电力系统规划设计研究

2023-01-06许成哲回俊龙

黑龙江科学 2022年4期

许成哲，回俊龙

(国网吉林省电力有限公司长春供电公司，长春 130000)

合理的电力系统规划设计对于城市电力系统建设和稳定运营具有重要意义。电力负荷分配、电力网络构建于电力企业而言都要在规划设计方面进行深入研究，确保智能化电网的可靠建设，为社会各行业的发展提供动力。随着大数据、人工智能等技术的发展，电力系统规划设计融合了更多的智能化算法，通过搭建数学模型加速计算，获得了质量更好的规划设计方案。

1 电力系统规划设计原则

在进行电力系统规划设计时，电力企业应遵循周期性原则、成本合理性原则及安全性原则。周期性原则的关键是为规划设计限定一定的周期，通过合理的计划安排确保各项设计工作顺利开展，避免出现工程无法按时完成的情况[1]。在成本方面，电力企业需结合资金预算对规划设计中的结构类型、线路安排、设备选型等进行全面评估，在确保工程满足用电要求的情况下减少不必要的成本支出，同时将后续的维修保养、升级换代支出考虑在内，尽可能提升规划设计结果的性价比。在安全方面，系统规划设计人员要通过严密的计算确定系统运行过程中对各类故障情况的应对能力，尽可能提升系统的稳定性及安全性，避免出现安全隐患，导致电网运行事故。

2 电力系统规划组成

电力系统规划可分为扩展规划和运行规划两类，规划工作的有序开展需要借助最优化求解、预测等技术方法来实现。在扩展规划过程中，要针对负荷等发展情况开展规划，而相关数据结果则要依靠预测，在掌握负荷发展趋势的基础上，对输配电系统、发电机组相关项目进行更精准地规划和建设。扩展规划主要分为两个阶段，即发电规划和电网规划。在发电规划方面，要从发电厂的扩建方面入手，在目标厂址做好发电厂容量、使用年限、设备选型、发电类型等各项内容的确定工作。在明确发电规划的情况下，开展电网规划，针对性地开展线路回路、电压等级、输电方式、线路起止点等各项内容的规划。扩展规划可以采用单一目标优化策略，如线性规划方法，在确保负荷增长需求得到满足的情况下，对环境、技术、系统可靠性、能源等方面进行约束，基于控制系统投资及运行成本方式开展线性规划。多目标规划相对复杂，但在众多算法技术的支持下，能够更精确地做好预测、规划，实际操作中，可以借助仿真模拟等方式对规划结构进行评估验证。一般而言，发电规划工作具有18～19年的规划周期，电网规划则多为5～14年的规划周期，在规划的同时，要通过财政分析法对规划方案进行可行性分析。要确保规划方案符合电力系统未来发展需求，利用各种算法做好负荷未来增长、能源资源需求、投资可能性等预测工作。

电力能源已深入各行各业，市场对电力资源的需求也在不断增长，电网电压、电网规模和容量持续扩大。为了应对市场环境变化，要重视电力系统运行规划。设计、技术研究尤为重要，设计单位要将规划作为一项重点工作，循序渐进有序开展，做好电力系统相关数据信息统计，对各区域电网运行需求进行分析，要从多方面入手为规划工作提供精准可靠的一手资料，提升电力技术水平，为系统规划设计提供精准的预测结构，确保后续各项工程有序开展。运行规划工作目标是为电力系统运行提供最优方案，在确保供电可靠的情况下，实现对运维成本的最优控制，其规划类型包括短期和中期规划。在中期规划中，电力公司要针对发电厂设备制定相应的停电维修计划，避免停机计划制定不合理而影响电能的持续供应。要做好水库季节性调度，充分考虑不同季节的发电成本，做好水库水量的优化控制，实现发电效益的最大化。要对核电、火电燃料的稳定供应制定相应的计划，对燃料利用率做好控制，基于可持续发展目标，实现资源利用率的进一步优化提升。运行规划的目标是降低系统运行成本，短期规划是在中期规划基础上为运行调度模式的精细化管控提供指引。

3 电力系统规划设计步骤

电力系统规划设计过程中，设计人员要分析负荷情况，通过计算来预估区域内的负荷需求，通过调查研究确定区域内的能源分布，记录电站的供电区域，结合实际情况设计电网结构布局。要准确获取能源分布、电站供电范围、运输情况、负荷情况等信息数据，提取有效的信息数据，与预测结果进行对比分析，确认电源设计、负荷安排方式，制定相应的电网布局方案，通过优化设计、可行性分析确定最终的规划设计方案。

4 电力系统规划设计的应用

4.1 电源规划

在规划设计前，要明确电源情况，确定电源的具体分布，为电力系统规划奠定基础。具体操作过程中，要先明确工程范围，结合区域内的发电机、发电厂等情况进行系统性管理，确定各电站发电机的数量、运行状态、运行参数等信息，对运行过程中可能出现的问题进行分析，避免因起始端的发电异常导致输配电网及用户受到严重影响[2]。设计人员要重点考虑系统各运行环节的电源稳定性、可靠性，尽可能通过合理的设计保证电力系统的稳定运行。

4.2 负荷规划

负荷规划设计要充分预测区域内用户负荷的实际情况，从后续发展、季节性、高峰低谷等方面入手，设计满足需求的高效的电力系统，提升工程的可靠性和系统运行效率。设计人员应展开10年以上周期的预测分析，从历年负荷数据、经济发展趋势等多方面入手，更精准地确定后续负荷需求，避免所建设的电力系统无法满足城市发展需求[3]。要为工程扩建、改建项目预留接口，确保电网有改进空间，避免造成不必要的经济损失。此外，对于枢纽变电站、大容量发电机组等重要工程项目，要对电力负荷进行多维度、多层次的预测，尽可能确保工程设计的合理性。

规划设计人员要结合区域内电力负荷质量要求、人口集中情况、经济政治发展情况等进行区域规划，合理分配电力资源。例如，在进行覆盖区域规划时，可以按负荷标准将其划分为不同等级的4个区域，分别为A、B、C、D。其中，A区主要用于经济中心区、政治中心区、高新技术区等GDP高(8万/人)、负荷密度高(25 MW/km2)的区域。B区为一般的工业区、生产生活用电需求较高的集中区域，其GDP相对较高(3～8万/人)，负荷密度(8～25 MW/km2)相对较高。C区为GDP较低(1～3万/人)，负荷密度(3～8 MW/km2)较低的区域，多处于相对集中的生产生活区域、高耗能园区。D区多为农业活动区域或GDP低且负荷密度极低的区域。

4.3 电源电量规划

电力系统规划的关键是电源电量规划，设计人员需要在确定负荷预测、电源分布等情况的基础上，确定电力系统覆盖区域的电量情况，对其进行计算，确保规划结果与工程布局规模一致[4]。可以根据负荷预测数据进行年度最多负荷预估，结合各电站发电情况对设备容量进行确定，避免出现电量供给不足、设备超负荷运行等情况。

4.4 电网发展规划

电网规划设计需要考虑原有电网的实际情况，尽可能在原有电网的基础上进行扩建改造，以满足预测的电力负荷需求。电网设计中，设计人员需出具多个电网结构布局规划设计方案，组织相关单位进行分析讨论，从节能降耗、土地占有、技术合理性、用电便利性等方面入手，进行综合对比分析，以获得最优的电网规划方案。

4.5 规划设计方案合理性计算

设计人员要通过一定的计算对规划设计的合理性进行评估，为一次、二次设备的选型提供依据。电力计算主要包括潮流、稳定、短路电流、无功补偿等方面的计算。其中，潮流计算是规划设计计算的基础环境，是继电保护设计、稳定计算的重要前提，能够确保电力系统运行的可靠性。在潮流计算中，要从电压、功率等方面入手，确定电网、电力系统的整体运行情况，避免出现电网运行失序、供电需求无法满足等情况。稳定计算的关键是通过计算分析系统运行情况，规避设计方案中的故障隐患。短路电流计算可以对继电保护各部件的整定数值进行确定，如时间继电器的动作时间等，确保短路故障发生后电力系统能够以最小的影响将故障暂时切除，避免扩大停电范围。通过短路计算，设计人员可以确认电力系统各节点出现故障时的电流情况，能够确认系统节点的短路电流等数值。无功补偿计算的关键是消除电力系统无功功率对系统电能损耗的影响，基于一定的电力系统运行效率，确定无功补偿的具体数值，进而开展相关无功补偿设备的选型和结构设计，提升电力系统运行效率。

通过各方面的电力计算，对规划设计方案的合理性进行界定，更准确地评估系统设计方案的成本支出、安全可靠性、运行效率等，为后续的优化设计、隐患排除提供依据。此外，要充分考虑电力系统的具体规模及建设周期，避免因设计过于复杂而影响工程设计的合理性[5-7]。

5 电力系统规划优化策略

市场电力需求的高速增长为电力公司的快速发展提供了动力，在取得电力销售效益的同时，要保障电力系统设备运行的可靠性。在配送电需求大幅度增长的情况下，原本的电力系统规划已无法满足现实需要，设备出现了运转负荷过大等问题，影响了设备使用寿命。目前，电力系统规划建设水平有待提升，无法为系统的可靠运行提供充足的保障。应从以下几方面入手提升电力系统规划水平。

5.1 强化对设备运行可靠性的重视，积极推进运行规划建设

对于线路老化等设备问题，要结合区域内电力供应负荷情况，基于经济性和可靠性目标，制定相应的线路更新维护计划。在运维管理方面，电力公司要积极推进系统更新换代，加速推进智能电网建设，利用智能化、自动化技术实现电力系统运维管理水平的提升，有效解决负荷调控、故障处理等难题。此外，电力公司要针对运行规划加快人才培养和引进力度，一方面，借助高水平的专业人才满足工作需要，另一方面，通过专家授课、内部经验分享等方式增强人员技能水平，满足系统规划建设需求。

5.2 优化电力系统规划体制

在市场供给侧改革不断推行的过程中，原本的利益分配、市场结构将会产生较大变化，电力系统要充分考虑市场环境规划、流程、体制改革，用协调配合的模式替代一体化运行模式。在发电与输电分离的情况下，电力生产利益主体趋于多元化，在过度分散的规划决策中，电力系统的优化效果将受到影响。为此，电力公司要充分做好输电与发电两方面的协调规划，将多种决策方式相互结合，将规划重心放在优化协调整体结构、布局和总量方面。实际操作中，要做好牵头组织管理，通过配电、电力负荷、电源的协调配合，推进规划工作有效开展。做好数据信息共享，必要时可以成立一个专门的顾问机构，负责评估讨论电力系统规划方法和参数。在顾问机构运行过程中，要做好市场监督和权威指引，从发电、输电等规划的起始阶段入手，参与评估和讨论，确保所制定规划设计方案符合电力系统的中长期发展，避免因规划决策过度分散而影响规划结果的系统性，确保发电、输电等规划工作能够协调并进，满足市场不断增长的电力能源需求，有效规避设备长期过负荷运行或电能利用率严重不足等规划缺陷。