電力系統(tǒng)規(guī)劃程序和方法研究

賀嶺姿

摘 要：該文基于筆者多年從事電力規(guī)劃的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以電力系統(tǒng)的規(guī)劃程序和方法為研究對(duì)象，論文首先探討了電力系統(tǒng)規(guī)劃的內(nèi)容和基本準(zhǔn)則，進(jìn)而分析了電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的方法和手段，在此基礎(chǔ)上，探討了電力系統(tǒng)規(guī)劃的模型，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 規(guī)劃 程序 方法

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0012-02

電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的任務(wù)是研究電力系統(tǒng)長(zhǎng)期發(fā)展的規(guī)模及速度，是以一省、一個(gè)大區(qū)甚至全國(guó)范圍未來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為基礎(chǔ)，以動(dòng)力資源和其他經(jīng)濟(jì)資源為條件，測(cè)算用戶對(duì)電力、電量的需求，分析合理的電源構(gòu)成、布局、裝機(jī)規(guī)模及單機(jī)容量，研究新的輸電方式和更高的電壓等級(jí)以及對(duì)新的發(fā)、輸、配、變電設(shè)備的需求，估算未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展所需要的資金和各類燃料數(shù)量，提出電力工業(yè)發(fā)展所需超前研究的科研課題和建設(shè)方針。因此，電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。如巨型水、火電廠的建設(shè)涉及到大江大河的流域規(guī)劃、大型煤電基地的規(guī)劃以及鐵路交通運(yùn)輸部門的規(guī)劃等，同時(shí)也涉及到一些規(guī)劃的專門課題如水、火電電源的比例問(wèn)題，輸煤輸電問(wèn)題，擴(kuò)大再聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題等等。因此，電力系統(tǒng)規(guī)劃工作應(yīng)在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)計(jì)劃和能源政策的指導(dǎo)下進(jìn)行。

電力系統(tǒng)規(guī)劃由電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃等部分組成。電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，它提供電力增長(zhǎng)、負(fù)荷曲線以及電力分布的信息。電源規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃的結(jié)果也可能反過(guò)來(lái)用電能的邊際成本對(duì)電力負(fù)荷曲線或分布施加影響。就電力系統(tǒng)而言，電源方案和電網(wǎng)方案實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不可分割的整體。

1 電力系統(tǒng)規(guī)劃的內(nèi)容

（1）對(duì)規(guī)劃年份內(nèi)電力負(fù)荷的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)用電負(fù)荷的構(gòu)成及特性進(jìn)行分析；（2）進(jìn)行規(guī)劃年份的電力、電量平衡；（3）對(duì)規(guī)劃地域內(nèi)發(fā)電能源情況進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)其開發(fā)及運(yùn)輸條件進(jìn)行分析；（4）參與發(fā)電廠的可行性論證；（5）對(duì)電源建設(shè)方案進(jìn)行論證；（6）提出相應(yīng)的主系統(tǒng)網(wǎng)架方；（7）提出系統(tǒng)逐年新增發(fā)電容量及退役容量，規(guī)劃期發(fā)送變電工程項(xiàng)目及其規(guī)模，規(guī)劃期及逐年基建總投資和籌措設(shè)想；（8）規(guī)劃方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益；（9）應(yīng)完成的前期工作及科研項(xiàng)目。

2 電力系統(tǒng)規(guī)劃的基本準(zhǔn)則

電力系統(tǒng)應(yīng)向用戶提供充足、可靠和優(yōu)質(zhì)的電能，而經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性是電力系統(tǒng)應(yīng)該具有的品質(zhì)，故滿足一定程度的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性是對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的基本要求。

（1）電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)之一就是電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，它包括燃料的輸送和供應(yīng)，電能的生產(chǎn)和輸送。發(fā)、送、變電設(shè)備的一次投資和折舊，能量輸送過(guò)程中的損耗以及其他運(yùn)行費(fèi)用等。由于是規(guī)劃設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用是以生產(chǎn)模擬方法計(jì)算的，總的要求是年費(fèi)用最低。對(duì)跨區(qū)互聯(lián)送電工程及遠(yuǎn)距離送電和建廠等比較大型的系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目還應(yīng)進(jìn)行項(xiàng)目的財(cái)務(wù)分析，以確定其貸款償還能力和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）電力系統(tǒng)的可靠性

電力系統(tǒng)可靠性的主要內(nèi)容包括：

①對(duì)用戶供電的充足性。供電的充足性是指系統(tǒng)滿足一定數(shù)量負(fù)荷用電的不間斷性。國(guó)際上目前已普遍采用電力不足概率（或失負(fù)荷率 LOLP）來(lái)作為對(duì)電力系統(tǒng)供電充足性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)一直沿用發(fā)電裝機(jī)容量備用率的概念來(lái)表征電源的充足程度。

②對(duì)用戶供電的安全性。供電的安全性是指系統(tǒng)在保持向用戶安全穩(wěn)定供電時(shí)能夠承受故障擾動(dòng)的嚴(yán)重程度，通常是指規(guī)程中規(guī)定的故障條件。電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的主要任務(wù)之一就是通過(guò)電力系統(tǒng)的安全校核，包括穩(wěn)態(tài)的N-1安全檢查和暫態(tài)的穩(wěn)定計(jì)算來(lái)保證系統(tǒng)達(dá)到一定的安全標(biāo)準(zhǔn)。

（3）電力系統(tǒng)的靈活性

電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃會(huì)遇到很多的不確定性因素，規(guī)劃設(shè)計(jì)完成以后碰到基本建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施投產(chǎn)，系統(tǒng)中電源、負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)情況可能發(fā)生某些變化，設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)該能夠在修改不大的情況下仍然滿足應(yīng)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這就是電力系統(tǒng)對(duì)基本建設(shè)條件變化適應(yīng)的靈活性。

3 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的程序

電力系統(tǒng)規(guī)劃是電力建設(shè)前期工作的重要組成部分，在進(jìn)行電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的同時(shí)也進(jìn)行水、火電廠及聯(lián)網(wǎng)工程的初步可行性研究，以便編報(bào)項(xiàng)目建議書。項(xiàng)目建議書審批立項(xiàng)后可開展可行性研究，為編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書提供依據(jù)，設(shè)計(jì)任務(wù)書批準(zhǔn)后項(xiàng)目可列入國(guó)家建設(shè)計(jì)劃。在可行性研究工作同時(shí)可以開展電廠接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)專題設(shè)計(jì)以配合稍后開展的本體工程初步設(shè)計(jì)，提供設(shè)計(jì)的技術(shù)條件和參數(shù)規(guī)范。在系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃完成之后還應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)展設(shè)計(jì)，但其任務(wù)是面向全網(wǎng)的，并不能代替具體電廠的接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)。水電廠在可行性研究階段只進(jìn)行接入系統(tǒng)配合，到電廠初步設(shè)計(jì)正式開始后才進(jìn)行接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

4 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的方法

電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作分為電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和電力系統(tǒng)發(fā)展設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。

前者主要研究電力系統(tǒng)發(fā)展的全局性問(wèn)題，因此在方法上著重于綜合分析，結(jié)論則主要體現(xiàn)宏觀指導(dǎo)作用；后者是在電網(wǎng)發(fā)展的重大原則已經(jīng)明確的條件下研究年度內(nèi)各建設(shè)項(xiàng)目在建設(shè)進(jìn)度、規(guī)模以及設(shè)計(jì)技術(shù)原則上的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，從研究方法上看系統(tǒng)設(shè)計(jì)雖有成熟的電力系統(tǒng)計(jì)算分析理論和軟件可以借助，但仍然必須以綜合分析的方法貫穿始終。

4.1 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本方法

4.1.1 基本條件分析

電力工業(yè)發(fā)展的基本條件有3個(gè)，即電力負(fù)荷需要、動(dòng)力資源開放及運(yùn)輸條件許可、發(fā)變電設(shè)備的制造及供應(yīng)及時(shí)。

電力負(fù)荷的增長(zhǎng)直接反映了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生活的用電需要，因此預(yù)測(cè)規(guī)劃年份各行各業(yè)的用電需要就是預(yù)測(cè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活未來(lái)的發(fā)展?fàn)顩r。對(duì)電力負(fù)荷發(fā)展預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性決定于對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)和社會(huì)生活發(fā)展預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。確定了規(guī)劃期內(nèi)的負(fù)荷需求量后，也就確定了電力工業(yè)的發(fā)展速度，因此電力負(fù)荷發(fā)展情況是編制電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)最重要的基礎(chǔ)條件。電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)和分析除了在量方面的預(yù)測(cè)以外，由負(fù)荷的構(gòu)成所決定的負(fù)荷特性及其分析對(duì)確定電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電源調(diào)峰、系統(tǒng)調(diào)壓特性等都具有重要意義。endprint

動(dòng)力資源包括煤炭、水力、核能、風(fēng)力、石油等可發(fā)電能源資源。動(dòng)力資源的構(gòu)成、蘊(yùn)藏量及開發(fā)運(yùn)輸條件實(shí)際上決定了一個(gè)國(guó)家的能源政策及電源開發(fā)方針，實(shí)際上在宏觀上就決定了一個(gè)國(guó)家電力工業(yè)的發(fā)展方向。設(shè)備供應(yīng)條件包括本國(guó)發(fā)輸變電成套設(shè)備的制造水平和能力以及進(jìn)口國(guó)外設(shè)備的可能性等等，電力工業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模在一定程度上受到設(shè)備供應(yīng)條件的限制。

4.1.2 基本功能分析

分析電網(wǎng)的功能就是分析電網(wǎng)各部分以及某些大電源及主要網(wǎng)架的作用。對(duì)基本功能的分析要分層次進(jìn)行。首先是全國(guó)供電范圍、電源建設(shè)地點(diǎn)、電源的作用、分區(qū)電網(wǎng)之間的送受電關(guān)系等。其次應(yīng)分析主力電源的合理送電范圍、功率流向及相應(yīng)的網(wǎng)架。最后是地區(qū)電網(wǎng)的情況。分析時(shí)要注意：隨著系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)各部分無(wú)論是電源、網(wǎng)架還是輸電線的功能都是變化的。如區(qū)域性的主力電廠隨著地區(qū)負(fù)荷的發(fā)展逐漸變?yōu)榈貐^(qū)性電廠，主網(wǎng)架隨著回路數(shù)的增加、中間變電所的不斷接入以及更高一級(jí)電壓的出現(xiàn)逐漸變?yōu)榈貐^(qū)網(wǎng)絡(luò)等。

4.1.3 基本形態(tài)分析

所謂基本形態(tài)分析就是分析發(fā)電廠與變電所之間的連接方式，也就是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。最基本的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有輻射型、鏈型及環(huán)型 3種。一般情況電網(wǎng)是由上述2種或3種基本形式組成的混合型。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要取決于電廠和負(fù)荷的分布、電網(wǎng)覆蓋地域的情況等。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是分層分區(qū)原則，即不同電壓等級(jí)電網(wǎng)構(gòu)成不同的層次，不同地域的下一級(jí)電網(wǎng)解列構(gòu)成不同的地區(qū)電網(wǎng)，地區(qū)電網(wǎng)本身具有足夠的電壓支撐和無(wú)功儲(chǔ)備。

4.1.4 動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析即彈性分析或可變因素分析，主要是指電網(wǎng)實(shí)際的發(fā)展進(jìn)程與設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)有差別時(shí)規(guī)劃電網(wǎng)的適應(yīng)能力?？勺円蛩刂饕侵敢皇秦?fù)荷的實(shí)際增長(zhǎng)超過(guò)或低于預(yù)計(jì)；二是電源建設(shè)進(jìn)度或順序發(fā)生變化；三是主要送電線路投產(chǎn)時(shí)間提前或推遲。因此電力系統(tǒng)規(guī)劃要采用滾動(dòng)的方法不斷加以修正。

4.1.5 限制性條件分析

在制定電力系統(tǒng)規(guī)劃方案時(shí)要特別注意那些會(huì)影響方案成立的限制性因素，這些因素主要是：自然地理?xiàng)l件的限制性因素、供水水源條件、煤礦建設(shè)進(jìn)度不能滿足電廠需要、主要輸電線路存在跨江、河問(wèn)題以及主要電氣設(shè)備的制造存在困難等。

4.1.6 可靠性與經(jīng)濟(jì)分析

前5種為研究性分析，而可靠性與經(jīng)濟(jì)分析為檢驗(yàn)性質(zhì)。要求通過(guò)潮流計(jì)算、無(wú)功補(bǔ)償及電壓調(diào)整計(jì)算、系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算、N-1 網(wǎng)絡(luò)安全檢查以及方案經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)計(jì)算等對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)，提出最佳方案。

4.2 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的手段

國(guó)內(nèi)外已有多個(gè)電源規(guī)劃的實(shí)用軟件，如國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的電源規(guī)劃程序WASP、美國(guó)西屋電氣公司的WIGPLAN以及國(guó)內(nèi)的JASP程序等。而用于電力系統(tǒng)分析計(jì)算的軟件則更為成熟，種類也比較齊全。這類計(jì)算手段在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)可以大大減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度河工作量，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)的效率，提高對(duì)設(shè)計(jì)方案研究的深度、廣度和精度。但在實(shí)際過(guò)程中，由于電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)是研究全局性的問(wèn)題，相關(guān)因素較多，單純依靠各種計(jì)算軟件并不能夠解決根本問(wèn)題，而應(yīng)在上述綜合分析的基礎(chǔ)上，利用相應(yīng)的計(jì)算工具，使電力系統(tǒng)規(guī)劃工作做得更好。

5 電力系統(tǒng)規(guī)劃的模型

近年來(lái)，出現(xiàn)了多種電力系統(tǒng)的最優(yōu)規(guī)劃模型，雖然各種模型對(duì)問(wèn)題的考慮、處理以及優(yōu)化方法等有很大的差別，但在總的結(jié)構(gòu)上基本上都是類似的，其原理如下圖。圖中最左方是規(guī)劃所需要的各種資料、數(shù)據(jù)，其中包括現(xiàn)有系統(tǒng)的各種資料，待建電站的各種資料如廠址、容量、機(jī)組單臺(tái)容量、機(jī)組特性、燃料來(lái)源及其數(shù)量和價(jià)格、水文數(shù)據(jù)、現(xiàn)有和待建網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)資料、各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、各種需用的參數(shù)、各種經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、各種約束條件等等。

未來(lái)負(fù)荷的增長(zhǎng)是做系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的基本依據(jù)，其大小和特性是由負(fù)荷預(yù)測(cè)子模型來(lái)完成的。水電補(bǔ)償調(diào)節(jié)子模型是一個(gè)水電優(yōu)化調(diào)度模型，它按不同的水電站組合，根據(jù)水文情況和系統(tǒng)情況，輸出各水電站參與系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種數(shù)據(jù)。電源規(guī)劃子模型的功能是尋求系統(tǒng)最優(yōu)電源發(fā)展規(guī)劃方案；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃子模型是尋求與電源規(guī)劃方案相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)規(guī)劃。這兩部分是密切相關(guān)、互相影響的。得出了上述最優(yōu)規(guī)劃后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，一般包括各種不確定因素分析以及某些約束條件的校驗(yàn)等。

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