CN101567561A - 一种输电网规划方案比选系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：它包括基础规划数据采集模块、输电网规划方案输入模块、可行性校核模块、规划综合成本计算模块和方案比选模块；基础规划数据采集模块采集基础规划数据；输电网规划方案输入模块中输入待比选的输电网规划方案和输电网规划条件；可行性校核模块根据基础规划数据和输电网规划条件，对待比选的输电网规划方案进行电气计算校核；在规划综合成本计算模块中计算满足电气计算校核条件的输电网规划方案的规划综合成本，计算结果输入方案比选模块中，根据计算得到的规划综合成本进行输电网方案的比选。本发明所提出的输电网规划方案比选系统有助于进一步提高规划方案的安全可靠性，同时为电力行业制定风险投入策略和控制措施提供了科学依据。

Description

一种输电网规划方案比选系统

技术领域

本发明涉及输电网规划领域，特别关于一种输电网规划方案比选系统。

背景技术

输电网规划设计工作在多年实践中，形成了一套经济社会发展相适应的规划设计系统并沿用至今。受限于过去的电网建设资金紧张的状况，传统规划设计系统特别突出初投资在方案比选中的权重。随着经济社会的快速发展，电网公司开始更加重视电网在长寿命周期内的综合绩效，积极采用高新技术、新设备，不断提高电网的可靠性和社会效益。若仍沿用传统的规划设计比较系统，对于采用同塔双回、GIS型变电站等先进适用技术的方案由于初投资较高，导致在评价指标上并不占优。因此，亟需创新输电网规划设计方案的评估决策系统，拓宽比较的范围，在满足多目标约束的情况下寻求优化解决方案。目前，常用的决策系统主要在以下三个方面寻求突破：

一、如何选取输电网规划方案合理的比选计算期。在实际工程中，输电网规划设计方案的经济性比较通常按照20～25年经济寿命期考虑，根据初投资和运行费用来比较，初投资占较大比重，远未达到40年的设备使用寿命，因此方案比选相对短视。在这种方法下，初投资较多、可靠性高的设计方案在经济性方面的比较中往往处于劣势，无法体现新型设备寿命延长以及节约社会成本的效益，不利于新技术的推广。

二、如何评估土地资源的价值。当前输电网规划设计中对于土地资源价值的考虑仅限于初期征地成本，在初投资中计及土地购买时的价格后，不再考虑土地自身价值随时间发生的变化。随着对土地和环境资源的日益重视，以及电网征地难度的加大、征地费用的快速增长，需要更加注重投资决策中对于土地资源价值的评估，将资源的社会效益量化为电网投资决策的组成部分。

三、如何量化输电网规划方案的风险。在输电网规划设计中，一般采用确定性方法，按照N-1原则进行校核，注重分析预想故障发生的后果，忽视故障发生的概率。事实上，不同方案的可靠性存在差异，对于故障的抵御能力有所不同，因此，必须在输电网规划中以量化指标的形式反映不同方案之间风险的差异。

经过对现有技术文献的检索发现，专利申请“配电网规划方案辅助决策系统”(专利申请号：200710170431.2)、“基于数据包络分析的城市电网规划方案综合决策方法”(专利申请号：200610118879.5)主要针对电力技术领域的配电网规划进行了研究，而没有涉及输电网规划，由于配电网规划和输电网规划在规划原则、设计思路、研究对象以及技术实现层面存在根本的不同，因此难以指导输电规划的开展。专利申请“基于确定性二层规划模型的输电网规划方法”(专利申请号200710170435.0)、“建立不确定性环境下输电网规划模型的方法”(专利申请号：200810016543.7)主要研究了输电网规划中的可靠性问题，没有涉及输变电设备寿命以及土地资源价值的动态变化情况，其规划结果难以体现规划方案的综合、长期效益。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于输电网的规划领域，综合考虑输电网规划计算期、土地价值和风险费用，以量化指标的形式反映不同方案之间技术经济差异的输电网规划方案比选系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：它包括基础规划数据采集模块、输电网规划方案输入模块、可行性校核模块、规划综合成本计算模块和方案比选模块；所述基础规划数据采集模块采集基础规划数据；所述输电网规划方案输入模块中输入待比选的输电网规划方案和输电网规划条件；所述可行性校核模块根据所述基础规划数据和输电网规划条件，对所述待比选的输电网规划方案进行电气计算校核；所述规划综合成本计算模块计算满足电气计算校核条件的输电网规划方案的规划综合成本；计算结果输入所述方案比选模块中，根据规划综合成本模型进行比选，选取规划综合成本最小的方案为推荐采用的输电网规划方案；所述规划综合成本技术模型为：

$\min \left({\mathrm{IPC}}_i\right)=\min (C_i+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{i,t}+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{i,t}+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{i,t})$

其中，IPC_i表示通过电气计算校核的输电网规划方案i的规划综合成本，T表示输电网规划的计算期，C_i表示规划方案i的一次性投资，O_i，t表示规划方案i第t年的运行维护成本，R_i，t表示规划方案i第t年的风险费用，F_i，t表示规划方案i第t年的后续成本。

所述输电网规划的计算期，采用所述输电网规划方案i中输变电设备的运行寿命。

所述一次性投资成本C_i包括输电网规划方案的输变电设备投资和土地初期投资。

所述运行维护成本O_i，t优选输变电设备在整个寿命周期内的运行成本费用和损耗费用。

所述后续成本F_i，t采用所述输电网规划方案i的土地机会成本。

所述风险费用成本R_i，t的计算步骤包括：a)建立多级负荷水平；b)针对每一级负荷水平，枚举电网系统所有可能的失效状态；c)判断所述可能的失效状态，是否为失效状态；d)确定所述电网系统由失效状态恢复到安全稳定状态的切负荷量；e)在给定的负荷水平下，计算所有失效状态的切负荷量，综合得到电网系统在所述给定的负荷水平下的风险指标；f)重复所述步骤b)～e)，综合计算期内所有负荷水平的风险指标，得到所述规划方案的风险指标；g)由所述风险指标，计算所述风险费用成本R_i，t。

所述风险费用成本R_i，t包括静态风险成本和动态风险成本。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过计算规划综合成本来进行输电网规划方案的比选，其结果符合当今电网资产运行寿命的实际情况，在输电网规划阶段实现了控制项目全寿命周期成本的目标，提高了项目工程的经济效益。2、本发明在计算规划综合成本过程中，输电网规划方案的比选模型包含多个约束条件，通过对输电网规划计算期、土地价值和风险费用成本的综合考虑，提升了输电网规划方案的安全性和经济性，确保了被评估方案的长期效益和社会效益。3、相比于现有的输电网规划方案的比选系统，本发明计算的规划综合成本更注重设备和土地的后期效益，延长了规划计算周期；同时从系统长期的运营角度出发，采用风险评估方法量化计算风险，使得规划方案的比选更加科学。在电网系统运行方式越来越复杂、电力用户需求不断提高的背景下，本发明提出的比选系统有助于进一步提高输电网规划方案的安全可靠性，同时为电力行业制定风险投入策略和控制措施提供了科学依据。

附图说明

图1是本发明的计算规划综合成本技术的过程示意图

图2是本发明的实施例中两个输电规划方案的示意图

图3是采用本发明对实施例进行方案比选技术的结果示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

为了对根据专家经验和分区电力平衡拟定的若干输电网规划方案进行定量的评估，本发明提供一种基于规划综合成本(Integrated Planning Cost，IPC)模型的输电网规划方案比选系统。规划综合成本模型是一种借鉴了资产全寿命周期理论和方法，通过综合考虑经济和社会因素，根据电网风险指标和土地资源指标确定方案比选计算期内的总支出，并将总支出折算为规划综合成本作为方案比选依据的动态规划模型。规划综合成本模型包括两个层面的含义：一方面是在规划阶段的方案比选过程中，以全寿命周期理论为指导，根据设备寿命周期确定计算期，确保规划方案的长期性；另一方面是从社会发展和电网发展的全局出发，充分考虑输电网规划方案的土地资源利用、风险分析等技术经济因素，寻求投资最省的方案，提高电网投资效益。相对于现有的输电网规划方案的比选系统，本发明的基于规划综合成本的比选系统更注重设备和土地的后期效益，从而延长了计算周期；同时还更多的考虑电网系统的运营费用，使得计算方法更加科学。

本发明的输电网规划比选系统包括基础规划数据采集模块1、输电网规划方案输入模块2、可行性校核模块3、规划综合成本计算模块4和方案比选模块5。其中，通过基础规划数据采集模块1采集输变电设备数据以及运行方式数据等输电网规划所需的基础规划数据，输入可行性校核模块3和规划综合成本计算模块4。之后通过输电网规划方案输入模块2输入待比选的输电网规划方案，以及电网技术规范和行业标准所规定的输电网规划必须满足的输电网规划条件。在可行性校核模块3中根据基础规划数据采集模块1的输电网规划数据，以及输电网规划方案输入模块2的规划方案的拓扑结构，对待比选的输电网规划方案进行电气计算校核。电气计算校核主要包括进行潮流计算、稳定计算以及短路电流计算等，确保待比选的输电网规划方案在技术指标上的可行性。将存在潮流不收敛、设备越限运行、系统无法保持稳定和短路电流超标等无法满足电气计算校核标准的输电网规划方案从参选方案中剔除。对于满足电气计算校核的输电网规划方案，在规划综合成本计算模块4中计算它们的规划综合成本IPC，将计算结果输入方案比选模块5中进行比选，根据规划综合成本模型，输出规划综合成本IPC最小值所对应的输电网规划方案，即为最佳的输电网规划方案。

其中，基础规划数据采集模块1采集基础规划数据，基础规划数据主要包括输变电设备的开关闭合状态、线路投运状态、无功设备数据、设备出厂数据、电网运行状态的统计数据、技术规范数据等。其中输变电设备的开关闭合状态、线路投运状态、无功设备数据主要通过设置于现场的电流互感器、电压互感器、同步相量测量单元(PMU)等现场测量设备采集。设备出厂数据由设备制造厂商提供，主要包括发电机、变压器、线路等设备的标准参数。电网运行状态的统计数据来自电网调度运行设施。技术规范数据来自输变电工程的《典型设计》、《典型造价》等，主要包括变电站的标准配置、线路的规划标准以及输变电设备的造价标准等。除去上述数据来源，基础规划数据还包括权威机构发布的有关经济社会发展的统计/预测数据等，主要与输电网规划密切相关的地区的用电统计和预测数据、社会经济增长率、资源开发利用情况相关。

规划综合成本计算模块4中的规划综合成本模型为：

$\min \left({\mathrm{IPC}}_i\right)=\min (C_i+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{i,t}+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{i,t}+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{i,t})---\left(1\right)$

其中，IPC_i表示通过电气计算校核的输电网规划方案i的规划综合成本，T表示整个输电网规划的计算期，取决于输电网规划方案i输变电设备的运行寿命，本发明的实施例中，取T＝40～45。C_i表示一次性投资成本，与设备选型相关，此外还包括了为设备一次征地的场地征用费。O_i，t表示输电网规划方案i第t年的运行维护成本，主要受到所选规划方案、设备等因素影响，体现了单个设备和整个电网系统在运行期内的全寿命周期价值。R_i，t表示输电网规划方案i第t年的风险费用成本，与选取方案和设备选型相关。F_i，t表示输电网规划方案i第t年的后续成本，本发明中优选该方案所征土地的机会成本。

在规划综合成本计算模块4中，根据满足电气计算校核的输电网规划方案的输入数据，如设备选型、运行数据、可靠性数据和基础经济参数等，对这些规划方案分别进行风险评估、运行维护成本计算和土地成本计算等规划综合成本有关的要素计算，得出一次性投资成本C_i、运行维护成本O_i，t、风险费用成本R_i，t、后续成本F_i，t四个指标。以上指标的计算方法如下：

i)一次性投资成本C_i：

一次性投资成本C_i主要包括输电网规划方案的输变电设备投资和土地初期投资。首先，根据规划方案中提供的勘察测量得到线路的走廊位置、变电站选址位置，结合输变电设备的典型设计，确定所采用的线路、变压器等设备的类型以及电压等级，对规划方案中涉及的所有输变电设备的投资求和得出输变电设备的初投资。其次，根据输变电设备的典型设计参数，确定输变电工程的土地占用面积，参照各地区或权威部门颁布的各电压等级线路及变电站建设场地的单位面积征用及清理费用，用土地占用面积与单位面积征用及清理费用相乘得出土地初期投资。土地初期投资是工程的静态投资，不包括由于土地价值变化而产生的机会成本。

ii)运行维护成本O_i，t：

本发明中的运行维护成本O_i，t优选输变电设备在整个寿命周期内的运行成本费用和损耗费用。运行维护成本O_i，t根据输电网规划方案中提供的电网系统的基础规划数据进行计算，体现了该输电网规划方案中单个输变电设备以及整个电网系统，在运行期内的全寿命周期价值。运行维护成本O_i，t构成为：

O_i，t＝α_i，tC_i+μ_i，tC_i  (2)

其中，α_i，t表示方案i第t年的设备运行费率，本发明中α＝1.5％，α_i，tC_i表示规划方案运行时的成本费用；μ_i，t表示规划方案的年损耗率，本发明中μ＝0.5％，μ_i，tC_i表示规划方案运行时的年损耗费用。

iii)后续成本F_i，t

经过若干年的使用以后，设备投资中的电气设备由于逐年折旧，其残余价值只占后续成本F_i，t中的一部分，而随着经济发展土地交易价格变化，土地机会成本将成为后续成本的重要组成部分，因此，本发明的后续成本优选为土地机会成本。目前，土地价格日益上涨，土地被占用后的机会成本随着时间的推移而逐渐升高，因此本发明采用征地成本年均增长情况，通过计算土地机会成本E_i，t来表征后续成本F_i，t。

假设整个方案比选的计算期T＝N，规划在第n年进行征地，两种不同输电网规划方案由于输变电设备的型号或建设地点不同，而导致的征地差异为M，单位征地成本为P，征地成本年增长率为β。则第n+j年时，由于不同方案的征地差异而产生的土地机会成本E_i，t表示为：

E_i，t＝M×P×[(1+β)^n+j-(1+β)ⁿ]，0≤j≤N-n    (3)

其中，不同的输电网规划方案的单位征地成本P由于各电压等级线路及变电站建设场地不同各有差异，征地成本年增长率β可根据同一地区的土地资源状况同比得出，本发明的实施例中选择P＝0.0149万元/平方米，β＝5％。

iv)风险费用成本R_i，t

风险费用成本R_i，t表征了规划方案发生故障切负荷的风险程度，本发明采用国家电力监管委员会和中国电力企业联合会共同发布的可靠性指标作为基本输入参数，结合失负荷数据以及输电网规划的基础规划数据，对规划方案进行了风险度评估。风险费用成本R_i，t＝EENS*λ，其中EENS为期望缺供电量，属于规划方案的风险指标；λ为单位停电损失费用，本发明采用颁布的国民经济数据中的度电产值，取λ＝2元/千瓦时。

本发明采用一种基于状态枚举法的实用风险评估方法来计算期望缺供电量EENS。将风险费用成本R_i，t分为静态风险成本和动态风险成本，本发明中静态风险成本优选为由于潮流过负荷导致的风险成本，动态风险成本优选为由于暂态稳定性导致的风险成本。通过建立与风险评估相关的失效元件、状态演变、控制策略等计算模型，实现了对电网静态安全风险和动态安全风险的整体评估。基于状态枚举法的实用风险评估方法将电网系统的综合风险指标分解为基于潮流过负荷校验的风险指标和基于暂态稳定性分析的风险指标，所采用的风险指标主要包括负荷削减概率PLC和期望缺供电量EENS：

PLC_R＝PLC_p+PLC_f

EENS_R＝EENS_p+EENS_f    (4)

上述表达式中，下标R表示电网系统总的风险指标，下标p表示基于潮流过负荷的风险指标，下标f表示基于暂态稳定性的风险指标。计算风险指标的步骤如下：

a)建立多级负荷水平。根据系统年负荷预测曲线，将负荷水平划分为若干等级并形成相应的分析案例，对每一级负荷水平案例分别进行风险指标计算。

b)针对每一级负荷水平，枚举系统所有可能的失效状态。

c)在所有可能的失效状态中，针对给定状态进行潮流过负荷/节点低电压检验，或针对给定状态进行系统暂态稳定性分析，判断是否存在失效状态。

d)根据潮流过负荷水平或系统的暂态稳定性，采取切机、切负荷等控制措施，确定系统由失效状态恢复到安全稳定状态所需要削减的负荷量，即切负荷量。

e)在给定的负荷水平下，计算所有失效状态的切负荷量，综合得到电网系统在该负荷水平下的风险指标。

f)重复上述步骤b)～e)，针对每一级负荷水平进行方案风险评估，将计算期内所有负荷水平下的风险指标综合，得到规划方案的过负荷风险指标。

g)由所述a)～f)得到的规划方案的风险指标，计算得到方案的风险费用成本R_i，t。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

如图2所示，选取电源送出规划设计案例，运用本发明针对采用不同变电站选型方式的两个规划设计方案进行比选，分别计算这两个规划设计方案的规划综合成本，从而得到综合考虑技术性和经济性后更优的规划方案。方案一和方案二分别为采用敞开式开关设备(AIS)和封闭式开关设备(GIS)的变电站设计方案。相对于AIS型变电站，GIS型变电站具有占地少、运行稳定、维护简单等优点，但同时其设备造价较高是目前大范围推广GIS型变电站的主要问题。从工程建设的角度出发，对这两种方案进行比较，方案描述如下：

方案一：建设同塔双回线路200公里，导线选择为4×630mm²导线；建设AIS型变电站一座，规模为3×750MVA。

方案二：建设同塔双回线路200公里，导线选择为4×630mm²导线；建设GIS型变电站一座，规模为3×750MVA。

表1：规划综合成本法中所需输入的基本的数据

将以上参数代入方程(1)、(2)和(3)中，得出两方案的规划综合成本IPC，结果如表2所示：

表2：针对两种方案进行计算的结果单位：万元

方案	一次性投资(C)	运行维护成本(O)	风险费用成本(R)	后续成本(F)	规划综合成本(IPC)
						AIS变电站	72348	57260.22	28190.73	48579.85	206378.8
GIS变电站	91128	56239.12	11607.95	42593.05	201568.1

如图3所示，比选结果表明，根据传统的规划方案比较思路，如果仅计及工程的初投资，则一次性投资较少的AIS型变电站具有良好的经济性。当采用本发明进行规划综合成本的计算比选时，可以看出GIS型变电站方案在计及运行维护成本、风险费用和后续成本等方面后将比AIS型变电站方案更加节省投资，从而GIS型变电站在经济和技术上的竞争优势体现出来。规划综合成本的分析结果表明GIS型变电站将比AIS型变电站节省投资2.4％。综上所述，本发明的比选结果能够准确反映GIS型变电站的特点，更适合我国当前的电网建设思路和推行环保型、高新型设备的方针。

本发明提出的输电网规划方案比选系统基于对规划综合成本的计算来进行输电网规划方案的比选，其结果符合当今电网资产运行寿命的实际情况，在输电网规划阶段实现了控制项目全寿命周期成本的目标，提高了项目工程的经济效益。使用土地价值的机会成本估算方法，可以应对目前电网建设中征地价格日益上涨、征地日益困难的现状，提高土地的利用效率，实现电力行业的可持续发展。在电网系统运行方式越来越复杂、电力用户需求不断提高的背景下，风险评估方法的实施有助于进一步提高规划方案的安全可靠性，同时为电力行业制定风险投入策略和控制措施提供了科学依据。

Claims (7)

1、一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：它包括基础规划数据采集模块、输电网规划方案输入模块、可行性校核模块、规划综合成本计算模块和方案比选模块；所述基础规划数据采集模块采集基础规划数据；所述输电网规划方案输入模块中输入待比选的输电网规划方案和输电网规划条件；所述可行性校核模块根据所述基础规划数据和输电网规划条件，对所述待比选的输电网规划方案进行电气计算校核；所述规划综合成本计算模块计算满足电气计算校核条件的输电网规划方案的规划综合成本；计算结果输入所述方案比选模块中，根据计算得到的规划综合成本进行输电网方案的比选。选取规划综合成本最小的方案为推荐采用的输电网规划方案；

所述规划综合成本模型为：

$\min \left({\mathrm{IPC}}_i\right)=\min (C_i+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{i,t}+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{i,t}+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{i,t})$

其中，IPC_i表示通过电气计算校核的输电网规划方案i的规划综合成本，T表示输电网规划的计算期，C_i表示规划方案i的一次性投资成本，Q_i，t表示规划方案i第t年的运行维护成本，R_i，t表示规划方案i第t年的风险费用成本，F_i，t表示规划方案i第t年的后续成本。

2、如权利要求1所述的一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：所述输电网规划的计算期，采用所述输电网规划方案i中输变电设备的运行寿命。

3、如权利要求1所述的一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：所述后续成本F_i，t采用所述输电网规划方案i的土地机会成本。

4、如权利要求2所述的一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：所述后续成本F_i，t采用所述输电网规划方案i的土地机会成本。

5、如权利要求1或2或3或4所述的一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：所述风险费用成本R_i，t的计算步骤包括：

a)建立多级负荷水平；

b)针对每一级负荷水平，枚举电网系统所有可能的失效状态；

c)判断所述可能的失效状态，是否为失效状态；

d)确定所述电网系统由失效状态恢复到安全稳定状态的切负荷量；

e)在给定的负荷水平下，计算所有失效状态的切负荷量，综合得到电网系统在所述给定的负荷水平下的风险指标；

f)重复所述步骤b)～e)，综合计算期内所有负荷水平的风险指标，得到所述规划方案的风险指标；

g)由所述风险指标，计算所述风险费用成本R_i，t。

6、如权利要求1或2或3或4所述的一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：所述风险费用成本R_i，t包括静态风险成本和动态风险成本。

7、如权利要求5所述的一种输电网规划方案比选系统，其特征在于：所述风险费用成本R_i，t包括静态风险成本和动态风险成本。

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