CN104036342A - 一种基于立体网架构网模式的电网规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于立体网架构网模式的电网规划方法，该方法通过对现有网架结构的调整和优化，在受端电网形成双层或多层电网，每层电网仍向分层前的大部分区域供电，通过降低供电负荷密度的方式适量拉开受端电网的电气联系紧密程度；各层电网之间不直接相连，而是利用外围的大型电源或送端系统输电通道的分散接入，对各层电网提供电力供给和电压支撑，保证各层电网的安全稳定性和坚强度。采用立体化构网后，可实现各层电网之间的弱联系，将严重故障对电网的不利影响限制在一张网内，达到有效控制电网短路电流水平、缓解电网交直流系统相互影响所带来的安全稳定问题、降低大范围停电风险，提高可靠性方面的目的。

Description

一种基于立体网架构网模式的电网规划方法

技术领域

本发明涉及一种基于立体网架构网模式的电网规划方法。

背景技术

经济发展，电力先行。为保障经济社会的可持续发展，解决电网目前及以后发展存在的问题，避免大面积停电事故，亟待从远景目标电网结构出发，对电网进行优化调整，确保电网的安全运行与长治久安。

传统的目标网架研究方法，在日益复杂的电网结构情况下，面对着潮流难以控制，难以构筑电网安全的第二、第三道防线，抵御严重故障的能力较差，存在大面积停电的风险；当电网联系紧密，枢纽站数量多，单座电厂、变电站出线较多，厂站间电气距离近，造成整体短路电流水平超标，加大了系统运行的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种基于立体网架构网模式的电网规划方法，采用本方法的立体化构网后，可实现各层电网之间的弱联系，降低短路电流水平，同时将严重故障对电网的不利影响限制在一张网内，分散电网运行风险。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于立体网架构网模式的电网规划方法，其特征是包括以下步骤：

S1获取电网现状及规划边界条件；

S2对现有网架进行分网，形成双层或多层电网的结构；

S3对各层间电网之间的联络结构进行调整，形成各层间电网间的弱联络；

S4构建电网受端立体电网；

S5对构建的立体电网进行电气校核分析；

S6实施与过度方案、适应性分析；

S7进行投资估算，输出立体网架构网模式的规划方案；

步骤S1中，所述电网现状包括规划区域及其各子区域的负荷、电量情况，电源装机及出力情况，电力、电量交换情况，以及电网结构和电网存在的问题；所述规划边界条件包含规划期的负荷预测、电源规划方案以及变电站布点规划方案。

与常规电网类似，该部分是电网规划的基础条件，可从规划区域各级电网公司获取。

步骤S2中，所述对现有网架进行初步调整，是指在保障电网安全可靠的前提下，按照负荷分布、电源布局、已有网架结构、地理条件因素将电网划分为若干层，使得各层电网相对独立运行的能力较强，一层电网运行方式的变化对其它层电网影响较小；

分网的原则如下：

a立体网架构网模式中，各层500kV电网的供电能力范围要重合，使各供电区均可从不同层次的电网获得电源；

b各层电网供电负荷基本相对均衡，即各层电网之间的所占负荷比例差不超过10％；

c在各层受端电网内配置占30％负荷大小的支撑电源，各立体层电源容量、电源结构要均衡；

分网的过程如下：

a按照各层级电网划分的原则，确定规划区双层或者多层电网结构，使得大的负荷中心应尽量分别划分到不同层的电网中，以减小系统发生故障时对负荷中心的影响，各层级电网之间形成自身基本电力平衡的层级机构。

b对各层电网的划分进行校核。如果通过校核则分网划分结束，如果未通过需跳至a重新进行。

校核的原则如下：

各层级电网的旋转备用容量不小于网内最大单一故障所造成系统损失的功率规模；

若某层电网内有直流落点，则其规模应按最大单一故障则考虑为直流单极闭锁来考虑，其计算公式如下：

$P\≥\frac{P_{\mathrm{DC}\max }(1-w_s)}{2s_r}---S1$

若某层电网内无直流落点，则其规模应按失去网内单机容量最大的一台机组来校核，其计算公式如下：

$P\≥\frac{P_{\mathrm{SN}\max }\mathrm{\β}}{s_r}---S2$

式中，P为各层电网规模(MW)，P_DCmax为各层电网内最大单回直流规模(MW)，w_s为网损率(％)，网损率取5％～6％，s_r为旋转备用率(％)，旋转备用率取8％，P_SNmax为各层电网内最大单机容量(MW)，β为该机组利用系数(％)，其中煤电机组利用系数取94％。

步骤(3)中，所述对网间联络结构进行调整，形成各层级电网间的弱联络构建过程为：将各层电网间采用弱联络，正常运行时通过外区送电通道满足电力供应并实现余缺调剂和互联互备，在严重故障下可实现分层电网间解列运行，同时确保外区电力、直流落点较均衡地分布接入各层电网，力求送电通道的潮流均匀分布。

制定立体电网各层级弱联络的过程如下：

a各个层级电网网架形成后，从整体的网架形态上看，各个层电网之间通过区外送电通道实现各层电网间的电气联系，各层受端电网的通道跟需求进行合理配置。

b针对某个研究对象进行通道接入点的选择，充分利用资源根据受端负荷分布和网架结构特征进行接入点的选择。其次通过在自然形成的联络点站外跳通将联络点选择在与自然形成的联络点相邻的变电站。

c进行联络方案比较，方案比较内容与常规电网规划相似，通常需对各方案下的网架形态、建设难度、安全可靠性、稳定情况、潮流分布及短路电流等方面进行比较。其中潮流分布应满足联络方案各个送电通道正常运行时最大负载率为60％左右，进行N-1校验时，若最大负载率超过120％，则该联络方案不合理；短路电流比较对各联络方案下任意两个联络通道投入情况进行短路电流计算，对于500kV电网，短路电流不能超过60kA。综合各方面可确定立体电网的联络方案。

步骤S4中，所述电网受端立体电网的构建是指在受端电网形成双层或多层电网后，使得每层电网仍向分层前的大部分区域供电，通过降低供电负荷密度的方式拉开受端电网的电气联系紧密程度；各层电网之间不直接相连，而是利用外围的大型电源或送端系统输电通道的分散接入，对各层电网提供电力供给和电压支撑，保证各层电网的安全稳定性和坚强度。

受端电网构建的原则如下：

a各层500kV电网自身形成坚强的骨干网架，主要作用是接受区外来电并进行调节和分配，骨干网架内部潮流较轻，在事故情况下可互相支援；

b受端电网可形成双回路环网、“日”字型、哑铃型网络等，每隔2～3个站点应有相应的受电通道，避免因区外送电通道不足而造成骨干网内线路衍变为送电线路的定位不清晰问题；

c骨干网上长链供电结构的串供厂站数不应超过3个。

采用立体化构网后，可实现各层电网之间的弱联系，降低短路电流水平，同时将严重故障对电网的不利影响限制在一张网内，分散电网运行风险。

步骤S5中，所述电气校核是指对目标网架进行电气计算，通常包括潮流分析，短路电流计算，稳定分析等，其计算深度与常规电网规划相同，并判断电气计算结果是否符合相关标准，若果是，则进行各阶段实施与过度方案、适应性分析，如果否，则转至S3重新进行；

步骤S6中，所述实施与过度方案、适应性分析应重点分析如何由“一张网”向目标网架“立体网”过度的问题，考虑以优先解决现状存在的主要问题为原则，结合500kV变电站布点进度，分轻重缓急，稳步推进实施，其适应性分析与常规电网规划分析类似，并判断实施难度与过度方案是否可行，若果是，则进行投资计算后输出规划方案，如果否，则转至S3重新进行；

本方法通过对现有网架结构的调整和优化，在受端电网形成双层或多层电网，每层电网仍向分层前的大部分区域供电，通过降低供电负荷密度的方式适量拉开受端电网的电气联系紧密程度；各层电网之间不直接相连，而是利用外围的大型电源或送端系统输电通道的分散接入，对各层电网提供电力供给和电压支撑，保证各层电网的安全稳定性和坚强度。采用立体化构网后，可实现各层电网之间的弱联系，降低短路电流水平，同时将严重故障对电网的不利影响限制在一张网内，分散电网运行风险。

本发明相对于传统电网规划方法，其特点和效果是：

本发明首次提出的基于立体网架构网模式的电网规划方法，能达到有效控制电网短路电流水平、缓解电网交直流系统相互影响所带来的安全稳定问题、降低大范围停电风险，区域负荷可由不同立体层次的电网供电，达到使潮流可控，降低电网短路电流，分散风险，提高可靠性等方的目的。

本发明考虑电网规模达到500kV形成大型网络，依据电网结构特点和变电站供电范围，将一个大的受端系统“纵切”为若干个相对独立的立体层次电网，各立体层的500kV电网通过外区送电通道进行联接，220kV电网以500kV变电站为核心分区分片运行，负荷较均匀地分布在各立体层电网上。实施立体化电网后，在降低系统短路电流水平的同时，各层内部电网仍能形成较坚强的主干网，并具备承受严重故障的运行能力。

采用立体化构网后，可实现各层电网之间的弱联系，将严重故障对电网的不利影响限制在一张网内，达到有效控制电网短路电流水平、缓解电网交直流系统相互影响所带来的安全稳定问题、降低大范围停电风险，提高可靠性等方的目的。

附图说明

图1为基于立体网架构网思路建模方法流程图；

图2为立体电网构建的基本结构示意图；

图3为使用本发明方法的某区域目标网架结构研究的分层骨干电网基本结构示意图；

图4为使用本发明方法的某区域目标网架结构研究的方案拓扑形态示意图。

具体实施方式

下面选取2030年某区域电网目标网架研究方案进行分析，采用本发明提出的基于立体网架构网思路方法对该片区电网进行规划研究分析。本发明的其他特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图中看出。

如图1所示，使用本发明进行规划研究分析包括以下步骤：

S1获取电网现状及规划边界条件；

电网现状包括规划区域及其各子区域的负荷、电量情况，电源装机及出力情况，电力、电量交换情况，以及电网结构和电网存在的问题；所述规划边界条件包含规划期的负荷预测、电源规划方案以及变电站布点规划方案。与常规电网类似，该部分是电网规划的基础条件，该基础资料可从规划区域各级电网公司获取。

S2对现有网架进行初步调整，形成双层或多层电网的结构；

对现有网架进行初步调整，是指在保障电网安全可靠的前提下，按照负荷分布、电源布局、已有网架结构、地理条件等因素将电网划分为若干层，使得各层电网相对独立运行的能力较强，一层电网运行方式的变化对其它层电网影响较小；

分网的过程如下：

a按照各层级电网划分的原则，确定规划区双层或者多层电网结构，使得大的负荷中心应尽量分别划分到不同层的电网中，以减小系统发生故障时对负荷中心的影响，各层级电网之间形成自身基本电力平衡的层级机构。

b对各层电网的划分进行校核。如果通过校核则分网划分结束，如果未通过需跳至a重新进行。

图3为使用本发明方法的某区域目标网架结构研究的分层骨干电网基本结构示意图；

S3对网间联络结构进行调整，形成各层级电网间的弱联络；

将各层电网间采用弱联络，正常运行时通过外区送电通道满足电力供应并实现余缺调剂和互联互备，在严重故障下可实现分层电网间解列运行，同时确保外区电力、直流落点较均衡地分布接入各层电网，力求送电通道的潮流均匀分布。

制定立体电网各层级弱联络的过程如下：

a各个层级电网网架形成后，从整体的网架形态上看，各个层电网之间通过区外送电通道实现各层电网间的电气联系，各层受端电网的通道跟需求进行合理配置。

b针对某个研究对象进行通道接入点的选择，充分利用资源根据受端负荷分布和网架结构特征进行接入点的选择。其次通过在自然形成的联络点站外跳通将联络点选择在与自然形成的联络点相邻的变电站。

c进行联络方案比较，方案比较内容与常规电网规划相似，通常需对各方案下的网架形态、建设难度、安全可靠性、稳定情况、潮流分布及短路电流等方面进行比较。其中潮流分布应满足联络方案各个送电通道正常运行时最大负载率为60％左右，进行N-1校验时，若最大负载率超过120％，则该联络方案不合理；短路电流比较对各联络方案下任意两个联络通道投入情况进行短路电流计算，对于500kV电网，短路电流不能超过60kA。综合各方面可确定立体电网的联络方案。

S4电网受端立体电网的构建；

电网受端立体电网的构建是指在受端电网形成双层或多层电网后，使得每层电网仍向分层前的大部分区域供电，通过降低供电负荷密度的方式适量拉开受端电网的电气联系紧密程度；各层电网之间不直接相连，而是利用外围的大型电源或送端系统输电通道的分散接入，对各层电网提供电力供给和电压支撑，保证各层电网的安全稳定性和坚强度。

S5进行电气校核分析；

电气校核是指对目标网架进行电气计算，通常包括潮流分析，短路电流计算，稳定分析等，其计算深度与常规电网规划相同，并判断电气计算结果是否符合相关标准，若果是，则进行各阶段实施方案和投资计算，如果否，则转至S3重新进行；

S6实施与过度方案、适应性分析；

实施与过度方案、适应性分析应重点分析如何由“一张网”向目标网架“立体网”过度的问题，考虑以优先解决现状存在的主要问题为原则，结合500kV变电站布点进度，分轻重缓急，稳步推进实施，其适应性分析与常规电网规划分析类似，并判断实施难度与过度方案是否可行，若果是，则进行投资计算后输出规划方案，如果否，则转至S3重新进行；

S7输出目标网架规划方案。

图2为采用本发明提出的基于立体网架构网思路方法，形成的各层骨干网基本结构图，其基本原则是要满足各层500kV电网自身形成坚强的骨干网架，主要作用是接受区外来电并进行调节和分配，骨干网架内部潮流较轻，在事故情况下可互相支援；受端电网可形成双回路环网、“日”字型、哑铃型网络等，每隔2～3个站点应有相应的受电通道；骨干网上长链供电结构的串供厂站数不应超过3个等方面的要求。

图4为采用本发明提出的基于立体网架构网思路方法，运用于某大型电网目标网架结构研究的方案拓扑形态示意图。

从图中可以看出，对于电网联系紧密而导致短路电流超标、电网结构复杂的大规模电网，使用本发明提出的基于立体网架构网思路所构建的网架结构，能达到有效控制电网短路电流水平、缓解电网交直流系统相互影响所带来的安全稳定问题、降低大范围停电风险，区域负荷可由不同立体层次的电网供电，达到使潮流可控，降低电网短路电流，分散风险，提高可靠性等方的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于立体网架构网模式的电网规划方法，其特征在于包括以下步骤：

S1获取现有电网网架结构及规划边界条件；

S2对现有网架进行分网，形成双层或多层电网的结构；

S3对各层间电网之间的联络结构进行调整，形成各层间电网间的弱联络；

S4构建电网受端立体电网；

S5对构建的立体电网进行电气校核分析；

S6实施与过度方案、适应性分析；

S7进行投资估算，输出立体网架构网模式的规划方案；

所述的步骤S1中，现有电网网架结构包括规划区域及其各子区域的负荷、电量情况，电源装机及出力情况，电力、电量交换情况，以及电网结构和电网存在的问题；所述规划边界条件包含规划期的负荷预测、电源规划方案以及变电站布点规划方案；

所述的步骤S2中，分网的原则如下：

a立体网架构网模式中，各层500kV电网的供电能力范围要重合，使各供电区均可从不同层次的电网获得电源；

b各层电网供电负荷基本相对均衡，即各层电网之间的所占负荷比例差不超过10％；

c在各层受端电网内配置占30％负荷大小的支撑电源，各立体层电源容量、电源结构要均衡；

分网包括以下子步骤：

S2-1按照分网原则，确定规划区双层或者多层电网结构，使大的负荷中心分别划分到不同层的电网中，各层级电网之间形成自身电力平衡的层级机构；

S2-2对各层电网的划分进行校核，如果通过校核则分网划分结束；如果未通过需跳至子步骤S2-1重新进行；

校核的原则如下：

各层级电网的旋转备用容量不小于网内最大单一故障所造成系统损失的功率规模；

若某层电网内有直流落点，则其规模应按直流单极闭锁来校核，校核公式如下：

$P\≥\frac{P_{\mathrm{DC}\max }(1-w_s)}{2s_r}---S1;$

若某层电网内无直流落点，则其规模按失去网内单机容量最大的一台机组来校核，其计算公式如下：

$P\≥\frac{P_{\mathrm{SN}\max }\mathrm{\β}}{s_r}---S2;$

式中，P为各层电网规模(MW)，P_DCmax为各层电网内最大单回直流规模(MW)，w_s为网损率(％)，网损率取5％～6％，s_r为旋转备用率(％)，旋转备用率取8％，P_SNmax为各层电网内最大单机容量(MW)，β为该机组利用系数(％)，煤电机组利用系数取94％。

2.根据权利要求1所述的基于立体网架构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤S3包括以下子步骤：

S3-1各个层级电网网架形成后，从整体的网架形态上看，各个层电网之间通过区外送电通道实现各层电网间的电气联系，各层受端电网的通道跟需求进行合理配置；

S3-2针对某个研究对象进行通道接入点的选择，利用资源根据受端负荷分布和网架结构特征进行接入点的选择；其次通过在自然形成的联络点站外跳通将联络点选择在与自然形成的联络点相邻的变电站；

S3-3进行联络方案比较，方案比较内容与常规电网规划相同：对各方案下的网架形态、建设难度、安全可靠性、稳定情况、潮流分布及短路电流进行比较；其中潮流分布应满足联络方案各个送电通道正常运行时负载率为60％左右，进行N-1校验时，若最大负载率超过120％，则该联络方案不合理；短路电流比较对各联络方案下任意两个联络通道投入情况进行短路电流计算，对于500kV电网，短路电流不能超过60kA。

3.根据权利要求1所述的基于立体网架构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤S4中构建电网受端立体电网是指在受端电网形成双层或多层电网后，使得每层电网仍向分层前的大部分区域供电，通过降低供电负荷密度的方式拉开受端电网的电气联系紧密程度；各层电网之间不直接相连，而是利用外围的大型电源或送端系统输电通道分散接入，对各层电网提供电力供给和电压支撑，保证各层电网的安全稳定性和坚强度。

4.根据权利要求1所述的基于立体网架构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤S5中电气校核是指对目标网架进行电气计算，包括潮流分析，短路电流计算和稳定分析，其计算深度与常规电网规划相同，并判断电气计算结果是否符合相关标准；若果是，则进行各阶段实施与过度方案、适应性分析；如果否，则转至步骤S3重新进行。

5.根据权利要求1所述的基于立体网架构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤S6中实施与过度方案、适应性分析分析如何由“一张网”向目标网架“立体网”过度的问题，考虑以优先解决现状存在的主要问题为原则，结合500kV变电站布点进度，分轻重缓急，稳步推进实施，其适应性分析与常规电网规划分析相同，并判断实施难度与过度方案是否可行，若果是，则进行投资计算后输出规划方案，如果否，则转至步骤S3重新进行。