电力系统规划设计在电力工程设计中的应用
张云飞分享
摘要：作为电力工程前期工作的重要组成部分，合理的系统规划是电力系统安全、可靠、经济运行的前提，也是具体单项电力工程设计建设的方针和原则。文章根据单项电力工程设计的特点，论述了电力系统规划设计在电力工程设计中的应用，并对如何开展电力系统规划设计工作提出经验总结。
关键词：电力系统规划设计；电力工程设计；电力电量平衡；接入系统方案；电气计算；系统专业提资
电能作为国民经济各个领域的基础能源，在社会发展中起着举足轻重的作用。电力工业的先行建设，是保证经济发展的先决条件。作为电力工程前期工作的重要组成部分，合理的系统规划是电力系统安全、可靠、经济运行的前提，也是具体单项电力工程设计建设的方针和原则。
一、电力工程中所涉及系统规划设计的主要内容
系统规划设计相关工作可分为长期的电力系统发展规划、中期的电力系统发展设计。其对单项电力工程设计具有指导性的作用，也是论证工程建设必要性的重要依据。
在进行单项电力工程设计时，其涉及到的系统规划设计主要内容包括：(1)工程所在区域的电力负荷预测和特性分析；(2)近区电网电源规划情况及出力分析；(3)根据负荷预测和电源规划结果，进行电力和电量平衡；(4)提出电力工程接入电网系统方案；(5)对所提方案进行电气计算；(6)分析计算结果，并进行方案技术经济比较；(7)为电力设计其它专业提供系统资料。
(一) 电力负荷预测和分析
对拟建电力工程附近片区进行电力负荷预测和分析，是电力系统规划设计的基础。在电力工程设计时，主要进行10年以内的中短期负荷预测。
中短期负荷预测，主要围绕国民经济的运行和发展而进行。在总结历年经济数据的基础之上，结合社会经济的发展规划，对中短期的近区最大负荷进行逐年预测；同时，根据已建、在建和规划的大项目情况，对负荷的特性进行必要的研究分析，并确定其对电网供电的影响。
负荷预测的方法多种多样，即有传统的序列预测法，也有模糊理论、专家系统等新方法。对具有重要意义的电力工程，如枢纽变电站、输送大量潮流的电力线路、或大容量发电机组，可采取多种方法预测负荷，分析负荷增长因素及其发展趋势，并从中选出一般可能出现的负荷水平进行分析。
(二) 电源规划情况及出力
电源规划是电力系统规划设计的核心内容。对拟建工程周边电网的电源规划进行统计，并分析电源的出力情况，是论证单项电力工程建设必要性的重要依据。
电力电源分为统调电源和地方电源，其中统调电源是指归电网调度统一调度的各类大型发电厂；地方电源则包括各类小水电站，以及企业自备发电机组。每种电源在不同的水文期的出力各不相同，同时新建电源机组会出现在规划期间逐年投产的情况，因此，需对电源出力情况进行详细的分析统计，以利于下一步工作开展。
(三) 电力电量平衡
电力电量平衡在电力系统规划设计中起约束条件的作用。根据电力负荷预测和电源出力分析，进行项目所在地区、供电区域进行电力、电量平衡计算，并对平衡结果进行分析，从而确定电力工程的布局和规模。
通过负荷预测确定各水平年的系统最大负荷，结合各类电源的出力分析，得出电力电量盈亏，从而确定电力系统所需的发电、变电设备容量。该容量应满足负荷需求的工作容量加上系统需要的备用容量。此外，在进行电力电量平衡时，还需考虑分区间的电力电量交换，并根据情况增减设备容量。
(四) 接入系统方案
根据工程所在地原有网络特点、负荷分布和电网发展规划等情况，说明项目工程在电力系统中的地位和作用，按照电网规划，以及政府部门的审批意见，提出项目接入系统比较方案。
在论述项目接入系统方案时，应远近结合、综合考虑节约用地、节能降耗、电网新技术的应用。与此同时，需提出项目工程各方案的布局和规模，投产年及终期近区的电网结构、运行方式和供电电压等内容。
(五) 电气计算
电气计算是电力系统规划设计的主要内容，包括：潮流计算，稳定计算，短路电流计算和无功补偿计算。
第一，潮流计算主要是对电力网络中的功率和电压的分布进行计算，通过潮流计算可确定系统运行方式，检查各元件是否满足运行要求，并为系统继电保护和稳定计算提供依据和初值。
潮流计算作为电力系统设计中最基本的计算，是比较电力工程各接入系统方案最直观的方法。通过潮流计算得出的电网各节点电压、各网络元件电力损耗、以及电力潮流的分布情况，可直接用于分析各接入系统方案的可靠性、合理性和经济性。
第二，稳定计算是指根据要求，对电力系统的各种故障情况进行模拟计算和分析，从而确定电力系统稳定问题的主要特征和稳定水平。
稳定计算多是基于潮流计算结果的基础之上，在单项工程设计中常用到的稳定计算包括电力系统暂态稳定计算、电压稳定计算、以及频率稳定计算等。通过进行各种稳定计算，可校验各接入系统方案的运行参数能否满足稳定运行的要求，在必要的情况下提出安稳策略和保障措施。
第三，短路电流计算主要是验算在给定的网架中，由于故障短路而在电气元件上产生的不正常电流值。计算项目工程接入系统节点处的各种短路电流，能为电气设备的选型提供依据。
在确定网架结构和系统运行方式的情况下，进行短路电流计算可正确选择及校验电气设备，选用正确的继电保护整定值和熔体的额定电流，从而确保在故障情况下能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。系统的短路电流宜限制在合理的水平，当短路电流水平过大而需要大量更换工程相关网区已有电气设备时，应提出限制短路电流的措施。
第四，进行适当的无功补偿，可向电力网络中的感性负荷提供相应的无功功率，从而减少各种网络元件因传输无功功率所造成的电能损耗。在具体电力工程中，需根据无功平衡，提出无功补偿装置总容量及分组容量，必要时需对单组低压电容器投切时电压波动进行校核，进行近区无功平衡分析，和调相调压专题计算。
(六) 方案比较
对项目接入方案进行比较，在各种电气计算结果的基础之上，从安全可靠性、实施性、发展适应性和经济性等方面进行分析，从而对各方案的设计及运行做出评价，并选择最优者作为推荐方案。
(七) 系统专业提资
通过合理的系统设计，可靠的系统电气计算，选出综合条件最优的推荐接入系统方案，确定项目工程的建设规模和投产时间，为电力工程设计的其它专业提供有效的设计依据和准确的数据支撑。
关键词：电力系统规划设计；电力工程设计；电力电量平衡；接入系统方案；电气计算；系统专业提资
电能作为国民经济各个领域的基础能源，在社会发展中起着举足轻重的作用。电力工业的先行建设，是保证经济发展的先决条件。作为电力工程前期工作的重要组成部分，合理的系统规划是电力系统安全、可靠、经济运行的前提，也是具体单项电力工程设计建设的方针和原则。
一、电力工程中所涉及系统规划设计的主要内容
系统规划设计相关工作可分为长期的电力系统发展规划、中期的电力系统发展设计。其对单项电力工程设计具有指导性的作用，也是论证工程建设必要性的重要依据。
在进行单项电力工程设计时，其涉及到的系统规划设计主要内容包括：(1)工程所在区域的电力负荷预测和特性分析；(2)近区电网电源规划情况及出力分析；(3)根据负荷预测和电源规划结果，进行电力和电量平衡；(4)提出电力工程接入电网系统方案；(5)对所提方案进行电气计算；(6)分析计算结果，并进行方案技术经济比较；(7)为电力设计其它专业提供系统资料。
(一) 电力负荷预测和分析
对拟建电力工程附近片区进行电力负荷预测和分析，是电力系统规划设计的基础。在电力工程设计时，主要进行10年以内的中短期负荷预测。
中短期负荷预测，主要围绕国民经济的运行和发展而进行。在总结历年经济数据的基础之上，结合社会经济的发展规划，对中短期的近区最大负荷进行逐年预测；同时，根据已建、在建和规划的大项目情况，对负荷的特性进行必要的研究分析，并确定其对电网供电的影响。
负荷预测的方法多种多样，即有传统的序列预测法，也有模糊理论、专家系统等新方法。对具有重要意义的电力工程，如枢纽变电站、输送大量潮流的电力线路、或大容量发电机组，可采取多种方法预测负荷，分析负荷增长因素及其发展趋势，并从中选出一般可能出现的负荷水平进行分析。
(二) 电源规划情况及出力
电源规划是电力系统规划设计的核心内容。对拟建工程周边电网的电源规划进行统计，并分析电源的出力情况，是论证单项电力工程建设必要性的重要依据。
电力电源分为统调电源和地方电源，其中统调电源是指归电网调度统一调度的各类大型发电厂；地方电源则包括各类小水电站，以及企业自备发电机组。每种电源在不同的水文期的出力各不相同，同时新建电源机组会出现在规划期间逐年投产的情况，因此，需对电源出力情况进行详细的分析统计，以利于下一步工作开展。
(三) 电力电量平衡
电力电量平衡在电力系统规划设计中起约束条件的作用。根据电力负荷预测和电源出力分析，进行项目所在地区、供电区域进行电力、电量平衡计算，并对平衡结果进行分析，从而确定电力工程的布局和规模。
通过负荷预测确定各水平年的系统最大负荷，结合各类电源的出力分析，得出电力电量盈亏，从而确定电力系统所需的发电、变电设备容量。该容量应满足负荷需求的工作容量加上系统需要的备用容量。此外，在进行电力电量平衡时，还需考虑分区间的电力电量交换，并根据情况增减设备容量。
(四) 接入系统方案
根据工程所在地原有网络特点、负荷分布和电网发展规划等情况，说明项目工程在电力系统中的地位和作用，按照电网规划，以及政府部门的审批意见，提出项目接入系统比较方案。
在论述项目接入系统方案时，应远近结合、综合考虑节约用地、节能降耗、电网新技术的应用。与此同时，需提出项目工程各方案的布局和规模，投产年及终期近区的电网结构、运行方式和供电电压等内容。
(五) 电气计算
电气计算是电力系统规划设计的主要内容，包括：潮流计算，稳定计算，短路电流计算和无功补偿计算。
第一，潮流计算主要是对电力网络中的功率和电压的分布进行计算，通过潮流计算可确定系统运行方式，检查各元件是否满足运行要求，并为系统继电保护和稳定计算提供依据和初值。
潮流计算作为电力系统设计中最基本的计算，是比较电力工程各接入系统方案最直观的方法。通过潮流计算得出的电网各节点电压、各网络元件电力损耗、以及电力潮流的分布情况，可直接用于分析各接入系统方案的可靠性、合理性和经济性。
第二，稳定计算是指根据要求，对电力系统的各种故障情况进行模拟计算和分析，从而确定电力系统稳定问题的主要特征和稳定水平。
稳定计算多是基于潮流计算结果的基础之上，在单项工程设计中常用到的稳定计算包括电力系统暂态稳定计算、电压稳定计算、以及频率稳定计算等。通过进行各种稳定计算，可校验各接入系统方案的运行参数能否满足稳定运行的要求，在必要的情况下提出安稳策略和保障措施。
第三，短路电流计算主要是验算在给定的网架中，由于故障短路而在电气元件上产生的不正常电流值。计算项目工程接入系统节点处的各种短路电流，能为电气设备的选型提供依据。
在确定网架结构和系统运行方式的情况下，进行短路电流计算可正确选择及校验电气设备，选用正确的继电保护整定值和熔体的额定电流，从而确保在故障情况下能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。系统的短路电流宜限制在合理的水平，当短路电流水平过大而需要大量更换工程相关网区已有电气设备时，应提出限制短路电流的措施。
第四，进行适当的无功补偿，可向电力网络中的感性负荷提供相应的无功功率，从而减少各种网络元件因传输无功功率所造成的电能损耗。在具体电力工程中，需根据无功平衡，提出无功补偿装置总容量及分组容量，必要时需对单组低压电容器投切时电压波动进行校核，进行近区无功平衡分析，和调相调压专题计算。
(六) 方案比较
对项目接入方案进行比较，在各种电气计算结果的基础之上，从安全可靠性、实施性、发展适应性和经济性等方面进行分析，从而对各方案的设计及运行做出评价，并选择最优者作为推荐方案。
(七) 系统专业提资
通过合理的系统设计，可靠的系统电气计算，选出综合条件最优的推荐接入系统方案，确定项目工程的建设规模和投产时间，为电力工程设计的其它专业提供有效的设计依据和准确的数据支撑。
