CN104036343B - 一种基于多核心构网模式的电网规划方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多核心构网模式的电网规划方法，包括以下过程：获取电网现状及规划边界条件；划分核心电网；制定各核心电网内构网方案；确定核心电网间互联模式；进行电气校核分析；制定各阶段实施方案、估算投资；输出目标网架规划方案。本发明通过引导负荷、电源协调发展，逐步形成自平衡的核心电网及其骨干网架，核心电网之间则逐步简化，形成弱联络，最终目标网架将形成以核心电网为基本单元的结构，在实际运行中各核心电网基本实现自平衡，既相对独立又可相互支援。本发明对核心电网和核心电网间的联络进行差异化规划，其规划的目标网架具有简化结构、分散风险的特点，严重故障时弃局部保全网，可有效避免大面积停电。

Description

一种基于多核心构网模式的电网规划方法

技术领域

本发明涉及一种电网的规划方法，特别涉及一种基于多核心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规划，确保电网的安全运行与长治久安。

传统的电网规划方法-目标网架研究方法，其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。

目前已有相关研究对大型区域电网提出了内外环网、特高压交流、组团化等构网思路。其中内外环网的构网模式远景将难以解决电网结构复杂、短路电流偏高、大面积停电风险较高等问题；特高压交流构网模式存在系统的稳定性和可靠性问题不易解决的主要缺点，应用前景不明朗；组团化构网模式增强了潮流的可控性，降低了大面积停电及电网崩溃的风险，但对组团内部网架指导性不强，也缺乏实际的网架方案支持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种适用于研究大型区域电网500kV目标网架的电网规划方法，在传统电网规划方法基础上通过引导负荷、电源的协调发展，逐步形成自平衡的核心电网及其骨干网架，核心电网之间则逐步简化，形成弱联络；最终目标网架将形成以核心电网为基本单元的结构，在实际运行中各核心电网基本实现自平衡，既相对独立又可相互支援，相邻核心电网具备组团运行的条件。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于多核心构网模式的电网规划方法，其包括以下步骤：

(1)获取电网现状及规划边界条件；

(2)划分核心电网；

(3)制定各核心电网内构网方案；

(4)确定核心电网间互联模式；

(5)进行电气校核分析；

(6)制定各阶段实施方案、估算投资；

(7)输出目标网架规划方案。

步骤(1)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；如线路、变电站重过载情况；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(2)中，所述核心电网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出的若干核心区域，各核心区域接受区外电力后自身基本平衡，核心内部构建坚强的骨干网架，核心之间仅保留弱联络；

核心电网划分的原则如下：

a核心电网应围绕负荷集中的核心区域构建，其中，负荷集中的核心区域是指负荷规模大于10000MW，负荷密度不低于0.5MW/km²的区域；

b核心电网自身基本平衡，即电力盈余或缺额不超过1000MW；核心电网内电源结构合理，内部具备支撑电源，为核心电网提供单一简单故障下的事故备用，其中，单一简单故障包括单一元件(含线路、主变、母线)故障跳闸(N-1故障)以及直流单极闭锁故障。

核心电网划分的过程如下：

a按照核心电网划分的原则，确定规划区域若干负荷集中的核心区域，再根据核心区域近区的电源布局、已有网架结构以及地理条件因素将其周边区域并入该核心区域，核心与其周边区域形成自身基本电力平衡的区域，从而核心与其周边区域的电网形成核心电网；

b对核心电网的划分进行校核，如果通过校核则核心电网划分结束，如果未通过需跳至a重新进行；

校核的原则如下：

为保证核心电网的供电安全，核心及周边区域的电网规模不宜过小，即使不考虑联络线的作用，也应具备承受一定事故的能力；核心及周边区域电网的旋转备用容量应不小于网内最大单一故障所造成系统损失的功率规模；

若核心电网内有直流落点，则其规模应按直流单极闭锁来校核，校核公式如下：

若核心电网内无直流落点，则其规模按失去网内单机容量最大的一台机组来校核，其校核公式如下：

式中，P为核心电网规模(MW)，P_DCmax为核心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为核心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，各核心电网内构网方案制定过程如下：

a根据核心电网的基本网架结构、负荷分布及电力流向，将核心电网划分为若干受(送)电断面；

b对各断面内电网进行电力平衡，平衡的原则和方法与常规电网规划相同，根据各断面内电网电力缺额或盈余情况，确定各断面在目标年相对于现状需新增的受(送)电通道；

c对核心电网内的规划变电站进行接入系统方案比较，方案比较方法与常规规划相同：对各方案下的网架形态、建设难度、受(送)电能力、安全可靠性、潮流分布及短路电流方面进行比较，最后综合各方面确定各核心电网内的构网方案。

步骤(4)中，所述核心电网间互联是指各核心电网通过联络线与相邻电网保持联络，以达到各核心电网与相邻电网具备一定的相互支援能力，即在可预见的一般事故下实现核心电网之间的互备互援，在不可预见的严重事故下通过采取措施，有效隔离事故的区域，减小事故的影响范围的目的，其中，一般事故定义见《电力安全事故应急处置和调查处理条例》(国务院第599号令)，严重故障是指一般以上事故。

核心电网间联络通道的构建原则考虑以下几方面：

a联络通道的构建综合分析系统短路电流水平、系统安全风险、交流系统故障对直流的影响方面；

b从控制系统短路电流，降低联络线单通道检修情况下的风险角度考虑，相邻核心电网间构建的联络通道数不超过2个，各个核心电网与其它电网的联络通道不少于3个；

c正常运行方式和单个通道检修情况下，各核心电网具备至少2个对外联络通道投入的条件；

d正常运行方式和单个通道检修情况下，任何一个联络通道退出，不会导致电网解列；

e联络通道利用率较低，构建的联络通道线路不宜过长，一般不超过80km，尽量考虑利用已有的线路进行构造。

制定核心电网间互联模式的过程如下：

a各个核心电网的骨干网架形成后，从整体的网架形态上看，各个核心电网之间的自然形成了一些联络线路；研究联络通道方案，基于充分利用这些联络线路的应用，尽量减少新建联络线的需求；

b选择靠近研究区域中心位置的若干核心电网作为核心电网间联络方案的研究对象，这几个核心电网与其他核心电网间联络方案涵盖规划区域所有核心电网间的联络情况；

c针对某个研究对象进行联络点的选择：联络点的选择充分利用资源，不考虑新增联络通道数量，首先选择自然形成的联络点，其次选择与自然形成的联络点相连的变电站，这些变电站通过在自然形成的联络点站外线路跳通形成与其他核心电网的联络点，另外联络点根据投资大小和实施难度选择处于核心电网中结构较薄弱，运行风险较大的变电站；

d进行联络方案比较：方案比较内容与常规电网规划相同，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方面进行比较；其中潮流分布比较需分析各联络方案下任意两个联络通道投入时，该核心电网与其他核心电网间的潮流穿越情况，若潮流穿越功率较大，则该联络方案不合理；短路电流比较需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，短路电流控制在63kA以下。综合各方面确定核心电网间的联络方案。

步骤(5)中，所述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，则进行各阶段实施方案和投资计算，如果否，则转至步骤(3)重新进行；

本发明相对于传统电网规划方法，其特点和效果是：

本发明首次提出了基于多核心构网模式的电网规划方法，通过引导负荷、电源的协调发展，逐步形成自平衡的核心电网及其骨干网架，核心电网之间则逐步简化，形成弱联络；最终目标网架将形成以核心电网为基本单元的结构，在实际运行中各核心电网基本实现自平衡，既相对独立又可相互支援，相邻核心电网具备组团运行的条件。相对于传统电网规划，本发明对核心电网和核心电网间的联络进行差异化规划，其规划的目标网架具有简化结构、分散风险，严重故障时弃局部保全网，尽量避免造成大面积停电的特点。

附图说明

图1为基于多核心构网模式的电网规划方法流程图；

图2为使用本发明的某区域电网核心电网划分示意图；

图3为使用本发明的某区域核心电网联络方案示意图；

图4为使用本发明方法的某区域电网目标网架拓扑示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

(1)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如线路、变电站重过载情况等。规划边界条件通常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。

(2)划分核心电网；

核心电网是指在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出的若干核心区域，各核心区域接受区外电力后自身基本平衡，核心内部构建坚强的骨干网架，核心之间仅保留弱联络。核心电网划分的过程如下：

a按照核心电网划分的原则，确定规划区域若干负荷较集中的核心区域，再根据核心区域近区的电源布局、已有网架结构以及地理条件因素将其周边区域并入该核心区域，核心与其周边区域需形成自身基本电力平衡的区域，从而核心与其周边区域的电网形成核心电网。

b对核心电网的划分进行校核。如果通过校核则核心电网划分结束，如果未通过需跳至a重新进行。

校核的原则如下：

为保证核心电网的供电安全，核心及周边区域的电网规模不宜过小，即使不考虑联络线的作用，也应具备承受一定事故的能力。核心及周边区域电网的旋转备用容量应不小于网内最大单一故障所造成系统损失的功率规模。

核心及周边区域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；

若核心电网内有直流落点，则其规模应按直流单极闭锁来校核，校核公式如下：

若核心电网内无直流落点，则其规模按失去网内单机容量最大的一台机组来校核，其校核公式如下：

式中，P为核心电网规模(MW)，P_DCmax为核心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为核心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％。

图2为使用本发明的某区域电网核心电网划分示意图。

(3)制定各核心电网内构网方案；

各核心电网内构网方案制定过程如下：

a根据核心电网的基本网架结构、负荷分布及电力流向，将核心电网划分为若干受(送)电断面。

b对各断面内电网进行电力平衡，电力平衡的原则和方法与常规电网规划相同，根据各断面内电网电力缺额或盈余情况，确定各断面在目标年相对于现状需新增的受(送)电通道。

c对核心电网内的规划变电站进行接入系统方案比较，方案比较方法与常规规划相同，通常需对各方案下的网架形态、建设难度、受(送)电能力、安全可靠性、潮流分布及短路电流等方面进行比较，最后综合各方面确定各核心电网内的构网方案。

(4)确定核心电网间互联模式；

制定核心电网间互联模式的过程如下：

a各个核心电网的骨干网架形成后，从整体的网架形态上看，各个核心电网之间的自然形成了一些联络线路。研究联络通道方案，应基于充分利用这些联络线路的应用，尽量减少新建联络线的需求。

b选择靠近研究区域中心位置的若干核心电网作为核心电网间联络方案的研究对象，这几个核心电网与其他核心电网间联络方案需能涵盖规划区域所有核心电网间的联络情况。

c针对某个研究对象进行联络点的选择，联络点的选择应充分利用资源，不考虑新增联络通道数量，因而可优先选择自然形成的联络点，其次可选择与自然形成的联络点相连的变电站，这些变电站可通过在自然形成的联络点站外线路跳通形成与其他核心电网的联络点，另外联络点也可根据投资大小和实施难度选择处于核心电网中结构较薄弱，运行风险较大的变电站。

d进行联络方案比较，方案比较内容与常规电网规划相同，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。其中潮流分布比较需特别注意分析各联络方案下任意两个联络通道投入时，该核心电网与其他核心电网间的潮流穿越情况，若潮流穿越功率较大，则该联络方案不合理。短路电流比较也需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，短路电流控制在63kA以下。综合各方面可确定核心电网间的联络方案。

图3为使用本发明的某区域核心电网联络方案示意图。

(5)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(3)重新进行；

(6)制定各阶段实施方案、估算投资；

(7)输出目标网架规划方案。

图4为使用本发明方法的某区域电网目标网架拓扑示意图。

Claims (5)

1.一种基于多核心构网模式的电网规划方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)获取电网现状及规划边界条件；

(2)划分核心电网；

(3)制定各核心电网内构网方案；

(4)确定核心电网间互联模式；

(5)进行电气校核分析；

(6)制定各阶段实施方案、估算投资；

(7)输出目标网架规划方案；

所述的步骤(2)中，核心电网划分的原则如下：

a核心电网应围绕负荷集中的核心区域构建，其中，负荷集中的核心区域是指负荷规模大于10000MW，负荷密度不低于0.5MW/km²的区域；

b核心电网自身基本平衡，即电力盈余或缺额不超过1000MW；核心电网内电源结构合理，内部具备支撑电源，为核心电网提供单一简单故障下的事故备用，其中，单一简单故障包括单一元件故障跳闸以及直流单极闭锁故障；

核心电网划分的过程如下：

a按照核心电网划分的原则，确定规划区域若干负荷集中的核心区域，再根据核心区域近区的电源布局、已有网架结构以及地理条件因素将其周边区域并入该核心区域，核心与其周边区域需形成自身基本电力平衡的区域，从而核心与其周边区域的电网形成核心电网；

b对核心电网的划分进行校核，如果通过校核则核心电网划分结束，如果未通过需跳至a重新进行；

校核的原则如下：

核心及周边区域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；

若核心电网内有直流落点，则其规模应按直流单极闭锁来校核，校核公式如下：

$P\≥\frac{P_{DCmax}(1-w_s)}{2s_r}---\left(1\right);$

若核心电网内无直流落点，则其规模按失去网内单机容量最大的一台机组来校核，其校核公式如下：

$P\≥\frac{P_{SNmax}\mathrm{\β}}{s_r}---\left(2\right);$

式中，P为核心电网规模，单位为MW，P_DCmax为核心电网内最大单回直流规模，单位为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为核心电网内最大单机容量，单位为MW，β为该机组利用系数，其中煤电机组利用系数取94％。

2.根据权利要求1所述的基于多核心构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤(1)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。

3.根据权利要求1所述的基于多核心构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，各核心电网内构网方案制定过程如下：

a根据核心电网的基本网架结构、负荷分布及电力流向，将核心电网划分为若干受电断面；

b对各断面内电网进行电力平衡，电力平衡的原则和方法与常规电网规划相同，根据各断面内电网电力缺额或盈余情况，确定各断面在目标年相对于现状需新增的受电通道；

c对核心电网内的规划变电站进行接入系统方案比较，方案比较方法与常规规划相同，即对各方案下的网架形态、建设难度、受电能力、安全可靠性、潮流分布及短路电流方面进行比较，最后综合各方面确定各核心电网内的构网方案。

4.根据权利要求1所述的基于多核心构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，所述核心电网间互联是指各核心电网通过联络线与相邻电网保持联络，以达到各核心电网与相邻电网具备相互支援能力，即在可预见的一般事故下实现核心电网之间的互备互援，在不可预见的严重事故下通过采取措施，有效隔离事故的区域，减小事故的影响范围的目的；

核心电网间联络通道的构建原则考虑以下几方面：

a联络通道的构建综合分析系统短路电流水平、系统安全风险、交流系统故障对直流的影响方面；

b从控制系统短路电流，降低联络线单通道检修情况下的风险角度考虑，相邻核心电网间构建的联络通道数不超过2个，各个核心电网与其它电网的联络通道不少于3个；

c正常运行方式和单个通道检修情况下，各核心电网具备至少2个对外联络通道投入的条件；

d正常运行方式和单个通道检修情况下，任何一个联络通道退出，不会导致电网解列；

e联络通道利用率低，构建的联络通道线路不超过80km；

制定核心电网间互联模式的过程如下：

a各个核心电网的骨干网架形成后，从整体的网架形态上看，各个核心电网之间自然形成了一些联络线路，研究联络通道方案，应基于充分利用这些联络线路的应用，减少新建联络线的需求；

b选择靠近研究区域中心位置的若干核心电网作为核心电网间联络方案的研究对象，这几个核心电网与其他核心电网间联络方案需涵盖规划区域所有核心电网间的联络情况；

c针对某个研究对象进行联络点的选择，联络点的选择充分利用资源，不考虑新增联络通道数量，首先选择自然形成的联络点，其次可选择与自然形成的联络点相连的变电站，这些变电站通过在自然形成的联络点站外线路跳通形成与其他核心电网的联络点，另外联络点可根据投资大小和实施难度选择处于核心电网中结构薄弱，运行风险大的变电站；

d进行联络方案比较，方案比较内容与常规电网规划相同，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方面进行比较；其中潮流分布比较需分析各联络方案下任意两个联络通道投入时，该核心电网与其他核心电网间的潮流穿越情况，若潮流穿越功率大，则该联络方案不合理；短路电流比较需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，短路电流控制在63kA以下。

5.根据权利要求1所述的基于多核心构网模式的电网规划方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，所述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，则进行各阶段实施方案和投资计算，如果否，则转至步骤(3)重新进行。