电力系统规划与可靠性-输电网规划

1、 多类型新能源发电综合消纳的关键技术电力系统规划与可靠性电力系统规划与可靠性输电网规划输电网规划课程承担：华北电力大学课程承担：华北电力大学输配电输配电研究所研究所任课教师：刘文霞任课教师：刘文霞电子邮件：电子邮件： North China Electric Power University1. 输电网规划任务和基本原则2. 输电网的基本结构3. 输电网规划方法3.1 电网规划协调工作流程3.2 输电网的电压等级3.3 直流与交流3.4 输电线路导线截面及输电能力3.5 主变压器选择 、变电站选址3.6 电网规划的启发式方法3.7 电网规划的数学方法4. 输电网规划导则 North China

2、 Electric Power University【任务】：根据设计期内的负荷需求及电源建设方案，确定相应的电网结构，以满足可靠、经济地输送电力的要求。【主要内容】：确定输电方式、选择电网电压、确定网络结构、确定变电所布局和规模。在输电方式上，我国仍以交流输电为主，只有在500kV及以上电压才考虑直流输电的必要性重点是对主网网架进行规划，加强主网网架是电网规划最重要的内容，近年来，城市高压电网也逐渐成为规划的重点问题目前，我国电网规划主要的解决问题为：（1）大型水、火电厂及核电厂接入系统规划（2）各大区电网或省级电网的受端主干电网规划（3）大区电网或省级电网之间联网规划（4）城市高压电网规划

3、（5）大型高压直供用户的供电网规划 第一节第一节 输输电网规划的任务电网规划的任务 North China Electric Power University【基本要求】：坚持安全可靠、经济合理、运行灵活、稳健。【遵循原则】： 分层分区原则，简化网络接线，防止发生大面积停电事故； 根据发展状况，宜适度超前于社会经济发展规划和电源规划； 输，变、配电比例适当，容量充裕；电压支撑点多；保证供电可靠性；便于运行，在变动运行方式或检修时操作简便，安全，对通讯线路影响小等。【 分 类 】 按时间可分为短期规划（15年）、中长期规划（515年）、远景规划（1530年）。短期规划用于制定网络扩展决策，确定详

4、细的网络方案。中长期规划介于短期和远景规划两者之间，用于估计实际电网的长期发展或演变。远景规划是通过对未来各种发展情形的简单分析，给出根据环境参数进行技术选择的一般原则，并做出最后的初步选择。第一节第一节 输输电网规划的基本原则电网规划的基本原则华北电网华北电网湖北电网湖北电网江西电网江西电网南方电网南方电网河南电网河南电网湖南电网湖南电网华东电网华东电网川渝电网川渝电网东北电网东北电网西北电网西北电网豫南阳豫南阳晋长治晋长治鄂荆门鄂荆门豫白河豫香山 North China Electric Power University 第二节第二节 输输电网的基本结构电网的基本结构 North Chin

5、a Electric Power University第二节第二节 输输电网的基本结构电网的基本结构 North China Electric Power University第二节第二节 输输电网的基本结构电网的基本结构 North China Electric Power University第二节第二节 输输电网的基本结构电网的基本结构 North China Electric Power University第二节第二节 输输电网的基本结构电网的基本结构 North China Electric Power University第第三三节节 输输电网的规划方法电网的规划方法3.1 各级

6、电网协调工作流程 North China Electric Power University省网规划地区主网规划地区配电网规划 North China Electric Power University 传统的规划方法和数学方法并用 传统规划方法以方案比较为基础，参与比较的方案由规划人员根据经验提出 数学方法以计算机、系统工程、运筹学理论为基础，并应用优化理论 电网规划的数学方法： 启发式方法 数学优化方法输电网规划方法的分类输电网规划方法的分类 North China Electric Power University电网规划问题的特点【离散性】线路是按整数的回路架设的，所以规划决策的取值必

7、须是离散的或整数的。【动态性】网架规划不仅要满足规划年限内的经济、技术性能指标等要求，而且要考虑到网络的今后发展以及今后网络性能指标的实现问题。【非线性】线路电气参数与线路功率及网损等费用的关系是非线性的。【多目标性】规划方案不仅要满足经济、技术上的要求，还必须考虑社会、政治及环境等因素，这些因素常常是相互冲突和矛盾的。【不确定性】负荷预测、设备有效状况及水力条件等均存在显著的不确定性。2021-10-2913 North China Electric Power University电网结构设计的传统方法步骤主要内容拟定方案确定送电距离；确定送电容量；拟定几个网络联接方案（水平年、过渡年）方

8、案分析技术比较：应进行潮流、暂态稳定、短路电流计算；必要时进行调相、调压计算，工频过电压、潜供电流计算等。分析不同方案的主要技术差别。经济比较：近期、远期电网工程投资、网损等。综合分析综合分析网络结构的安全性、经济性和灵活性（远景适应），提出推荐方案。 North China Electric Power University 【决策分段】 电网规划问题要考虑具体的网络拓扑结构，而由待选路径构成的独立变量又是多样的，故电网规划是一个多维数的规划问题。又考虑到电网规划涉及到的约束条件的复杂性，要构成一个完整的电网规划数学模型是比较困难的。为了避免建模的困难，一般将电网规划问题分为方案形成和方案检

9、验两个阶段。方案形成方案检验2021-10-2915 North China Electric Power University【任务】：根据输电容量和输电距离，拟定几个可比的网络方案。【步骤】送电距离的确定。一般是在有关的地形图上量得长度，再乘以曲折系数1.11.15（这只是经验数字，具体情况还应具体分析，一般不超过1.4）。送电容量的确定。对待规划电网进行分层分区域的电力电量平衡计算，观察各区电力余缺，从而确定各地区间的送电量。待规划电网的送电距离和送电容量决定后，按送电线路输电能力，结合以往类似工程实例及规划者的经验，即可拟出几个待选的网络连接方式。方案形成2021-10-2916 No

10、rth China Electric Power University【电网规划方案分类】静态电网规划、动态电网规划静态电网规划：只对未来某一负荷水平年的电网接线进行规划，而不考虑接线方案的过渡问题，因而又称为水平年规划。动态电网规划：指规划期较长时，需要将规划期划分为几个水平年并考虑各水平年规划方案的过渡问题。中长期电网规划中应考虑采用动态电网规划。方案形成2021-10-2917 North China Electric Power University【任务】对已形成的方案进行技术经济分析，其中包括电力系统潮流、调相、调压计算，稳定计算，短路电流计算及技术经济比较等。【潮流计算分析】观察

11、各方案是否满足正常与事故运行方式下送电能力的需要。在正常运行方式下，各线路的潮流一般应接近线路的经济输送容量，各主要变压器（联变）的潮流应小于其额定容量。在网络中任意一条线路故障（包括检修）的情况下，各线路潮流不超过其持续允许的发热容量，各变压器没有长时间过负荷现象，即满足N-1检验原则。方案检验2021-10-29武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所747418 North China Electric Power University【暂态稳定计算】检验各方案在SDJ161-1985电力系统设计技术规程中所规定的关于电网结构设计的稳定标准下，电力

12、系统能否保持稳定。 以下故障时网络结构必须满足系统稳定运行或正常供电：单回线输电网络中发生单相瞬时接地故障重合成功。同级电压多回线和环网发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合（对于水电厂的直接送出线，必要时采用切机措施）。主干线路各侧变电站同级电压的相邻线路发生单相永久接地故障重合不成功及无故障断开不重合。核电站送出线出口及已形成回路网络结构的受端主干网络发生三相短路不重合。任一台发电机（除占系统容量比例过大者外）跳闸或失磁。系统中任一大负荷突然变化（如冲击负荷或大负荷突然退出）。2021-10-2919 North China Electric Power University20

13、21-10-2920以下故障时可采取措施保持系统稳定运行，但允许损失部分负荷：单回线输电网络发生单相永久接地故障重合不成功。同级电压多回线，环网及网络低一级电压的线路发生三相短路不重合。注意：当系统稳定性水平较低时，应采取提高稳定性的措施。系统规划可根据电网具体情况具体分析，从而采用合适的手段提高稳定性，为下一阶段的设计提供依据。 North China Electric Power University2021-10-2921【短路电流计算】 检验网络中所有断路器是否能承受各水平年的网络短路容量，提出今后发展新型断路器的额定断流容量，以及研究限制系统短路电流水平的措施（包括提高变压器中性点绝

14、缘水平）。【调相调压计算】 检验无功补偿是否满足系统在各种正常及事故运行方式下电压水平的需要，达到经济运行的效果，原则上应使无功功率就地、分层、分区基本平衡。【经济比较】 需综合考虑的因素有：主干电网结构，厂内或者变电站内接线，运行灵活性，是否便于过渡，电源、负荷变化的适应性，对国民经济其他部门的影响，国家资源利用政策，国家物资、设备的平衡，环境保护和生态平衡，工程规模和措施是否与现有技术水平相适应，缩短建设工期和改善技术经济指标的可能性和必要性，建设条件和运行条件，对人民生活条件的影响，对远景发展的适应情况。 North China Electric Power University3.2

15、输电网的电压等级选择应根据线路送电容量和送电距离选择电网电压2021-10-2922输电电压（kV）输送容量（MW）传输距离（km）适用0.380.1及以下0.6及以下低压配电网30.11.031中压配电网60.11.2154100.22.0206352105020高压配电网633.53010030110105015050220100500300100省内送电3302001000600200省、网际输电50060015001000400100050001000020001000网际输电 North China Electric Power University 在选择输电系统电压等级时，从电力

16、系统运行观点应考虑的技术因素技术因素有：输电线路的热容量、电压损耗及系统稳定性等。在经济经济上除了考虑输电线路杆塔、导线和绝缘子的费用以外，还应计及两端变电设备、补偿设备的费用以及电能损耗费用。 线路自然功率是与电网额定电压的平方成正比例增加的 自然功率； 输电线路额定电压； 输电线路的波阻抗。 由于线路的波阻抗随着线路的电压等级提高而减小，因此实际的自然功率往往比按电压平方算出的数值还要大。分裂导线能使自然功率明显提高如果单根导线的自然功率为100%，则两分裂导线的自然功率为125%，三分裂导线的自然功率为140%，四分裂导线的自然功率达到150%。 PlnU2nUPZll=Zl North

17、 China Electric Power University 表表4-2-2 国际电工委员会推荐的自然功率标准值国际电工委员会推荐的自然功率标准值 North China Electric Power University 线路的输送能力与其自然功率成正比。一般长线路的输送能力(1.11.2) P1 ，短线路的输送能力为（45)P1. 输电线路的极限输送能力则主要取决于导线的热容量热容量。美国和国际大电网委员会(GIGRE)所推荐的各电压等级的输电线路的输送能力如表4-2-3所示。 North China Electric Power University 为了对选择的电压等级有个初步估计

18、，苏联规划人员采用了以下经验公式：式中 电压，kV； 输送功率，kV 输电线路的长度，km。 上式适用于L250km和P60MW的情况。当输电距离及容量大于这个界限时，应用以下公式计算： (4-2-3)式中U、P、I的单位同式（4-2-2）4.340.016UlP=+UPl(0.10.015)UPl=+ North China Electric Power University 各种电压等级的经济适用范围。 North China Electric Power University3.3 3.3 直流直流输电和交流输电的比较输电和交流输电的比较 直流输电线路一般用两根两根导线导线，三相交流线路

19、则需用三根导线三根导线。如果每根导线具有相同的截面和绝缘水平截面和绝缘水平，那么直流线路每根导线输送的功率为 交流线路每根导线输送的功率为 当两种线路采用相同的电流密度电流密度时，每根导线所载的电流相等，即 如果交流和直流线路所需的绝缘水平按过电压倍数而定，分别为 和 。cosaaaIUP dddPU I=daII=2aaKUddK U North China Electric Power University对于超高压架空线路，交流线路过电压倍数取2-2.5倍，直流线路则为2倍。假定电压倍数取相同数值，即 ，则当线路具有同样绝缘水平时，我们有 (4-2-6)因此 (4-2-7)在交流远距离输

20、电情况下， 一般较高，如取0.945，可得 也就是说，在线路建造费用相同时，直流线路的愉送功率约为交流直流线路的愉送功率约为交流线路输送功率的线路输送功率的1.51.5倍。倍。 另一方面，由于直流线路少一根导线，在输送功率相同的条件下，直流线路功率损耗也比交流线路小三分之一。 以上两方面是直流线路的投资和运行费用都比交流线路低的主要原因。5 . 1945. 0/2/adPPdaKK=2daUU=2coscosdddaaaPU IPU Ijj= North China Electric Power University 但是，直流输电系统两端的换流站设备比交流输电系统的变电站复杂，其造价比交流变

21、电站高;如果输电距离增加到一定值时，直流线路所节约的费用正好抵偿换流站所增加的费用，这个输电距离称为交直流输电的等价距离，如图4-2-2(a)所示。显然，当输电距离大于等价距离时，采用直流输电比交流输电经济，反之则应采用交流输电。随着换流器价格的下降，等价距离有逐年下降的趋势。图4-2-2(b)所示的趋势曲线是西德AEG、BBC、西门子三个公司统计的结果 North China Electric Power University总的来说，直流输电的优点可以概括为：1) 当输送功率相间、距离相同时，线路造价低且功率损耗小；2) 直流输电不存在系统稳定性间题，利用直流输电还可以提高交流系统的稳定性

22、；3) 直流线路的输送功率容易调节、控制，直流输电系统的短路电流较小；4) 可用以实现交流电力系统之间的非同步联结，既可得到联网效益，又可避免大面积停电事故发生；5) 在导线几何尺寸和电压水平相当的情况下，电晕现象和对无线电干扰较小；6) 在稳态运行时没有电容电流，沿线电压分布较平稳，线路部分不需要无功功率补偿装置；7) 每个极可以作为一个独立回路运行，当一个极发生故障时，健全极仍可送一部分功率。直流输电的缺点可概括为：1) 换流器价格贵，换流器在运行中需要较大的无功功率补偿，并需装设滤波装置，换流器过载能力较小；2) 目前尚无适用的直流高压断路器，对发展多端直流电网有一定影响。3) 以大地作

23、为回流电路时，会引起沿途金属构件的腐蚀。 North China Electric Power University3.4输电线路导线截面及输电能力输电线路导线截面选择和检验送电线路输电能力2021-10-2932 North China Electric Power University输电线路导线截面选择和检验【原则】：一般按经济电流密度来选择，并根据电晕（对架空输电线而言）、机械强度及事故情况下的发热条件进行校验。架空输电线路导线截面一般按经济电流密度来选择，并根据电晕，机械强度和事故情况下的发热条件进行校验。必要时通过技术经济比较确定。对超高压线路，电晕往往是选择导线截面 的决定因素，

24、应进行选择导线截面的技术经济专题论证【按经济电流密度选择导线截面】经济电流密度：架空线路传送电能的过程中，除产生电压损失外，还有电能损耗。此损耗的大小及其费用随导线的截面变化而变化。增大导线的截面，虽然能减少电能损耗，但增加了线路的投资。反之，如果减小导线的截面积，则其结果相反。因此，在这中间总能找到一个最理想的导线截面，使其经济效果最好，这一导线截面成为经济截面。根据经济截面推算出来的电流密度成为经济电流密度。2021-10-2933 North China Electric Power University输电线路导线截面选择和检验导线截面的计算公式为经济电流密度表（已有学者提出此表中数据

25、已不适合现代电网，故应用相关数据时应以最新的国家标准为准。）2021-10-2934导线材料最大负荷利用小时数（小时/年）3000以下300050005000以上裸铝导线1.651.150.9裸铜导线3.02.251.75铜芯电缆2.502.252.0铝芯电缆1.921.731.54 North China Electric Power University输电线路导线截面选择和检验【按电晕条件检验导线截面】电晕危害：导线产生电晕会增加输电线路的电能损失，同时也会对无线电通信和载波通信产生干扰。校验原则2021-10-2935 North China Electric Power Univer

26、sity2021-10-2936【按导线长期容许电流校验导线截面】选定的输电导线路的导线截面，必须根据各种不同运行方式以及事故情况下的传输容量进行发热校验，即在设计中不应是预期的输送容量超过导线的发热极限。按容许发热条件的持续极限输送容量计算公式为 North China Electric Power University送电线路输电能力【送电线路输电能力】 指输电线路传输功率的大小与输送距离的远近，它与电力系统的经济、稳定运行有很大关系。【线路的自然传输功率】【线路传输特性】 当线路传输自然功率时，线路上没有无功功率传输，全线各点电压和电流大小一致。当传输功率小于自然功率时，会造成线路电压由

27、始端往末端升高；当传输功率大于自然功率时，线路电压从始端往末端降低。2021-10-2937 North China Electric Power University送电线路输电能力【超高压远距离输电线路的传输能力】决定因素：主要取决于发电机并列运行的稳定性，以及为提高稳定性所采取的措施。传输功率的计算公式：2021-10-2938 North China Electric Power University送电线路输电能力【按静稳条件决定的输送能力】【线路的经济输送容量】线路的经济输送容量按经济电流密度计算求得。【按负荷距计算输送能力】负荷距是指线路传输的有功功率和传输距离的乘积。若已知输送

28、距离可求得传输容量，即传输容量=负荷距/传输距离。【线路的极限输送容量】决定于导线容许的发热条件，在相关设计手册中有公式可算或表格可查。2021-10-2939电压（kV）输送能力（100kmMW）电压（kV）输送能力（100kmMW）220400600500380040003301400160075072007400 North China Electric Power University3.5 主变压器选择 概述 主变压器台数的选择 主变压器容量的选择 主变压器型式的选择 North China Electric Power University【主变选择的意义】在各级电压等级的变电所中

29、，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。【经济性考虑】在生产上电力变压器制成有单相、三相、双值组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时

30、，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。【扩展性考虑】选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。 North China Electric Power University3.6 输电网规划新方法【规划方法分类】启发式方法、数学优化方法【启发式方法】 以直观分析为依据，一般基于系统某一性能指标对可行路径上一些线路参数的灵敏度，按一定的原则，对线路进行逐步迭代选择，直到满足方案要求为止。这种方法直观、灵活、计算时间短，便于人工参与决策且能给出符合工程实际的较优解；其缺点是难以选择既容易计算又能真正反映规划

31、问题实质的性能指标，无法严格保证解的最优性。【数学优化方法】 通过将电网规划问题转换为相应数学优化模型，然后采用一定的优化算法求解，从而获得满足系统要求的最优规划方案。该类方法从理论上讲，可以保证解的最优性，但通常要找到真正的最优解计算量过大。 (另专题介绍)2021-10-2942 North China Electric Power University3.6电网规划的启发式方法启发式规划方法简介直流潮流方程逐步扩展的启发式电网规划逐步倒推的启发式网络规划实例分析2021-10-2943 North China Electric Power University启发式规划方法简介【启发式优

32、化方法分类】 基于线路性能指标的启发式方法、基于系统性能指标的启发式方法。【基于线路性能指标的启发式方法】 线路的筛选是根据系统运行时线路功率传输情况来完成的。【基于系统性能指标的启发式方法】 线路的筛选是根据线路对系统运行时整个系统的一个特定运行性能指标的影响程度来完成的。2021-10-2944 North China Electric Power University【过负荷校验】 根据网络规划的正常运行要求和安全运行要求，不仅要保证系统在正常情况下个线路不发生过负荷，有时还须满足N-1检验原则。为检验线路是否过负荷，网络中的潮流计算计算成为重要的分析依据。【灵敏度分析】 当系统中有过负

33、荷线路时，通过灵敏度分析选择最有效的线路来扩展网络，以消除现有的过负荷问题。所谓线路“有效”是指该线路单位投资所起的作用最大。【方案形成】 根据灵敏度分析对待选线路按照有效性指标进行排序后，就可以按一定方式确定具体的网络扩展方案。在形成方案时，规划设计人员可以通过人机联系参与决策过程。2021-10-2945启发式规划方法步骤 North China Electric Power University直流潮流方程交流网络某支路（见图）潮流方程为：根据以下假设，可得到简化的直流潮流方程：通过上述处理后，潮流方程简化为：2021-10-2946 North China Electric Power

34、 University直流潮流方程简化后的潮流方程可不计无功潮流，即可得到直流潮流方程2021-10-29武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所武汉大学电气工程学院电力信息与控制研究所747447 North China Electric Power University逐步扩展的启发式电网规划【逐步扩展法】根据各待选线路对过负荷支路过负荷量消除的有效度，即以减轻其他支路过负荷的多少来衡量待选线路的作用，从而选择最合适的待选线路加到网络上，逐步扩展直到网络无过负荷问题为止。【变结构直流潮流计算】计算各待选支路的有效度的计算。2021-10-2948 North China Electric

35、Power University2021-10-2949 North China Electric Power University2021-10-2950 North China Electric Power University2021-10-2951 North China Electric Power University逐步扩展的启发式电网规划【规划方案】2021-10-2952 North China Electric Power University【注意】有了上述概念，我们可将整个网架规划分成两个阶段来实现。第一阶段是实现正常状态下无过负荷线路，第二个阶段是实现N-1校验原则下

36、无过负荷线路。2021-10-2953 North China Electric Power University【第一阶段的迭代过程】（1）计算直流潮流。（2）检查线路是否过负荷。若有，形成过负荷线路集，计算待选线路的综合有效性指标，然后转步骤（3）；否则，线路无过负荷，转步骤（4）。（3）选综合有效性指标最大的线路加入电网中，然后转步骤（1）。（4）输出结果。【第二阶段的迭代过程】（1）分析所有预想事故集，无过负荷，转步骤（3）；否则，线路有过负荷，根据总过负荷量大小的不等找出最严重故障。（2）断开最严重故障所对应的线路，执行第一阶段迭代过程，在最有效的线路上增加一条线路，然后转步骤（1）

37、。（3）输出结构。2021-10-2954 North China Electric Power University逐步扩展的启发式电网规划【计算流程图】2021-10-2955 North China Electric Power University逐步倒推的启发式网络规划【逐步扩展法缺陷】 若系统中有孤立节点，如新增的电源点和负荷中心，则网络是不连通的，只能用阻抗值很高的虚拟线路将系统连通后再使用该法，用起来很困难。【逐步倒推法】 首先根据水平年的原始数据构成一个虚拟网络，该网络包含系统现有网络、所有孤立节点和所有待选线路，这样的虚拟网络一般是连通的、冗余度很高且不经济的网络。然后对虚

38、拟网络进行潮流分析，比较个待选线路在系统中的作用和有效性，逐步去除有效性低的线路，直到网络没有冗余线路为止，也就是说直到去掉任何新增线路都会引起系统过负荷或系统解列时为止。【规划过程】 同逐步扩展法一样，也分成两个阶段。是一个阶段实现满足 N安全性的最小费用网络，第二个阶段实现满足N-1安全性要求的扩展网络。2021-10-2956 North China Electric Power University逐步倒推的启发式网络规划【第一阶段的迭代过程】2021-10-2957 North China Electric Power University逐步倒推的启发式网络规划【第二阶段的迭代过程

39、】2021-10-2958 North China Electric Power University实例分析 给出某系统，现有10个节点，9条线路（如实线所示）。在未来某水平年内，系统增加为18个节点，图中的虚线表示待选线路的路径。2021-10-2959 North China Electric Power University实例分析【系统节点数据表】2021-10-2960节点号发出电力（万kW）负荷（万kW）节点号发出电力（万kW）负荷（万kW）1055107509423608411540700301541201904038130110576063914540326019915020

40、07021316495132808817040090259181420 North China Electric Power University【支路数据表】2021-10-2961支路号两端节点线路电抗（p.u.）线路容量（万kW）原有线路数可扩建线路数长度（km）11-20.0176230107021-110.0102230014032-30.03482301013843-40.04042301015553-70.03252301012964-70.05012300120074-160.05012300320085-60.02672301010695-110.01532300260实例分

41、析 North China Electric Power University【支路数据表续1】2021-10-2962支路号两端节点线路电抗（p.u.）线路容量（万kW）原有线路数可扩建线路数长度（km）105-120.01022300140116-70.01262301050126-130.01262300150136-140.055423002220147-80.01512301160157-90.031823001126167-130.01262300250177-150.044823002178188-90.01022301140实例分析 North China Electric P

42、ower University【支路数据表续2】2021-10-2963支路号两端节点线路电抗（p.u.）线路容量（万kW）原有线路数可扩建线路数长度（km）199-100.050123012200209-160.0501230022002110-180.0255230011002211-120.012623002502311-130.0255230011002412-130.015323001602514-150.0428230021702616-170.015323002602717-180.01402300255实例分析 North China Electric Power Univer

43、sity【第一阶段求解步骤】（1）将所有待选线路加入系统构成虚拟网络并形成相应的节点导纳矩阵B（取节点18为参考节点）。然后由导纳矩阵 进一步求得节点阻抗矩阵X，矩阵各元素值表。 【节点阻抗矩阵元素表】2021-10-2964 North China Electric Power University【节点阻抗矩阵元素续表1】2021-10-2965 North China Electric Power University【第一阶段求解步骤】 （2）计算各节点功率和电压相角【第一阶段求解步骤】 （3）假定线路的建设投资于长度成正比例，故在计算中可用长度代替费用进行比较。根据支路潮流方程 ，及

44、支路有效指标 ，计算各支路的有效性指标。2021-10-2966ijllPxlllPEC实例分析 North China Electric Power University【支路潮流、有效性指标及排序】2021-10-2967 North China Electric Power University【第一阶段求解步骤】 （4）由上面的表可以看出，在待选线路中第23条线路的有效性最小（第5条线路为原有线路，应该保留），因此可以把线路6去掉。去掉支路23后，修正网路阻抗矩阵，重新计算各支路潮流有 可以看出去掉支路23并没有引起其它线路的过负荷，因而判定该线路可以去掉。【第一阶段求解步骤】 （5）

45、用得到的修正阻抗矩阵和修正节点电压相角向量返回第（3）步重新进行其它线路的有效性分析。 上述过程一直进行到没有线路可以去掉为止。这样就可以完成逐步扩展法第一阶段的工作。2021-10-2968 187.5,133.33,87.93, 66.34,0.62,53.89, 158,08, 29.21,70.59,79,41, 20.63,45.24, 252.35, 173.51, 83.02,131.75,55.80, 260.78, 494.61, 107.78,163.92,42.86, 66.67,256.07,96.73, 302.86lTP 实例分析 North China Elect

46、ric Power University3.7 3.7 输电网优化规划方法输电网优化规划方法基于遗传算法的输电网络规划模型一、一、概述概述二、二、输电网络规划输电网络规划数学模型数学模型三、三、遗传算法实现与求解过程遗传算法实现与求解过程 North China Electric Power University 目前所用规划方法概括起来，可分为启发式方法和数学优化方法两大类，这些方法在实际研究中有一定的突破，但是仍存在着维数灾、局部最优和约束条件及目标函数不易处理等问题。 遗传算法是一种人工智能方法，特别适合于整型变量优化问题，为输电网络规划问题的求解开创了一条新的途径。遗传算法引入输电网络

47、规划正好能解决上述两方面的问题，能找到问题的全局最优解或近似全局最优解。 遗传算法对目标函数的数学形式没有任何限制，除了计及新建线路投资外，还可以非常方便地考虑非线性约束等。 一、概述 North China Electric Power UniversityjjjjjjPrkxckkF23211)(minLGPPBts.max|ZPALLGllNlPPB, 2 , 1max|1,2,leLAC ZPlNmax0jjxx二、输电网络规划数学模型 模型以新建线路为规划变量，采用直流潮流方程来模拟网络，以新建线路的投资年费用和系统年运行费用之和最小为目标函数，计及了各新建线路的整数性约束以及系统正

48、常运行、“N-1”事故情况下的各种约束等。 输电网络规划数学模型模型描述为： 目标函数的第一项是新建线路投资费用与固定运行费用之和，第二项是系统可变运行费，即年网损费用。由于线路有功损耗是线路传输功率的二次函数，因此目标函数是非线性的 模型是一个非线性混合整数规划模型，模型中既有连续变量，又有离散变量，并且目标函数又是不可微的非线性函数，这类问题在数学上属于非线性规划问题非线性规划问题，尚无有效方法能在合理时间内精确求出其最优解，通常采用启发式或近似技术来处理。 North China Electric Power University三、遗传算法实现与求解过程 应用遗传算法求解电网规划数学模

49、型，要确定染色体的编码、适应度函数以及控制参数的选择。1染色体编码 将各待选新建线路按其两端节点编号自然排序，按此顺序，将每条待选新建线路作为染色体中的一个基因，每个基因均用二进制编码表示，当基因值为1时，表示其相应的待选新建线路被选中加入网络；当其基因值为0时则相反。染色体的长度应等于待选新建线路数，每个染色体表示一个网络规划方案。 North China Electric Power University2适应度函数适应度函数 适应度函数适应度函数反映电网规划的目的和要求，即规划方案的反映电网规划的目的和要求，即规划方案的建设投资年费用和系统年运行费之和为最小，潮流分布合建设投资年费用和系

50、统年运行费之和为最小，潮流分布合理，并且不发生过负荷现象。理，并且不发生过负荷现象。 000 0 FFF FF FGFWPrkxckkFjjjjjj23211)( 网络过负荷容量指规划方案在正常运行状态下和所有网络过负荷容量指规划方案在正常运行状态下和所有“N-1”事故运行状态下出现的事故运行状态下出现的过负荷容量的总和过负荷容量的总和W，即，即 ： FLiLnomLNiNlililNlllPPPPW1)(max)()0(max)0()()( 若只需要求满足正常运行条件下的最优网络，则目标函数中只计入正常若只需要求满足正常运行条件下的最优网络，则目标函数中只计入正常运行情况下的过负荷容量而不必

51、计入运行情况下的过负荷容量而不必计入“N-1”事故状态时的过负荷容量。事故状态时的过负荷容量。 North China Electric Power University计算过负荷容量的方法计算过负荷容量的方法有三种：有三种：交流潮流法交流潮流法，用于精确的潮流分析，而在研究电网规划时需要进行各项，用于精确的潮流分析，而在研究电网规划时需要进行各项分析计算，方案繁多，应用这种方法会导致计算量过大；分析计算，方案繁多，应用这种方法会导致计算量过大；直流潮流法直流潮流法，计算速度快，不存在收敛问题，有较高的计算精度，特别，计算速度快，不存在收敛问题，有较高的计算精度，特别适合于做网络规划；适合于做

52、网络规划；最大流法最大流法，但最大流法只能保证节点功率平衡，即只考虑了基尔霍夫第，但最大流法只能保证节点功率平衡，即只考虑了基尔霍夫第一定律，没有考虑基尔霍夫第二定律，计算误差较大。一定律，没有考虑基尔霍夫第二定律，计算误差较大。 不连通网络的处理：不连通网络的处理：抛弃抛弃 或或 随机扰动随机扰动使当前解发生微小的变化而得到使当前解发生微小的变化而得到一个相邻的新解：一个相邻的新解：（1）增加一回新建线路：随机选取一条待选支路并在这条支路上增加一）增加一回新建线路：随机选取一条待选支路并在这条支路上增加一回新建线路；回新建线路；（2）减少一回现有线路：随机选取一条支路并在这条支路上减少一回线）减少一回现有线路：随机选取一条支路并在这条支路上减少一回线路；路；（3）交换两回线路：随机选取两条待选支路，在其中一条支路增加一回）交换两回线路：随机选取两条待选支路，在其