电力系统规划整理.docx

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电力系统规划整理

第一章绪论

1、电力工业发展历程、趋势

历史：

基本概况

●2009年我国发电装机容量已达到8.74亿kW。

●1987年我国发电装机容量达到第一个1亿kW。

●2003—2007年发电装机的增速也达到历史最高水平。

●改革开放30年来，我国电力工业发展迅猛。

●到2010年底，中国发电总装机容量预计为8.18亿千瓦，“十一五”年均增长9.8%；

●到2020年，中国大陆发电总装机容量预计达到11.86亿千瓦。

电源、电网发展情况：

电源发展：

我国发电厂发展水平（2006年）：

●最大火电厂：

北仑港电厂，装机容量300万KW，5台60万KW机组；

●最大水电厂：

三峡水电站，装机容量1820万KW，26台70万KW机组（2009年底）；计划安装32台70万千瓦机组，装机总容量为2240万千瓦，包括左岸电站14台，右岸电站12台和地下电站６台。

●最大核电厂：

岭澳核电厂，装机容量200万KW，2台100万KW机组；

●最大抽水蓄能水电厂：

抽水蓄能水电厂，装机容量240万KW，8台30万KW机组；

●最大火电机组：

90万KW（外高桥第二发电厂）；

●最大水电机组：

70万KW（三峡工程）；

●最大核电机组：

100万KW（岭澳核电厂）；

●“大力发展水电，优化发展火电，适当发展核电，因地制宜发展新能源发电，开发与节约并重”

●2009年，全国发电量36506亿kWh。

电网的发展：

●电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大；

●已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架；

●近年来，我国加快了特高压电网的建设力度；

●1000kV晋东南——特高压交流试验示工程

●起点在金山江畔的溪洛渡电站，终点在增城，全程一千多公里。

●溪洛渡电站位于金沙江下游省永善县与省雷波县相接壤处，是总装机容量1260万千瓦的特大型工程，仅次于我国三峡水电站和巴西的伊泰普水电站。

●“十一五”期间，我国电网建设总投资将超过1万亿元；

●到2010年，随着国家电网特高压及500千伏跨区、跨国电网联网的建成，跨区输电容量将达到7000万千瓦；

●

●政策、法规：

●2006年8月19日，国家电网公司1000千伏晋东南——特高压交流试验示工程已经在开工，这是我国首个特高压试验工程；

特高压工程技术（）国家工程实验室2009年5月29日启动；

●2002年电力体制改革，厂网分离；

●“电价市场化”，破除垄断？

2、电力系统规划的基本要求

1）输、边、配电比例适当，容量充裕。

2）电压支撑点多。

3）保证用户供电的可靠性。

4）系统运行的灵活性。

5）系统运行的经济性。

6）便于运行，在变动运行方式或检修时操作简便、安全，对通信线路影响小等。

3、电力系统规划的任务及分类

●电力系统负荷预测：

1）市民用负荷2）商业负荷3）工业负荷4）农村负荷5）其他负荷

●可分为：

调度电力负荷预测和规划电力负荷预测；

●电力负荷预测工作关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测模型，采用有效的算法。

其基本过程：

-1-）确定预测容；-2-）收集相关资料；

-3-）分析基础资料；-4-）预测经济发展；

-5-）选择预测模型；-6-）应用预测模型；

-7-）评价预测结果；-8-）评价预测精度；

●电源规划：

划分为短期电源规划和中长期电源规划两类；

●短期电源规划（考虑未来1～5年的发展情况），具体：

-1-制定发电设备的维修计划；

-2-分析推迟或提前新发电机组投产计划的效益；

-3-分析与相邻电力系统互联的效益及互连方案；

-4-确定燃料需求量及购买、运输、储存计划。

●中长期电源规划（考虑10～30年的发展情况），应解决：

-1-何时、何地扩建新发电机组；

-2-扩建什么类型及多大容量的发电机组；

-3-现有发电机组的退役及更新计划；

-4-燃料的需求量及解决燃料问题的策略；

-5-采用新发电技术的可能性；

-6-采用负荷管理对系统电力、电量平衡的影响；

-7-与相邻电力系统进行电力交换的可能性。

电网规划：

电网规划是根据电力系统负荷及电源发展规划对输电系统的主要网架做出的发展规划。

●按时间长短分为：

短期规划（1-5年）、中长期规划（5-15年）、远景规划（15-30年）

●按规划容划分为输电网规划（主网规划）和配电网规划

●电网规划着重解决下列问题：

-1-在何处投建新输电线路；

-2-何时投建新输电线路；

-3-投建何种类型的输电线路；

第二章、电力负荷预测的理论与方法

1、电力负荷预测的基本概念

◆负荷预测是根据系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因数，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某特定时刻的负荷数据，其中负荷是指电力需求量（功率）或用电量；

◆负荷预测是电力系统经济调度中的一项重要容，是能量管理系统（EMS）的一个重要模块。

2、电力负荷预测的意义

◆负荷预测是电力系统规划、运行不可缺少的重要环节，负荷预测的准确程度将直接影响到投资、网络布局和运行的合理性，电力负荷预测是实时控制、运行计划和发展规划的前提和重要依据。

4、电力负荷预测的分类

按行业分类

•城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷、其他负荷

按时间分类

•超短期、短期、中期、长期

按特性分类

•最高负荷、最低负荷、平均负荷、负荷峰谷差、高峰负荷平均、低谷负荷平均、平峰负荷平均、全网负荷、母线负荷、负荷率

短期负荷预测是指未来1h以的负荷预测

②短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测

③中期负荷预测是指月至年的负荷预测

④长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段的负荷预测

5、电力负荷预测的基本步骤

◆1、预测容的确定2、相关资料的收集3、基础资料的分析4、经济发展的预测5、预测模型的选择6、预测模型的应用7、预测结果的评价8、预测精度的评价

6、预测的方法

经典：

趋势外推法、时间序列法、回归分析法

现代：

灰色系统理论、专家系统法、神经网络理论、模糊预测方法

7、影响电力负荷预测因数

•短期负荷预测：

负荷构成；负荷随时间的变化规律；气象变化的影响、负荷的随机波动及不可预测的突发性事件；

•中长期负荷预测：

国家的宏观经济形势；宏观产业结构调整及能源市场变化

•

8、数据处理的必要性

Ø电力负荷预测依赖于大量历史数据以及气象、日期类型、经济等多种相关因素。

预测者所掌握资料的真实、可靠程度对任何方法的预测结果均会产生很大影响。

Ø原始数据的选择与采集是进行负荷预测的前期准备工作,样本选择的好坏直接影响到预测准确率

9、数据处理基本容

◆1、数据补全

Ø忽略空缺部分的数据；人工填补空缺值；使用常量补缺空值；使用平均值；使用最可能的值进行填补

2、数据噪声处理

Ø平滑处理；聚类；回归；人工+智能；

数据处理方法

Ø空缺数据的处理

•级比生成法

•最大负荷利用小时法

Ø跳跃性数据处理

9、电力负荷预测方法

Ø单耗法、平均增长率法、综合用电水平法、弹性系数法、负荷密度法、时间序列法、回归分析法、灰色模型法

10、电力负荷预测的评价

◆负荷预测合格指标（误差）

Ø短期：

~3%；

Ø中期：

~5%；

Ø长期：

~15%；

◆误差产生原因

Ø预测模型误差

Ø负荷所受的影响因素是千变万化的，进行预测的目的和要求又各种各样，因而就存在着如何从众多的预测方法中正确选择一个合适的预测方法的问题。

Ø资料的准确可靠性

Ø突发事件

◆误差分析指标

Ø绝对误差；相对误差；均方根误差；后验差检验

◆负荷预测模型的最终选取

◆负荷预测模型的校正

第三章工程经济分析基础

电力系统规划的经济评价方法

Ø经济评价的意义

◆通过技术经济比较对方案进行筛选；

◆对优选方案进行国民经济评价、财务评价、不确定分析；

◆应用最为广泛的是方案经济比较；

◆是可行性研究的重要容；

◆确定方案的重要依据；

Ø经济评价的原则

◆技术上可行；

◆客观性；

◆符合国家能源和电力建设方针政策；

◆按市场经济规律办事；

Ø经济评价的注意事项

◆从实际出发，方案有可比性，评价的容应完整，采用的数据资料应准确无误；

◆投资渠道多，考虑贷款利率等

Ø经济评价方法

◆静态评价法；

◆动态评价法；

◆不确定的评价法；

单利I=Pni 复利 I=P[（1+i）n–1]

Ø资金时间价值的计算

◆现值（Presentvalue）：

是指未来某一时点上的一定量现金折合到现在的价值，俗称“本金”。

通常记作P。

◆终值（Futurevalue）:

又称将来值或本利和，是指现在一定量的资金在未来某一时点上的价值。

通常记作F。

◆由现值计算终值（复利终值）：

F＝P（1＋i）n

◆由终值计算现值（复利现值）：

P=F/（1＋i）n

费用现值比较法的计算公式

Ø式中：

◆I——表示全部投资，包括固定资产投资和流动资金；

◆C——表示年经营总成本；

◆Sv——表示计算期末回收固定资产残值；

◆W——表示计算期末回收流动资金；

◆COt——各年净现金流出额；

◆n——计算期。

◆ic表示财务评价时为基准收益率，国民经济评价时为社会折现率。

Ø净现值计算公式

◆净现值=未来报酬总现值-建设投资总额。

◆NPV（ic）=∑（CI-Co）t（1+ic）-t

◆NPVR=NPV/Ip

Ø（CI-CO）t----第t年的净现金流量；

ØNPV----净现值；

ØNPVR----净现值率；

ØCI----现金流入量；

ØCo----现金流出量；

ØIp----投资净现值。

静态差额投资回收期法

Ø公式：

Pa=（I2-I1）/（C2-C1）

◆Pa——静态差额投资回收期；

◆I1——方案1的总投资，

◆I2——方案2的总投资；

◆C1——方案1的年经营总成本，

◆C2——方案2的年经营总成本。

财务评价方法

Ø主要财务评价指标

◆财务部收益率FIRR；∑（CI-Co）tX（1+FIRR）-t=0（t=1-n）

◆投资回收期；可分为静态投资回收期和动态投资回收期

◆固定资产投资借款偿还期；计算公式：

借款偿还期=（借款偿还后开始出现盈余期数-开始借款期数）+（上期偿还借款额/当期可用于还款的资金额）

国民经济评价的方法

◆影响法;

◆‘有无法’和’前后法’;

◆费用效益分析法;

◆净现值率ENPVR；

第四章电源规划

⏹短期电源规划

✓时间1-5年制定发电设备的维修计划；

✓分析推迟或提前新发电机组投产计划的效益；

✓分析与相邻电力系统互联的效益及互联方案；

✓确定燃料需求量及购买、运输、贮存计划；

⏹长期电源规划

✓扩建新发电机组的时间、地点；

✓扩建发电机组的类型、容量；

✓现有发电机组的退役及更新计划；

✓燃料需求量及解决燃料问题的策略；

✓其他等。

4.2电源结构

⏹火力发电厂

✓安全问题：

采矿和运输中的安全性灾难等；

✓环境问题：

酸雨、温室效应、可吸入颗粒物等；

✓效率问题：

凝气式火电厂效率为40%，热电厂为60~70%；

⏹今后火电建设的重点

✓采用高参数、大容量、高效率的设备；

✓开发清洁煤燃烧发电，天然气蒸汽联合循环发电；

✓鼓励热电联产

⏹水力发电厂

✓水电发电厂的优点

⏹是最干净的能源之一；

⏹是最廉价的能源之一：

无需燃料、无环境污染、生产效率、发电成本低、运行维护简单；

⏹综合水利工程：

可同时解决发电、防洪、灌溉、航运、水产养殖等问题；

⏹可作为黑启动电源；

⏹水力发电存在的问题

✓建设问题：

投资大、工期长；

✓社会问题：

淹没耕地、存在库区移民；

✓生态环境问题：

破坏人文景观、破坏自然生态平衡等问题；

✓运行问题：

发电量受气象、水文、季节水量变化的影响较大，分丰水期和枯水期，出力不稳定，增加电力系统运行的复杂性。

⏹核电厂

核电厂迅速发展的原因：

✓核电是一种新型的巨大能源；

✓煤、石油等火电燃料储能有限，不可再生；

✓发达国家的水资源已基本殆尽；

✓一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。

第五章电力系统规划的可靠性评价方法

◆可靠性（reliability）的基本概念一个元件、一台设备或一个系统在规定时间和规定条件下完成其规定功能的能力（概率）。

◆电力系统可靠性的基本概念指电力系统可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户提供电能的能力的量度。

电力系统可靠性包括充裕度和安全性两方面。

充裕度又称静态可靠性，也就是在静态条件下电力系统满足用户电力和电能能量的能力。

安全性也称动态可靠性，即在动态条件下电力系统经受住突然扰动并不间断地向用户提供电力和电能量的能力。

研究电力可靠性的目的

1.保证系统的充裕度2.保证系统的安全性3.保持系统的完整性

4.保证停电后系统迅速恢复运行

第六章电网规划方法

电网规划做咩？

以负荷预测和电源规划为基础，确定

◆何时、何地投建何种类型的线路及其回路数；

◆为此，达到规划周期所需的输电能力；

◆在满足各项技术指标的前提下；

◆使输电系统的投资费用最小。

2.电网规划主要容

◆确定输电方式

◆选择电网电压

◆确定变电站布局和规模

◆确定网络结构

3.目前我国电网规划要解决的问题

◆大型水、火电厂（群）及核电厂接入系统规划；

◆各大区电网或省级电网的受端主干电网规划；

◆大区之间、省级电网之间联网规划；

◆城市电网规划；

◆大型工矿企业的供电网规划。

电网规划分类

按电压等级或电网功能输电网规划、配电网规划。

按规划期长短短期电网规划—1～5年

中期电网规划—5～10年长期电网规划—15～30年

电网规划的研究容

◆现状网分析

◆负荷预测

◆网架规划

◆无功规划

◆稳定性分析

◆短路电流分析

变配电站种类

变电站除升压与降压之分外，还以规模大小分为枢纽站，区域站与终端站。

变电站电气主接线选择

变压器—线路单元接线、桥形接线、3~5角形接线、单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线、旁路隔离开关接线、一个半断路器接线等

主变压器容量和台数选择

◆容量大小和台数多少的选择往往取决于：

Ø区域负荷的现状和增长速度；

Ø一次性建设投资的大小；

Ø周围上一级电网或电厂提供负载的能力；

Ø与之相联结的配电装置技术和性能指标；

Ø负荷本身的性质和对供电可靠性要求的高低；

Ø变压器单位容量造价、系统短路容量和运输安装条件等等

站址选择的基本要求

◆靠近负荷中心

◆节约用地

◆地质条件的要求

◆线路走廊

◆交通运输

◆尽量避开污秽地段

◆环境保护

电力电量平衡中的容量组成：

装机容量、工作容量、备用容量、必需容量、重复容量、受阻容量、水电空闲容量。

第一十章配电网规划概述

配电网规划的特点

1）接线模式多样，呈辐射状结构运行；

2）电源供应相对自由选择，具有不确定性，

考虑因素更杂多；

3）环境要求高；

4）受政策法规的变化影响大。

配电网规划的流程

1）原始资料的收集准备（p207）

2）确定可能的配电规划方案；

3）经济性评价；

4）确定最佳配电规划方案。

第十一章电力系统无功规划

电压电流同相位，电源向负载供电，负载把电能转换成其他能量，叫有功。

电压电流不同相位部分，电源与负载之间交换电能，这部分（除线路损耗外）电能不转换（电磁以外的）成其他能量，叫无功。

为何要进行无功补偿？

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。

电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。

变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。

因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

无功功率与电网电压关系是什么？

答：

电机需要无功功率建立和维持旋转磁场、变压器也需要无功功率来维持一次线圈产生磁场，因此电网无功不够，就要消耗电网电压。

为什么有功功率不足频率就低呢？

答：

发电机额定功率供不应求时是被负载将转子转速拖低，转子达不到同步转速频率就达不到额定值。

◆无功补偿原则

Ø按电压原则进行补偿；

Ø按经济原则进行补偿；

Ø无功补偿优化。

无功补偿主要容

⏹应能保证在系统有功负荷高峰和低谷运行方式下，分层（电压）和分区（供电）的无功平衡。

⏹各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。

⏹受端系统应有足够的无功备用容量。

⏹各电压等级的变电站，合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。

无功补偿原则

⏹为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

☐

（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

☐

（2）电力部门补偿与用户补偿相结合。

☐（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

☐（4）降损与调压相结合，以降损为主。

低压配电网无功补偿的方法

1随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。

2随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

3跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。

无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。