电力系统规划与可靠性讲座1电力规划概论.ppt
电力系统规划与可靠性（第1专题:电力系统规划概论）,武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所,武汉大学电气工程及其自动化专业选修课,王波,2023年10月3日11时35分,61,2,教学安排,学分：2（选修）讲课/课外：36/36 学时周数：9（1周-9周）教学方式：讲授与自学相结合，辅助练习和课堂讨论考核形式：考试（平时30%，期终考试70%）答疑地点、时间：工学部三教学楼3419室（李晓明教授工作室）、时间约定教师：主讲：李晓明教授、王波 讲师 助教：赵云博士、周冬旭博士联系方式：68773482，68776864,2023年10月3日11时35分,61,3,教学内容,电力系统规划概论电力系统规划的方法和标准电厂选址、变电所选址及输电线路径选址电力负荷预测电力电量平衡电源规划 电网规划无功规划自动化规划经济评价方法 可靠性原理及其在电力规划中的应用,2023年10月3日11时35分,61,4,掌握电力系统规划与可靠性课程的基本知识，基本理论和基本分析方法。了解电力系统规划与可靠性在电力系统中的应用情况及相关问题。补充作为电气工程与自动化专业合格大学生所应该掌握的相关基本知识。,教学目的,2023年10月3日11时35分,61,5,教材与参考书目,教 材1萧国泉，徐绳均.电力规划.北京：水利电力出版社,1993 2程浩忠.电力系统规划.北京：中国电力出版社，2008.4.主要参考书目1电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册.北京：中国电力 出版社，2003.2王锡凡.电力规划基础.北京：水利电力出版社，1994.3城乡电网建设与改造指南，刘健等，中国水利水电出版社；4牛东晓,曹树华,等.电力负荷预测技术及其应用M.北京:中国电力出版社,1998；5郭永基.电力系统可靠性原理和应用（上）.清华大学出版社.1985 6郭永基.电力系统可靠性原理和应用（下）.清华大学出版社.1986,2023年10月3日11时35分,61,6,1电力系统规划概论,电力系统规划的的意义和作用电力规划应注意的问题与基本指导思想电力规划的基本要求电力系统规划的基本概念和主要内容电力系统规划设计的基本步骤不同时期的电力系统规划之间的关系和作用,2023年10月3日11时35分,61,7,电力系统规划的意义和作用,电力发展背景社会发展对电能需求不断增大；不断扩大的电力系统规模；电力工业是一个投资密集和一次能源消耗最大的行业，它对整个国民经济的发展有巨大影响。电力规划的必要性电能供应不足或供电不可靠都会影响国民经济的发展，甚至造成严重的经济损失；发电和输、配电能力过剩又意味着电力投资效益降低，从而影响发电成本。必须进行电力系统的全面规划，以提高发展电力系统的预见性和科学性。电力规划的作用做好电力工程建设的前期工作，落实发、送、变电本体工程的建设条件，协调其建设进度，优化其设计方案，其意义尤为重大。正确合理的电力系统规划设计实施后可以最大限度地节约国家基建投资，促进国民经济其他行业的健康发展，提高其他行业的经济和社会效益。,2023年10月3日11时35分,61,8,电力规划应注意的问题与基本指导思想,正确认识电力生产的客观规律力求建设一个安全、稳定、经济、高效的电网努力寻求经济效益指标好的规划方案合理利用各种发电能源及充分利用地方动力资源调整好电力工业内部的各种比例关系注意电力工业发展的外部条件积极引用先进技术以加快电力工业科学技术进步加快联网步伐逐步形成全国联合电力网,2023年10月3日11时35分,61,9,正确认识电力生产的客观规律产销的同时性：电力生产的基本特点是产供销(或发供用电)同时完成，在电网范围内，必须每时每刻地保持发供用电之间的平衡。由于产供销同时完成，就要求电力负荷预测有相当高的可靠性。发展的同步性：电网的发展，固然受资源的制约(包括动力资源和资金等)，但它的基本依据是用电需求量。发供配电设施与用电的需求增长要协调一致，要同步。力求建设一个安全、稳定、经济、高效的电网 由于电力工业是服务性行业，是以满足国民经济各部门和人民物质文化生活对电力的需要为最高宗旨的，因此，应将建设一个安全、稳定、经济、高效的现代化电网作为电力规划的基本目标。,2023年10月3日11时35分,61,10,努力寻求经济效益指标好的规划方案电力工业是资金密集型行业，用于基本建设的资金在整个工业部门的投资中比重较大。合理地安排建设项目和进度，缩短工期，是节省投资，提高电力工业经济效果的重要手段。寻求经济上最佳的规划方案，将经济效果好作为电力系统规划的一个基本的指导思想。合理利用各种发电能源及充分利用地方动力资源 我国动力资源比较丰富，但分布不均.北方有煤，西方有水力资源，东、南方而是能源资源缺乏的地区.因此，在规划电力项目时，应充分考虑能源资源的这种特点，合理安排电源项目，使整个能源的输送方向既经济又合理。,2023年10月3日11时35分,61,11,调整好电力工业内部的各种比例关系历史缺陷：重发、轻供、不管用的倾向；措施：在抓紧做好电源规划的间时，应该注意发、输、配电之间的合理比例关系；不仅要做好发电规划，而且也应该做好输电规划和配电规划，这三个规划应该彼此衔接，相互协调。注意电力工业发展的外部条件 电力工业的发展离不开外部条件的配合。主要的外部条件是能源资源条件和交通运输条件。电力规划应该与能源开发规划、交通运输规划密切配合，协调一致。,2023年10月3日11时35分,61,12,积极引用先进技术以加快电力工业科学技术进步必要性：我国电力工业的科学技术水平与发达的工业国家相比，还有不小差距。因此，应不断引进国外先进的技术。原则：电力规划中对待新技术的应用问题，一方面要积极大胆，另一方面也要慎重。千万不能为追求新技术而盲目引用，更不能采用不成熟的技术。要注意与国情国力相适应，少量的最新技术可以采用，以其为先导，但大量采用应与国力、国情相适应的科技，采用实用技术和经济效果最佳的技术。加快联网步伐逐步形成全国联合电力网 电力系统不断扩大是电力系统发展的客观规律。我国地域辽阔，动力资源及用电负荷却分布不均，因此加快联网是必然趋势。,2023年10月3日11时35分,61,13,电力规划的基本要求,电力系统应向用户提供充足、可靠和优质的电能，而经济性、可靠性和灵活性是电力系统应该具有的品质，故满足一定程度的经济性、可靠性和灵活性是对规划设计电力系统的基本要求。,2023年10月3日11时35分,61,14,1电力系统的经济性电力系统建设的经济性包括燃料的输送和供应，电能的生产和输送，发、送、变电设备的一次投资和折旧，能量输送过程中的损耗以及其他运行费用等。由于是规划设计中的系统，系统运行费用是以生产模拟方法来计算的，总的要求是年费用最低。对跨区联网送电工程及远距离送电和建厂比较等大型系统规划设计项目还应进行项目的财务分析，以确定其贷款偿还能力和经济效益。2电力系统的可靠性 1）对用户供电的充足性。供电的充足性是指系统满足一定数量负荷用电的不间断性。国际上目前已普遍采用电力不足概率（或失负荷概念LOLP）来作为对电力系统供电充足性的评价标准，我国一直沿用发电装机容量备用率的概念来表征电源的充足程度。2）对用户供电的安全性。供电的安全性是指系统在保持向用户安全稳定供电时能够承受故障扰动的严重程度，通常是指规程中规定的故障条件。电力系统发展设计的主要任务之一就是通过电力系统的安全校核计算，包括稳态的N-1安全检查和暂态的稳定计算来保证系统达到一定的安全标准。,2023年10月3日11时35分,61,15,3电力系统的灵活性【系统对基本建设条件变化适应的灵活性】电力系统规划设计阶段将会遇到很多的不确定因素，规划设计完成以后到基本建设项目实施投产，系统中电源、负荷及网络情况将可能发生某些变化，设计系统应能够在修改不大的情况下仍然满足应有的技术经济指标，这就是电力系统对基本建设条件变化适应的灵活性。【对电力系统在运行方面的灵活性要求】在生产运行中，电网和厂、所电气主接线以及有功、无功电源应该能够在各种正常运行、检修包括事故情况下灵活地调度以应付各种元件的投退，从而保证系统安全稳定地向用户供应充足的电力，这是对电力系统在运行方面的灵活性要求。在系统设计阶段这是衡量系统设计方案优劣的重要技术条件之一。,2023年10月3日11时35分,61,16,电力系统规划的基本概念和主要内容,电力系统规划的基本概念电力系统规划的分类电力系统规划的主要内容,2023年10月3日11时35分,61,17,电力系统规划的基本概念,在整个国民经济计划指导下，根据经济发展和电力负荷需求的增长，对电力系统未来发展所作的统一安排和优化决策。,2023年10月3日11时35分,61,18,电力系统规划的分类,为了研究和正确处理电力规划中不同时期、不同阶段，以及不同组成部分的特点和任务，有必要将电力规划进行分类研究。按时间分类：长远规划、中期规划和近期规划三种。按照分级管理分类：中央规划、大区规划和地方规划。按电力生产的主要环节分类：发电规划、供电规划、送变电设备建设规划。按结构分类：电力负荷预测、电源规划和电网规划。,2023年10月3日11时35分,61,19,表1-1 按照时间分类,2023年10月3日11时35分,61,20,表1-2 按照分级管理分类,2023年10月3日11时35分,61,21,表1-3 按照电力生产的主要环节分类,2023年10月3日11时35分,61,22,表1-3 按照电力生产的主要环节分类（续）,2023年10月3日11时35分,61,23,表1-4 按照结构分类,2023年10月3日11时35分,61,24,表1-4 按照结构分类（续）,2023年10月3日11时35分,61,25,电力系统规划的主要内容,表1 电力系统规划设计的内容,2023年10月3日11时35分,61,26,2023年10月3日11时35分,61,27,2023年10月3日11时35分,61,28,2023年10月3日11时35分,61,29,电力系统规划设计的基本步骤,不同时期的电力系统规划之间的关系和作用,2023年10月3日11时35分,61,31,思考题：,1、阐述电力系统规划的结构，并说明其与国家计划及能源政策的关系？2、说明电力系统规划设计的基本要求？3、分析电力规划各阶段内容的侧重点？4、阐述不同时期的电力系统规划之间的关系？,2023年10月3日11时35分,61,32,2电力系统规划的方法和标准,电力系统规划的基本方法电力系统规划的评价标准电力系统规划设计的主要技术标准,2023年10月3日11时35分,61,33,【基本条件分析】电力工业发展的基本条件有3个，即电力负荷需要、动力资源开发及运输条件许可、发变电设备的制造及供应及时。【基本功能分析】分析电网的各部分以及某些大电源及主要网架的作用。分析全网供电范围、电源建设地点、电源的作用、分区电网之间的送受电关系等；分析主力电源的合理送电范围、功率流向及相应的网架；分析地区电网的情况。【基本形态分析】分析发电厂与变电所之间的连接方式，即：电网结构。最基本的电网结构：辐射型、链型及环型。电网结构主要决定于电厂和负荷的分布、电网覆盖地域的情况等。电网结构设计的基本原则是分层分区原则，即不同电压等级电网构成不同的层次，不同地域的下一级电网解列构成不同的地区电网，地区电网本身具有足够的电压支撑和无功储备。,电力系统规划的基本方法,2023年10月3日11时35分,61,34,【动态分析】动态分析即弹性分析或可变因素分析，主要是指电网实际的发展进程与设计预计有差别时规划电网的适应能力。可变因素主要是指：负荷的实际增长超过或低于预计；电源建设进度或顺序发生变化；主要送电线路投产时间提前或推迟等。因此电力系统规划要采用滚动的方法不断加以修正。【限制性条件分析】在制定电力系统规划方案时要特别注意那些会影响方案成立的限制性因素，这些因素主要是：自然地理条件的限制性因素；供水水源条件；煤矿建设进度不能满足电厂需要；厂、所区公路、铁路、码头的建设进度、规模不能满足要求；主要输电线存在跨江、河问题；主要电气设备制造困难等。【可靠性与经济分析】要求设计通过潮流计算、无功补偿及电压调整计算、系统稳定计算、N-1网络安全检查、工频过电压及潜供电流计算、系统短路电流计算、方案经济评价计算等对设计系统的技术经济特性进行全面综合评价，提出最佳方案。规划设计的电力系统应满足经济性、可靠性与灵活性的基本要求。潜供电流：线路上发生单相接地故障，继电保护通过选相元件只将故障相自线路两侧断开，非故障相仍然继续运行，这时非故障相与断开的故障相之间存在静电（通过相间电容）和电磁（通过相间互感）的联系。使故障点弧光通道中仍有一定数值的电流通过，此电流称为潜供电流。它的大小与线路的参数有关，线路电压越高，越长，负荷电流越大，潜供电流越大。,2023年10月3日11时35分,61,35,电力系统规划的评价标准,(1)电力规划的综合性标准是否满足国民经济有计划按比例发展的要求；能源交通是否平衡；资金是否平衡；主要设备和技术供给的可靠性；劳动力和科技人员的供需平衡；(2)电力规划的灵活性(弹性)标准 在评价电力规划的弹性时，应检查一下对编制规划的前提条件的研究是否充分，是否在规划过程中充分预测其不确定性和风险性，规划本身是否考虑了这种不确定性和风险性，规划有没有适应内外部条件变化的能力和措施等。因此编制“滚动规划”是提高规划应变能力的可行办法。,2023年10月3日11时35分,61,36,(3)电力规划的经济性标准实施规划所需要的投资是节省的；规划实施后的运行维护费用是节省的；效果指标是好的；(4)电力规划的科学性标准电力规划的原始资料是否可信及可信度的高低；电力规划方法是否科学；电力规划是否从实际出发、适合我国国情。以上四条标准，既适用于评价全国(中央)电力规划，也适用于评价大区电力规划及省、地方电力局的电力规划。,2023年10月3日11时35分,61,37,电力系统规划设计的主要技术标准,系统规划阶段：电力发展规划编制原则（电力部于1998年6月1日起颁布试行）系统设计阶段：电力可靠性管理暂行办法实施细则（中电联于2007年颁布）电力系统技术导则（SDJ 161-1985）电力系统安全稳定导则（DL/T755-2001）电力系统设计技术规程(SDJ 1611985)电力系统电压和无功电力技术导则(SD 325-1989)电力系统安全自动装置设计技术规定（DL/T5147-2001）电力系统通信设计技术规定（DL/T5391-2007）,2023年10月3日11时35分,61,38,思考题：,1、电力系统规划基本方法有哪几种？2、电力系统规划的评价标准有哪几条？3、从基本条件分析的角度，试根据所学知识说明，电力规划设计前应该进行哪些方面的调查、收集和整理工作？,2023年10月3日11时35分,61,39,3 电厂选址、变电所选址及输电线路径选址,各类电厂的厂址选择变电所的所址选择输电线路的路径选择,2023年10月3日11时35分,61,40,各类电厂的厂址选择,2023年10月3日11时35分,61,41,变电所的选址选择,变电所的类型 系统枢纽变电所；地区重要变电所；一般变电所。变电所的所址选择 变电所所址选择工作可分为规划选所和工程选所两个阶段。规划选所：在编制电网发展规划时进行，对规划电网内可能布置变电所的点进行预先选择，以便在编制电网发展规划的过程中有充分的技术资料进行综合经济比较，从中规划出新建变电所的地点或范围。工程选所：根据电力规划设计所确定的地点或范围进行，工程选所工作都是一次完成（特殊情况除外）的。,2023年10月3日11时35分,61,42,【系统枢纽变电所】系统枢纽变电所汇集多个大电源和大容量联络线，在系统中处于枢纽地位，其高压侧系统间功率交换容量比较大，并向中压侧输送大量电能。全所停电后，将使系统稳定破坏，电网瓦解，造成大面积停电。【地区重要变电所】地区重要变电所位于地区网络的枢纽点上，高压侧以交换或接受功率为主，向地区的中压侧和附近的低压侧供电。全所停电后，将引起地区电网瓦解，影响整个地区供电。【一般变电所】1）中间变电所。一般从220KV主要环状线路或主要干线上破口引入变电所，其接线比较简单，出线回路数较少，主要其功率交换作用。所址地理位置靠近线路破口引入处。2）终端变电所。一般接线简单，所址位置接近负荷点。3）企业变电所。一般具有终端变电所的特点，是大中型工矿企业的专用变电所。4）开关站。为满足电网稳定性而设。主要是将长距离送电线路分段，以减少线路故障影响面，提高电网运行稳定度，并可设置串联补偿装置等来提高供电能力和送电质量。一般开关站建在长距离送电线的中段、1/3、或2/3处。5)二次变电所。主要向地方性局部地区供电，也可能是向地方或大中型工矿企业的中心变电所供电，其电压等级一般较低。,变电所的类型,2023年10月3日11时35分,61,43,变电所的所址选择要求,接近负荷中心 在选择所址方案时，事先需搞清本变电所的供电负荷对象、负荷分布、供电要求，变电所本期和将来在系统中的地位和作用。选择比较接近负荷中心的位置作为变电所的所址，以便减少电网的投资和网损。使地区电源布局合理 应考虑地区原有电源、新建电源以及计划建设电源情况，使地区电源和变电所不集中在一侧，以便电源布局分散，即可减少二次网的投资和网损，又能达到安全供电的目的。高低压各侧进出线方便 应考虑各级电压出线的走廊，不仅要使送电线能进得来走得出，而且要使送电线交叉跨越少、转角少。所区地形、地貌及土地面积应满足近期建设和发展要求 在所址选择时，应贯彻节约用地、不占或少占农田的精神，而且要结合具体工程条件，采取多种布置方案（如阶梯布局、高型布局等），因地制宜地适应地形、地势，充分利用坡地、丘陵地。对建设发展用地，最好哪年用哪年征，不要过早圈定。,2023年10月3日11时35分,61,44,所址不能被洪水淹没及受山洪冲刷，而且地质条件应适宜 110500kV变电所的标高宜在100年一遇的高水位以上，35kV变电所的标高宜在50年一遇的高水位以上，否则应设防护设施。踏勘所址附近山洪被洪水冲刷情况以及排洪情况，并根据地形图估算汇水面积、推算降水量，以便确定山洪对所址的影响。所址选择应避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞等地质条件地带，也不宜选在有矿藏地区，若无法避免应征得有关部门的同意。确定所址时，应考虑其与邻近设施的相互影响 飞机场、导航台、收发信台、地震台、铁路信号等设施，对无线电干扰有一定要求，所址距上述设施要满足有关规定要求，以便保证变电所对附近原有设施无影响。所址附近不应有火药库、弹药库、打靶场等设施。当所址附近工厂排出有腐蚀性气体时，布置时应根据风向避开有害气体。,2023年10月3日11时35分,61,45,交通运输方便 选址时不仅要考虑施工时设备材料及变压器等大型设备的运输，还要考虑运行、检修时的交通运输方便。一般情况下所址要靠近公路或铁路，公路引接要短，以便减少投资。具有可靠水源，排水方便 对给水水源的要求，随变电所性质不同而异。当变电所不装调相机时，变电所用水量极少，主要是运行人员的生活饮用水，一般不大于1.52t/天。变电所施工用水，一般在10t/天左右，尽在施工期临时用。若变电所装设调相机时，变电所用水量很大，要由调相机的容量和冷却塔的型式来确定。变电所的排水，主要是生活下水，变压器事故排油和调相机冷却水的排水或排污。施工条件方便 选所时，还要考虑施工用水、施工用电、施工场地、劳动力、当地建筑材料（沙、石、砖、瓦）来源方便等问题。除以上所述外，还应适当考虑职工生活上的方便。,2023年10月3日11时35分,61,46,输电线路的路径选择,线路路径选择的一般原则输电线路对弱电线路及电台等的干扰影响,2023年10月3日11时35分,61,47,线路路径选择的一般原则,【地形、地质、自然条件】选线人员必须对线路通过地区的地形、地质、自然经济条件等作详细的调查研究工作，本着统筹兼顾、全面安排的原则，与沿线地区各有关单位充分协商，以便选出最合宜的线路路径。【路径短】所选线路的路径应尽可能短，线路转角要少，而吐转角角度要小，特殊跨超要少。水文和地质条件要好。【维护和施工方便】应考虑线路有良好的维护和施工条件，沿线交通要比较方便，应尽量接近铁路，公路或通航河流。【少占田】应不占或少占农田。【不影响通信】应与主呼通讯线路、机场、电台等设施保待足够的距离。详见表3-2、表3-3。1,1 萧国泉，徐绳均.电力规划.北京：水利电力出版社.,2023年10月3日11时35分,61,48,【不影响生产和生活】线路应尽量避开居民区，工厂区及其他需拆迁较多建筑物和构筑物的地区、不应引起交通和机耕的困难。【地质条件合适】应尽量避开不良地质地带，可能塌陷的矿区，沼泽地带、林区，绿化区、果园、重冰区、污秽区、爆炸危脸区、强地震区及农村固定场院等地区。【厂、所出线统一规划】发电厂、变电所的出线走廊，应根据系统发展规划，统一考虑，在线路拥挤地区宜采用回路或多回路塔。【避燃、避爆、避碰】配电线路应尽量避开有爆炸物、易燃物和可燃物的厂房、仓库、贮罐等，并避开易被车辆碰掩等处。【与城镇规划协调】配电线应与城镇规划协调。在选线方式上分为图上选线和实地踏勘选线.规划人员根据上述选线原则在五万分之一至十万分之一的地形图上进行初选，然后按图上选择的路径进行实地踏勘，最后确定线路的最终路径，并取得有关部门的协议文件。,2023年10月3日11时35分,61,49,表3-2 送电线路与弱电流线路的最小接近距离(按静电干扰影响的标准),2023年10月3日11时35分,61,50,表3-3 送电线路与无电线设备的最小距离,2023年10月3日11时35分,61,51,输电线路对弱电线路及电台等的干扰影响,当输电线与弱电线(通讯线)接近时，由于高压线路周围形成的电磁场会在弱电线上产生静电和电磁效应，可能产生于扰和危险影响。电磁危险影响 由于输电线发生短路接地(单相或两相不同点接地)零序电流引起的电磁危险影响，需依据零序电流、大地导电率和接近位置进行计算决定。静电干扰影响 这是由于输电线周围产生的电场在弱电线上感应的电位引起的。干扰的大小，与送电线电压等级，负荷特性、相对距离及交叉角度有关。220kV以下的输电线，当与弱电线的距离大于300m时，一般可不考虑静电干扰的影响。,2023年10月3日11时35分,61,52,思考题,1、变电所选址在技术要求上有哪些原则？2、为什么说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？3、从电力系统经济性和可靠性的角度谈谈变电所选址的 要求？,2023年10月3日11时35分,61,53,参考文献,1电力系统设计手册，电力工业部电力规划设计总院.北京：中国电力出版社，1998；2萧国泉，徐绳均.电力规划.北京：水利电力出版社.3程浩忠.电力系统规划.北京：中国电力出版社，2008.4.4王锡凡.电力规划基础.北京：水利电力出版社，1994.,
