新型电力系统规划设计与安全稳定性运行分析

朱 林

（国电南瑞科技股份有限公司）

0 引言

发展经济首先要保证供电，维护一个安全、稳定的供电体系是保证供电可靠的前提。多年来，我国电力公司通过在负荷中心进行大容量发电、强化电网结构、增强防御体系等方面的工作。使电力系统的技术和设备水平得到了提升，从而达到了与电网发展相协调的目的，确保了电网的安全、稳定、有效地预防了大范围的断电，为国家和社会的发展提供了强有力的保障。为了保障我国的能源安全，降低矿物能源对环境的污染，达到“碳达峰、碳中和”的目的，国家提出了建设基于新能源的新型电力系统要求。这一要求打破了现有的以化石为主的电力系统，因为电力系统将占据很大的份额，而传统水火电机组的份额将减少。新型电力系统的随机、断续特性直接关系到电网的稳定供电和电网的安全运行。本文基于EMS从规划设计、安全、稳定运行等方面对新型电力系统进行了分析，为提高电网规划的科学性和工作效率提供了依据。

1 新型电力系统的规划和设计

1.1 系统概述

本系统采用开放分布式体系结构，面向对象技术，采用了国际标准的软件平台，TCP／IP网络通讯协议，实现了网络的开放性。本系统以QT工具箱为基础，实现了数据库、图形界面、应用程序的跨平台开发，既能在UNIX上运行，又能在Windows上使用同一套源代码运行［1］。本系统包括了模型的维护与管理平台，以及用于设计网格的分析与计算平台，如图1所示。

图1 基于EMS的电网规划和分析系统的软件架构

为了维护以SVG／CIM（通用信息模型）为基础的网格模型，对电力系统进行了建模和版本管理。该平台主要是分析电力系统的潮流计算、安全分析、短路电流分析、短路容量扫描等。这两种平台都是基于同一个接口而设计的，因此可以轻松地进行转换。

该系统与已有EMS共用图形档案及模式参数，资料来源可为即时资料或历史剖面。同时，本系统还提供了一个外部SVG界面、XML／CIM／可扩充标签语言（XML）和IEC61970标准的CIS数据界面，可以输入和输出图像和数据，如图2所示。

图2 基于EMS的电网规划与EMS之间的联系

1.2 新型电力系统规划设计要点

（1）电力负荷预测和分析

在进行电厂工程建设前，施工单位及有关部门必须对该工程的发电负荷状况有一个全面的认识。野外考察与现场分析是电网规划与设计的重要依据，以确保电网规划与设计的科学性与精确性。在电网规划和设计时，要对电网的中短期负荷进行科学、合理地预测与分析。在现行的经济条件下，电力系统的设计与规划必须符合国家电网的整体规划。为确保电网规划设计的科学化，设计者必须对电网的实际运行状况进行调研和分析。最后，分析影响因素，得出结论。一旦将研究成果用于设计，为了保证工程质量，必须持续的解决问题。当前，利用模糊数学、专家系统等技术对电网负荷进行预测，能够提高电网的预测精度。

（2）电力电量平衡

在电力工程施工中，要充分考虑其内在的约束条件。在电力系统的规划和设计中，要充分考虑各种不确定性对电网建设的不利影响，同时保证电网的供电均衡。一般而言，设计人员应根据电力供应状况、用电负荷进行科学的分析，再通过区域或区域电离平衡计算，从而确定发电工程的规模。同时，对整个工程区域进行合理地调整、设计和布局。在设计时，各个层次的设计者要严格根据负荷预测的结果来进行系统的合理配置。有关人员应依据其计算结果，确定最大负荷，并对其进行精确的计算。

（3）系统接入规划和设计

电力系统规划和设计人员要充分利用本地区的电网资源，并对电网进行详细的负荷规划和与电网的连通规划。同时，在规划过程中，要综合各有关审批机关的意见与建议，制订一套完整的网络接入规划。另外，有关部门在进行方案的设计与实现时，应该从全局的角度来考虑整个电网的运行，并在电网规划中引入新的节能技术。

（4）电力规划和设计

电力系统的规划与设计，直接关系到电网的正常运转。为确保电力系统的科学性、可行性，可将供电与电网分成两个部分进行规划与设计，以确保其科学性、可行性。从总体上看，电网的供电可以分成两大类：同质供电和本地供电。同质供电覆盖了各大电厂，从而使电网更为均衡。地方电源是指某些中小型水电厂，通常由各电厂自行生产，有些新机组在计划、设计、调试等方面会有不同之处。同时，电站的水文循环也会发生变化，因此，单一电源的输出功率也会发生较大的改变。所以，在电网规划设计时，要充分考虑到馈线机组的特性，对电网的能量进行全面的分析与统计，以保证在后续的设计工作顺利进行前，能够清楚地解决能源问题。

（5）电气计算

电力计算在电网规划和设计中占有举足轻重的地位，它包括潮流计算、无功补偿、稳定性和短路计算。潮流分析法可为电力系统中的各电子部件、设备的损耗、电压、潮流等重要节点的动态特性提供参考。该方法对个人访问系统进行科学、合理、安全地分析。无功补偿计算通过对电网中的电感负荷进行无功补偿，可以为电力系统的无功补偿提供一定的理论依据，有效地降低部件间的功耗。无功补偿计算可以应用于电压、频率、瞬变的稳定计算［2］。通过对具体的计算值进行分析，可以为设计人员制订相应的防护与稳定措施。通过短路计算，可以很容易、迅速地排除系统的短路，并能为用户提供一个额定电压和一个特定的熔点。通过对电网短路的分析，可以降低电网故障所带来的经济损失，保障电力设备的安全、稳定、延长系统部件的使用寿命和工作效率。

2 基于EMS的电力系统安全运行的规划和设计

2.1 设定电力系统的安全等级

在设计电网安全运行时，首先要确定电网的安全级别。安全等级设置的结构如图3所示。

图3 安全等级设置结构

在电力系统安全等级的确定中，应充分考虑电网的安全与稳定。在确定电压等级前，必须搜集本区域的有关数据，掌握本区域电网建设的基本特征，并对其进行分析，确保电网安全可靠。根据这些资料，对附近现有变电站、输电线路、单位供电资料进行采集和分析，以便为电压等级的选取提供参考。在选取电网的同时，要随时注意电网的动态，及时更新电网资料，确保资料的准确性，采集电网的地区负荷，对电网中的电厂、变电站、线路进行管理，在掌握基本情况的基础上，进行电网电压等级的选取，电网的安全级别是下一步计算的依据，这样可以保证电力网络的容量和避免出现故障。

2.2 电力系统容量比的计算

为了保证电网的安全运行，必须首先对电网的负荷率进行计算。容量与负载比率是衡量电网可靠性与经济性的一个重要指标。在计算容量负载速率时，必须以最小容量负荷率为代表，以保证电力系统的安全运行，容载比计算过程如图4所示。

图4 容载比计算过程

从图4可以看出，变电信息应该被及时传送给计算机，以便计算出容量的比率，并且具有自动的容量检测功能，其中包括自动的线路能力检测和导线的容量检测。容量比例应该从大到小依次选取，并给出各线间的功率比。通过对导线、线路、变压器、发电机端子等设备的需求分析，建立了电容率的计算公式，并对全网的电流进行了分析。对各支路或发电机进行检测，按系统的能力进行分类，以确定容量比率指数。计算公式如下：

式中，Ua为网络能力资讯；Qi是测量能力负载率的指标；Ai是容量比率，不需要进行定向分析。随着指标的增大，电力系统的变电能力也随之增大，从而提高了系统的安全性能。

2.3 电力系统的安全运营计划与设计

根据电网的安全性和电网的容量比例，采用负载控制技术来保障电网的安全运行。负荷评价指标见表1。

表1 负荷评价指标

为了电网系统的安全运行，必须考虑到这些负荷指标。应使用分布式功率控制装置来设定预定的负载值。设定的公式如下：

其中，Df是负荷控制参数；yc是实际负荷；q是网络承载的负荷。在此计算中没有进行方向性分析。

如果在电网运行过程中，电力负荷大于预定的负荷值，应显示警报，引导用户在负荷减少达到标准值时继续用电。应实施自动关机和减少负荷的措施，以监测一段时间内的电力负荷。负载控制后的过电流见表2。

表2 线路过流情况

表2为控制后的线路过流情况，通过该控制后的装置运行时对电网的运行符合自动监控，准确切除超标线路和设备，在用户高峰用电时，通过该装置自动断开部分电气设备，以保证电力系统的安全运行，同时为控制用电负荷，使用智能化控制器，其以单片机和数据处理技术为主要原理，以电网使用频率为目标展开跟踪测量，频率值较低则完成负荷切断，维持电网的频率水平，以保证电力系统的安全运行，以此实现电力系统安全运行规划［3］。通过该方法能够提高电力系统的运行安全程度，具有一定的实际应用意义。

3 结束语

随着人们对电能的日益增长，电力的使用也日益广泛。电网的安全运行直接关系到人民的日常生活。为保证电网的安全稳定运行，本文提出一种以EMS为基础的电力系统，它是一种针对当前电网的不足和发展情况而开发的一种新型电力系统。电力系统安全运行的规划与设计主要靠电力系统的安全等级、电力系统的容量比例计算、能量负载的控制来进行。该系统能有效地改善并保障电网的安全。