趙珂 牟曉正 劉璟潔

電力系統(tǒng)規(guī)劃是確保電力系統(tǒng)得到長遠發(fā)展以及安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，其規(guī)劃結(jié)果對電能的使用效率以及使用質(zhì)量具有直接影響。本文對當(dāng)前常用的電力系統(tǒng)規(guī)劃方法進行論述，分析了電力工程規(guī)劃目標，對電力系統(tǒng)規(guī)劃的基本內(nèi)容進行論著，最后總結(jié)了電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的經(jīng)驗，為合理開展電力系統(tǒng)規(guī)劃提供參考。

電網(wǎng)規(guī)劃的目標在于尋求最優(yōu)的電網(wǎng)投資決策，這樣才能保證電力系統(tǒng)得到長期、穩(wěn)定的發(fā)展。電網(wǎng)規(guī)劃的基本原則是確保電力能夠可靠、安全地輸送到負荷中心，以此為前提盡可能降低電網(wǎng)建設(shè)以及運行的費用。

一、電力系統(tǒng)規(guī)劃方法

電力系統(tǒng)的規(guī)劃包括近期、中期以及遠期這三種。規(guī)劃時要按照“近細遠粗，遠近結(jié)合”的思路來進行規(guī)劃。第一，近期規(guī)劃多為五年，其目的在于應(yīng)對當(dāng)前對電網(wǎng)使用的需求，以滿足負荷需求為前提，兼顧供電可靠性以及供電質(zhì)量來優(yōu)化、調(diào)整輸變電建設(shè)項目，在此基礎(chǔ)上來進行年度計劃的編制，提出需要新建以及改造的項目。第二，中期規(guī)劃多為5-15 年，近期規(guī)劃要與中期規(guī)劃銜接，多方案比對來對電力系統(tǒng)的網(wǎng)架進行論證，確定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有計劃地實現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及設(shè)施過渡為規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，從而為大型項目的推進奠定基礎(chǔ)。第三，遠期規(guī)劃通常在15 年以上，其主要考慮的是電網(wǎng)的長遠發(fā)展，開展研究，以確保人們未來對供電的要求得到滿足的基礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及電源布局進行確定，研究并展望主網(wǎng)架的戰(zhàn)略性、框架性以及結(jié)構(gòu)性。實踐證實，對設(shè)計方案進行少許優(yōu)化即可明顯提高經(jīng)濟效益。早期電網(wǎng)規(guī)劃方案的基礎(chǔ)是對不同方案進行比選，從技術(shù)、經(jīng)濟、可行性等方面對設(shè)定的待選方案進行比較從而選出推薦方案。但是比較的方案通常都是規(guī)劃人員根據(jù)自己的經(jīng)驗來提出的，不可能將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觀上的最優(yōu)方案，這造成最終推薦方案有一定局限性以及主觀性。當(dāng)前計算機技術(shù)、運籌學(xué)以及數(shù)學(xué)不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)劃的新方法隨之不斷產(chǎn)生，當(dāng)前主要有智能優(yōu)化、數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及啟發(fā)式優(yōu)化方法等。第一，啟發(fā)式優(yōu)化方法以直觀分析作為依據(jù)，基于系統(tǒng)性能指標來對可行路徑的參數(shù)進行靈敏度分析，按照一些原則確定需要架設(shè)的線路。啟發(fā)式方法的優(yōu)點在于可以很好地與規(guī)劃人員的經(jīng)驗相結(jié)合，使用時更加方便，但是這種方法不能保證得到最優(yōu)方案，不能充分考慮到不同階段不同架線決策之間的影響，當(dāng)待選線數(shù)量比較多、規(guī)劃期比較長時，此時這種方法得到的結(jié)果與客觀最優(yōu)方案有較大差異。第二，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，這一方法使用運籌學(xué)數(shù)學(xué)模型來描述電網(wǎng)規(guī)劃問題，將問題轉(zhuǎn)變?yōu)橛屑s束的極值問題，在最優(yōu)化理論的指導(dǎo)下求解。這種方法的優(yōu)點在于能保證得到最優(yōu)解，但是缺陷是有計算量偏大的問題。除此之外現(xiàn)實中的電網(wǎng)規(guī)劃并不像數(shù)學(xué)題那樣簡單，電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮眾多因素，建立模型后也難以求解，且許多因素并不能形式化，因此建立模型難度比較高。第三，智能優(yōu)化方法包括免疫算法、模擬退火算法、蟻群優(yōu)化算法以及粒子群算法等。

二、電力工程規(guī)劃目標

電力工程規(guī)劃設(shè)計時要考慮配電網(wǎng)規(guī)劃的問題。配電網(wǎng)的規(guī)劃目標具體如下：第一，配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)，建立適應(yīng)性強、能力足、安全可靠的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證供電可靠，滿足用電需求，提高電網(wǎng)運行效率。進行配電網(wǎng)的規(guī)劃時要在資產(chǎn)全壽命周期成本最小的原則指導(dǎo)下，對資產(chǎn)壽命周期成本進行分析來開展方案比選，從而確保電網(wǎng)資產(chǎn)在設(shè)計、建設(shè)、改造、運維檢修等過程中的成本盡可能低。第二，配電網(wǎng)要有一定自愈能力、應(yīng)急處理能力、負荷轉(zhuǎn)移能力以及合理的容量裕度。配電網(wǎng)要能經(jīng)濟、可靠且安全地向用戶供電，要從整體考慮進行配電網(wǎng)的規(guī)劃，從而實現(xiàn)不同層級之間協(xié)調(diào)配合，空間上要做到優(yōu)化布局，時間上要做到合理過渡。第三，配電網(wǎng)的規(guī)劃要遵循差異化原則，結(jié)合項目所在地的經(jīng)濟社會發(fā)展水平、環(huán)境要求、用戶性質(zhì)等確定具有差異的建設(shè)標準，從而滿足各類用戶的用電需求，滿足區(qū)域的發(fā)展需求。配電網(wǎng)的規(guī)劃要能迎合未來的發(fā)展趨勢，滿足儲能裝置、電動汽車、分布式電源等新型負荷的接入要求。

三、電力系統(tǒng)規(guī)劃的基本內(nèi)容

1.預(yù)測分析電力負荷

電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)在于對電力工程周圍片區(qū)的電力負荷進行預(yù)測以及分析。進行電力工程的設(shè)計時，以國民經(jīng)濟的發(fā)展以及運行來進行中短期負荷的預(yù)測，對歷年的經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，結(jié)合社會經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)劃來逐年預(yù)測最大負荷。除此之外還要根據(jù)在建、已建以及規(guī)劃中的遠期項目的情況來分析負荷特性，明確這些項目對電網(wǎng)供電造成的影響。對大容量發(fā)電機組、樞紐變電站等比較重要的電力工程要使用多種方法來對其負荷進行預(yù)測，對負荷增長因素以及負荷的發(fā)展趨勢進行分析。

2.電源規(guī)劃情況以及出力分析

統(tǒng)計擬建工程周圍電網(wǎng)的電源規(guī)劃，對電源的處理情況進行分析，這樣才能對工程建設(shè)是否有必要進行分析。電力電源有地方電源以及統(tǒng)調(diào)電源的區(qū)別，前者主要有企業(yè)自備發(fā)電機組、各種小型水電站等，后者則包括了電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度管理的大型發(fā)電產(chǎn)。不同水文期這些電源的出力不盡相同，且規(guī)劃期間新建電源機組也會逐漸投入運行使用，為了方便開展下一步工作，首先要對電源的出力情況以及規(guī)劃情況進行分析。

3.電力電量平衡

電力電量平衡約束著電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，依據(jù)電源出力分析結(jié)果以及電力負荷預(yù)測結(jié)果對供電區(qū)域、項目所在地進行電量以及電力的平衡計算，分析計算結(jié)果，這樣才能明確電力工程的規(guī)模以及布局。以負荷預(yù)測結(jié)果為依據(jù)來對不同水平年的最大系統(tǒng)負荷進行確定，同時充分考慮到各種電源的出力情況，明確電力電量盈虧之后才能對需要的發(fā)電以及變電設(shè)備的容量進行確定。確定好的容量不僅要滿足負荷需求，還要充分考慮到備用容量。除此之外，電力電量平衡過程中還要對分區(qū)之間的電力電量交換進行充分的考慮，結(jié)合這一情況來對備容量進行適當(dāng)增減。

4.確定接入系統(tǒng)方案

結(jié)合項目所在地的負荷分布、原電網(wǎng)特點以及電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃等情況將項目在電力系統(tǒng)中的地位以及作用明確闡述，以政府部門審批意見、電網(wǎng)規(guī)劃等提出接入系統(tǒng)比較方案。進行項目接入系統(tǒng)方案的論述時，要充分考慮到電網(wǎng)新技術(shù)的使用、節(jié)能降耗、節(jié)約用地以及遠近結(jié)合的原則。除此之外還要提出各種方案的規(guī)模、布局、投產(chǎn)年等相關(guān)內(nèi)容。

5.電氣計算

潮流計算能很直觀地對電力工程中不同接入方案進行計算，其計算得出的電力潮流分布情況、網(wǎng)絡(luò)元件電力損耗以及電網(wǎng)節(jié)點電壓等為分析各種方案是否具有經(jīng)濟性、合理性以及可靠性提供支持。潮流計算要對電力網(wǎng)絡(luò)中的電壓分布以及功率進行計算，通過潮流計算來對系統(tǒng)的運行方式進行確定，檢查系統(tǒng)中的各種元件的性能是否足夠，除此之外潮流計算還能為系統(tǒng)穩(wěn)定計算以及繼電保護提供初值以及依據(jù)。短路電流計算能為合理確定電氣設(shè)備的型號提供依據(jù)。確定系統(tǒng)運行方式以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)后，開展短路電流計算來對電氣設(shè)備進行合理選擇以及校驗，使用合適的熔體額定電流以及繼電保護整定值，這樣能確保發(fā)生故障時能在最短時間內(nèi)將短路電流切斷，減少由于短路對系統(tǒng)造成的損失。要將短路電流限制在合適的水平，當(dāng)短路電流比較大而需要對已有電氣設(shè)備進行更換時，此時就要采取措施以對短路電流進行限制。穩(wěn)定性計算要根據(jù)要求來模擬、分析電力系統(tǒng)中不同故障情況，這樣才能明確電力系統(tǒng)不穩(wěn)定問題的特征。穩(wěn)定性計算以潮流計算為基礎(chǔ)，常見頻率穩(wěn)定計算、電壓穩(wěn)定計算等。通過穩(wěn)定性計算能讓規(guī)劃人員了解到接入系統(tǒng)方案的各種參數(shù)是否滿足要求，這樣能方便其提出保障措施以及安穩(wěn)策略。

無功補償能為感性負荷提供無功功率，能減少網(wǎng)絡(luò)元件對無功功率進行傳輸而引起的損耗，根據(jù)無功平衡進行無功補償裝置的分組容量以及總?cè)萘康拇_定。

6.方案比選

對各種接入方案進行比選，基于電氣計算結(jié)果從經(jīng)濟性、適用性、可行性以及可靠性等對不同接入方案進行評估，選擇最優(yōu)方案。

四、電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的經(jīng)驗

1.確定服務(wù)區(qū)域

按照分區(qū)規(guī)劃的原則來進行電力系統(tǒng)的規(guī)劃，對電網(wǎng)服務(wù)區(qū)域進行劃分，劃分為A、B、C、D 共計4 個區(qū)域，按照不同的標準來進行電網(wǎng)的規(guī)劃。將人均GPD 超過8萬元的區(qū)域、符合密度通常超過25MW/km2的區(qū)域以及高新科技工業(yè)園區(qū)、政治或經(jīng)濟中心區(qū)納入A 類區(qū)域；將人均GDP 在3-8 萬元的區(qū)域、負荷密度介于8-25MW/km2的區(qū)域以及一般工業(yè)園區(qū)、對供電可靠性有一定要求的生產(chǎn)生活集中區(qū)列入B 類區(qū)域；將人均GDP 在1-3萬元的區(qū)域、負荷密度介于3-8MW/km2的區(qū)域以及高耗能園區(qū)、生產(chǎn)生活相對集中區(qū)列入C 類區(qū)域；將人均GDP 低于1 萬元的區(qū)域、負荷密度低于3MW/km2的區(qū)域以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟活動區(qū)列入D 類區(qū)域。劃分分區(qū)分級區(qū)域后，對供電面積、供電范圍等進行確定。

2.220kV 電網(wǎng)規(guī)劃

征地以及市政規(guī)劃都會對城市電網(wǎng)的建設(shè)帶來影響，因此多數(shù)城市變電站的建設(shè)均存在一些不確定因素，其建設(shè)周期相對更長，為了確保電力體制改革的市場化需要得以滿足，也保證負荷增長需求，進行220kV 電網(wǎng)的規(guī)劃時，要考慮適當(dāng)進行變電容量的超前安排。要結(jié)合變電容量平衡以及網(wǎng)供負荷預(yù)測結(jié)果來進行變電站建設(shè)規(guī)劃。

3.110kV 電網(wǎng)規(guī)劃

當(dāng)前的220kV 變電站是110kV 電網(wǎng)的依托，主要是采用單鏈、雙聯(lián)等網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式來進行堅強的網(wǎng)絡(luò)。規(guī)劃中將110kV 電網(wǎng)整體做強，形成的目標網(wǎng)架要具有較強的互供能力，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要清晰，供電要具有較高的可靠性。整體上看來，進行110kV 電網(wǎng)的電網(wǎng)規(guī)劃時，主要是要以新增220kV 變電站作為依托，增加站間110kV 線路通道，對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)予以完善，逐漸減少不標準的接線結(jié)構(gòu)，形成的標準接線網(wǎng)絡(luò)要以鏈式為主。

4.35kV 電網(wǎng)規(guī)劃

近年來城市經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，35kV 電網(wǎng)主變?nèi)萘客ǔ２怀^10MVA 每臺，同時10kV 出線間隔比較少，不能滿足城區(qū)的新增負荷需求。規(guī)劃時要采用異地新建的形式將以往的35kV 變電站代替。到十四五期間，此時110kV 變電站以及220kV 變電站已經(jīng)建成投產(chǎn)，因此35kV 電壓等級將完全退出。

五、結(jié)語

電力體制改革的背景下，為了確保市場機制需要以及供電負荷需求得到滿足，進行電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計時要結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展需求以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，迎合電能的市場需求來規(guī)劃設(shè)計。規(guī)劃設(shè)計時要以改造為輔，以新建為主，對規(guī)劃建設(shè)區(qū)進行重點配變建設(shè)，推進對線路結(jié)構(gòu)形式的改造，與大型用戶、園區(qū)以及政府加強溝通，將桿線下地工程落實在城市電纜區(qū)，逐步推進電網(wǎng)的標準化建設(shè)。