電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)剖析

吳兵長

摘要電能對(duì)于我們國家的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著重大的作用，也與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。研究我國的電力工程現(xiàn)狀可知，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)是電力工程設(shè)計(jì)中最核心的部分，合理的電力系統(tǒng)規(guī)劃能夠保證整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文將從電力規(guī)劃設(shè)計(jì)的原則入手，深入剖析電力工程匯總電力規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞電力工程；電力系統(tǒng)；規(guī)劃設(shè)計(jì)

目前環(huán)境下，世界上任何一個(gè)國家都離不開電能，電力工程中的電力規(guī)劃設(shè)計(jì)更是重中之重，隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于電力工程中的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了更高的要求，如何通過合理的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃保障我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ钫＿M(jìn)行是整個(gè)電力工程行業(yè)面臨的重要問題，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究具有重要的意義。

1電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則

合理的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)離不開設(shè)計(jì)原則的指引，電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則可以簡(jiǎn)單地歸納成以下的3個(gè)方面。

1.1周期性原則

周期性原則是指大型的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)該在一定的時(shí)間內(nèi)完成，在制定過程中還需要保證規(guī)劃方案的全面性和完善性，確信在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可以完成所有的工作，對(duì)用戶的正常使用不構(gòu)成影響。

1.2安全性原則

安全性原則是指電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中最核心的部分，沒有安全性的保證，整個(gè)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)也就失去了全部的意義，所以必須設(shè)定一定的長期性系統(tǒng)檢測(cè)功能。

1.3成本原則

在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中必須要充分考慮工程成本，這對(duì)于后期工程的具體實(shí)施有著重要的意義，設(shè)計(jì)師應(yīng)該找到系統(tǒng)功能和投入成本之間的平衡點(diǎn)，在保證系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上盡最大的可能縮減投入成本。

2單項(xiàng)電力工程系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)主要環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)單項(xiàng)電力工程設(shè)計(jì)具有重大的指導(dǎo)意義，依據(jù)時(shí)間的長短可以將其分為長期的電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和中期電力系統(tǒng)發(fā)展設(shè)計(jì)。單項(xiàng)電力工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容可以概括為以下的幾個(gè)方面。

2.1電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

電力負(fù)荷的分析預(yù)測(cè)是整個(gè)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性工作，一般的電力規(guī)劃設(shè)計(jì)要求進(jìn)行中短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，時(shí)間在10年以內(nèi)。中短期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是以國民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行和發(fā)展為核心，通過總結(jié)以往幾年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向，對(duì)整個(gè)地區(qū)10年之內(nèi)的最大負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)方法有序列預(yù)測(cè)法和迷糊理論等。

2.2電源規(guī)劃設(shè)計(jì)

電源規(guī)劃是通過對(duì)周邊以建和擬建工程的統(tǒng)計(jì)分析，規(guī)劃處電源的出力策略，保證各個(gè)用戶安全用電。電力電源可以分為統(tǒng)調(diào)電源和地方電源兩個(gè)類型，各大類型的發(fā)電廠是統(tǒng)調(diào)電源，一般歸電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度。

2.3電力電量平衡

電力電量平衡是通過電力負(fù)荷預(yù)測(cè)和電源出力分析，對(duì)所在區(qū)域的供電項(xiàng)目進(jìn)行電力電量平衡計(jì)算，保證各個(gè)項(xiàng)目合理用電，這是整個(gè)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)的約束條件。具體平衡計(jì)算可以簡(jiǎn)要概述成以下的步驟，首先根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)得到各水平年的系統(tǒng)最大負(fù)荷，依據(jù)各類電源出力情況的分析，計(jì)算出電力電量盈虧，然后計(jì)算出電力系統(tǒng)所需要的發(fā)電總量、變電設(shè)備的容量。在電力電量平衡過程中，受分區(qū)間的電力電量交換影響，設(shè)備容量需要根據(jù)實(shí)際情況適度增減。

2.4系統(tǒng)接入和項(xiàng)目接入方案

在分析當(dāng)?shù)厍闆r后，設(shè)計(jì)師需要依據(jù)原有的負(fù)荷分布、網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃確定項(xiàng)目接入系統(tǒng)比較方案，說明項(xiàng)目工程在整個(gè)電力系統(tǒng)中的重要地位和意義，并等待政府部門的審批意見。在制定接入系統(tǒng)方案時(shí)，不僅要考慮建設(shè)距離、節(jié)約用地、電網(wǎng)新技術(shù)和節(jié)能降耗，還要依據(jù)該地區(qū)投產(chǎn)年的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電電壓和運(yùn)行方式確定項(xiàng)目工程各方案的規(guī)模和布局結(jié)構(gòu)。

2.5電氣計(jì)算

電氣計(jì)算是電力規(guī)劃設(shè)計(jì)最重要的部分，主要包括潮流計(jì)算、短路計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算和無功補(bǔ)償計(jì)算四部分潮流計(jì)算是依據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)中的功率和電壓分布來確定系統(tǒng)的具體運(yùn)行方式，保證系統(tǒng)繼電，為穩(wěn)定計(jì)算做數(shù)據(jù)積累。潮流計(jì)算可以得出各網(wǎng)絡(luò)元件電力損耗、電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓和電力潮流的分布情況，這是分析各接入系統(tǒng)合理性、可靠性的舉出。短路計(jì)算電氣設(shè)備選擇的依據(jù)，它能驗(yàn)算給定網(wǎng)架中的不正常電流值和各個(gè)接入系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)處的短路電流。依據(jù)短路計(jì)算選擇的電氣設(shè)備保證了熔體的額定電流和整定值。穩(wěn)定計(jì)算是在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)電力系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行分析和模擬計(jì)算，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。無功補(bǔ)償計(jì)算是指通過為電力網(wǎng)絡(luò)中的感性負(fù)荷提供無功功率，以降低網(wǎng)絡(luò)元件的電能損耗。

2.6方案比較

在完成上述內(nèi)容后，要對(duì)所有的項(xiàng)目接入方案在安全性、實(shí)時(shí)性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比較，選出其中最佳的接入方案。合理的接入方案基本規(guī)定了建設(shè)規(guī)模和投產(chǎn)時(shí)間，這為其他專業(yè)設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。以2013年江西省某一地區(qū)獨(dú)立發(fā)電廠的位置和容量的確定為例來說明電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中方案比較，該地區(qū)的初始負(fù)荷水平為2012年的負(fù)荷曲線，設(shè)定該地區(qū)的工業(yè)負(fù)荷基本維持不變，非工業(yè)的符合以每年2%的增長率升高，各個(gè)年份的負(fù)荷持續(xù)曲線形狀相同，每小時(shí)的負(fù)荷按當(dāng)年峰荷相同的比例增加。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了以下4個(gè)方案，方案一：一個(gè)50MW的木屑燃料獨(dú)立發(fā)電廠，在SCP變電站接入69kV系統(tǒng)。方案二：一個(gè)150MW的天然氣獨(dú)立發(fā)電廠，在IPM變電站接入69kV系統(tǒng)。方案三：一個(gè)150MW的天然氣獨(dú)立發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)組通過一條230kV的線路，在CAM變電站接入230kV系統(tǒng)。方案四：一個(gè)80MW的天然氣獨(dú)立發(fā)電廠，在UNY變電站接入690kV的系統(tǒng)。依據(jù)4個(gè)獨(dú)立發(fā)電廠位置對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)年度化期望缺供電量選擇出兩個(gè)獨(dú)立發(fā)電廠接入方案進(jìn)行下一步評(píng)估。方案一：80MW容量的UNY變電站接入69kV系統(tǒng)，150MW容量CAM變電站接入230kV系統(tǒng)。方案二：80MW容量的UNY變電站接入69kV系統(tǒng)，80MW容量CAM變電站接入230kV系統(tǒng)。計(jì)算兩種方案下獨(dú)立發(fā)電廠對(duì)應(yīng)系統(tǒng)年度期望缺供電量。兩個(gè)獨(dú)立發(fā)電廠方案減少的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)損失費(fèi)用、兩個(gè)獨(dú)立發(fā)電廠方案減少的系統(tǒng)平均網(wǎng)損和減少的系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用。方案一年度期望缺供電量為274，風(fēng)險(xiǎn)損失費(fèi)用為874.5萬加元，平均網(wǎng)損為6.2MW，減少的系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用為562.7萬加元，方案二的年度期望缺供電量為288，風(fēng)險(xiǎn)損失費(fèi)用為907.8萬加元，平均網(wǎng)損為9.0MW，減少的系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用為814.4萬加元。計(jì)算發(fā)電容量需求的減少費(fèi)用發(fā)現(xiàn)，方案一的減少系統(tǒng)發(fā)電容量需求為62.4MW，其中52MW是獨(dú)立發(fā)電廠直接供電的用戶負(fù)荷，按照單位發(fā)電容量投資費(fèi)用3.4萬加元進(jìn)行計(jì)算可以得到減少的容量成本是212.2萬加元。方案二減少系統(tǒng)發(fā)電容量需求為118.4MW，減少的容量成本是402.6萬加元。本案例中涉及的電力公司方針是僅允許返修非電力公司發(fā)電量的25%，其余的3/4發(fā)電量必須上網(wǎng)，獨(dú)立發(fā)電廠業(yè)主反售給電力公司的電量實(shí)質(zhì)上是電力公司轉(zhuǎn)售給其他用戶，電力公司不能在其中獲得收益，如果電力公司自身發(fā)電出售給相同用戶的電量，盈利將以每兆瓦32.75加元的速度減少。方案一減少的凈收入為每年363.6萬加元，凈效益為226.0萬加元，方案二減少的凈收入為690.0萬加元，凈效益為577.0萬加元，所以方案一為最佳的設(shè)計(jì)方案。

3結(jié)論

世界上的每一個(gè)國家都離不開電能，電力工程中的電力規(guī)劃設(shè)計(jì)是最核心的問題，隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于電力工程中的電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了更高的要求，這就需要我們不斷總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)先進(jìn)知識(shí)來共同保障正常的電力供應(yīng)。