝缘，可避免双回线同时跳 闸而完全停电。 10
常用措施（二）：
5 6 装设自动重合闸
我国110kV以上线路自动重合闸成功率在75%-95％以上
电力系统分析第10章电力系统暂态稳定性分析
8
例题10-1
¾ 一简单电力系统的接线如图所示，设输电线路某一回路的始 端发生两相接地短路，试计算为保持暂态稳定而要求的极限 切除角。
z 解：选择基值，计算参数。
E& ′ = ? j0.295 j0.138
j0.243 j0.122 U = 1.0
−
E′U xⅢ
sinδ )
初始 条件
⎧⎪⎨ωt ==tcωc ⎪⎩δ = δc
求出故障切除后的δ-t曲线，当δ达到最大值δm后开始下降，说明运行点开
始向平衡点k移动，系统能保持暂态稳定；
δ >180°，系统不稳定
11
求解转子运动方程的算法
转子运动方程是非线性的微分方程，一 般不能求得解析解，用数值方法求出近似解 ¾分段计算法：就是把时间分成一个一个小 段，在每个小段时间里，把变加速运动看成 是等加速运动。计算方法简单。 ¾改进欧拉法：一种单步法。
G % E&′ jxd′
T1
jxT1 jxT1
jxT1
L
T2
jxL jxL
jxT2 U&
(Ⅰ)正常运行方式
jxL jxL
U& jxT2
jxΔ (Ⅱ)故障情况
××
jxL
jxTU2&
( Ⅲ ) 故障切除后3
大扰动后发电机转子间相对运动
P
PT = P0 0
运行点
功率特性曲线 PⅠ：正常运行； ΔωP PⅠ PⅡ：故障中； δ
f0
零序等值电路
E′ =
⎛⎜⎝U
+
Q0 xⅠ U
⎞2 ⎟⎠
+
电力系统规划(第二版 中国电力出版社)
一、什么是电力系统，以及电力系统的重要性是什么？1. 由发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产、输送、分配、使用的统一整体称为电力系统2．电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济建设中占据十分重要的地位，是实现国家经济发展现代化的战略重点，要满足国民经济发展的需求，电力工业必须超前发展，因此，做好电力规划，加强电网建设，尤为重要。
二、电力负荷预测的基本程序：①调查和选择历史负荷数据资料②历史资料的整理③对负荷数据的预处理④建立负荷预测模型⑤预测模型的应用⑥预测结果的评价⑦预测精度的评价⑧编写预测分析报告三、电力负荷等级的划分：分为三类，即一类负荷是关系到国民经济命脉以及人民生命财产安全的用户，此类负荷必须保证高度的供电可靠性；二类负荷是在国民经济中占有一定地位（一般工业用户），需保证中等程度的供电可靠性；三类负荷在国民经济中的地位更低，供电可靠性比较低四、电力系统负荷预测的内容包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测五、负荷预测中数据预处理的必要性：实际系统中由于各种原因引起原始数据偏差或数据缺失将可能导致预测模型和预测结果与负荷实际水平间的差距超出系统所能接受的范围，从而使得预测工作失去实际意义，因此，欲提高预测结果的可信度，对预测数据进行分析处理就显得非常必要六、电源规划的任务：是确定在何时、何地兴建何种类型和何种规模的发电厂，在满足负荷需求和达到各种技术经济指标的条件下，使规划期内电力系统能够安全运行且投资经济合理七、电网电压等级划分：3、6、10、35、63、110、220、330、500、750、1000KV。
其中110KV及以下为配电电压等级，电压级一般在3倍以上；100KV以上为输电电压等级，电压级一般在2倍左右。
八、市场环境下电源规划与传统规划有何区别：在电力市场环境下，强制性、统一性的电源规划和投资决策已不可能实现，电源规划很大程度上取决于未来市场的电价波动情况、国家政策的变化、能源的价格以及负荷的变化等因素。
电力系统分析第10章(电力系统各元件的序阻抗和等值电路)
或简写为：
10.1 对称分量法
F p
TFs
其逆关系为：
Fa1 Fa 2
Fa0
1 3
1 1 a
a a2 1
a2 a
Fa Fb
1 Fc
10.2对称分量法在不对称故障分析中的应用
10.2对称分量法在不对称故障分析中的应用
对于三相对称的元件，各序分量是独立的。
设输电线路末端发生了不对称短路
不计绕组电阻和铁芯损耗
其中 xI 、 xII 分别为两侧绕组漏抗，xm0为零序励
磁电抗。
零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星
形侧，变压器中无零序电流 流通
x0
1. YN, d接线变 xm0
10.5.1 双绕组变压器
2. YN, y接线变压器
x0 x xm0
线路上流过 三相不对称 的电流，则 三相电压降 也是不对称
的
10.2对称分量法在不对称故障分析中的应用
➢ 元件的序阻抗，即该元件通过某序电流时，产 生相应的序电压与该序电流的比值；
➢ 静止的元件，如线路、变压器等，正序和负序 阻抗相等；
➢ 对于旋转设备，各序电流会引起不同的电磁过 程，三序阻抗总是不相等的。
➢ 由于相间互感的助增作用，架空输电线的零序电抗大于正序 电抗，架空地线的存在使得输电线的零序电抗有所减小。电 缆线路零序电抗的数值，则与电缆的包护层有关；
➢ 制订序网时，某序网应该包含该序电流通过的所有元件，负 序网络结构与正序网络相同，但是为无源网络。制订零序网 络，应从故障点开始，依次考察零序电流的流通情况。在一 相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示，并且也 为无源网络。
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Dg Dab
第10章电力系统电磁暂态过程分析(研究生2020年)
第十章电力系统电磁暂态过程分析第一节概述电力系统电磁暂态过程分析的主要目的是分析和计算故障或操作后可能出现的暂态过电压或过电流，以便对电力设备进行合理设计，确定已有设备能否安全运行，并研究相应的限制和保护措施。
此外，研究新型快速继电保护装置的动作原理、故障点探测原理以及电磁干扰等问题，也需要进行电磁暂态分析。
由于电磁暂态过程变化很快，一般需要分析和计算持续时间在毫秒级以内的电压、电流瞬时值变化情况。
因此，分析中需要考虑元件的电磁耦合，计及输电线路分布参数所引起的波过程，甚至要考虑线路三相结构的不对称、线路参数的频率特性以及电晕等因素的影响。
电磁暂态过程的分析方法分为两类。
一类是应用暂态网络分析仪TNA （Transient Network Analyzer）的物理模拟方法；另一类是数值计算（或称数字仿真）方法，即列写描述各元件的全系统暂态过程的微分方程，应用数值方法进行求解。
数值计算方法具有代表性的成熟产品是H.W.Dommel 创建的电磁暂态程序EMTP （Electromagnetic Transient Program），它具有很强的计算功能和良好的计算精度，并包括了发电机、轴系和控制系统动态过程模拟，除了用于电磁暂态过程分析外，还可用于分析次同步振荡及轴系扭振等。
该程序已在世界上得到普遍承认和广泛应用，并仍在继续发展。
本章主要介绍EMTP 的基本数学模型和计算方法，重点阐述其基本原理，为读者使用和进一步深入了解这一程序和其他有关程序，乃至研究和开发新程序打下基础。
第二节电磁暂态过程数值计算的基本方法对描述电力系统元件和全系统暂态过程的微分方程进行求解，采用的是数值积分方法。
隐式梯形积分法比较简单且具有相当好的精度和良好的数值稳定性，并能较好适应刚性微分方程组，因此EMTP 和其他一些电磁暂态程序大多采用这种积分方法。
对于常微分方程)(d d x f t x =（10-1）隐式梯形积分公式为{})]([)]([2)()(t t x f t x f t t t x t x ∆-+∆+∆-=（10-2）式中：t ∆为积分步长。
电力系统规划(最终)
电力系统的规划引言：在新形势下进行电力系统规划工作,其难度更大,对规划工作者提出了更高的要求。
规划工作者应该加强电力市场调查研究工作,分析经济结构优化、电力体制改革和电力市场开拓等对电力需求的影响,收集各行业的发展信息,充分研究本地区用电量和负荷的历史数据及其发展趋势,做好规划的基础性工作。
然后,在综合考虑资源开发利用、人类生存环境和社会经济等方面协调发展的基础上,对规划方案从多方面进行综合权衡分析,确定使经济效益、环境效益和社会效益均达到最佳的方案,从而切实做到以市场需求为导向、以经济效益为中心、以资源优化配置为重点、实现以人为本全面协调可持续的发展。
在这里把电力系统的规划分成两大块儿，一是有形资产规划，二是无形资产规划。
1有形资产规划它主要指可以通过模型的建立，有效的制定我们的规划方式，就目前现阶段便可以预测并得出的经济收益最大化的方式。
它主要包括实体项目规划和非实体规划两部分1.1实体项目规划1.1.1电源规划随着我国电力市场不断发展,在满足外部环境约束和充分利用内部资源的前提下,使公司的利润水平最大化,使投资回报最大化。
因此,未来电源规划,例如新的机组(或电厂)的类型、位置、容量和投运时间,以及旧机组和旧电厂的退役或停运等,基本上由发电公司自行确定,以电厂投资者的利益最大化为前提,很大程度上取决于未来市场的电价波动情况、国家政策的变化、能源的价格以及负荷的变化等因素。
1.1.2分布式电源的规划随着我国经济的蓬勃发展,分布式电源的应用越来越广泛。
分布式电源也称分散电源或嵌入式电源,是指直接连接于配电系统的电源,例如小型风力发电、小型太阳能发电、燃料电池等。
但是,由于分布式电源的出现,电力系统的很多方面都将发生变化:①对发电的影响,即对电业宏观规划的影响;②对输变电的影响,即接入公共电网对电力系统运行的影响;③对电能质量的影响,即对受电质量和用户的影响;④对售电的影响,即对电力市场和电力经济的影响。
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第10章 配电网规划
配电网规划的特点与模型 变电站站址确定 配电网规划的主要内容 配电网规划的具体步骤
电力系统规划 第10章
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10.1 配电网规划的特点与模型
1. 配电网规划特点 (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。 (3)环境对配电网络的要求，如外形协调、电磁干扰、
外推法和仿真法 (2)确定网络的系统模型
采用架空线还是电缆、导线截面大小、网 络接线方式等 (3)效益评估
经济效益评估
电力系统规划 第10章
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• 配电网规划的流程如下：
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(1)原始资料的收集准备
用户用电需要、用户电压要求、用户供电可 靠性要求、用电负荷分布、变电站站址要求、地 区环境要求、现有配电网的改造计划、输电网规 划。
• 对于居民生活区内的10kV配电变压器，其容量一般 统一为250、400、500、630、800kV·A。
• 对于35kV电力变压器，容量一般使用16、20、 3l.5MV·A。
• 变压器台数至少选定为两台，以满足“N -1”原 则”。
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10.2.2 变电站选址优化
一.建立目标函数
1.单源连续选址
单源连续选址是在某一变电站供电范围一定 的情况下如何确定变电站站址的方法。
• 在建立模型时，基于不同的目标所建立的模型 不同。
• 设待求变电站的站址坐标为(u,v)，城网中10kV 各负荷点的坐标为(xi,yi)。
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m h
1
min C
ji u j xi 2 v j yi 2 2
j1 i1
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m h
1
min C
ji Si u j xi 2 v j yi 2 2
j1 i1
m h
1
min C
ji Pi u j xi 2 v j yi 2 2
(1)等负荷原则
n
1
min C u xi 2 v yi 2 2
i 1
• n为该变电站所供负荷点的个数。 • 这种模型适用于负荷相差不大，年耗电量基本相
同的场合。例如住宅区，对于区域规划中负荷不 确定的场合，采用这种模型较为简单、直观。
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(2)初投资最小原则
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n
1
min C Si u xi 2 v yi 2 2
i 1
• 该模型是将有色金属消耗最少作为主要因素，忽 略了敷设电线电缆的土建投资等费用，该方法尤 其适用于铜芯电缆消耗量大的场合。
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(3)负荷矩最小原则
n
1
min C Pi u xi 2 v yi 2 2
负荷运行小时数相差很大的情况。
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2.多源连续选址
• 多源连续选址是在一个规划区中同时确定几个变 电站的站址。
• 它的模型与单源连续选址相对应。
• 设所研究的问题有m个变电站，向h个负荷点供电， 则基于等负荷、初投资最小、负荷矩最小原则以 及网络运行费最小原则的多源连续选址目标函数 分别为:
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。
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2. 配电网规划模型
可从以下几个角度进行考虑：
(1)时间角度
静态负荷子系统
静态负荷整体系统
动态负荷子系统
动态负荷整体系统
物理结构角度 变电站子系统 配电线路子系统
i 1
• 该模型是基于单位电力负荷路径最短设计的，它 接近于初投资最小原则，并考虑到降低线损，该 模型在确定负荷中心上应用较为普遍。
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(4)网络运行费最小原则
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n
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min C i Pi u xi 2 v yi 2 2
i 1
• n为该变电站所供负荷点的个数。 • Pi：各负荷点功率(kw)。 • βi：单位距离、单位负荷的费用系数 。 • 这种模型主要适用于各负荷点年最大计算
(2)确定可能的配电规划方案
包
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10.2 变电站站址确定
• 变电站站址选择工作可分为规划选址和工 程选址两个阶段。
选址时需要明确变电站在系统中的作 用，是系统枢纽变电站、地区重要变电站 或一般变电站中的中间变电站、终端变电 站、开关站、企业变电站还是一次变电站。
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min C
且应满足施工条件方便等。
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10.2.1 变电站数量及容量的确定
n ——变电站数量 P ——为水平年的负荷需求 k ——为容载比 SΣ ——为现有变电站容量总和 SN ——为标准变电站容量
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• 对于配电变压器的选择，可用各地块中期负荷预测 的结果，考虑变压器的利用率和功率因数。在考虑 原有配变的基础上，可确定各地块中对应布置的变 压器的容量。
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(2)经济性和可靠性角度
确定性模型：只考虑经济指标。
可靠性模型：考虑成本和效益。
(3)目标角度
单目标模型
多目标模型
(4)灵活性角度
确定性
不确定性
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3. 配电网规划流程
• 配电网络规划的内容主要包括以下几方面： (1)负荷预测
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变电站的站址选择基本原则
• 接近负荷中心； • 使地区电源布局合理。 • 高低压各侧进出线方便。 • 站址地形、地貌及土地面积应满足近期建设和发
展要求；
• 确定站址时，应考虑其与邻近设施的相互影响； • 交通运输方便； • 其他：所选站址应具有可靠水源，排水方便，并