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电力系统长期发展规划

/long-term planning for the development of the power system/
最后更新 2022-01-20
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对未来15年以上的电力系统发展和建设目标制订的计划。

英文名称
long-term planning for the development of the power system
所属学科
电气工程

其任务是根据国民经济和社会发展长期规划、经济布局和能源资源开发与分布情况,宏观分析电力市场需求,进行动力资源开发及环境因素综合分析,提出电力可持续发展的基本原则和方向,电源的总体规模、基本布局、基本结构,电网主框架,外送电及受电规模等,必要时提出发电与输配电新的技术要求、电力设备制造能力开发要求以及电力科学技术方向等。

电力系统长期发展规划既是电力工业长期发展规划的组成部分,也是国民经济长期发展规划的组成部分,在编制电力系统长期发展规划时,要注意这两个规划的协调配合,并且要随着客观环境的不断变化对电力系统长期发展规划进行修订。一般来说,大约5年修订一次,有重大变化时应及时修改、调整。电力系统长期发展规划的主要内容包括电力需求预测、动力资源开发、电源发展规划、电力网发展规划、环境及社会影响分析。

电力需求是制定规划的依据。电力需求预测(也称电力负荷预测)是通过研究国民经济和社会发展的各相关因素与电力需求的关系,对规划期的电力负荷发展水平进行预测。

为满足电力负荷发展的需求,要研究在规划期内动力资源的开发利用。研究时,首先要了解本地区一次能源资源开发利用的现状,包括品种、储量、质量、分布及主要部门的能源消耗情况。然后测算规划期内各部门特别是电力部门对一次能源的需求量和可能的供应量,研究动力资源供应与需求间的矛盾,进行能源、电力、运输综合平衡,并据此安排电源。同时,必须统筹兼顾煤、水、电、运和环境等方面问题进行研究。

动力资源主要包括煤炭、水力、石油、天然气、核能以及新能源等。在中国,煤是主要动力资源之一,大部分电力系统要依靠山西-陕西-蒙西-宁夏以及新疆能源基地供煤。当前全球面临的温室气体排放效应影响,迫使世界各国积极实施以低碳技术为核心的能源变革。面对新一轮的能源变革,中国将加快转变能源发展方式,推进能源生产和利用方式变革。大力实施能源结构的战略性调整,把清洁、高效发展作为能源发展的基本方向。一方面大力推进传统能源的集约化、清洁化、低碳化开发利用,另一方面加快可再生能源和新能源的开发,如风能、太阳能等。其中风力发电是技术最成熟、可靠,成本较低,最具有规模化和商业化发展的发电方式之一。

内容包括发电总容量安排、电源合理安排和新技术开发利用。在中国,根据可取得的动力资源和国家能源政策来安排电源发展规划,提出电源建设的基本方针。

按照电力负荷预测,进行电力电量平衡,确定发电总容量。发电总容量由满足系统最大发电负荷需要的工作容量和系统备用容量组成。对有水电的电力系统,电力平衡按设计枯水年进行。在中国,大部分水电在枯水期保证出力较低,只有装机容量的1/4~1/3,安排系统的发电总容量时应充分考虑足够的补偿容量。电力电量平衡还要考虑原有机组的退役问题。对有风电的电力系统,由于风电的随机性和间歇性特点,其发电出力有很强的不确定性和不可预测性,保证出力较低,因此小规模风力发电一般不参与电力平衡。对于大容量风电场,由于来风的不均匀性,其保证出力应根据实测的出力数据及其变化的概率分布研究后确定。同风力发电类似,光伏发电功率也有类似的不确定性,如果系统最大负荷出现在夜晚,则光伏发电不参加电力平衡。

包括两个方面:一是根据电力系统负荷特性(峰荷、腰荷和基荷的分布)来安排峰荷、腰荷和基荷电厂,确定合理的电源结构,包括新能源规模、核电装机规模、抽水蓄能电站规模等。随着国民经济的发展以及风电、光伏发电等可再生能源的大规模并网,电力系统的调峰问题日益突出,在长期规划中需要加以研究。二是根据负荷分布和动力资源的条件,来确定在动力资源地区或在负荷中心地区建设电厂。

根据规划中电力发展的需要,为提高能源转换效益和改善环境的要求,来研究解决电源发展的新技术问题。如循环流化床、综合煤气化的燃气-蒸汽联合循环,核电厂采用固有安全性反应堆、高温气冷堆和聚变裂变混合堆,以及充分发挥水电站效益等。

包括输电网发展规划和配电网发展规划两部分。

根据未来规划期内的负荷要求与电源安排,提出电网建设应遵循的基本原则和地理接线图,为输电网发展采用新技术和大机组接入创造条件。输电网发展规划的内容包括:①供电区域划分与区间潮流分析。②主网架结构研究。③与相邻电力系统的连接。④风电及光伏发电上网问题。⑤电力系统短路电流水平配合。⑥新技术开发利用。

供电区域划分与区间潮流分析。根据未来负荷分布情况和电源安排,将整个电力系统划分为若干分区,根据分区电力电量平衡,研究分区间的电力潮流。潮流应按丰水期和枯水期时最大运行方式和最小运行方式考虑,分析主网架和联络线的功率大小和流向,划分送端电源区和受端负荷中心区,划分主网架和分支线,从而为选择合理的与相邻电力系统连接方式、主网架结构和电压等级提供依据。在分析联络线的功率时,要考虑地区间备用容量的分配。

主网架结构研究。根据潮流分析中电力网的功率输送方向和大小,初步确定电压等级与主网架。确定电压等级应考虑技术经济的可能性。确定主网架结构时应充分考虑提高稳定水平,防止出现稳定破坏、连锁反应、电压崩溃等大面积停电事故,并适应电力系统运行灵活性的需要。在输电网发展规划中一般要遵循以下原则:①输电网规划要按电压等级高低分层,形成分层结构,而电厂按容量大小或单机容量大小的不同,分别接入不同层次的网架上,主力电厂应直接接入最高一级电压主网架上。②输电网规划要按供电范围划区,形成分区结构。确定以负荷为中心的受端系统,加强受端中心的电压支撑。③受端电力网结构要紧密,以提高大机组或主干线故障后的抗干扰能力。在受端电力网架建成后,可以考虑打开下一电压等级的环网。为提高接受远距离输电的受端电网的稳定水平,应广泛采用较成熟的提高稳定的技术措施。如紧凑型线路技术、串补及可控串补技术、动态无功补偿技术、柔性交流输电技术、电力系统稳定器(power system stabilizer; PSS)及交直流协调控制等提高系统暂态和动态稳定的技术。④主网架要避免不利于稳定的接线,如T接、单回路大环网、高低压环网、环套环、长短线并列、单回超长线等。⑤大电源之间避免相互直接连接运行。

与相邻电力系统的连接。在电力系统发展过程中,为了取得电力系统互联的效益,根据交换功率的大小和相互对安全运行的影响,考虑与相邻系统的连接、连接所用电压等级和采用交流或直流的连接方式。

风电及光伏发电上网问题。风电与光伏发电的随机性、间歇性和不可控性,以及风电机组本身的运行特性(如某些机组不具备低电压穿越能力等),决定了大型风电场和光伏发电接入电网后,会对电网的潮流、谐波、频率和电压稳定性带来影响,需要电网为其随时提供备用容量,以平衡风电与光伏发电出力的变化。因此要开展大型风电基地和光伏发电接入电网技术的研究,分析其影响,以增强电网接纳能力。

短路电流水平配合。长期规划中必须考虑短路电流水平配合,其主要任务有三项:①计算短路电流水平增长的预期值。②提出短路电流水平最合理的配合。③当短路电流水平过高而需要大量更换现有开关设备时,要提出相应解决措施。解决的方法有:①电力系统中局部范围短路电流水平过高时,在规划中要避免电源过分集中接入。②经过技术经济论证后,采用更高一级电压的电力网。③高低压电磁环网解环运行能够明显降低低一级电网短路电流水平。④当扩大与相邻系统相连时,采用直流联网。⑤采用限流电抗器、高阻抗变压器,中性点接入小电抗等。⑥研究发展更大断流容量的新型断路器等。

新技术开发利用。根据长期规划中电力系统容量不断增大的需要和远距离大容量输电技术的进一步发展,分析今后电网可能出现的新技术问题,如接纳大规模可再生能源的电网和储能技术、智能电网相关技术、紧凑型同塔多回线路技术、各类电源控制特性和机网协调技术、电网防灾减灾技术等。

在电力系统不断扩大,加快与相邻系统互联时,要研究更大范围互联后的静态运行特性、联络线功率振荡的阻尼特性,区域间振荡模式的稳定性和故障后的动态运行特性,以及对系统稳定、电压和频率控制的新技术。当采用直流互联时,则要分析直流系统单极或双极闭锁故障时对互联电力系统的冲击影响,分析利用直流输电的快速控制来提高交流系统稳定性以及交直流并联运行技术。

研究15年以上城乡供电发展规划。从调查分析城市配电网的现状入手,对国民经济现代化所提出的供电高度可靠、电压质量高度合格和城市环境美化等要求及以由此引起的新问题提出解决办法。其中包括设备的负荷能力、短路容量、运行电压、无功补偿能力及继电保护装置等。需要考虑建立更高一级配电电压来解决城市中高密度负荷地区的供电问题;研究建设地下变电站和采用电缆线路以及开发新型设备来满足配电网发展的需要等问题。在农村,则需解决普及用电、提高工农业用电水平,以及相关的电源、网络和线路容量等问题。

应对规划实施可能造成的环境影响进行分析、预测和评估,主要包括资源环境承载能力分析(如能源、水源、用地、环境容量等)、不良环境影响的分析和预测以及与相关规划的环境协调性分析;提出预防或者减轻不良环境影响的政策、管理和技术等措施;给出规划方案的环境合理性和可行性结论,明确预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的合理性和有效性,提出对规划方案的调整建议;还要对社会影响进行初步分析,提出可能影响规划方案的相关因素,确定各规划方案对社会影响的程度,避免规划方案对社会发展产生重大负面影响。

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