电力系统规划设计

王贞体

[摘 要]电力系统是由发电、输电、变电及配电等环节组成的电能生产与消费系统，其是电压等级调节、电能输送的重要载体。在电力工程的前期工作阶段，电力系统规划设计是重点，其关系到社会产生与生活的用电安全，值得高度重视。

[关键词]电力系统规划；电力负荷；电气计算

中图分类号：R697.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0364-01

引言

在电力工程设计中，电力系统规划设计要求坚持周期性、安全性及经济性原则。其中，周期性原则是指在规定的周期内完成规划设计；安全性原则是指在规划设计时，重点考虑安全隐患的规避，并在必要时配备长期有效的系统检测功能；经济性原则要求找出系统功能效应与投入成本的平衡点，以实现效益最大化。对于电力系统规划设计，具体分为长、中期电力系统发展设计，其在单项电力工程设计及论证工程建设必要性上具有指导意义。综合上述设计原则，笔者简要从下列方面探讨电力系统规划设计的要点：

一、电源规划与出力

电源规划是电力系统规划设计的核心内容，其要求从电源出力及周边环境条件出发进行设计。通常而言，电力电源包括地方电源、统调电源两种。其中，地方电源包括企事业单位及水电站私有的发电机组；统调电源是电网系统规划内统一调度的发电厂。对于每一组电源的出力，其随水文期的改变而不同，通常要求在新建电源机组前，全面分析每一电源运行时的出力，以保证电力系统后续规划设计的质量。从低碳经济的角度来看，建议在综合分析低碳因素及投资、生产及运维费用的基础上进行电源规划，并分阶段调整电源结构，以适应低碳经济的发展需要。

二、电力负荷的预测

对于电力系统规划设计，在电力工程拟建区附近展开电力负荷预测是一项基础性工作，通常要求预测10年内的中短期电力负荷。所谓中短期电力负荷，其应以国民经济的发展需要为根本出发点，即：根据历年来的经济数据及国民经济的发展规划，先逐年预测拟建区附近的中短期最大负荷，再结合规划、在建及已建大项目，深入分析电力负荷的特征，以探明其与电网供电的关系。目前，电力负荷的预测方法包括时序预测法、专家系统及模糊预测等方法。其中，时序预测法是先按电力负荷的历时数据，创建随时间变化的电力负荷数学模型，再据此建立负荷预测的表达式，用以预测未来的负荷；专家系统法是先运用基于知识的程序设计方法创建计算机系统，再搜集相关的专家知识与经验，以使系统代替专家运用相应的知识与经验，从而实現预测未来负荷的目的；模糊预测法是一种基于模糊数学理论的负荷预测技术，其可描述系统的模糊现象，如评判天气状况、划分负荷日期等，其中在负荷预测中，模糊预测法可处理负荷在变化时表现出的不确定性。

三、电力电量平衡

在电力系统规划设计中，电力电量平衡是一种约束条件，通常要求先按电力负荷预测与电源出力计算拟建区与供电区的电力电量平衡，再分析平衡结果，据此对电力工程进行合理布局及确定其规模。对于电力系统发、变电设备容量的确定，先经电力负荷预测得到系统在不同水平年的最大负荷，再结合不同类型电源的出力得到电力电量的盈亏，继而确定设备的容量。研究表明，电力系统的发、变电设备容量应适应负荷需用工作量、系统需用备用容量的总需求，同时在电力电量平衡时，要求对不同分区间电力电量的交互进行综合考虑，并按需增减设备的容量。

四、电气计算

作为电力系统规划设计的核心内容，电气计算涉及潮流、稳定及短路电流计算，具体表现如下：

（一）潮流计算

潮流计算是在给定电力系统网络拓扑、元件参数、发电及负荷参量的条件下，计算电压、有功及无功功率在电力网络中的分布。从数学的角度上来看，潮流计算可转化为求解非线性方程组及其数学模型如下：

是一组非线性方程组。其中，，其是节点平衡方程式；，其是每一节点待求的电压。通常通过潮流计算，可完成电力系统运行方式的设计，可检查元件的运行状况，并可据此进行系统继电保护设计及向稳定计算提供初值。另外，潮流计算是一种直观地比较电力工程接入系统方案的方法，其求得的节点电压、元件电力损耗及电力潮流分布可在接入系统方案设计中直接使用，从而保证接入方案的经济性、合理性及可靠性。

（二）稳定计算

稳定计算是按要求模拟电力系统的故障情况及进行分析，继而得到电力系统稳定的实际水平及主要特征。综上，稳定计算通常以潮流计算结果为依据，而在单项电力工程设计中，稳定计算涉及暂态稳定、电压稳定及频率稳定计算等。其中，暂态稳定计算通常先采用数值积分法求得描述受扰运动方程的时域解，再根据发电机转子相对角、系统电压及频率的变化来判定电力系统是否稳定。

（三）短路电流计算

短路电流计算是在给定电力系统中，验算电气元件因故障短路而出现的不正常电流值。目前，常用的短路电流计算方法是标幺值法，其计算步骤如下：首先，选择基准容量为100MVA及基准电压，算得短路点的基准电流；其次，绘制短路回路的等效电路；第三，算得短路回路元件的电抗标幺值；第四，求得总电抗标幺值，并据此化简电路；第五，算得三相短路电流周期分量的有效值及其他短路参数。研究表明，通过短路电流计算，可保证电气设备的合理选择及提高其校验水平，可提高继电保护整定值、熔体额定电流的准确度，从而缩短短路电流持续的时长及降低因此引起的损失。

结语

综上，深入研究电力系统规划设计是适应电力系统向高电压、大电网、大机组及远距离输电方向发展的必然要求，其涉及的内容多且复杂，远非文案谈及的内容。在今后的研究中，建议从客观实际出发，拓展研究的广度、深度，特别是应将社会的发展需求考虑其中，以满足环保、节能及减排的要求，从而提高电力系统运行的综合效益。

参考文献

[1] 娄素华，卢斯煜，吴耀武，尹项根.低碳电力系统规划与运行优化研究综述[J].电网技术，2013，06：1483-1490.

[2] 马建锋.电力系统规划设计在电力工程设计中的应用探计[J].中华民居（下旬刊），2013，09：319-320.

[3] 钟俊强.分析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].广东科技，2012，03：66-67.

[4] 唐建军.浅谈电力系统规划设计在电力工程设计中的运用[J].科技视界，2014，30：285+356.

[5] 黄子铭.电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].中国高新技术企业，2016，16：53-54.