电力系统规划设计在电力工程设计中的应用探究

赵珂 牟晓正 刘璟洁

电力系统规划是确保电力系统得到长远发展以及安全、稳定运行的关键，其规划结果对电能的使用效率以及使用质量具有直接影响。本文对当前常用的电力系统规划方法进行论述，分析了电力工程规划目标，对电力系统规划的基本内容进行论著，最后总结了电力系统规划设计的经验，为合理开展电力系统规划提供参考。

电网规划的目标在于寻求最优的电网投资决策，这样才能保证电力系统得到长期、稳定的发展。电网规划的基本原则是确保电力能够可靠、安全地输送到负荷中心，以此为前提尽可能降低电网建设以及运行的费用。

一、电力系统规划方法

电力系统的规划包括近期、中期以及远期这三种。规划时要按照“近细远粗，远近结合”的思路来进行规划。第一，近期规划多为五年，其目的在于应对当前对电网使用的需求，以满足负荷需求为前提，兼顾供电可靠性以及供电质量来优化、调整输变电建设项目，在此基础上来进行年度计划的编制，提出需要新建以及改造的项目。第二，中期规划多为5-15 年，近期规划要与中期规划衔接，多方案比对来对电力系统的网架进行论证，确定电网结构，有计划地实现电网结构以及设施过渡为规划网络，从而为大型项目的推进奠定基础。第三，远期规划通常在15 年以上，其主要考虑的是电网的长远发展，开展研究，以确保人们未来对供电的要求得到满足的基础上对网络规划以及电源布局进行确定，研究并展望主网架的战略性、框架性以及结构性。实践证实，对设计方案进行少许优化即可明显提高经济效益。早期电网规划方案的基础是对不同方案进行比选，从技术、经济、可行性等方面对设定的待选方案进行比较从而选出推荐方案。但是比较的方案通常都是规划人员根据自己的经验来提出的，不可能将所有可行性的方案全部列出，提出的方案中也不一定就包括了客观上的最优方案，这造成最终推荐方案有一定局限性以及主观性。当前计算机技术、运筹学以及数学不断发展，电网规划的新方法随之不断产生，当前主要有智能优化、数学优化方法以及启发式优化方法等。第一，启发式优化方法以直观分析作为依据，基于系统性能指标来对可行路径的参数进行灵敏度分析，按照一些原则确定需要架设的线路。启发式方法的优点在于可以很好地与规划人员的经验相结合，使用时更加方便，但是这种方法不能保证得到最优方案，不能充分考虑到不同阶段不同架线决策之间的影响，当待选线数量比较多、规划期比较长时，此时这种方法得到的结果与客观最优方案有较大差异。第二，数学优化方法，这一方法使用运筹学数学模型来描述电网规划问题，将问题转变为有约束的极值问题，在最优化理论的指导下求解。这种方法的优点在于能保证得到最优解，但是缺陷是有计算量偏大的问题。除此之外现实中的电网规划并不像数学题那样简单，电网规划需要考虑众多因素，建立模型后也难以求解，且许多因素并不能形式化，因此建立模型难度比较高。第三，智能优化方法包括免疫算法、模拟退火算法、蚁群优化算法以及粒子群算法等。

二、电力工程规划目标

电力工程规划设计时要考虑配电网规划的问题。配电网的规划目标具体如下：第一，配电网与输电网相互协调，建立适应性强、能力足、安全可靠的电网结构，保证供电可靠，满足用电需求，提高电网运行效率。进行配电网的规划时要在资产全寿命周期成本最小的原则指导下，对资产寿命周期成本进行分析来开展方案比选，从而确保电网资产在设计、建设、改造、运维检修等过程中的成本尽可能低。第二，配电网要有一定自愈能力、应急处理能力、负荷转移能力以及合理的容量裕度。配电网要能经济、可靠且安全地向用户供电，要从整体考虑进行配电网的规划，从而实现不同层级之间协调配合，空间上要做到优化布局，时间上要做到合理过渡。第三，配电网的规划要遵循差异化原则，结合项目所在地的经济社会发展水平、环境要求、用户性质等确定具有差异的建设标准，从而满足各类用户的用电需求，满足区域的发展需求。配电网的规划要能迎合未来的发展趋势，满足储能装置、电动汽车、分布式电源等新型负荷的接入要求。

三、电力系统规划的基本内容

1.预测分析电力负荷

电力系统规划的基础在于对电力工程周围片区的电力负荷进行预测以及分析。进行电力工程的设计时，以国民经济的发展以及运行来进行中短期负荷的预测，对历年的经济数据进行分析总结，结合社会经济的发展规划来逐年预测最大负荷。除此之外还要根据在建、已建以及规划中的远期项目的情况来分析负荷特性，明确这些项目对电网供电造成的影响。对大容量发电机组、枢纽变电站等比较重要的电力工程要使用多种方法来对其负荷进行预测，对负荷增长因素以及负荷的发展趋势进行分析。

2.电源规划情况以及出力分析

统计拟建工程周围电网的电源规划，对电源的处理情况进行分析，这样才能对工程建设是否有必要进行分析。电力电源有地方电源以及统调电源的区别，前者主要有企业自备发电机组、各种小型水电站等，后者则包括了电网统一调度管理的大型发电产。不同水文期这些电源的出力不尽相同，且规划期间新建电源机组也会逐渐投入运行使用，为了方便开展下一步工作，首先要对电源的出力情况以及规划情况进行分析。

3.电力电量平衡

电力电量平衡约束着电力系统规划设计，依据电源出力分析结果以及电力负荷预测结果对供电区域、项目所在地进行电量以及电力的平衡计算，分析计算结果，这样才能明确电力工程的规模以及布局。以负荷预测结果为依据来对不同水平年的最大系统负荷进行确定，同时充分考虑到各种电源的出力情况，明确电力电量盈亏之后才能对需要的发电以及变电设备的容量进行确定。确定好的容量不仅要满足负荷需求，还要充分考虑到备用容量。除此之外，电力电量平衡过程中还要对分区之间的电力电量交换进行充分的考虑，结合这一情况来对备容量进行适当增减。

4.确定接入系统方案

结合项目所在地的负荷分布、原电网特点以及电网的发展规划等情况将项目在电力系统中的地位以及作用明确阐述，以政府部门审批意见、电网规划等提出接入系统比较方案。进行项目接入系统方案的论述时，要充分考虑到电网新技术的使用、节能降耗、节约用地以及远近结合的原则。除此之外还要提出各种方案的规模、布局、投产年等相关内容。

5.电气计算

潮流计算能很直观地对电力工程中不同接入方案进行计算，其计算得出的电力潮流分布情况、网络元件电力损耗以及电网节点电压等为分析各种方案是否具有经济性、合理性以及可靠性提供支持。潮流计算要对电力网络中的电压分布以及功率进行计算，通过潮流计算来对系统的运行方式进行确定，检查系统中的各种元件的性能是否足够，除此之外潮流计算还能为系统稳定计算以及继电保护提供初值以及依据。短路电流计算能为合理确定电气设备的型号提供依据。确定系统运行方式以及网架结构后，开展短路电流计算来对电气设备进行合理选择以及校验，使用合适的熔体额定电流以及继电保护整定值，这样能确保发生故障时能在最短时间内将短路电流切断，减少由于短路对系统造成的损失。要将短路电流限制在合适的水平，当短路电流比较大而需要对已有电气设备进行更换时，此时就要采取措施以对短路电流进行限制。稳定性计算要根据要求来模拟、分析电力系统中不同故障情况，这样才能明确电力系统不稳定问题的特征。稳定性计算以潮流计算为基础，常见频率稳定计算、电压稳定计算等。通过稳定性计算能让规划人员了解到接入系统方案的各种参数是否满足要求，这样能方便其提出保障措施以及安稳策略。

无功补偿能为感性负荷提供无功功率，能减少网络元件对无功功率进行传输而引起的损耗，根据无功平衡进行无功补偿装置的分组容量以及总容量的确定。

6.方案比选

对各种接入方案进行比选，基于电气计算结果从经济性、适用性、可行性以及可靠性等对不同接入方案进行评估，选择最优方案。

四、电力系统规划设计的经验

1.确定服务区域

按照分区规划的原则来进行电力系统的规划，对电网服务区域进行划分，划分为A、B、C、D 共计4 个区域，按照不同的标准来进行电网的规划。将人均GPD 超过8万元的区域、符合密度通常超过25MW/km2的区域以及高新科技工业园区、政治或经济中心区纳入A 类区域；将人均GDP 在3-8 万元的区域、负荷密度介于8-25MW/km2的区域以及一般工业园区、对供电可靠性有一定要求的生产生活集中区列入B 类区域；将人均GDP 在1-3万元的区域、负荷密度介于3-8MW/km2的区域以及高耗能园区、生产生活相对集中区列入C 类区域；将人均GDP 低于1 万元的区域、负荷密度低于3MW/km2的区域以及农业经济活动区列入D 类区域。划分分区分级区域后，对供电面积、供电范围等进行确定。

2.220kV 电网规划

征地以及市政规划都会对城市电网的建设带来影响，因此多数城市变电站的建设均存在一些不确定因素，其建设周期相对更长，为了确保电力体制改革的市场化需要得以满足，也保证负荷增长需求，进行220kV 电网的规划时，要考虑适当进行变电容量的超前安排。要结合变电容量平衡以及网供负荷预测结果来进行变电站建设规划。

3.110kV 电网规划

当前的220kV 变电站是110kV 电网的依托，主要是采用单链、双联等网架结构模式来进行坚强的网络。规划中将110kV 电网整体做强，形成的目标网架要具有较强的互供能力，其网络结构要清晰，供电要具有较高的可靠性。整体上看来，进行110kV 电网的电网规划时，主要是要以新增220kV 变电站作为依托，增加站间110kV 线路通道，对电网结构予以完善，逐渐减少不标准的接线结构，形成的标准接线网络要以链式为主。

4.35kV 电网规划

近年来城市经济社会发展迅速，35kV 电网主变容量通常不超过10MVA 每台，同时10kV 出线间隔比较少，不能满足城区的新增负荷需求。规划时要采用异地新建的形式将以往的35kV 变电站代替。到十四五期间，此时110kV 变电站以及220kV 变电站已经建成投产，因此35kV 电压等级将完全退出。

五、结语

电力体制改革的背景下，为了确保市场机制需要以及供电负荷需求得到满足，进行电力系统的规划设计时要结合当地的社会经济发展需求以及产业结构的变化，迎合电能的市场需求来规划设计。规划设计时要以改造为辅，以新建为主，对规划建设区进行重点配变建设，推进对线路结构形式的改造，与大型用户、园区以及政府加强沟通，将杆线下地工程落实在城市电缆区，逐步推进电网的标准化建设。