CN104732456B - 一种基于matlab的区域电网规划设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MATLAB的区域电网规划设计方法，适用于已知道原始资料的区域电网的规划设计，设计的关键在于网络的主接线图和网络参数的确定。通过对原始资料的分析，初步设计多种电力网络方案，然后通过对方案的比较，选择出最优的方案，再做出发电厂、变电站的电气主接线设计及厂用电、站用电的设计，之后在MATLAB的辅助下，对选出的最优方案进行主要设备的选型及校验、网络的潮流计算和短路校验，最后对设计的区域电力网络进行经济估算，检验方案的经济性。本方法利用了MATLAB强大的运算功能进行复杂的潮流运算，大大减少了电网设计过程中的计算量，为电网规划实现计算机辅助分析提供途径，减少了人力资源的浪费。

Description

一种基于MATLAB的区域电网规划设计方法

技术领域

本发明涉及电力系统的技术领域，尤其是指一种基于MATLAB的区域电网规划设计方法。

背景技术

随着电力在国民经济发展中的作用日益凸显，电网的建设和发展承担着越来越重要的角色。电网作为连接电能生产者和用户的桥梁，其可靠性和稳定性的重要性不言而喻。电网的规划设计作为电网建设中的重要一环，必须给予高度的重视。

目前的电网规划设计，遵循上级规划指导下级规划、下级规划支持上级规划的原则，通常以增加变电站布点、容量,增加供电线路回路等来满足用电需求，并采用一些优化方法并考虑电压、潮流等约束,以经济性、可靠性或线损等为目标对多个待选变电站布点、支路等进行优选，最后形成规划设计方案。实际上是一种由上至下的设计方法，由上级电网至下级电网、由较高电压电网至较低电压电网的方法。

电力系统中的区域电网规划一般是沿用经验处理方法，利用城市发展规划所制定的不同区域用地性质(例如工业用地、绿化用地等)来界定不同区域的用电负荷率，然后综合一定区域内的用电负荷量,若满足建变电站需求则选择合理位置进行建站，以往的分析过程基本依靠人工分析和经验，难以做到准确和快捷，造成分析结果往往存在较大偏差，因此，如何快速准确进行分析一直是一个难以解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种简单易行的基于MATLAB的区域电网规划设计方法，适用于已知道原始资料的区域电网的规划设计，能设计出一个既能保证电能质量符合标准、供电可靠性和稳定性、运行方式灵活性，又具有一定的经济性的输电、变电电力系统。利用MATLAB强大的运算功能进行潮流运算，大大简化了电网设计过程中的计算量，还能很好的与其它区域电网规划设计方法相结合。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于MATLAB的区域电网规划设计方法，包括以下步骤：

1)检验待设计的系统是否满足有功、无功平衡并编制电力电量平衡，确定原发电厂是否需要增容，如下：

1.1)利用最大负荷利用小时数的定义，以最大负荷运行最大负荷利用小时数所消耗的电量等于全年实际耗电量，应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量检验负荷的合理性；

1.2)有功功率平衡校验时需考虑负荷备用、事故备用和检修备用，校验电网发电的有功备用容量是否满足要求，通常综合备用应在15％以上，即P_备用＝P_总-P_f＞0.2P_f，其中，P_备用为电网发电的有功备用容量，P_总为发电厂的装机容量，P_f为发电负荷；

1.3)无功功率平衡校验时发电厂的无功备用容量应为最大无功负荷的10％以上，即Q_备用＝Q_总-Q_z＞0.1Q_z，其中，Q_备用为电网的无功备用容量,Q_z为电网的总无功负荷，Q_总为发电厂发出的总无功负荷；

1.4)分别绘制电力平衡表和电量平衡表，确定原发电厂是否需要增容；

2)根据原始资料给出的发电厂和变电站的地理位置设计出多种网络接线方案，从供电可靠性、线路总长度、开关数量、继电保护整定的难易程度、正常运行和故障运行时的电压损耗选择出最优的方案，最后选择的电力网络接线方案应满足以下要求：

2.1)主干网络应有抗干扰能力，防止发生灾害性的大面积停电；

2.2)系统主干网络结构应与电源方案协调一致，且具有适应发展能力；

2.3)送端系统与受端系统间有多回联络线时，交流一回线故障，应能保持系统稳定运行并不损失负荷；

2.4)网络的输送容量必须满足各种正常及事故后运行方式的送电要求，输送容量至少应考虑投运后5-10年的发展，若线路走廊困难时，应充分考虑发展裕度；

2.5)同一电压等级网络内任一元件事故时，其它元件不应超过事故过负荷的规定值；

3)基于MATLAB的辅助，对选出的最优网络接线方案进行具体设计，确定网络的主接线图和网络参数，如下：

3.1)对线路进行初步选型；

3.2)用MATLAB编制牛顿—拉夫逊法潮流计算程序，进行初步的潮流计算，并与PowerWorld软件的潮流计算结果比对；

3.3)用经济电流密度法，确定各条线路的截面和型号；

3.4)确定各厂、站接线方案，并对主要设备选型；

3.5)用MATLAB编制“N-1”校验程序完成大方式的“N-1”潮流校核，进行线路载流能力和电压水平分析，并针对存在的问题，调整线路选型；

3.6)用MATLAB编制短路校验程序完成短路计算，进行三相短路容量测算校核；

3.7)计算电力网的网损和投资经济指标，确定方案的经济性。

在步骤3.3)中，依据公式确定各条线路的截面和型号，其中，I_max为线路最大持续工作电流，J为经济电流密度；

在步骤3.4)中，根据负荷的性质、在系统中的地位和作用、近期和远期的发展规划，综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于扩建，确定各发电厂和变电站各电压等级采用的接线方式，从而绘制各发电厂和变电站的主接线图，并根据主接线图选择主要设备的型号和绘制厂用电、站用电的接线图；

在步骤3.5)中，用MATLAB编制“N-1”校验程序完成大方式的“N-1”潮流校核，根据“N-1”潮流计算结果进行线路载流能力和电压水平分析，并针对存在的问题，调整线路选型，并对调整后的系统再次进行大方式的“N-1”潮流校核，直到结果符合要求；

在步骤3.6)中，用MATLAB编制短路校验程序完成短路计算，进行三相短路容量测算校核，若短路电流越限，需要提出处理措施并进行验算。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明提供了一种基于MATLAB的区域电力网络的规划设计方法，此方法简单易懂，便于实施，对区域电网的规划有很好的指导作用；

2、本方法利用了MATLAB强大的运算功能进行复杂的潮流运算，大大减少了电网设计过程中的计算量，为电网规划实现计算机辅助分析提供途径，减少了人力资源的浪费。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的基于MATLAB的区域电网规划设计方法，适用于原始资料已知的情况，通过对原始资料的分析，初步设计多种电力网络方案，然后通过对方案的比较，选择出最优的方案，再做出发电厂、变电站的电气主接线设计及厂用电、站用电的设计，最后在MATLAB的辅助下，对选出的最优方案进行主要设备的选型及校验、网络的潮流计算和短路校验，设计出一个既能保证电能质量符合标准、供电可靠性和稳定性、运行方式灵活性，又具有一定的经济性的输电、变电电力系统。其具体情况如下：

1)检验待设计的系统是否满足有功、无功平衡并编制电力电量平衡，确定原发电厂是否需要增容，如下：

1.1)利用最大负荷利用小时数的定义，以最大负荷运行最大负荷利用小时数所消耗的电量等于全年实际耗电量，应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量检验负荷的合理性；

1.2)有功功率平衡校验时需考虑负荷备用、事故备用和检修备用，校验电网发电的有功备用容量是否满足要求，通常综合备用应在15％以上，即P_备用＝P_总-P_f＞0.2P_f，其中P_备用为电网发电的有功备用容量，P_总为发电厂的装机容量，P_f为发电负荷；

1.3)无功功率平衡校验时发电厂的无功备用容量应为最大无功负荷的10％以上，即Q_备用＝Q_总-Q_z＞0.1Q_z，其中Q_备用为电网的无功备用容量,Q_z为电网的总无功负荷，Q_总为发电厂发出的总无功负荷；

1.4)分别绘制电力平衡表和电量平衡表，确定原发电厂是否需要增容。

2)根据原始资料给出的发电厂和变电站的地理位置设计出多种网络接线方案，从供电可靠性、线路总长度、开关数量、继电保护整定的难易程度、正常运行和故障运行时的电压损耗选择出最优的方案，最后选择的电力网络接线方案应满足以下要求：

2.1)主干网络应有一定的抗干扰能力，防止发生灾害性的大面积停电；

2.2)系统主干网络结构应与电源方案协调一致，并且有一定的适应发展能力；

2.3)送端系统与受端系统间有多回联络线时，交流一回线故障，应能保持系统稳定运行并不损失负荷；

2.4)网络的输送容量必须满足各种正常及事故后运行方式的送电要求，输送容量至少应考虑投运后5-10年的发展，若线路走廊困难时，应充分考虑发展裕度；

2.5)同一电压等级网络内任一元件(变压器，线路，母线，短路器等)事故时，其它元件不应超过事故过负荷的规定值；

除此之外，仍需满足其它有关技术规定的要求。

3)基于MATLAB的辅助，对选出的最优网络接线方案进行具体设计，确定网络的主接线图和网络参数，如下：

3.1)对线路进行初步选型；

3.2)设定系统中每条线路的阻抗值均为一个合适的值(取标幺值)，用MATLAB编制牛顿—拉夫逊法潮流计算程序，进行初步的潮流计算，并与PowerWorld软件的潮流计算结果比对；

3.3)用经济电流密度法，依据公式确定各条线路的截面和型号，其中I_max为线路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，J为经济电流密度；

3.4)根据负荷的性质、在系统中的地位和作用、近期和远期的发展规划等因素，综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于扩建等要求，确定各发电厂和变电站各电压等级采用的接线方式，从而绘制各发电厂和变电站的主接线图，并根据主接线图选择主要设备的型号和绘制厂用电、站用电的接线图；

3.5)用MATLAB编制“N-1”校验程序完成大方式的“N-1”潮流校核，根据“N-1”潮流计算结果进行线路载流能力和电压水平分析，并针对存在的问题，调整线路选型，并对调整后的系统再次进行大方式的“N-1”潮流校核，直到结果符合要求；

3.6)用MATLAB编制短路校验程序完成短路计算，进行三相短路容量测算校核，若短路电流越限，需要提出处理措施并进行验算；

3.7)在经济计算中，包括有投资(包括主要设备及配电装置的投资)和年运行费用两大项，其中年运行费用＝电能损耗折算的费用+折旧费。通过对设计的区域电网进行经济计算，确定方案的经济性。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于MATLAB的区域电网规划设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)检验待设计的系统是否满足有功、无功平衡并编制电力电量平衡，确定原发电厂是否需要增容，如下：

1.1)利用最大负荷利用小时数的定义，以最大负荷运行最大负荷利用小时数所消耗的电量等于全年实际耗电量，应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量检验负荷的合理性；

1.2)有功功率平衡校验时需考虑负荷备用、事故备用和检修备用，校验电网发电的有功备用容量是否满足要求，通常综合备用应在15％以上，即P_备用＝P_总-P_f＞0.2P_f，其中，P_备用为电网发电的有功备用容量，P_总为发电厂的装机容量，P_f为发电负荷；

1.3)无功功率平衡校验时发电厂的无功备用容量应为最大无功负荷的10％以上，即Q_备用＝Q_总-Q_z＞0.1Q_z，其中，Q_备用为电网的无功备用容量,Q_z为电网的总无功负荷，Q_总为发电厂发出的总无功负荷；

1.4)分别绘制电力平衡表和电量平衡表，确定原发电厂是否需要增容；

2)根据原始资料给出的发电厂和变电站的地理位置设计出多种网络接线方案，从供电可靠性、线路总长度、开关数量、继电保护整定的难易程度、正常运行和故障运行时的电压损耗选择出最优的方案，最后选择的电力网络接线方案应满足以下要求：

2.1)主干网络应有抗干扰能力，防止发生灾害性的大面积停电；

2.2)系统主干网络结构应与电源方案协调一致，且具有适应发展能力；

2.3)送端系统与受端系统间有多回联络线时，交流一回线故障，应能保持系统稳定运行并不损失负荷；

2.4)网络的输送容量必须满足各种正常及事故后运行方式的送电要求，输送容量至少应考虑投运后5-10年的发展，若线路走廊困难时，应充分考虑发展裕度；

2.5)同一电压等级网络内任一元件事故时，其它元件不应超过事故过负荷的规定值；

3)基于MATLAB的辅助，对选出的最优网络接线方案进行具体设计，确定网络的主接线图和网络参数，如下：

3.1)对线路进行初步选型；

3.2)用MATLAB编制牛顿—拉夫逊法潮流计算程序，进行初步的潮流计算，并与PowerWorld软件的潮流计算结果比对；

3.3)用经济电流密度法，确定各条线路的截面和型号；

3.4)确定各厂、站接线方案，并对主要设备选型；

3.5)用MATLAB编制“N-1”校验程序完成大方式的“N-1”潮流校核，进行线路载流能力和电压水平分析，并针对存在的问题，调整线路选型；

3.6)用MATLAB编制短路校验程序完成短路计算，进行三相短路容量测算校核；

3.7)计算电力网的网损和投资经济指标，确定方案的经济性。

2.根据权利要求1所述的一种基于MATLAB的区域电网规划设计方法，其特征在于：

在步骤3.3)中，依据公式确定各条线路的截面和型号，其中，I_max为线路最大持续工作电流，J为经济电流密度；

在步骤3.4)中，根据负荷的性质、在系统中的地位和作用、近期和远期的发展规划，综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于扩建，确定各发电厂和变电站各电压等级采用的接线方式，从而绘制各发电厂和变电站的主接线图，并根据主接线图选择主要设备的型号和绘制厂用电、站用电的接线图；

在步骤3.5)中，用MATLAB编制“N-1”校验程序完成大方式的“N-1”潮流校核，根据“N-1”潮流计算结果进行线路载流能力和电压水平分析，并针对存在的问题，调整线路选型，并对调整后的系统再次进行大方式的“N-1”潮流校核，直到结果符合要求；

在步骤3.6)中，用MATLAB编制短路校验程序完成短路计算，进行三相短路容量测算校核，若短路电流越限，需要提出处理措施并进行验算。