电力系统规划与可靠性(第5专题： 电网规划)电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划概述电网的电压等级选择电网规划决策过程几种主要电网设计输电线路导线截面及输电能力主变压器选择 电网规划的启发式方法2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所742电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件概述电网规划的任务及分类电网规划的基本要求电网规划问题的特点电网规划流程2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所743电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划的任务及分类【任务】 根据设计期内的负荷需求及电源建设方案，确定相应的电网接线，以满足可靠、经济地输送电力的要求。【主要内容】 确定输电方式、选择电网电压、确定网络结构、确定变电所布局和规模。【主要问题】大型水、火电厂(群)及核电厂接入系统设计各大区电网或省级电网的受端主干电网设计大区之间或省级电网之间联网设计城市电网设计大型工矿企业的供电网络设计2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所744电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划的任务及分类【分类】 按时间可分为短期规划（15年）、中长期规划（515年）、远景规划（1530年）。短期规划用于制定网络扩展决策，确定详细的网络方案。中长期规划介于短期和远景规划两者之间，用于估计实际电网的长期发展或演变。远景规划是通过对未来各种发展情形的简单分析，给出根据环境参数进行技术选择的一般原则，并做出最后的初步选择。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所745电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划的基本要求输，变、配电比例适当，容量充裕，在各种运行方式下都能满足将电力安全经济地输送到用户，并有适当的裕度。电压支撑点多，能在正常及事故情况下保证电力系统的安全运行及电压质量。保证用户供电的可靠性。系统运行的灵活性。系统运行的经济性。便于运行，在变动运行方式或检修时操作简便，安全，对通讯线路影响小等等。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所746电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划设计的一般技术原则(1) 满足电力市场发展的需要并适当超前。(2) 必须坚持统一规划，以安全可靠为基础，突出整体经济效益，满足环境保护要求，加强电网结构，提出合理的电网方案。(3) 应重点研究目标网架，目标网架应达到如下要求：安全可靠、运行灵活、经济合理，具有一定的应变能力；潮流流向合理，避免网内环流；网络结构简单，层次清晰，贯彻“分层分区”的原则：适应大型电厂接入电网。(4) 应重视受端网络规划，建成坚强的受端网架。(5) 送端网络规划应根据送端电源所能达到的最终规模，远近结合统筹考虑。对于大型电源基地，路口、港口电厂集中的地区应作出战略性安排。 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划问题的特点【离散性】线路是按整数的回路架设的，所以规划决策的取值必须是离散的或整数的。【动态性】网架规划不仅要满足规划年限内的经济、技术性能指标等要求，而且要考虑到网络的今后发展以及今后网络性能指标的实现问题。【非线性】线路电气参数与线路功率及网损等费用的关系是非线性的。【多目标性】规划方案不仅要满足经济、技术上的要求，还必须考虑社会、政治及环境等因素，这些因素常常是相互冲突和矛盾的。【不确定性】负荷预测、设备有效状况及水力条件等均存在显著的不确定性。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所748电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划流程 电网规划流程根据对象的不同，分为输电网规划流程和配电网规划流程。【输电网规划流程】原始资料的收集和论证：主要内容为预测地区负荷需求，分析线路可能行径及变电站站址选择，了解电源规划方案。制定连接系统规则：根据电源、地区负荷分布、线路路径、和变电站站址等条件，制定连接系统规划。环境条件分析：确定薄弱供电环节、不经济的设备、因社会环境条件变化而必须改建或迁建的送变电项目。制定规划方案：提出的各种送变电规划方案既要能满足系统供电要求，又应力求技术上先进。技术经济评价：社会环境的适应性、供电可靠性、运行维护条件、供电质量、经济性2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所749电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【输电网规划流程图】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7410电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【配电网规划流程】原始资料的收集准备：用户用电需要、用户电压要求、用户供电可靠性要求、用电负荷分布、变电站站址要求、地区环境要求、现有配电网的改造计划、输电网规划。确定可能的配电规划方案。经济性评价。确定最佳配电规划方案。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7411电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【配电网规划流程图】电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网电压等级选择的原则选定的电压等级应符合同家电压标准。同一地区、同一电网内，应尽可能简化电压等级。电压等级不宜过多，各级压差也不能太小。选定的电压等级要能满足近期过渡的可能性，同时也要能适应远景系统规划发展的需要。考虑到与主系统及地区系统联络的可能性，电压等级应服从于主系统及地区系统。如不能采用同一电压系列，需研究互联措施。对于跨省电网之问的联络线，应考虑适应大工业区与经济体系的要求，进一步建成一个统一的联合系统，最好采用单一的合理的电压系列。大容量发电厂向系统送电，考虑采用高一级电压回线还是低一级电压多回线向系统送电，与该电厂在系统中的重要性有关。对于单回线供电系统，在输电电压确定后的一回线送电容量与电力系统总容量应保持合适的比例，以保证在事故情况下电力系统的安全。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7413电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网电压等级选择应根据线路送电容量和送电距离选择电网电压2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7414输电电压（kV）输送容量（MW）传输距离（km）适用0.380.1及以下0.6及以下低压配电网30.11.031中压配电网60.11.2154100.22.0206352105020高压配电网633.53010030110105015050220100500300100省内送电3302001000600200省、网际输电50060015001000400100050001000020001000网际输电电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网电压等级选择【注意】由于负荷密度的增加，提升配电等级在技术上是可行的。国内已出现20kV配电电压。电压等级的选择需考虑网络中的电力损失，一般按照送电线路的电力损失正常情况下不超过5%，结合线路输送容量，来确定各级线路的电压等级。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7415电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件 【决策分段】 电网规划问题要考虑具体的网络拓扑结构，而由待选路径构成的独立变量又是多样的，故电网规划是一个多维数的规划问题。又考虑到电网规划涉及到的约束条件的复杂性，要构成一个完整的电网规划数学模型是比较困难的。为了避免建模的困难，一般将电网规划问题分为方案形成和方案检验两个阶段。方案形成方案检验电网规划决策过程2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7416电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【任务】：根据输电容量和输电距离，拟定几个可比的网络方案。【步骤】送电距离的确定。一般是在有关的地形图上量得长度，再乘以曲折系数1.11.15（这只是经验数字，具体情况还应具体分析，一般不超过1.4）。送电容量的确定。对待规划电网进行分层分区域的电力电量平衡计算，观察各区电力余缺，从而确定各地区间的送电量。待规划电网的送电距离和送电容量决定后，按送电线路输电能力，结合以往类似工程实例及规划者的经验，即可拟出几个待选的网络连接方式。方案形成2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7417电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【网络结构】：无备用网络、有备用网络【无备用网络】：（a）单回路放射式； （b）单回路链式【有备用网络】：（c）双回路放射式； （d）双回路链式；（e）环网； （f）双回路与环网混合型 方案形成2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7418电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【电网规划方案分类】静态电网规划、动态电网规划静态电网规划：只对未来某一负荷水平年的电网接线进行规划，而不考虑接线方案的过渡问题，因而又称为水平年规划。动态电网规划：指规划期较长时，需要将规划期划分为几个水平年并考虑各水平年规划方案的过渡问题。中长期电网规划中应考虑采用动态电网规划。方案形成2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7419电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【任务】对已形成的方案进行技术经济分析，其中包括电力系统潮流、调相、调压计算，稳定计算，短路电流计算及技术经济比较等。【潮流计算分析】观察各方案是否满足正常与事故运行方式下送电能力的需要。在正常运行方式下，各线路的潮流一般应接近线路的经济输送容量，各主要变压器（联变）的潮流应小于其额定容量。在网络中任意一条线路故障（包括检修）的情况下，各线路潮流不超过其持续允许的发热容量，各变压器没有长时间过负荷现象，即满足N-1检验原则。方案检验2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7420电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【暂态稳定计算】检验各方案在SDJ161-1985电力系统设计技术规程中所规定的关于电网结构设计的稳定标准下，电力系统能否保持稳定。 以下故障时网络结构必须满足系统稳定运行或正常供电：单回线输电网络中发生单相瞬时接地故障重合成功。同级电压多回线和环网发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合（对于水电厂的直接送出线，必要时采用切机措施）。主干线路各侧变电站同级电压的相邻线路发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合。核电站送出线出口及已形成回路网络结构的受端主干网络发生三相短路不重合。任一台发电机（除占系统容量比例过大者外）跳闸或失磁。系统中任一大负荷突然变化（如冲击负荷或大负荷突然退出）。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7421电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7422以下故障时可采取措施保持系统稳定运行，但允许损失部分负荷：单回线输电网络发生单相永久接地故障重合不成功。同级电压多回线，环网及网络低一级电压的线路发生三相短路不重合。注意：当系统稳定性水平较低时，应采取提高稳定性的措施。系统规划可根据电网具体情况具体分析，从而采用合适的手段提高稳定性，为下一阶段的设计提供依据。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7423【短路电流计算】 检验网络中所有断路器是否能承受各水平年的网络短路容量，提出今后发展新型断路器的额定断流容量，以及研究限制系统短路电流水平的措施（包括提高变压器中性点绝缘水平）。【调相调压计算】 检验无功补偿是否满足系统在各种正常及事故运行方式下电压水平的需要，达到经济运行的效果，原则上应使无功功率就地、分层、分区基本平衡。【经济比较】 需综合考虑的因素有：主干电网结构，厂内或者变电站内接线，运行灵活性，是否便于过渡，电源、负荷变化的适应性，对国民经济其他部门的影响，国家资源利用政策，国家物资、设备的平衡，环境保护和生态平衡，工程规模和措施是否与现有技术水平相适应，缩短建设工期和改善技术经济指标的可能性和必要性，建设条件和运行条件，对人民生活条件的影响，对远景发展的适应情况。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划的一般步骤2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7424 电网规划的一般步骤如下：确定负荷水平及电源安排。进行电力电量平衡计算以明确输电线路的送电容量和送电方向。核定送电距离。拟定电网方案。进行必要的电气计算。进行技术经济比较。综合分析，提出推荐方案。 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网结构设计的一般方法对合理电网结构的基本要求 (1)能满足各种方式下潮流变化的需要，有一定灵活性，能适应系统发展的要求。(2)任一元件无故障断开，应能保持系统稳定运行，且不致使其他元件超过规定的事故过负荷和电压允许偏差的要求。(3)应有较大的抗扰动能力满足稳定导则标准。(4)满足分层和分区原则。(5)合理控制系统短路电流。 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网结构设计的常规方法步骤主要内容拟定方案确定送电距离；确定送电容量；拟定几个网络联接方案（水平年、过渡年）方案分析技术比较：应进行潮流、暂态稳定、短路电流计算；必要时进行调相、调压计算，工频过电压、潜供电流计算等。分析不同方案的主要技术差别。经济比较：近期、远期电网工程投资、网损等。综合分析综合分析网络结构的安全性、经济性和灵活性（远景适应），提出推荐方案。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件几种主要电网设计v发电厂接入系统设计发电厂接入系统设计 v受端系统设计受端系统设计 v联网规划设计联网规划设计 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件内容与目的研究电厂与电力系统的关系，分析电厂在电力系统中的地位及作用，确定电厂的送电范围、出线电压等级及回路数、与电力网的连接方案等，并对发电厂电气主接线、与电力网有关的电气设备参数、发电厂运行方式等提出技术要求。 需要进行有关系统的电力电量负荷预测、分区电力电量平衡、接入系统方案的技术经济论证等。内容深度要满足大型水、火电厂接入系统设计内容深度规定。经审定后接入系统方案是编制发电厂送出工程设计任务书提供论据，并为发电厂初步设计准备条件。接入原则1）不同规模的发电厂应分别接入相应的电压网络；2)外部电源宜经相对独立的送电回路接入受端系统，尽量避免电源或送端系统之间的直接联络和送电回路落点过于集中。机组容量1) 根据系统内总装机容量和备用容量、负荷增长速度、电网结构和设备制造、政策导向等因素进行选择。2)最大机组容量不宜超过系统总容量的810。出线电压及回路数1）根据电厂、电网具体情况论证确定，主要考虑的因素：规划容量，单机容量，输电方向、容量及距离，电厂在系统中的作用；简化电网结构及电厂主接线、降低网损、调度运行灵活；限制系统短路电流；系统安全稳定水平；对各种因素变化的适应性等。2）出线电压一般不超过两种(不包括发电机电压)；3）有条件时，大机组尽量以发变线单元方式直接接入枢纽变电所 。发电厂接入系统设计 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件受端系统定义 受端系统是指以负荷集中地区为中心，包括区内和邻近电厂在内，用较密集的电力网络将负荷和这些电源连接在一起的电力系统。受端系统通过接受外部及远方电源输入的有功电力和电能，以实现供需平衡。加强受端系统要点1）加强受端系统内部最高一级电压的网络联系； 2）为加强受端系统的电压支持和运行的灵活性，在受端系统应接有足够容量的电厂； 3）受端系统要有足够的无功补偿容量；4）枢纽变电所的规模要同受端系统的规模相适应5）受端系统发电厂运行方式改变，不应影响正常受电能力。 受端系统设计 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件阶段划分及任务初步可行性研究：（与可行性研究内容相差不大，具体内容稍浅）可行性研究：论证联网的必要性、作用和联网效益，推荐联网输电方式(交流、 直流或混合输电)、联网方案、联络线的经济输送容量、电压等级和回路数。对推荐方案做出全面技术经济分析，提出包括系统继电保护、调度控制和通信在内的工程投资估算和经济效益评价。联网工程系统专题设计：通过电气计算，提出防止联络线上功率不规则波动、低频振荡、故障后系统失步、电压崩溃和联络线过负荷的措施，确定联网工程主设备参数，对继电保护、安全自动装置、调度自动化、远动和通信方式，以及联络线的频率和负荷控制提出技术要求。 联网效益视不同的电网联网可以取得：两网错峰、水电调峰、水电补偿调节、减少备用容量、规模经济（采用大容量机组）、各种能源调剂效益。联网方式1）一点联网； 2）环形联网；3）大环联网。两大系统间主干联络线电压等级一般宜与主网最高一级电压相一致。 技术问题及措施 可能存在的主要技术问题：联络线上不规则的功率波动，低频振荡和稳定问题。 解决措施：设自动调节联络线功率的装置；安装解列保护，防止事故扩大；大容量发电机上装设电力系统稳定器(PSS）其他，如安装过负荷解列、低电压解列等保护装置。 联网规划设计 电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件输电线路导线截面及输电能力2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7431输电线路导线截面选择和检验送电线路输电能力电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件输电线路导线截面选择和检验2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7432【原则】：一般按经济电流密度来选择，并根据电晕（对架空输电线而言）、机械强度及事故情况下的发热条件进行校验。【按经济电流密度选择导线截面】经济电流密度：架空线路传送电能的过程中，处产生电压损失外，还有电能损耗。此损耗的大小及其费用随导线的截面变化而变化。增大导线的截面，虽然能减少电能损耗，但增加了线路的投资。反之，如果减小导线的截面积，则其结果相反。因此，在这中间总能找到一个最理想的导线截面，使其经济效果最好，这一导线截面成为经济截面。根据经济截面推算出来的电流密度成为经济电流密度。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件输电线路导线截面选择和检验2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7433导线截面的计算公式为经济电流密度表（已有学者提出此表中数据已不适合现代电网，故应用相关数据时应以最新的国家标准为准。）导线材料最大负荷利用小时数（小时/年）3000以下300050005000以上裸铝导线1.651.150.9裸铜导线3.02.251.75铜芯电缆2.502.252.0铝芯电缆1.921.731.54电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件输电线路导线截面选择和检验2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7434【按电晕条件检验导线截面】电晕危害：导线产生电晕会增加输电线路的电能损失，同时也会对无线电通信和载波通信产生干扰。校验原则电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7435【按导线长期容许电流校验导线截面】选定的输电导线路的导线截面，必须根据各种不同运行方式以及事故情况下的传输容量进行发热校验，即在设计中不应是预期的输送容量超过导线的发热极限。按容许发热条件的持续极限输送容量计算公式为电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7436【按电压损失校验导线截面】条件：只有当电压为6、10kV以下，且导线截面在7095mm2以下的线路，才进行电压校验。因为界面大于7095mm2的导线，采用加大截面的方法来减小电压损失的效果并不十分显著，反而还会引起投资及有色金属较多的增加。采用经典电容器补偿或有载调压变压器以及其它措施更为合适，不过应进行经济技术比较后确定。原则：线路允许电压损失的量，应视线路首端的实际电压水平确定。对于线路末端受电器，一般允许低于其额定电压的5%。个别情况下（如故障），允许低于额定电压的7.5%10%。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7437【按机械强度校验导线截面】原则：为保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁路、通航河流和运河、公路、通信线路、居民区的线路，其导线截面不得小于35mm2。通过其它地区的导线截面，按线路类型的分类，容许的最小截面见下表导线构造架空线路等级35kV及以上线路135kV线路1kV以下线路单股线不许使用不许使用不许使用多股线251616电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件送电线路输电能力2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7438【送电线路输电能力】 指输电线路传输功率的大小与输送距离的远近，它与电力系统的经济、稳定运行有很大关系。【线路的自然传输功率】【线路传输特性】 当线路传输自然功率时，线路上没有无功功率传输，全线各点电压和电流大小一致。当传输功率小于自然功率时，会造成线路电压由始端往末端升高；当传输功率大于自然功率时，线路电压从始端往末端降低。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件送电线路输电能力2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7439【超高压远距离输电线路的传输能力】决定因素：主要取决于发电机并列运行的稳定性，以及为提高稳定性所采取的措施。传输功率的计算公式：电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件送电线路输电能力2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7440【按静稳条件决定的输送能力】【线路的经济输送容量】线路的经济输送容量按经济电流密度计算求得。【按负荷距计算输送能力】负荷距是指线路传输的有功功率和传输距离的乘积。若以知输送距离可求得传输容量，即传输容量=负荷距/传输距离。【线路的极限输送容量】决定于导线容许的发热条件，在相关设计手册中有公式可算或表格可查。电压（kV）输送能力（100kmMW）电压（kV）输送能力（100kmMW）220400600500380040003301400160075072007400电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变压器选择 v概述v主变压器台数的选择v主变压器容量的选择v主变压器型式的选择电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件概述v【主变选择的意义】在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。v【经济性考虑】在生产上电力变压器制成有单相、三相、双值组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。v【扩展性考虑】选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变压器台数的选择v选择主变台数时，要确保供电的可靠性。v为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。v考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变压器容量的选择 主变容量一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：se = 2（0.7PM） = 1.4PM。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变压器型式的选择主变压器相数的选择绕组数的选择主变调压方式的选择连接组别的选择容量比的选择主变压器冷却方式的选择电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变压器相数的选择v当不受运输条件限制时，在330kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。v单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件绕组数的选择v在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。v一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少。v在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。v自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。v由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件v分裂变压器：v分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。v普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220kV及以上网络电压应符合以下标准：枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的11.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。 调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件连接组别的选择v变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。v全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。v我国规定110kV以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接地系统，而且要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。采用接法可以消除三次谐波的影响。所以应选择Yo/Yo/接线方式。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件容量比的选择 对于110kV中压侧为主要受功率绕组，而10kV侧主要用于所用电以及无功补偿装置的变电所容量比选择为：100/100/50。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件主变压器冷却方式的选择v主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。v自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。v强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件规划方法分类2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7453【规划方法分类】启发式方法、数学优化方法【启发式方法】 以直观分析为依据，一般基于系统某一性能指标对可行路径上一些线路参数的灵敏度，按一定的原则，对线路进行逐步迭代选择，直到满足方案要求为止。这种方法直观、灵活、计算时间短，便于人工参与决策且能给出符合工程实际的较优解；其缺点是难以选择既容易计算又能真正反映规划问题实质的性能指标，无法严格保证解的最优性。【数学优化方法】 通过将电网规划问题转换为相应数学优化模型，然后采用一定的优化算法求解，从而获得满足系统要求的最优规划方案。该类方法从理论上讲，可以保证解的最优性，但通常要找到真正的最优解计算量过大。 (另专题介绍)电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件电网规划的启发式方法2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7454启发式规划方法简介直流潮流方程逐步扩展的启发式电网规划逐步倒推的启发式网络规划实例分析电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件启发式规划方法简介【启发式优化方法分类】 基于线路性能指标的启发式方法、基于系统性能指标的启发式方法。【基于线路性能指标的启发式方法】 线路的筛选是根据系统运行时线路功率传输情况来完成的。【基于系统性能指标的启发式方法】 线路的筛选是根据线路对系统运行时整个系统的一个特定运行性能指标的影响程度来完成的。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7455电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【过负荷校验】 根据网络规划的正常运行要求和安全运行要求，不仅要保证系统在正常情况下个线路不发生过负荷，有时还须满足N-1检验原则。为检验线路是否过负荷，网络中的潮流计算计算成为重要的分析依据。【灵敏度分析】 当系统中有过负荷线路时，通过灵敏度分析选择最有效的线路来扩展网络，以消除现有的过负荷问题。所谓线路“有效”是指该线路单位投资所起的作用最大。【方案形成】 根据灵敏度分析对待选线路按照有效性指标进行排序后，就可以按一定方式确定具体的网络扩展方案。在形成方案时，规划设计人员可以通过人机联系参与决策过程。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7456启发式规划方法步骤电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件直流潮流方程交流网络某支路（见图）潮流方程为：根据以下假设，可得到简化的直流潮流方程：通过上述处理后，潮流方程简化为：2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7457电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件直流潮流方程简化后的潮流方程可不计无功潮流，即可得到直流潮流方程2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7458电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件逐步扩展的启发式电网规划【逐步扩展法】根据各待选线路对过负荷支路过负荷量消除的有效度，即以减轻其他支路过负荷的多少来衡量待选线路的作用，从而选择最合适的待选线路加到网络上，逐步扩展直到网络无过负荷问题为止。【变结构直流潮流计算】计算各待选支路的有效度的计算。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7459电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7460电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7461电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7462电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件逐步扩展的启发式电网规划【规划方案】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7463电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【注意】有了上述概念，我们可将整个网架规划分成两个阶段来实现。第一阶段是实现正常状态下无过负荷线路，第二个阶段是实现N-1校验原则下无过负荷线路。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7464电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【第一阶段的迭代过程】（1）计算直流潮流。（2）检查线路是否过负荷。若有，形成过负荷线路集，计算待选线路的综合有效性指标，然后转步骤（3）；否则，线路无过负荷，转步骤（4）。（3）选综合有效性指标最大的线路加入电网中，然后转步骤（1）。（4）输出结果。【第二阶段的迭代过程】（1）分析所有预想事故集，过无过负荷，转步骤（3）；否则，线路有过负荷，根据总过负荷量大小的不等找出最严重故障。（2）断开最严重故障所对应的线路，执行第一阶段迭代过程，在最有效的线路上增加一条线路，然后转步骤（1）。（3）输出结构。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7465电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件逐步扩展的启发式电网规划【计算流程图】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7466电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件逐步倒推的启发式网络规划【逐步扩展法缺陷】 若系统中有孤立节点，如新增的电源点和负荷中心，则网络是不连通的，只能用阻抗值很高的虚拟线路将系统连通后再使用该法，用起来很困难。【逐步倒推法】 首先根据水平年的原始数据构成一个虚拟网络，该网络包含系统现有网络、所有孤立节点和所有待选线路，这样的虚拟网络一般是连通的、冗余度很高且不经济的网络。然后对虚拟网络进行潮流分析，比较个待选线路在系统中的作用和有效性，逐步去除有效性低的线路，直到网络没有冗余线路为止，也就是说直到去掉任何新增线路都会引起系统过负荷或系统解列时为止。【规划过程】 同逐步扩展法一样，也分成两个阶段。是一个阶段实现满足 N安全性的最小费用网络，第二个阶段实现满足N-1安全性要求的扩展网络。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7467电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件逐步倒推的启发式网络规划【第一阶段的迭代过程】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7468电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件逐步倒推的启发式网络规划【第二阶段的迭代过程】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7469电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件实例分析 给出某系统，现有10个节点，9条线路（如实线所示）。在未来某水平年内，系统增加为18个节点，图中的虚线表示待选线路的路径。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7470电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件实例分析【系统节点数据表】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7471节点号发出电力（万kW）负荷（万kW）节点号发出电力（万kW）负荷（万kW）105510750942360841154070030154120190403813011057606391454032601991502007021316495132808817040090259181420电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【支路数据表】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7472支路号两端节点线路电抗（p.u.）线路容量（万kW）原有线路数可扩建线路数长度（km）11-20.0176230107021-110.0102230014032-30.03482301013843-40.04042301015553-70.03252301012964-70.05012300120074-160.05012300320085-60.02672301010695-110.01532300260实例分析电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【支路数据表续1】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7473支路号两端节点线路电抗（p.u.）线路容量（万kW）原有线路数可扩建线路数长度（km）105-120.01022300140116-70.01262301050126-130.01262300150136-140.055423002220147-80.01512301160157-90.031823001126167-130.01262300250177-150.044823002178188-90.01022301140实例分析电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【支路数据表续2】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7474支路号两端节点线路电抗（p.u.）线路容量（万kW）原有线路数可扩建线路数长度（km）199-100.050123012200209-160.0501230022002110-180.0255230011002211-120.012623002502311-130.0255230011002412-130.015323001602514-150.0428230021702616-170.015323002602717-180.01402300255实例分析电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【第一阶段求解步骤】（1）将所有待选线路加入系统构成虚拟网络并形成相应的节点导纳矩阵B（取节点18为参考节点）。然后由导纳矩阵 进一步求得节点阻抗矩阵X，矩阵各元素值表。 【节点阻抗矩阵元素表】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7475电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【节点阻抗矩阵元素续表1】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7476电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【第一阶段求解步骤】 （2）计算各节点功率和电压相角【第一阶段求解步骤】 （3）假定线路的建设投资于长度成正比例，故在 计 算 中 可 用 长 度 代 替 费 用 进 行 比 较 。 根 据 支 路 潮 流 方 程 ，及支路有效指标 ，计算各支路的有效性指标。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7477实例分析电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【支路潮流、有效性指标及排序】2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7478电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【第一阶段求解步骤】 （4）由上面的表可以看出，在待选线路中第23条线路的有效性最小（第5条线路为原有线路，应该保留），因此可以把线路6去掉。去掉支路23后，修正网路阻抗矩阵，重新计算各支路潮流有 可以看出去掉支路23并没有引起其它线路的过负荷，因而判定该线路可以去掉。【第一阶段求解步骤】 （5）用得到的修正阻抗矩阵和修正节点电压相角向量返回第（3）步重新进行其它线路的有效性分析。 上述过程一直进行到没有线路可以去掉为止。这样就可以完成逐步扩展法第一阶段的工作。2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7479实例分析电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【思考题】试简要说明电网规划要解决的问题以及解决问题的步骤。电网规划的方案检验阶段要进行哪些方面的检验？试画出逐步倒推法网络规划模型的计算流程图。电网启发式规划方法和数学优化方法各有什么优缺点？试查阅相关文献举出一结合上面两种方法的电网规划方法。对于启发式规划方法中给出的逐步倒推法网络规划实例，试计算其下一步将要去掉的线路是哪一条？2024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7480电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件【参考文献】程浩忠电力系统规划北京：中国电力出版社，2008孙洪波电力网络规划重庆：重庆大学出版社，1996王锡凡电力系统规划基础北京：中国电力出版社，1994R. J. Bennon，J. A. Juves，A. P. MeliopoulosUse of Sensitivity Analysis in Automated Transmission PlanningIEEE Transactions on Power Apparatus and System，1982，101（1）：5558Mario V. F. Pereira，Leontina M. V. G. PintoApplication of Sensitivity Analysis of Load Supplying Capability to Interactive Transmission Expansion PlanningIEEE Transactions on Power Apparatus and System，1985，104（2）：3813892024/7/22武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所7481电力系统规划与可靠性讲座5电网规划090405修改课件