电网规划又称输电系统规划

电力网络规划摘要：本文简要阐述了电网规划的分类、电网规划的基本内容、输电网与配电网规划的特点以及电压等级与输电能力方面的内容，并详细分析了直流潮流模型，最后简单介绍了直流输电系统。

关键词：输电网配电网电压等级输电能力直流潮流模型0.引言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。

1.电网规划的分类电网规划按照时间分类，可以分为短期规划、中长期规划和远景规划。

另外还可以按照不同专业进行分类，比如通信规划、营销规划和煤矿电源规划等各种专项规划。

短期规划分为1-5年，规划的内容比较具体仔细，可直接用来指导建设。

一般的电网5年规划与国民经济5年规划的时间同步。

如，十一五规划、十二五规划等。

中长期规划一般为5－15年。

在三种规划中，它起着十分重要的作用。

一方面，远景规划所做出的技术选择可通过中长期电网实际状况进行修正。

另一方面，它又可以指导短期规划，确保短期决策同中长期电网发展相一致；反过来，中长期规划中所引入的一些假设可通过更精确的分析或短期规划得到验证。

远景规划则需要考虑比输变电工程建设周期更长的发展情况，一般规划15-30年。

远景电网规划需要列举各种可能的过度反感、估计各种不确定因素的影响等。

远景规划的方案并不一定在建设中原封不动的实施。

由于客观条件或环境的改变，规划方案也将不断变化。

2.电网规划的基本内容与电源规划相比，电网规划问题更为复杂。

首先，电网规划要考虑具体的网络拓扑结构，各待选路径都必须作为独立的决策变量来处理，因此电网规划决策变量的维数比电源规划更高。

其次，电网规划应满足的约束条件非常复杂，其中一些约束条件不仅涉及非线性方程（如电压水平限制等），甚至还涉及微分方程（如系统稳定问题）。

所以，要构成一个完整的电网规划数学模型是比较困难的，对这样的问题进行求解就更加困难。

为避免上述困难，一般将电网规划问题分为方案形成和方案校验两个阶段。

规划中要按不同类型的输电线和变电站的性质、任务来考虑电网结构。

一般来说，电网规划应解决下列问题：（1）在何处投建新输电线路。

（2）何时投建新输电线路。

（3）投建何种类型的输电线路。

3.输电网与配电网规划的特点电力系统是指发电，输电，配电，用电的整个过程。

输电电网只是其中的部分。

电网稳定就是发电功力和负荷之间的平衡。

输电网主要讨论的是输电过程中由于输送功力的损耗而引起电压损耗，事故情况下潮流波动，参数改变时系统震荡，输送不平衡时频率的变化，这些都是相随相伴的，这就要考虑无功补偿，稳控切机和减少不必要的负荷问题。

电力系统线路模型可以分为：集中参数模型和分布参数模型。

一般来说，电力系统的参数是均匀分布的。

但是，对于中等长度以下的电力线路可以按集中参数建模。

所谓中等长度以下，一般是指110KV~220KV下的在100~300km内的架空线路。

对于集中参数模型，输电线路可以用以下四个参数描述：表示热能效应的电阻R，表示磁场效应的电感L，表示电场效应的电容C和表示漏电流和电晕的电导G。

然后等效成π型等效电路，利用电路知识解答。

对于分布参数模型，其多用微分方程表示，线路的各种分析都是基于微分方程的求解。

当然，两者各有优缺点和使用范围。

短线路用集中模型分析，计算简单，可以满足一定要求。

对于长线路，则必须用分布参数模型，尤其是长线路高电压的情况下，可以利用行波的特点进行故障分析和线路保护。

配电网是电力系统的重要组成部分，也是城乡基础设施建设的重要组成部分，它的规划、建设与改造直接影响到整个电力部门的经济效益和对广大电力用户供电的安全可靠。

由于配电网规划工作的特殊性，使其具有如下一些特点：（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，随着电力市场改革的深入，日后条件成熟时，最终在配电领域的零售业务中也将引入自由竞争，今后用户可以自由地选择电源，配电网规划有必要适应未来用户可自由地选择电源的要求，对配电网规划需考虑因素更多，更加复杂。

（3）环境对配电网络的要求，如外形协调、电磁干扰、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。

4.电压等级与输电能力电压等级即电力系统及电力设备的额定电压级别系列。

额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。

电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍能正常运行。

我国最高交流电压等级是1000KV（长治---荆门线），于2008年12月30日投入运行。

在建输电线路（向家坝-上海，锦屏-苏南特高压直流800kV），其下有500KV、330KV、220KV、110KV、60KV、35KV、10KV，380/220V，其中60kV是由于历史原因遗留下来的，目前仅在我国东北地区存在。

我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。

目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，1000KV。

电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。

通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。

10kV及其以下的电压线路称为配电线路。

将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。

我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。

输电能力是指在电力系统之间或在电力系统中从一个局部系统(或发电厂)到另一个局部系统(或变电所)之间的输电系统容许的最大送电功率(一般按受电端计)。

如果该输电系统是一回送电线路时，输电能力即等于该线路容许的最大送电功率；如果该输电系统是由多回线路(包括不同电压等级或不同导线截面的线路)所组成，或者有中间系统接入，输电能力指容许的综合最大送电功率。

影响输电能力的因素很多，主要有：送受端之间输电系统的电压等级，送电距离，电力网结构，线路回数，导线分裂根数和截面，以及电力系统安全稳定水平和标准等。

电力网结构越紧密(线路回数越多，中间有开关站或变电所，或者有中间系统接入)，线路导线的分裂根数越多、截面越大，以及系统的稳定水平越高，则输电能力越大；反之则越小。

5.直流潮流模型直流潮流模型是把非线性电力潮流问题简化为线形电路问题，从而使分析计算非常方便。

虽然它的精度不如交流潮流计算方法，但在输电系统规划中由于需要大量过负荷校验计算，且原始资料本身也并不精确，因此仍得到了广泛的应用。

在电网规划中，关键是如何把有功功率从电源处输送给负荷，即架线方案首先要保证有功潮流的输送。

至于输电线上的无功潮流相对较小，可近似认为它对有功潮流分布没有影响，基于这种分析的成立，则产生了只反映有功潮流分布的直流潮流模型。

在电力系统稳态分析中，当节点电压以极坐标形式表示时，则电力系统交流潮流方程为(G ij cosθij+B ij sinθij)P i=U i∑U jjϵi(i=1,2,...N-1)(5-1)支路有功潮流表达式为P ij=U i U j(G ij cosθij+B ij sinθij)−t ij G ij U i2(5-2)下面对式(5-1)和式(5-2)中的各符号作一说明:式中N —系统节点数；P i—节点i 的注入有功功率；U i—节点i 电压的幅值；jϵi—表示所有与i 直接相连的节点，包括；j=it ij—支路ij 的变压器非标准变比；θij—支路ij 两端节点电压的相角差；G ij，B ij—节点导纳矩阵元素的实部和虚部。

其中电压的相角差为θij=θi−θj(5-3) 实部和虚部的参数表示G ij+jB ij=−1r ij+jX ij=−r ijr ij2+X ij2+jX ijr ij2+X ij2(5-4)其中，r ij，X ij为支路ij 的电阻和电抗当i=j 时，则有G ij=−∑G ijjϵij≠iB ij=−∑B ijjϵij≠i即导纳矩阵对角元素为非对角元素之和的负值。

根据电力系统的实际情况,将交流潮流方程依据以下条件进行简化，就可以得到直流潮流方程。

（1）高压输电线路的电阻一般远小于其电抗，即r ij≪X ij，因而根据式（5-4）可以假定G ij≈0(5-5)（2）输电线路两端电压相角差一般不大(θij＜10%),可取cosθij≈1(5-6)sinθij≈θij(5-7) （3）假定系统中各节点电压的标么值都等于1,则U i≈1.0 (5-8)（4）不考虑接地支路及变压器非标准变比的影响，即t ij≈1(5-9)以上简化条件较符合高压输电网的一般特性，对有功潮流分布不致引起较大误差。

将（5-5）至（5-8）各式代入式（5-1）可得P i=∑B ijjϵiθij(i=1,2,...N-1)(5-10) 以上简化条件中,即电阻为零,电压相角差较小,节点电压不变化,不考虑非标准变比。

由式（5-4）可知,但为了以下应用方便起见，我们定义B ij=−1X ij(5-11)因此B ij=−∑1 X ijjϵij≠i(5-12) 最后，我们得到P i=∑B ijjϵiθj(i=1,2,...N-1)(5-13) 其中上式推导：P i=∑B ijθijjϵi =∑B ijjϵi(θi−θj)=(∑B ij)θijϵi−∑B ijjϵiθj=−∑B ijjϵiθj由于不考虑接地支路影响,则导纳矩阵对角元素为非对角元素之和的负值,且有∑B ijj=i=0即对某节点i,对角元素与相关非对角元素之和等于零,为应用方便,将负号放入矩阵元素中,最后可得式（5-13）的形式。

写成矩阵形式，为P=Bθ(5-14)式中P —节点注入功率向量，其中元素P i=P Gi-P Di ,这里P Gi和P Di分别为节点i 的发电出力和负荷；θ—节点电压相角向量；B —节点导纳矩阵的虚部，其元素由式（5-11）和式（5-12）构成。

式（5-14）也可写成另一种形式θ=XP(5-15)这里X 为系统节点阻抗矩阵，且X=B-1(5-16)将简化条件式代入支路潮流方程式（5-2），可以得到支路潮流计算式为P ij=−B ijθij=θi−θjx ij(5-17)将式（5-17）写成矩阵形式，有P l=B lφ(5-18)式中P l—各支路有功潮流构成的向量；φ—各支路两端相角差向量；B l—由各支路导纳组成的对角矩阵，设系统的支路数为l，则其为l阶方阵。