电力系统规划程序和方法研究

贺岭姿

摘 要：该文基于笔者多年从事电力规划的相关工作经验，以电力系统的规划程序和方法为研究对象，论文首先探讨了电力系统规划的内容和基本准则，进而分析了电力系统规划设计的方法和手段，在此基础上，探讨了电力系统规划的模型，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：电力系统 规划 程序 方法

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0012-02

电力系统发展规划的任务是研究电力系统长期发展的规模及速度，是以一省、一个大区甚至全国范围未来国民经济的发展为基础，以动力资源和其他经济资源为条件，测算用户对电力、电量的需求，分析合理的电源构成、布局、装机规模及单机容量，研究新的输电方式和更高的电压等级以及对新的发、输、配、变电设备的需求，估算未来电力系统发展所需要的资金和各类燃料数量，提出电力工业发展所需超前研究的科研课题和建设方针。因此，电力系统发展规划涉及的范围是相当广泛的。如巨型水、火电厂的建设涉及到大江大河的流域规划、大型煤电基地的规划以及铁路交通运输部门的规划等，同时也涉及到一些规划的专门课题如水、火电电源的比例问题，输煤输电问题，扩大再联网问题等等。因此，电力系统规划工作应在国家的经济计划和能源政策的指导下进行。

电力系统规划由电力负荷预测、电源规划和电网规划等部分组成。电力负荷预测是电力系统规划的基础，它提供电力增长、负荷曲线以及电力分布的信息。电源规划和电网规划的结果也可能反过来用电能的边际成本对电力负荷曲线或分布施加影响。就电力系统而言，电源方案和电网方案实质上是一个不可分割的整体。

1 电力系统规划的内容

（1）对规划年份内电力负荷的发展进行预测，并对用电负荷的构成及特性进行分析；（2）进行规划年份的电力、电量平衡；（3）对规划地域内发电能源情况进行调查，并对其开发及运输条件进行分析；（4）参与发电厂的可行性论证；（5）对电源建设方案进行论证；（6）提出相应的主系统网架方；（7）提出系统逐年新增发电容量及退役容量，规划期发送变电工程项目及其规模，规划期及逐年基建总投资和筹措设想；（8）规划方案的技术经济指标及经济效益；（9）应完成的前期工作及科研项目。

2 电力系统规划的基本准则

电力系统应向用户提供充足、可靠和优质的电能，而经济性、可靠性和灵活性是电力系统应该具有的品质，故满足一定程度的经济性、可靠性和灵活性是对规划设计电力系统的基本要求。

（1）电力系统的经济性

电力系统规划设计工作的重点之一就是电网建设的经济性，它包括燃料的输送和供应，电能的生产和输送。发、送、变电设备的一次投资和折旧，能量输送过程中的损耗以及其他运行费用等。由于是规划设计中的系统，系统运行费用是以生产模拟方法计算的，总的要求是年费用最低。对跨区互联送电工程及远距离送电和建厂等比较大型的系统规划设计项目还应进行项目的财务分析，以确定其贷款偿还能力和经济效益。

（2）电力系统的可靠性

电力系统可靠性的主要内容包括：

①对用户供电的充足性。供电的充足性是指系统满足一定数量负荷用电的不间断性。国际上目前已普遍采用电力不足概率（或失负荷率 LOLP）来作为对电力系统供电充足性的评价标准，我国一直沿用发电装机容量备用率的概念来表征电源的充足程度。

②对用户供电的安全性。供电的安全性是指系统在保持向用户安全稳定供电时能够承受故障扰动的严重程度，通常是指规程中规定的故障条件。电力系统发展规划的主要任务之一就是通过电力系统的安全校核，包括稳态的N-1安全检查和暂态的稳定计算来保证系统达到一定的安全标准。

（3）电力系统的灵活性

电力系统发展规划会遇到很多的不确定性因素，规划设计完成以后碰到基本建设项目实施投产，系统中电源、负荷及网络情况可能发生某些变化，设计系统应该能够在修改不大的情况下仍然满足应有的技术经济指标，这就是电力系统对基本建设条件变化适应的灵活性。

3 电力系统规划设计的程序

电力系统规划是电力建设前期工作的重要组成部分，在进行电力系统发展规划的同时也进行水、火电厂及联网工程的初步可行性研究，以便编报项目建议书。项目建议书审批立项后可开展可行性研究，为编写设计任务书提供依据，设计任务书批准后项目可列入国家建设计划。在可行性研究工作同时可以开展电厂接入系统设计系统专题设计以配合稍后开展的本体工程初步设计，提供设计的技术条件和参数规范。在系统发展规划完成之后还应进行系统发展设计，但其任务是面向全网的，并不能代替具体电厂的接入系统设计。水电厂在可行性研究阶段只进行接入系统配合，到电厂初步设计正式开始后才进行接入系统的设计。

4 电力系统规划设计的方法

电力系统规划设计工作分为电力系统发展规划和电力系统发展设计两个阶段。

前者主要研究电力系统发展的全局性问题，因此在方法上着重于综合分析，结论则主要体现宏观指导作用；后者是在电网发展的重大原则已经明确的条件下研究年度内各建设项目在建设进度、规模以及设计技术原则上的协调与统一，从研究方法上看系统设计虽有成熟的电力系统计算分析理论和软件可以借助，但仍然必须以综合分析的方法贯穿始终。

4.1 电力系统规划设计的基本方法

4.1.1 基本条件分析

电力工业发展的基本条件有3个，即电力负荷需要、动力资源开放及运输条件许可、发变电设备的制造及供应及时。

电力负荷的增长直接反映了国民经济发展和社会生活的用电需要，因此预测规划年份各行各业的用电需要就是预测国民经济和社会生活未来的发展状况。对电力负荷发展预测的准确性决定于对国民经济各行各业和社会生活发展预测的准确性。确定了规划期内的负荷需求量后，也就确定了电力工业的发展速度，因此电力负荷发展情况是编制电力系统规划设计最重要的基础条件。电力负荷的预测和分析除了在量方面的预测以外，由负荷的构成所决定的负荷特性及其分析对确定电力系统的运行方式、电网网架结构、电源调峰、系统调压特性等都具有重要意义。endprint

动力资源包括煤炭、水力、核能、风力、石油等可发电能源资源。动力资源的构成、蕴藏量及开发运输条件实际上决定了一个国家的能源政策及电源开发方针，实际上在宏观上就决定了一个国家电力工业的发展方向。设备供应条件包括本国发输变电成套设备的制造水平和能力以及进口国外设备的可能性等等，电力工业的发展速度和规模在一定程度上受到设备供应条件的限制。

4.1.2 基本功能分析

分析电网的功能就是分析电网各部分以及某些大电源及主要网架的作用。对基本功能的分析要分层次进行。首先是全国供电范围、电源建设地点、电源的作用、分区电网之间的送受电关系等。其次应分析主力电源的合理送电范围、功率流向及相应的网架。最后是地区电网的情况。分析时要注意：随着系统的发展，电网各部分无论是电源、网架还是输电线的功能都是变化的。如区域性的主力电厂随着地区负荷的发展逐渐变为地区性电厂，主网架随着回路数的增加、中间变电所的不断接入以及更高一级电压的出现逐渐变为地区网络等。

4.1.3 基本形态分析

所谓基本形态分析就是分析发电厂与变电所之间的连接方式，也就是电网结构。最基本的电网结构有辐射型、链型及环型 3种。一般情况电网是由上述2种或3种基本形式组成的混合型。电网结构主要取决于电厂和负荷的分布、电网覆盖地域的情况等。电网结构设计的基本原则是分层分区原则，即不同电压等级电网构成不同的层次，不同地域的下一级电网解列构成不同的地区电网，地区电网本身具有足够的电压支撑和无功储备。

4.1.4 动态分析

动态分析即弹性分析或可变因素分析，主要是指电网实际的发展进程与设计预计有差别时规划电网的适应能力。可变因素主要是指一是负荷的实际增长超过或低于预计；二是电源建设进度或顺序发生变化；三是主要送电线路投产时间提前或推迟。因此电力系统规划要采用滚动的方法不断加以修正。

4.1.5 限制性条件分析

在制定电力系统规划方案时要特别注意那些会影响方案成立的限制性因素，这些因素主要是：自然地理条件的限制性因素、供水水源条件、煤矿建设进度不能满足电厂需要、主要输电线路存在跨江、河问题以及主要电气设备的制造存在困难等。

4.1.6 可靠性与经济分析

前5种为研究性分析，而可靠性与经济分析为检验性质。要求通过潮流计算、无功补偿及电压调整计算、系统稳定计算、N-1 网络安全检查以及方案经济评价计算等对设计系统的技术经济特性进行全面综合评价，提出最佳方案。

4.2 电力系统规划设计的手段

国内外已有多个电源规划的实用软件，如国际原子能机构的电源规划程序WASP、美国西屋电气公司的WIGPLAN以及国内的JASP程序等。而用于电力系统分析计算的软件则更为成熟，种类也比较齐全。这类计算手段在进行规划设计时可以大大减轻人的劳动强度河工作量，提高规划设计的效率，提高对设计方案研究的深度、广度和精度。但在实际过程中，由于电力系统规划设计是研究全局性的问题，相关因素较多，单纯依靠各种计算软件并不能够解决根本问题，而应在上述综合分析的基础上，利用相应的计算工具，使电力系统规划工作做得更好。

5 电力系统规划的模型

近年来，出现了多种电力系统的最优规划模型，虽然各种模型对问题的考虑、处理以及优化方法等有很大的差别，但在总的结构上基本上都是类似的，其原理如下图。图中最左方是规划所需要的各种资料、数据，其中包括现有系统的各种资料，待建电站的各种资料如厂址、容量、机组单台容量、机组特性、燃料来源及其数量和价格、水文数据、现有和待建网络的有关资料、各种技术经济指标、各种需用的参数、各种经济数据、各种约束条件等等。

未来负荷的增长是做系统发展规划的基本依据，其大小和特性是由负荷预测子模型来完成的。水电补偿调节子模型是一个水电优化调度模型，它按不同的水电站组合，根据水文情况和系统情况，输出各水电站参与系统运行所需的各种数据。电源规划子模型的功能是寻求系统最优电源发展规划方案；网络规划子模型是寻求与电源规划方案相适应的网络最优规划。这两部分是密切相关、互相影响的。得出了上述最优规划后，对结果进行分析，一般包括各种不确定因素分析以及某些约束条件的校验等。

参考文献

[1] 蒋鹏.电网规划方案技术经济评价方法研究[D].上海交通大学，2010.

[2] 陆怀谷.溧阳城区10KV电网规划方案的全寿命周期理论评价研究[D].北京：华北电力大学，2011.endprint