CN104732349A - 一种电网规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网规划方法，电网规划包括保证电网的可靠运行，作好电网规划的经济性评价，以及对用电量进行预测，其通过电网规划的可靠性指标与经济性指标以及约束条件进行综合规划，通过电网规划来加快输电网改造，优化网络结构，降低电网损耗、保障输电网安全运行、提高电能质量和可靠性。

Description

一种电网规划方法

技术领域

本发明涉及电力电网规划的技术领域，具体的说，是一种电网规划方法。

背景技术

近年来，随着中国经济的高速发展以及人民生活水平的稳步提升，电能的供应和消耗已渗透到社会生产、人民生活的各个角落，社会对电力的需求量也越来越大。同时，产业结构的调整，电力市场的逐步形成以及电价机制的完善，也对电网的经济性和可靠性提出了新的要求。

电力系统由电源、电网和用户三个部分组成。电网起着将电源与用户连接起来的功能。为了提高供电可靠性、经济性和安全性，输电网规划在整个电力系统规划中起着非常重要的作用。直接关系到电源发出的电能否及时送出。电网规划是指在已知水平年的电源规划和负荷预测的基础上，根据现有网络和参数，合理选择待选线路，找到灵活可靠，满足运行要求的经济性最好的方案，以保证整个电力系统的长期最优发展。

电网规划的目的，为使电网的发展水平与该供电区域内经济发展水平相契合，要求电网建设满足并适度超前于供电区域内电力需求水平。而研究电网规划的主要依据是该地区的电力负荷预测，电力负荷预测的结果为该地区的电网规划提供了必要的数据，其数据的准确度将直接左右电网规划的优劣程度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种电网规划方法，电网规划包括保证电网的可靠运行，作好电网规划的经济性评价，以及对用电量进行预测，其通过电网规划的可靠性指标与经济性指标以及约束条件进行综合规划，

可靠性指标包括：

节点可靠率r＝(1-t/8760)·100％

其中，t为节点年停电时间，t＝n·e，n为节点年停电次数，e为节点每次停电持续时间；

全局可靠率R＝(1-T/8760)·100％

其中，T为全局平均年停电时间，T＝N·E，N为全局平均年停电次数，E为全局平均每次停电时间，m为i的取值范围，为自然数。

经济性指标包括

综合费用CT，CT＝CR+CI+CO+CL，其中CR为停电损失，CI为投资成本，CO为运行成本，CL为损耗成本。

(1)停电损失CR，停电损失是指单位时间内，因各种设备故障造成的用户停电的总损失。

$\mathrm{CR}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\·U_i\·b\·p$

式中：CR—停电损失费用

b—单位停电电量的电价与平均电价之比；

p—平均电价

N—用户总数；

P_i—负荷点i的有功；

U_i—负荷点i的年停电时间。

(2)投资成本费用CI

$\mathrm{CI}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(1+{\mathrm{\α}}_Z)\·C_i\·k$

式中：C_i—第i个设备的购买费用

α_Z—附加安装系数

k—现值折算为年费用的系数

$k=\frac{i{(1+i)}^n}{{(1+i)}^n-1}$

n-使用年限,i—电力工业投资回收率。

(3)运行成本CO：

$\mathrm{CO}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_r\×C_i$

式中：C_i—第i个设备的购买费用，

α_r—折旧维护系数。

(4)损耗成本CL

$\mathrm{CL}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{s}_{i\max }\×\cos \mathrm{\θ}\×{\mathrm{\τ}}_{l\max }\×p$

式中：Δs_imax—第i条线路的最大损耗功率；

cosθ—功率因数：

τ_lmax—年最大损耗小时数；

p—电价。

输电网扩展规划优化中的约束条件主要是指潮流方程约束和线路走廊约束。其中潮流方程约束还包括支路潮流方程约束，N-1检验方式下的过负荷约束和由于网络解列导致的供电不足约束：线路走廊约束主要包括线路的回数，占地面积等等。优化就是选取在满足上述约束条件下的最优方案。

约束条件包括：

(1)正常运行方式下的潮流方程约束

正常方式：

Bδ+P_G＝P_L

N-1事故方式：

B_lδ_l+P_G＝P_L,l＝1,2,…,N_L

其中：

P_L—节点负荷功率的列向量；

B—正常运行情况下，电网的节点电纳矩阵；

P_G—节点注入功率的列向量；

δ—正常运行情况下，电网的节点电压相角的列向量。

(2)支路潮流方程的约束

正常运行方式：

|Aδ|≤ZP_max

N-1事故方式：

|Aδ_l|≤C_eZP_max,l＝1,2,…,N_L

其中：

Z—对角矩阵(由网络中支路电抗值组成)；

C_e—N-1故障情况下线路允许的过负荷率；

P_max—线路允许的最大传输功率的列向量；

δ_l—线路l断开后的节点电压相角列向量；

A一支路关联矩阵；

B_l—线路l断开后的节点电纳矩阵；

(3)线路走廊的约束

线路走廊的约束可用下式描述为：

0≤x_j≤x_j-max

其中：

x_j-max—支路j中新建线路回数的允许极限值。

用电量预测是电力系统规划的主要工作，提高用电量预测技术水平，有利于计划用电管理，有利于合理安排电网运行方式和机组检修计划，有利于节煤、节油和降低发电成本，有利于制定合理的电源建设规划，有利于提高电力系统的经济效益和社会效益。I

用电量弹性系数是用电量的相对变化率和国民生产总值的相对变化率之比。

电量的相对变化率可以用发电量的年平均增长率表示，记作K_y；国民生产总值的相对变化率可以用国民生产总值的年平均增长率表示，记作K_x。

用电量弹性系数，记作E，可以由下面的公式表示：

$E=\frac{K_y}{K_x}$

预测m年的弹性系数为E，国民生产总值的增长率为可得用电量增长率为：

${\hat{K}}_y=\hat{K}\hat{K}$

则可以得到m年的用电量，记作A_m：

$A_m=A_0{(1+{\hat{K}}_y)}^m$

式中—A₀预测起始点年的用电量。

本发明通过电网规划来加快输电网改造，优化网络结构，不但可以降低电网损耗、保障输电网安全运行、提高电能质量和可靠性，还可以提高电力企业自身经济效益，使其能更加适应市场经济快速发展的要求，使得输电网能够最大限度地满足社会经济的发展和人民生活水平的提高对用电的需求。

附图说明

图1是电网规划的具体内容

图2是电网规划中可靠性指标的具体内容

图3是电网规划中经济性指标的具体内容。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种电网规划方法，电网规划包括保证电网的可靠运行，作好电网规划的经济性评价，以及对用电量进行预测，其通过电网规划的可靠性指标与经济性指标以及约束条件进行综合规划，

如图2所示，可靠性指标包括：

节点可靠率r＝(1-t/8760)·100％

其中，t为节点年停电时间，t＝n·e，n为节点年停电次数，e为节点每次停电持续时间；

全局可靠率R＝(1-T/8760)·100％

其中，T为全局平均年停电时间，T＝N·E，N为全局平均年停电次数，E为全局平均每次停电时间，m为i的取值范围，为自然数。

如图3所示，经济性指标包括：

综合费用CT，CT＝CR+CI+CO+CL，其中CR为停电损失，CI为投资成本，CO为运行成本，CL为损耗成本。

(1)停电损失CR，停电损失是指单位时间内，因各种设备故障造成的用户停电的总损失。

$\mathrm{CR}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\·U_i\·b\·p$

式中：CR—停电损失费用

b—单位停电电量的电价与平均电价之比；

p—平均电价

N—用户总数；

P_i—负荷点i的有功；

U_i—负荷点i的年停电时间。

(2)投资成本费用CI

$\mathrm{CI}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(1+{\mathrm{\α}}_Z)\·C_i\·k$

式中：C_i—第i个设备的购买费用

α_Z—附加安装系数

k—现值折算为年费用的系数

$k=\frac{i{(1+i)}^n}{{(1+i)}^n-1}$

n-使用年限,i—电力工业投资回收率。

(3)运行成本CO：

$\mathrm{CO}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_r\×C_i$

式中：C_i—第i个设备的购买费用，

α_r—折旧维护系数。

(4)损耗成本CL

$\mathrm{CL}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{s}_{i\max }\×\cos \mathrm{\θ}\×{\mathrm{\τ}}_{l\max }\×p$

式中：Δs_imax—第i条线路的最大损耗功率；

cosθ—功率因数：

τ_lmax—年最大损耗小时数；

p—电价。

输电网扩展规划优化中的约束条件主要是指潮流方程约束和线路走廊约束。其中潮流方程约束还包括支路潮流方程约束，N-1检验方式下的过负荷约束和由于网络解列导致的供电不足约束：线路走廊约束主要包括线路的回数，占地面积等等。优化就是选取在满足上述约束条件下的最优方案。

约束条件包括：

(1)正常运行方式下的潮流方程约束

正常方式：

Bδ+P_G＝P_L

N-1事故方式：

B_lδ_l+P_G＝P_L,l＝1,2,…,N_L

其中：

P_L—节点负荷功率的列向量；

B—正常运行情况下，电网的节点电纳矩阵；

P_G—节点注入功率的列向量；

δ—正常运行情况下，电网的节点电压相角的列向量。

(2)支路潮流方程的约束

正常运行方式：

|Aδ|≤ZP_max

N-1事故方式：

|Aδ_l|≤C_eZP_max,l＝1,2,…,N_L

其中：

Z—对角矩阵(由网络中支路电抗值组成)；

C_e—N-1故障情况下线路允许的过负荷率；

P_max—线路允许的最大传输功率的列向量；

δ_l—线路l断开后的节点电压相角列向量；

A一支路关联矩阵；

B_l—线路l断开后的节点电纳矩阵；

(3)线路走廊的约束

线路走廊的约束可用下式描述为：

0≤x_j≤x_j-max

其中：

x_j-max—支路j中新建线路回数的允许极限值。

用电量预测是电力系统规划的主要工作，提高用电量预测技术水平，有利于计划用电管理，有利于合理安排电网运行方式和机组检修计划，有利于节煤、节油和降低发电成本，有利于制定合理的电源建设规划，有利于提高电力系统的经济效益和社会效益。I

用电量弹性系数是用电量的相对变化率和国民生产总值的相对变化率之比。

电量的相对变化率可以用发电量的年平均增长率表示，记作K_y；国民生产总值的相对变化率可以用国民生产总值的年平均增长率表示，记作K_x。

用电量弹性系数，记作E，可以由下面的公式表示：

$E=\frac{K_y}{K_x}$

预测m年的弹性系数为E，国民生产总值的增长率为可得用电量增长率为：

${\hat{K}}_y=\hat{K}\hat{K}$

则可以得到m年的用电量，记作A_m：

$A_m=A_0{(1+{\hat{K}}_y)}^m$

式中—A₀预测起始点年的用电量。

本发明通过电网规划来加快输电网改造，优化网络结构，不但可以降低电网损耗、保障输电网安全运行、提高电能质量和可靠性，还可以提高电力企业自身经济效益，使其能更加适应市场经济快速发展的要求，使得输电网能够最大限度地满足社会经济的发展和人民生活水平的提高对用电的需求。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种电网规划方法，其特征在于，电网规划方法通过可靠性指标与经济性指标以及约束条件进行综合规划，并对用电量进行预测。

2.如权利要求1所述的一种电网规划方法，其特征在于，可靠性指标包括：

节点可靠率r＝(1-t/8760)·100％

其中，t为节点年停电时间，t＝n·e，n为节点年停电次数，e为节点每次停电持续时间；

全局可靠率R＝(1-T/8760)·100％

其中，T为全局平均年停电时间，T＝N·E，N为全局平均年停电次数，E为全局平均每次停电时间，m为i的取值范围，为自然数。

3.如权利要求2所述的一种电网规划方法，其特征在于，经济性指标包括：

综合费用CT，CT＝CR+CI+CO+CL，其中CR为停电损失，CI为投资成本，CO为运行成本，CL为损耗成本，

(1)停电损失CR，停电损失是指单位时间内，因各种设备故障造成的用户停电的总损失，

式中：CR—停电损失费用

b—单位停电电量的电价与平均电价之比；

p—平均电价

N—用户总数；

P_i—负荷点i的有功；

U_i—负荷点i的年停电时间，

(2)投资成本费用CI

式中：C_i—第i个设备的购买费用

α_Z—附加安装系数

k—现值折算为年费用的系数

n-使用年限,i—电力工业投资回收率，

(3)运行成本CO：

式中：C_i—第i个设备的购买费用，

α_r—折旧维护系数，

(4)损耗成本CL

式中：Δs_imax—第i条线路的最大损耗功率；

cosθ—功率因数：

τ_lmax—年最大损耗小时数；

p—电价。

4.如权利要求3所述的一种电网规划方法，其特征在于，约束条件包括潮流方程约束和线路走廊约束。

5.如权利要求4所述的一种电网规划方法，其特征在于，约束条件包括：

(1)正常运行方式下的潮流方程约束

正常方式：

Bδ+P_G＝P_L

N-1事故方式：

B_lδ_l+P_G＝P_L,l＝1,2,…,N_L

其中：

P_L—节点负荷功率的列向量；

B—正常运行情况下，电网的节点电纳矩阵；

P_G—节点注入功率的列向量；

δ—正常运行情况下，电网的节点电压相角的列向量，

(2)支路潮流方程的约束

正常运行方式：

|Aδ|≤ZP_max

N-1事故方式：

|Aδ_l|≤C_eZP_max,l＝1,2,…,N_L

其中：

Z—对角矩阵；

C_e—N-1故障情况下线路允许的过负荷率；

P_max—线路允许的最大传输功率的列向量；

δ_l—线路l断开后的节点电压相角列向量；

A一支路关联矩阵；

B_l—线路l断开后的节点电纳矩阵；

(3)线路走廊的约束

线路走廊的约束用下式描述为：

0≤x_j≤x_j·max

其中：

x_j·max—支路j中新建线路回数的允许极限值。

6.如权利要求5所述的一种电网规划方法，其特征在于，用电量预测包括用电量弹性系数，用电量弹性系数是用电量的相对变化率和国民生产总值的相对变化率之比，

电量的相对变化率可以用发电量的年平均增长率表示，记作K_y；国民生产总值的相对变化率可以用国民生产总值的年平均增长率表示，记作K_x，

用电量弹性系数，记作E，可以由下面的公式表示：

预测m年的弹性系数为E，国民生产总值的增长率为可得用电量增长率为：

则可以得到m年的用电量，记作A_m：

式中—A₀预测起始点年的用电量。