電力系統(tǒng)規(guī)劃設計在電力工程設計中的應用
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張云飛1由 分享
摘要：作為電力工程前期工作的重要組成部分，合理的系統(tǒng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟運行的前提，也是具體單項電力工程設計建設的方針和原則。文章根據(jù)單項電力工程設計的特點，論述了電力系統(tǒng)規(guī)劃設計在電力工程設計中的應用，并對如何開展電力系統(tǒng)規(guī)劃設計工作提出經(jīng)驗總結。
關鍵詞：電力系統(tǒng)規(guī)劃設計；電力工程設計；電力電量平衡；接入系統(tǒng)方案；電氣計算；系統(tǒng)專業(yè)提資
電能作為國民經(jīng)濟各個領域的基礎能源，在社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用。電力工業(yè)的先行建設，是保證經(jīng)濟發(fā)展的先決條件。作為電力工程前期工作的重要組成部分，合理的系統(tǒng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟運行的前提，也是具體單項電力工程設計建設的方針和原則。
一、電力工程中所涉及系統(tǒng)規(guī)劃設計的主要內(nèi)容
系統(tǒng)規(guī)劃設計相關工作可分為長期的電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃、中期的電力系統(tǒng)發(fā)展設計。其對單項電力工程設計具有指導性的作用，也是論證工程建設必要性的重要依據(jù)。
在進行單項電力工程設計時，其涉及到的系統(tǒng)規(guī)劃設計主要內(nèi)容包括：(1)工程所在區(qū)域的電力負荷預測和特性分析；(2)近區(qū)電網(wǎng)電源規(guī)劃情況及出力分析；(3)根據(jù)負荷預測和電源規(guī)劃結果，進行電力和電量平衡；(4)提出電力工程接入電網(wǎng)系統(tǒng)方案；(5)對所提方案進行電氣計算；(6)分析計算結果，并進行方案技術經(jīng)濟比較；(7)為電力設計其它專業(yè)提供系統(tǒng)資料。
(一) 電力負荷預測和分析
對擬建電力工程附近片區(qū)進行電力負荷預測和分析，是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的基礎。在電力工程設計時，主要進行10年以內(nèi)的中短期負荷預測。
中短期負荷預測，主要圍繞國民經(jīng)濟的運行和發(fā)展而進行。在總結歷年經(jīng)濟數(shù)據(jù)的基礎之上，結合社會經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)劃，對中短期的近區(qū)最大負荷進行逐年預測；同時，根據(jù)已建、在建和規(guī)劃的大項目情況，對負荷的特性進行必要的研究分析，并確定其對電網(wǎng)供電的影響。
負荷預測的方法多種多樣，即有傳統(tǒng)的序列預測法，也有模糊理論、專家系統(tǒng)等新方法。對具有重要意義的電力工程，如樞紐變電站、輸送大量潮流的電力線路、或大容量發(fā)電機組，可采取多種方法預測負荷，分析負荷增長因素及其發(fā)展趨勢，并從中選出一般可能出現(xiàn)的負荷水平進行分析。
(二) 電源規(guī)劃情況及出力
電源規(guī)劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的核心內(nèi)容。對擬建工程周邊電網(wǎng)的電源規(guī)劃進行統(tǒng)計，并分析電源的出力情況，是論證單項電力工程建設必要性的重要依據(jù)。
電力電源分為統(tǒng)調(diào)電源和地方電源，其中統(tǒng)調(diào)電源是指歸電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一調(diào)度的各類大型發(fā)電廠；地方電源則包括各類小水電站，以及企業(yè)自備發(fā)電機組。每種電源在不同的水文期的出力各不相同，同時新建電源機組會出現(xiàn)在規(guī)劃期間逐年投產(chǎn)的情況，因此，需對電源出力情況進行詳細的分析統(tǒng)計，以利于下一步工作開展。
(三) 電力電量平衡
電力電量平衡在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計中起約束條件的作用。根據(jù)電力負荷預測和電源出力分析，進行項目所在地區(qū)、供電區(qū)域進行電力、電量平衡計算，并對平衡結果進行分析，從而確定電力工程的布局和規(guī)模。
通過負荷預測確定各水平年的系統(tǒng)最大負荷，結合各類電源的出力分析，得出電力電量盈虧，從而確定電力系統(tǒng)所需的發(fā)電、變電設備容量。該容量應滿足負荷需求的工作容量加上系統(tǒng)需要的備用容量。此外，在進行電力電量平衡時，還需考慮分區(qū)間的電力電量交換，并根據(jù)情況增減設備容量。
(四) 接入系統(tǒng)方案
根據(jù)工程所在地原有網(wǎng)絡特點、負荷分布和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃等情況，說明項目工程在電力系統(tǒng)中的地位和作用，按照電網(wǎng)規(guī)劃，以及政府部門的審批意見，提出項目接入系統(tǒng)比較方案。
在論述項目接入系統(tǒng)方案時，應遠近結合、綜合考慮節(jié)約用地、節(jié)能降耗、電網(wǎng)新技術的應用。與此同時，需提出項目工程各方案的布局和規(guī)模，投產(chǎn)年及終期近區(qū)的電網(wǎng)結構、運行方式和供電電壓等內(nèi)容。
(五) 電氣計算
電氣計算是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的主要內(nèi)容，包括：潮流計算，穩(wěn)定計算，短路電流計算和無功補償計算。
第一，潮流計算主要是對電力網(wǎng)絡中的功率和電壓的分布進行計算，通過潮流計算可確定系統(tǒng)運行方式，檢查各元件是否滿足運行要求，并為系統(tǒng)繼電保護和穩(wěn)定計算提供依據(jù)和初值。
潮流計算作為電力系統(tǒng)設計中最基本的計算，是比較電力工程各接入系統(tǒng)方案最直觀的方法。通過潮流計算得出的電網(wǎng)各節(jié)點電壓、各網(wǎng)絡元件電力損耗、以及電力潮流的分布情況，可直接用于分析各接入系統(tǒng)方案的可靠性、合理性和經(jīng)濟性。
第二，穩(wěn)定計算是指根據(jù)要求，對電力系統(tǒng)的各種故障情況進行模擬計算和分析，從而確定電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的主要特征和穩(wěn)定水平。
穩(wěn)定計算多是基于潮流計算結果的基礎之上，在單項工程設計中常用到的穩(wěn)定計算包括電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算、電壓穩(wěn)定計算、以及頻率穩(wěn)定計算等。通過進行各種穩(wěn)定計算，可校驗各接入系統(tǒng)方案的運行參數(shù)能否滿足穩(wěn)定運行的要求，在必要的情況下提出安穩(wěn)策略和保障措施。
第三，短路電流計算主要是驗算在給定的網(wǎng)架中，由于故障短路而在電氣元件上產(chǎn)生的不正常電流值。計算項目工程接入系統(tǒng)節(jié)點處的各種短路電流，能為電氣設備的選型提供依據(jù)。
在確定網(wǎng)架結構和系統(tǒng)運行方式的情況下，進行短路電流計算可正確選擇及校驗電氣設備，選用正確的繼電保護整定值和熔體的額定電流，從而確保在故障情況下能快速切斷短路電流，減少短路電流持續(xù)時間，減少短路所造成的損失。系統(tǒng)的短路電流宜限制在合理的水平，當短路電流水平過大而需要大量更換工程相關網(wǎng)區(qū)已有電氣設備時，應提出限制短路電流的措施。
第四，進行適當?shù)臒o功補償，可向電力網(wǎng)絡中的感性負荷提供相應的無功功率，從而減少各種網(wǎng)絡元件因傳輸無功功率所造成的電能損耗。在具體電力工程中，需根據(jù)無功平衡，提出無功補償裝置總?cè)萘考胺纸M容量，必要時需對單組低壓電容器投切時電壓波動進行校核，進行近區(qū)無功平衡分析，和調(diào)相調(diào)壓專題計算。
(六) 方案比較
對項目接入方案進行比較，在各種電氣計算結果的基礎之上，從安全可靠性、實施性、發(fā)展適應性和經(jīng)濟性等方面進行分析，從而對各方案的設計及運行做出評價，并選擇最優(yōu)者作為推薦方案。
(七) 系統(tǒng)專業(yè)提資
通過合理的系統(tǒng)設計，可靠的系統(tǒng)電氣計算，選出綜合條件最優(yōu)的推薦接入系統(tǒng)方案，確定項目工程的建設規(guī)模和投產(chǎn)時間，為電力工程設計的其它專業(yè)提供有效的設計依據(jù)和準確的數(shù)據(jù)支撐。
關鍵詞：電力系統(tǒng)規(guī)劃設計；電力工程設計；電力電量平衡；接入系統(tǒng)方案；電氣計算；系統(tǒng)專業(yè)提資
電能作為國民經(jīng)濟各個領域的基礎能源，在社會發(fā)展中起著舉足輕重的作用。電力工業(yè)的先行建設，是保證經(jīng)濟發(fā)展的先決條件。作為電力工程前期工作的重要組成部分，合理的系統(tǒng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟運行的前提，也是具體單項電力工程設計建設的方針和原則。
一、電力工程中所涉及系統(tǒng)規(guī)劃設計的主要內(nèi)容
系統(tǒng)規(guī)劃設計相關工作可分為長期的電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃、中期的電力系統(tǒng)發(fā)展設計。其對單項電力工程設計具有指導性的作用，也是論證工程建設必要性的重要依據(jù)。
在進行單項電力工程設計時，其涉及到的系統(tǒng)規(guī)劃設計主要內(nèi)容包括：(1)工程所在區(qū)域的電力負荷預測和特性分析；(2)近區(qū)電網(wǎng)電源規(guī)劃情況及出力分析；(3)根據(jù)負荷預測和電源規(guī)劃結果，進行電力和電量平衡；(4)提出電力工程接入電網(wǎng)系統(tǒng)方案；(5)對所提方案進行電氣計算；(6)分析計算結果，并進行方案技術經(jīng)濟比較；(7)為電力設計其它專業(yè)提供系統(tǒng)資料。
(一) 電力負荷預測和分析
對擬建電力工程附近片區(qū)進行電力負荷預測和分析，是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的基礎。在電力工程設計時，主要進行10年以內(nèi)的中短期負荷預測。
中短期負荷預測，主要圍繞國民經(jīng)濟的運行和發(fā)展而進行。在總結歷年經(jīng)濟數(shù)據(jù)的基礎之上，結合社會經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)劃，對中短期的近區(qū)最大負荷進行逐年預測；同時，根據(jù)已建、在建和規(guī)劃的大項目情況，對負荷的特性進行必要的研究分析，并確定其對電網(wǎng)供電的影響。
負荷預測的方法多種多樣，即有傳統(tǒng)的序列預測法，也有模糊理論、專家系統(tǒng)等新方法。對具有重要意義的電力工程，如樞紐變電站、輸送大量潮流的電力線路、或大容量發(fā)電機組，可采取多種方法預測負荷，分析負荷增長因素及其發(fā)展趨勢，并從中選出一般可能出現(xiàn)的負荷水平進行分析。
(二) 電源規(guī)劃情況及出力
電源規(guī)劃是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的核心內(nèi)容。對擬建工程周邊電網(wǎng)的電源規(guī)劃進行統(tǒng)計，并分析電源的出力情況，是論證單項電力工程建設必要性的重要依據(jù)。
電力電源分為統(tǒng)調(diào)電源和地方電源，其中統(tǒng)調(diào)電源是指歸電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一調(diào)度的各類大型發(fā)電廠；地方電源則包括各類小水電站，以及企業(yè)自備發(fā)電機組。每種電源在不同的水文期的出力各不相同，同時新建電源機組會出現(xiàn)在規(guī)劃期間逐年投產(chǎn)的情況，因此，需對電源出力情況進行詳細的分析統(tǒng)計，以利于下一步工作開展。
(三) 電力電量平衡
電力電量平衡在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計中起約束條件的作用。根據(jù)電力負荷預測和電源出力分析，進行項目所在地區(qū)、供電區(qū)域進行電力、電量平衡計算，并對平衡結果進行分析，從而確定電力工程的布局和規(guī)模。
通過負荷預測確定各水平年的系統(tǒng)最大負荷，結合各類電源的出力分析，得出電力電量盈虧，從而確定電力系統(tǒng)所需的發(fā)電、變電設備容量。該容量應滿足負荷需求的工作容量加上系統(tǒng)需要的備用容量。此外，在進行電力電量平衡時，還需考慮分區(qū)間的電力電量交換，并根據(jù)情況增減設備容量。
(四) 接入系統(tǒng)方案
根據(jù)工程所在地原有網(wǎng)絡特點、負荷分布和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃等情況，說明項目工程在電力系統(tǒng)中的地位和作用，按照電網(wǎng)規(guī)劃，以及政府部門的審批意見，提出項目接入系統(tǒng)比較方案。
在論述項目接入系統(tǒng)方案時，應遠近結合、綜合考慮節(jié)約用地、節(jié)能降耗、電網(wǎng)新技術的應用。與此同時，需提出項目工程各方案的布局和規(guī)模，投產(chǎn)年及終期近區(qū)的電網(wǎng)結構、運行方式和供電電壓等內(nèi)容。
(五) 電氣計算
電氣計算是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的主要內(nèi)容，包括：潮流計算，穩(wěn)定計算，短路電流計算和無功補償計算。
第一，潮流計算主要是對電力網(wǎng)絡中的功率和電壓的分布進行計算，通過潮流計算可確定系統(tǒng)運行方式，檢查各元件是否滿足運行要求，并為系統(tǒng)繼電保護和穩(wěn)定計算提供依據(jù)和初值。
潮流計算作為電力系統(tǒng)設計中最基本的計算，是比較電力工程各接入系統(tǒng)方案最直觀的方法。通過潮流計算得出的電網(wǎng)各節(jié)點電壓、各網(wǎng)絡元件電力損耗、以及電力潮流的分布情況，可直接用于分析各接入系統(tǒng)方案的可靠性、合理性和經(jīng)濟性。
第二，穩(wěn)定計算是指根據(jù)要求，對電力系統(tǒng)的各種故障情況進行模擬計算和分析，從而確定電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的主要特征和穩(wěn)定水平。
穩(wěn)定計算多是基于潮流計算結果的基礎之上，在單項工程設計中常用到的穩(wěn)定計算包括電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算、電壓穩(wěn)定計算、以及頻率穩(wěn)定計算等。通過進行各種穩(wěn)定計算，可校驗各接入系統(tǒng)方案的運行參數(shù)能否滿足穩(wěn)定運行的要求，在必要的情況下提出安穩(wěn)策略和保障措施。
第三，短路電流計算主要是驗算在給定的網(wǎng)架中，由于故障短路而在電氣元件上產(chǎn)生的不正常電流值。計算項目工程接入系統(tǒng)節(jié)點處的各種短路電流，能為電氣設備的選型提供依據(jù)。
在確定網(wǎng)架結構和系統(tǒng)運行方式的情況下，進行短路電流計算可正確選擇及校驗電氣設備，選用正確的繼電保護整定值和熔體的額定電流，從而確保在故障情況下能快速切斷短路電流，減少短路電流持續(xù)時間，減少短路所造成的損失。系統(tǒng)的短路電流宜限制在合理的水平，當短路電流水平過大而需要大量更換工程相關網(wǎng)區(qū)已有電氣設備時，應提出限制短路電流的措施。
第四，進行適當?shù)臒o功補償，可向電力網(wǎng)絡中的感性負荷提供相應的無功功率，從而減少各種網(wǎng)絡元件因傳輸無功功率所造成的電能損耗。在具體電力工程中，需根據(jù)無功平衡，提出無功補償裝置總?cè)萘考胺纸M容量，必要時需對單組低壓電容器投切時電壓波動進行校核，進行近區(qū)無功平衡分析，和調(diào)相調(diào)壓專題計算。
(六) 方案比較
對項目接入方案進行比較，在各種電氣計算結果的基礎之上，從安全可靠性、實施性、發(fā)展適應性和經(jīng)濟性等方面進行分析，從而對各方案的設計及運行做出評價，并選擇最優(yōu)者作為推薦方案。
(七) 系統(tǒng)專業(yè)提資
通過合理的系統(tǒng)設計，可靠的系統(tǒng)電氣計算，選出綜合條件最優(yōu)的推薦接入系統(tǒng)方案，確定項目工程的建設規(guī)模和投產(chǎn)時間，為電力工程設計的其它專業(yè)提供有效的設計依據(jù)和準確的數(shù)據(jù)支撐。