電力能源系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性之電網(wǎng)規(guī)劃概述

電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性

第3講電網(wǎng)規(guī)劃內(nèi)容安排概述直流潮流模型輸電線路的輸送能力電網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇變電站的站址及容量選擇架空送電線路導(dǎo)線截面的選擇和校驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法優(yōu)化規(guī)劃方法啟發(fā)式規(guī)劃方法一、概述電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容定義：以負(fù)荷預(yù)測(cè)和電源規(guī)劃為基礎(chǔ)，解決在何時(shí)、何地投建或改造何種類型的輸電線路及其回路數(shù)問(wèn)題基本原則：為實(shí)現(xiàn)規(guī)劃期內(nèi)所需要的輸電能力，在滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的前提下，使方案總投入費(fèi)用達(dá)到最少主要內(nèi)容：

1.確定輸電方式

2.選擇電網(wǎng)電壓

3.確定變電站布局和規(guī)模

4.確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電網(wǎng)規(guī)劃的內(nèi)容在輸電方式上，我國(guó)現(xiàn)階段仍以交流輸電為主，只有在500kV及以上電壓時(shí)才考慮直流輸電的必要性電網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)是對(duì)主網(wǎng)網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃。目前，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃主要的解決問(wèn)題為：

1.大型水、火電廠及核電廠接入系統(tǒng)規(guī)劃

2.各大區(qū)電網(wǎng)或省級(jí)電網(wǎng)的受端主干電網(wǎng)規(guī)劃

3.大區(qū)電網(wǎng)或省級(jí)電網(wǎng)之間聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃

4.城市電網(wǎng)規(guī)劃

5.大型工礦企業(yè)的供電網(wǎng)規(guī)劃電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)具備的條件電網(wǎng)規(guī)劃的最終結(jié)果取決于原始資料和規(guī)劃方法原始資料包括：

1.規(guī)劃年度用電負(fù)荷的電力、電量資料

2.規(guī)劃年度電源（現(xiàn)有和新增）的情況

3.現(xiàn)有電網(wǎng)（包括在建設(shè)和已列入基建計(jì)劃的線路和變電站）的基礎(chǔ)資料電網(wǎng)規(guī)劃方法電網(wǎng)規(guī)劃方法主要包括：

1.傳統(tǒng)規(guī)劃方法

2.優(yōu)化規(guī)劃方法

3.啟發(fā)式規(guī)劃方法優(yōu)化規(guī)劃方法和啟發(fā)式規(guī)劃方法均屬于電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)方法。電網(wǎng)規(guī)劃方法傳統(tǒng)規(guī)劃方法以方案比較為基礎(chǔ)，參與比較的幾個(gè)方案由規(guī)劃人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出。優(yōu)點(diǎn)是：方法簡(jiǎn)單易操作。缺點(diǎn)是：方案的擬定由技術(shù)人員來(lái)完成，很大程度上依賴于規(guī)劃者的經(jīng)驗(yàn)，具有較大的主觀性，所提出的若干個(gè)可行方案很可能不包含理論上的最優(yōu)方案，難以保證決策的正確性和實(shí)施的可靠性。電網(wǎng)規(guī)劃方法優(yōu)化規(guī)劃方法主要是運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)中的規(guī)劃理論，將電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際問(wèn)題描述為各種數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并利用計(jì)算機(jī)求解的一種方法。數(shù)學(xué)優(yōu)化模型包含變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件三個(gè)要素。優(yōu)點(diǎn)是：考慮了各變量之間的相互影響，理論上可以自動(dòng)形成規(guī)劃問(wèn)題的全部可能存在方案，并一定包含有最優(yōu)方案。缺點(diǎn)是：電網(wǎng)規(guī)劃的變量數(shù)很多、約束條件復(fù)雜，存在求解困難，在建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型時(shí)不得不對(duì)具體問(wèn)題做大量簡(jiǎn)化；有些規(guī)劃決策因素難以用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，因此數(shù)學(xué)上的最優(yōu)解未必是符合工程實(shí)際的最優(yōu)方案。電網(wǎng)規(guī)劃方法啟發(fā)式規(guī)劃方法：以直觀分析為依據(jù)，通?；谙到y(tǒng)某一性能指標(biāo)對(duì)可行路徑上的一些線路參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，根據(jù)一定原則，選擇最有效的線路加入系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。優(yōu)點(diǎn)是：直觀、靈活、計(jì)算時(shí)間短，便于人工參與決策且能給出符合工程實(shí)際的較優(yōu)解。缺點(diǎn)是：難以選擇既容易計(jì)算又能真正反映規(guī)劃問(wèn)題實(shí)質(zhì)的性能指標(biāo)，并且網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，指標(biāo)對(duì)于一組方案差別都不大，難以優(yōu)化選擇。二、直流潮流模型直流潮流模型在電網(wǎng)規(guī)劃中，無(wú)論采用什么規(guī)劃方法，貫穿始終的一項(xiàng)內(nèi)容就是潮流計(jì)算。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否合理，往往就集中表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的潮流分布是否合理。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課程所學(xué)的高斯-塞德爾法和牛頓-拉夫遜法等潮流計(jì)算方法都是交流潮流計(jì)算方法，需要多次迭代求解非線性方程組，精度較高但計(jì)算量較大，不適應(yīng)形成電網(wǎng)規(guī)劃方案時(shí)多次而反復(fù)的潮流計(jì)算要求。直流潮流模型直流潮流模型是把非線性電力潮流問(wèn)題簡(jiǎn)化為線形電路問(wèn)題，從而使分析計(jì)算非常方便。雖然它的精度不如交流潮流計(jì)算方法，但在輸電網(wǎng)規(guī)劃中，由于需要大量的過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)計(jì)算，且原始資料本身也并不精確，因此仍得到了廣泛的應(yīng)用。在電網(wǎng)規(guī)劃中，關(guān)鍵是如何把有功功率從電源處輸送給負(fù)荷，即架線方案首先要保證有功潮流的輸送。至于輸電線上的無(wú)功潮流相對(duì)較小，可近似認(rèn)為它對(duì)有功潮流分布沒(méi)有影響。基于這種分析的成立，則產(chǎn)生了只反映有功潮流分布的直流潮流模型。直流潮流模型基礎(chǔ)知識(shí)2.節(jié)點(diǎn)注入電流1.節(jié)點(diǎn)有功功率注入3.節(jié)點(diǎn)電壓4.與的關(guān)系式直流潮流模型節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y的組成元素中:互導(dǎo)納:

自導(dǎo)納:

式中：yij——支路

i-j的導(dǎo)納，

yij=1/zij

；Rij，Xij——支路

i-j的電阻和電抗，zij=

Rij

+jXij

節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中，每一行的對(duì)角元素Yii等于同一行其他非對(duì)角元素Yij之和的負(fù)值。

直流潮流模型當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓以極坐標(biāo)形式表示時(shí)，節(jié)點(diǎn)有功功率注入的交流潮流方程為：支路有功功率的交流潮流方程為：

式中：N——系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)；

Pi

——節(jié)點(diǎn)i

的有功功率注入；

Pij

——支路i-j流過(guò)的有功功率；

Ui,Uj

——節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值；

——表示所有與節(jié)點(diǎn)i直接相連的節(jié)點(diǎn)，包括j=i；

θij

——支路i-j兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相角差，θij=θi－θj；

Gij，Bij

——節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y中各元素的實(shí)部和虛部；

tij——支路i-j的變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比；直流潮流模型考慮高壓輸電網(wǎng)的一般特性，依據(jù)以下條件對(duì)交流潮流方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，就可以得到直流潮流方程：

1.高壓輸電線路的電阻一般遠(yuǎn)小于其電抗，即Rij<<Xij，因而可以假定：

2.輸電線路兩端電壓相角差一般不大(θij

＜10%)，可?。?/p>

直流潮流模型考慮高壓輸電網(wǎng)的一般特性，依據(jù)以下條件對(duì)交流潮流方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，就可以得到直流潮流方程：

3.假定系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓的標(biāo)么值都等于1，則有：

4.不考慮接地支路及變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比的影響，即有：

以上簡(jiǎn)化條件對(duì)有功潮流分布不致引起較大誤差！直流潮流模型將以上簡(jiǎn)化條件表達(dá)式代入如下節(jié)點(diǎn)有功功率注入的交流潮流方程式：可得：

已知：直流潮流模型代入推導(dǎo)可得：直流潮流模型將上式寫成矩陣形式，并將負(fù)號(hào)放入矩陣元素中可得：

P=Bθ

式中：P—節(jié)點(diǎn)注入有功功率向量,

向量元素Pi

=PGi－PDi

，PGi

和PDi

分別為

節(jié)點(diǎn)i

的發(fā)電出力和負(fù)荷

B—節(jié)點(diǎn)電納矩陣

θ—節(jié)點(diǎn)電壓相角向量，

直流潮流模型節(jié)點(diǎn)電納矩陣B的結(jié)構(gòu)形式直流潮流模型將簡(jiǎn)化條件表達(dá)式代入如下支路有功潮流方程式：

可得：寫成矩陣形式，有：Pl=BlΦ

式中：

Pl—各支路有功潮流構(gòu)成的向量；

Bl

—由各支路電納組成的對(duì)角矩陣；

Φ

—各支路兩端電壓相角差向量;直流潮流模型設(shè)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣為A，則Φ=Aθ直流潮流模型支路電納對(duì)角矩陣Bl

的結(jié)構(gòu)形式：直流潮流模型P=Bθ和Pl=BlΦ均為線性方程式，它們是直流潮流方程的基本形式。由此可見(jiàn)，其方程已全部為實(shí)數(shù)運(yùn)算形式。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式及接線方式給定時(shí)，即P和B均給定時(shí)，由P=Bθ，通過(guò)三角分解或矩陣直接求逆可以求出狀態(tài)向量θ

，并進(jìn)而由Φ=Aθ

和Pl=BlΦ

求出各支路的有功潮流Pij。由

，參照對(duì)比直流電路基本關(guān)

系式

，故稱為直流潮流模型。直流潮流模型直流潮流算法流程步驟1：輸入電網(wǎng)原始數(shù)據(jù)，包括：節(jié)點(diǎn)發(fā)電出力、負(fù)荷；線路阻抗；節(jié)點(diǎn)編號(hào)、線路始末節(jié)點(diǎn)編號(hào)等步驟2：生成節(jié)點(diǎn)電納矩陣B、支路電納對(duì)角矩陣Bl、節(jié)點(diǎn)注入有功功率向量P、網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣A等參數(shù)步驟3：由P=Bθ計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓相角向量θ步驟4：由Φ=Aθ計(jì)算支路兩端電壓相角差向量Φ步驟5：由Pl=BlΦ計(jì)算支路有功潮流向量Pl步驟6：輸出潮流計(jì)算結(jié)果直流潮流模型應(yīng)用直流潮流模型求解輸電系統(tǒng)的有功潮流分布非常簡(jiǎn)單。由于方程式是線性的，可以直接求解，無(wú)需迭代過(guò)程，即不存在收斂問(wèn)題，故可以快速進(jìn)行追加或開斷線路后的潮流估算。通過(guò)直流潮流模型求出的有功功率與交流法計(jì)算結(jié)果相比，其誤差并不大。顯然，在輸電網(wǎng)規(guī)劃中，相比于交流潮流算法，采用直流潮流模型進(jìn)行反復(fù)多次的有功潮流分析，其計(jì)算量大幅降低，同時(shí)也可以滿足工程設(shè)計(jì)的要求。三、輸電線路的輸送能力輸電線路的輸送能力在規(guī)劃架線方案時(shí)，最基本的一個(gè)技術(shù)約束條件就是線路輸送功率要有限度，以滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定要求以及設(shè)備本身的發(fā)熱條件的限制。一般說(shuō)來(lái)，線路輸送能力主要與輸送距離和電壓等級(jí)有關(guān)：1.輸送距離一定時(shí)，線路輸送功率與其電壓等級(jí)的平方成正比L＝常數(shù)時(shí)，輸電線路的輸送能力2.電壓等級(jí)確定的情況下，線路輸送功率與其輸送距離的變化關(guān)系如下圖所示。

輸送距離較短時(shí)，輸送容量幾乎不隨距離的改變而變化，此時(shí)輸送功率主要受導(dǎo)線熱穩(wěn)定條件的限制；隨著輸送距離的增長(zhǎng)，輸送能力不斷下降，這時(shí)輸送功率則受線路動(dòng)穩(wěn)定條件的限制。電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)其電壓等級(jí)已知，而且輸送距離一般都較長(zhǎng)，因此，線路的輸送能力主要由動(dòng)穩(wěn)定條件來(lái)決定。輸電線路的輸送能力動(dòng)穩(wěn)定

短路電流、短路沖擊電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，相鄰載流導(dǎo)體間將產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成導(dǎo)體的機(jī)械損壞。衡量電路及元件能否承受短路時(shí)最大電動(dòng)力的這種能力，稱作動(dòng)穩(wěn)定。動(dòng)穩(wěn)定電流表明了導(dǎo)體承受電動(dòng)力的能力，大小由導(dǎo)電部分的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)決定。熱穩(wěn)定

電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體要產(chǎn)生熱量，并且該熱量與電流的平方成正比，當(dāng)有短路電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，將產(chǎn)生巨大的熱量，由于短路時(shí)間很短，熱量來(lái)不及向周圍介質(zhì)散發(fā)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成導(dǎo)體的燒毀。衡量電路及元件在這很短的時(shí)間里，能否承受短路時(shí)巨大熱量的能力為熱穩(wěn)定。

輸電線路的輸送能力理論上，線路輸送功率的表達(dá)式為：

式中：

U—線路電壓

XL—線路電抗，XL=X0L

δL—線路兩端的功角差考慮要求靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)Kp≥20%，δL的取值范圍在20°~25°之間當(dāng)U、X0、δL均已知時(shí)，根據(jù)給定的L即可求出P的大小

實(shí)際應(yīng)用中，線路輸送功率常根據(jù)導(dǎo)線的截面、電壓、輸送距離之間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，給出一個(gè)輸送功率的大致范圍以便查用。電壓等級(jí)（kV）

輸送容量（MW）

導(dǎo)線截面（mm2）

輸送距離（km）

60.1~1.2

50~95

4~15100.2~2

70~1206~20352~1595~18520~50633.5~30

120~24030~10011010~50

120~30050~150220100~500300~400100~300330200~800400200~600四、電網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇電網(wǎng)電壓等級(jí)選擇原則選定的電壓等級(jí)應(yīng)符合國(guó)家電壓標(biāo)準(zhǔn)

1000、750、500、330、220、110、63、35、10、6、3、0.38kV同一地區(qū)、同一電網(wǎng)內(nèi)，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化電壓等級(jí)我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)的電壓等級(jí)配置大致分為兩類

非西北地區(qū)：110/220/500/1000kV西北地區(qū)：110/330/750kV220kV以下電壓等級(jí)的配置有兩種系列：10/63/220kV、10/35/110/220kV電網(wǎng)電壓等級(jí)選擇原則電壓等級(jí)不宜過(guò)多，以減少變電重復(fù)容量各級(jí)電壓級(jí)差不宜太小

110kV及以下（配電電壓等級(jí)），電壓級(jí)差在3倍以上110kV以上（輸電電壓等級(jí)），電壓級(jí)差在2倍左右我國(guó)城市電網(wǎng)的電壓等級(jí)分類：

輸電電壓等級(jí):1000，750，500，330，220kV

高壓配電電壓等級(jí):110，63，35kV

中壓配電電壓等級(jí):

10，6，3kV

低壓配電電壓等級(jí):0.38kV電網(wǎng)電壓等級(jí)選擇方法根據(jù)線路送電容量和送電距離選擇電壓等級(jí)

我國(guó)各電壓等級(jí)輸送能力統(tǒng)計(jì)表電網(wǎng)電壓等級(jí)選擇方法從控制電網(wǎng)電力損失（網(wǎng)損）角度選擇電壓等級(jí)

一般情況下，即送電線路采用鋁導(dǎo)線、電流密度0.9A/mm2、受端功率因數(shù)為0.95的條件下，各級(jí)電壓線路每公里電力損失的相對(duì)值近似為：

式中：——每公里電力損失的相對(duì)值

——線路的額定電壓，kV——線路長(zhǎng)度，km

送電線路的電力損失相對(duì)值正常不宜超過(guò)5%五、變電站的站址及容量選擇變電站數(shù)量的一般計(jì)算在對(duì)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，區(qū)域所需的變電站個(gè)數(shù)Ns由下式確定：——區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(cè)值；——容載比；——規(guī)劃單座變電站的總?cè)萘?；——向上取整運(yùn)算式中：容載比容載比是某一供電區(qū)域，變電設(shè)備總?cè)萘?kVA)與對(duì)應(yīng)的總負(fù)荷(kW)的比值。分電壓等級(jí)分區(qū)計(jì)算計(jì)算時(shí)，不考慮升壓變電站、直供負(fù)荷、專變負(fù)荷增長(zhǎng)率低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密容載比可適度降低負(fù)荷增長(zhǎng)率高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聯(lián)系不強(qiáng)容載比應(yīng)適當(dāng)提高容載比是保障電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，負(fù)荷能否順利轉(zhuǎn)移的重要宏觀控制指標(biāo)；是電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中宏觀控制變電總?cè)萘浚瑵M足電力平衡，合理安排變電站布點(diǎn)和變電容量的重要依據(jù)?！葺d比，kVA/kW；——該電壓等級(jí)單個(gè)變電站的容量——該電壓等級(jí)的全網(wǎng)最大預(yù)測(cè)負(fù)荷容載比實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和城市社會(huì)發(fā)展的不同階段，對(duì)應(yīng)的城網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)速度可分為較慢、中等、較快三種情況?！冻鞘须娋W(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中推薦的相應(yīng)各電壓等級(jí)城網(wǎng)的容載比如下表所示，宜控制在1.5~2.2范圍之間。城網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)情況較慢增長(zhǎng)中等增長(zhǎng)較快增長(zhǎng)年負(fù)荷平均增長(zhǎng)率小于7%7%~12%大于12%500kV及以上1.5~1.81.6~1.91.7~2.0220~330kV1.6~1.91.7~2.01.8~2.135~110kV1.8~2.01.9~2.12.0~2.2變電站容量變電站容量是指某一變電站內(nèi)各臺(tái)主變壓器容量之和一個(gè)變電站的主變壓器臺(tái)數(shù)最終規(guī)模不宜少于2臺(tái)或多于4臺(tái)《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中推薦的單臺(tái)變壓器容量規(guī)格：主變壓器電壓比(kV/kV)單臺(tái)主變壓器容量(MVA)主變壓器電壓比(kV/kV)單臺(tái)主變壓器容量(MVA)500/2201500110/1063330/11036063/1063220/11024035/1031.5220/63240220/35240變電站容量在同一城網(wǎng)中，同一級(jí)電壓的主變壓器單臺(tái)容量規(guī)格不宜超過(guò)2~3種；在同一變電站中，同一級(jí)電壓的主變壓器宜采用相同規(guī)格。當(dāng)變電站內(nèi)變壓器的臺(tái)數(shù)或變電站總?cè)萘恳堰_(dá)到規(guī)定的臺(tái)數(shù)和容量以后，如負(fù)荷繼續(xù)增長(zhǎng)，一般應(yīng)采用增建新的變電站的方式提高電網(wǎng)供電能力，而不宜采用在原變電站內(nèi)繼續(xù)擴(kuò)建增容的措施。變電站容量例題：以某地區(qū)220kV電網(wǎng)為對(duì)象，若預(yù)測(cè)2020年最大負(fù)荷為3940MW，該地區(qū)已有變電站容量為3360MVA，試計(jì)算該地區(qū)最少需要新建多少個(gè)220kV變電站。解：1）取220kV電壓等級(jí)允許的最小容載比，即β

=1.62）設(shè)新建變電站擬安裝4臺(tái)主變壓器，每臺(tái)容量為ST=240MVA，則新建變電站總?cè)萘繛镾=4ST=960MVA3）根據(jù)題意，新建變電站需要滿足的新增負(fù)荷需求為

L=3940－3360/1.6=1840MW4）該地區(qū)最少需要新建220kV變電站：

Ns=ceil{1840×1.6/960}=4座變電站選址變電站選址分為規(guī)劃選址和工程選址兩個(gè)階段規(guī)劃選址：在編制電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)進(jìn)行。對(duì)規(guī)劃電網(wǎng)內(nèi)可能布置變電站的地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先選擇，規(guī)劃出新建變電站的地點(diǎn)或范圍。工程選址：根據(jù)規(guī)劃中所確定的地點(diǎn)或范圍進(jìn)行。結(jié)合一定的變電站模式及基本平面布置，充分考慮規(guī)劃年限內(nèi)的設(shè)備發(fā)展方向和變電站建設(shè)模式，選定電氣布置方案，然后據(jù)此進(jìn)行選址。變電站選址站址選擇的一般要求：

1.接近負(fù)荷中心2.使地區(qū)電源布局合理

3.高低壓各側(cè)進(jìn)出線方便4.站址地形、地貌及土地面積應(yīng)滿足近期建設(shè)和

發(fā)展要求5.確定站址時(shí)，應(yīng)考慮其與鄰近設(shè)施的相互影響6.交通運(yùn)輸方便7.所選站址應(yīng)具有可靠水源，排水方便六、架空送電線路導(dǎo)線截面的選擇與校驗(yàn)架空送電線路導(dǎo)線截面的選擇按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇（最小）導(dǎo)線截面

35kV以上電壓等級(jí)架空線路，一般都要按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。導(dǎo)線截面的計(jì)算公式為：

式中：S——導(dǎo)線截面(mm2)；P——送電容量(kW)；UN——線路額定電壓(kV)；J——經(jīng)濟(jì)電流密度(A/mm2)，取值見(jiàn)下表：

導(dǎo)線材料最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax3000h以下3000-5000h5000h以上鋁線1.651.150.9銅線3.02.251.75架空送電線路導(dǎo)線截面的選擇2點(diǎn)注意事項(xiàng)：送電容量P的取值應(yīng)考慮線路投入運(yùn)行后5~10年的發(fā)展，在計(jì)算中必須采用正常運(yùn)行方式下經(jīng)常重復(fù)出現(xiàn)的最高負(fù)荷。在系統(tǒng)發(fā)展還不明確的情況下，切勿將導(dǎo)線截面選擇得過(guò)小。架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)對(duì)導(dǎo)線截面進(jìn)行4個(gè)方面的校驗(yàn)按電暈條件校驗(yàn)導(dǎo)線截面按導(dǎo)線長(zhǎng)期容許電流校驗(yàn)導(dǎo)線截面按電壓損失校驗(yàn)導(dǎo)線截面按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面

按以上4個(gè)方面對(duì)按經(jīng)濟(jì)電流密度選定的導(dǎo)線截面進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)校驗(yàn)不滿足時(shí)，需要增大導(dǎo)線截面架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)按電暈條件校驗(yàn)導(dǎo)線截面電暈：在110kV以上的變電所和線路上，時(shí)常能聽到“陛哩”的放電聲和淡藍(lán)色的光環(huán)，這就是電暈。電暈的產(chǎn)生是因?yàn)椴黄交膶?dǎo)體產(chǎn)生不均勻的電場(chǎng)，在不均勻的電場(chǎng)周圍曲率半徑小的電極附近當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，由于空氣游離就會(huì)發(fā)生放電，形成電暈。高海拔地區(qū)，110kV以上線路的導(dǎo)線截面，電暈往往起主要作用。導(dǎo)線產(chǎn)生電暈帶來(lái)的不良后果：1.增加送電線路的電能損失；2.對(duì)無(wú)線電通信和載波通信產(chǎn)生干擾。電暈損失，常用導(dǎo)線最大工作電場(chǎng)強(qiáng)度Emax

與全面電暈臨界電場(chǎng)強(qiáng)度E0的比值來(lái)衡量，要求：架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)按導(dǎo)線長(zhǎng)期容許電流校驗(yàn)導(dǎo)線截面根據(jù)各種不同運(yùn)行方式以及事故情況下的傳輸容量進(jìn)行選定導(dǎo)線截面的發(fā)熱校驗(yàn)，即在設(shè)計(jì)中不應(yīng)使預(yù)期的輸送容量超過(guò)導(dǎo)線發(fā)熱所能容許的數(shù)值——持續(xù)極限輸送容量。按容許發(fā)熱條件確定的持續(xù)極限輸送容量計(jì)算公式：

式中：Smax—極限輸送容量(MVA)；UN

—線路額定電壓(kV)；Imax—導(dǎo)線持續(xù)容許電流(kA)架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)按電壓損失校驗(yàn)導(dǎo)線截面只有電壓在10（6）kV以下，且導(dǎo)線截面在70~95mm2以下的線路，才進(jìn)行電壓損失校驗(yàn)。線路允許電壓損失的量，應(yīng)視線路首端的實(shí)際電壓水平確定。線路末端電壓一般允許低于其額定電壓的5%，個(gè)別情況下（如故障）允許低于其額定電壓的7.5%~10%。架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面為保證架空線路必要的安全機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于跨越鐵路、河流、公路、通信線路、居民區(qū)等特定地區(qū)的線路，導(dǎo)線截面不得小于35mm2通過(guò)其他地區(qū)的導(dǎo)線截面，按線路的類型劃分，容許的最小截面見(jiàn)下表：

注意：任何導(dǎo)線都不允許使用單股導(dǎo)線導(dǎo)線構(gòu)造架空線路等級(jí)（單位：mm2）35kV以上線路1-35kV線路1kV以下線路單股線禁止使用禁止使用禁止使用多股線251616七、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法傳統(tǒng)規(guī)劃方法以方案比較為基礎(chǔ)，從幾種給定的可行方案中，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選擇出推薦的方案。參與比較的方案是由規(guī)劃人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出的，并不一定包括客觀上的最優(yōu)方案，因此最終推薦方案包含相當(dāng)主觀的因素。傳統(tǒng)規(guī)劃方法一般分為方案形成和方案檢驗(yàn)兩個(gè)階段。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法方案形成

1.確定輸電距離在有關(guān)的地形圖上量得長(zhǎng)度，再乘以曲折系數(shù)1.1~1.15。

2.確定輸電容量將待規(guī)劃電網(wǎng)分成若干區(qū)域（行政區(qū)或供電區(qū)），在每個(gè)區(qū)域內(nèi)根據(jù)負(fù)荷與裝機(jī)容量進(jìn)行電力電量平衡，觀察各區(qū)內(nèi)電力余缺，從而確定各地區(qū)間的送電量。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法方案形成

3.選擇接線方式

從可靠性角度，電網(wǎng)接線方式分為有備用網(wǎng)絡(luò)和無(wú)備用網(wǎng)絡(luò)一般采用雙回路鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或雙回路環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)每一回路或每一鏈中，220kV變電站數(shù)量不應(yīng)超過(guò)4座一般要求變電站有來(lái)自兩個(gè)不同方向的獨(dú)立電源220kV電網(wǎng)典型接線方式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法方案檢驗(yàn)：對(duì)擬定的幾個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1.潮流計(jì)算分析觀察各方案是否滿足正常與事故運(yùn)行方式下送電能力的需要：在正常運(yùn)行方式下，各線路潮流一般應(yīng)接近線路的經(jīng)濟(jì)輸送容量，各主變壓器（聯(lián)絡(luò)變壓器）的潮流應(yīng)小于額定容量；在N-1的事故運(yùn)行方式下，線路潮流不應(yīng)超過(guò)持續(xù)允許的發(fā)熱容量，變壓器應(yīng)沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)期過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象。2.暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算檢驗(yàn)各方案在發(fā)生規(guī)定故障的情況下，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能否保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電（或允許損失部分負(fù)荷）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法3.短路電流計(jì)算目的：確定各水平年的網(wǎng)絡(luò)短路容量能否被網(wǎng)絡(luò)中所有斷路器所承受，提出今后發(fā)展新型斷路器的額定斷流容量，以及研究限制系統(tǒng)短路電流水平的措施。要求：按遠(yuǎn)景水平年計(jì)算短路電流，應(yīng)計(jì)算三相和單相短路電流。4.調(diào)相、調(diào)壓計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)滿足系統(tǒng)各種正常及事故運(yùn)行方式下電壓水平的需要，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果，原則上應(yīng)使無(wú)功就地、分層、分區(qū)基本平衡。無(wú)功補(bǔ)償裝置：分組投切的電容器、電抗器、調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器、有載調(diào)壓變壓器、發(fā)電機(jī)無(wú)功出力。5.經(jīng)濟(jì)比較網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法用傳統(tǒng)規(guī)劃方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的步驟1.確定負(fù)荷水平及電源安排2.進(jìn)行電力電量平衡以明確輸電線的送電容量及送電方向3.核定送電距離4.擬定電網(wǎng)方案5.進(jìn)行必要的電氣計(jì)算6.進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較7.綜合分析，提出推薦方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃的常規(guī)方法電網(wǎng)規(guī)劃中，電源和負(fù)荷是相對(duì)變化的：220kV電網(wǎng)規(guī)劃中，發(fā)電廠和上級(jí)500kV的變電站作為電源，220kV降壓變電站則承擔(dān)負(fù)荷。110kV電網(wǎng)規(guī)劃中，220kV變電站作為電源，110kV降壓變電站則承擔(dān)負(fù)荷。其他電壓等級(jí)電網(wǎng)類推。八、優(yōu)化規(guī)劃方法優(yōu)化規(guī)劃方法優(yōu)化的基本概念優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型x——n個(gè)待優(yōu)化變量，

x=[x1,x2,……,xn]f=f(x)——目標(biāo)函數(shù);s.t.——約束條件縮寫h(x)=0——等式約束條件；g(x)≥0——不等式約束條件優(yōu)化規(guī)劃方法優(yōu)化的基本概念優(yōu)化規(guī)劃方法優(yōu)化過(guò)程在可行解空間W內(nèi)任意生成一個(gè)初始解xini計(jì)算初始解xini的目標(biāo)函數(shù)值f(xini)按照特定跳變?cè)瓌t，使初始解xini的某些分量發(fā)生隨機(jī)變化，從而跳變?yōu)榱硪粋€(gè)解x根據(jù)約束條件，檢查解x是否在可行解空間W內(nèi)，如果不在，根據(jù)約束條件對(duì)解x進(jìn)行修正，將其拉回W內(nèi)計(jì)算解x的目標(biāo)函數(shù)值f(x)，與初始解的目標(biāo)函數(shù)值f(xini)進(jìn)行比較，選取較優(yōu)的一個(gè)解標(biāo)記為當(dāng)前最優(yōu)解xbest反復(fù)按照跳變?cè)瓌t，不斷生成新的解x，對(duì)其進(jìn)行約束檢查（修正）并計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值f(x)，與當(dāng)前最優(yōu)解xbest的目標(biāo)函數(shù)值f(xbest)進(jìn)行比較，如果新的解較優(yōu)，則更新當(dāng)前最優(yōu)解xbest，否則繼續(xù)跳變到下一個(gè)解x提前設(shè)定好一個(gè)最大迭代次數(shù)，當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到時(shí)，停止尋優(yōu)，將當(dāng)前最優(yōu)解xbest認(rèn)定為所能找到的最優(yōu)解，輸出結(jié)果優(yōu)化規(guī)劃方法優(yōu)化規(guī)劃方法的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型構(gòu)建主要包含變量選取、目標(biāo)函數(shù)的形成、約束條件的設(shè)置三個(gè)要素。變量有決策變量和狀態(tài)變量?jī)深?。決策變量表示線路是否被選中加入網(wǎng)絡(luò)，因而是整數(shù)型變量，它確定了規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。狀態(tài)變量表示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如線路潮流、節(jié)點(diǎn)電壓等，一般是實(shí)數(shù)型變量。目標(biāo)函數(shù)的形成，在電網(wǎng)規(guī)劃中主要是列寫費(fèi)用表達(dá)式，即待選線路和原有線路在實(shí)現(xiàn)輸送電力過(guò)程中所形成的費(fèi)用表達(dá)式，并使其最小化。約束條件的設(shè)置，在電網(wǎng)規(guī)劃中，主要表現(xiàn)為：對(duì)決策變量（待選線路）建設(shè)條件的約束、對(duì)狀態(tài)變量（如線路功率、節(jié)點(diǎn)電壓）上下限的約束以及各變量之間應(yīng)滿足的制約關(guān)系等。常用的約束條件有：節(jié)點(diǎn)功率平衡約束、線路輸送容量約束、節(jié)點(diǎn)電壓上下限約束等。優(yōu)化規(guī)劃方法優(yōu)化規(guī)劃模型的基本類型：

線性規(guī)劃模型（目標(biāo)函數(shù)為線性函數(shù)）非線性規(guī)劃模型（目標(biāo)函數(shù)為非線性函數(shù)）動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型（用于多階段優(yōu)化規(guī)劃）運(yùn)輸模型

運(yùn)輸模型是一種線性規(guī)劃模型。該模型的特點(diǎn)是將各電源點(diǎn)經(jīng)過(guò)輸電網(wǎng)向各負(fù)荷點(diǎn)輸送的有功功率，視為產(chǎn)銷平衡的產(chǎn)品運(yùn)輸問(wèn)題，故其數(shù)學(xué)模型稱為運(yùn)輸模型。優(yōu)化規(guī)劃方法運(yùn)輸模型的目標(biāo)函數(shù)

以原有及新建線路的輸電功率為規(guī)劃變量，以原有線路的損耗費(fèi)用和新架設(shè)線路的總支出費(fèi)用之和最少為目標(biāo)函數(shù)：n—網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；P0ij、P’0ij

—現(xiàn)有線路的輸電功率(MW)；

Pij、P’ij—新建線路的輸電功率(MW)；Lij、L’ij—原有及新建線路長(zhǎng)度(km)；Cij

—原有線路的損耗系數(shù)(萬(wàn)元/MW?km?年)；C’ij—新建線路的投資損耗系數(shù)（萬(wàn)元/MW?km?年）優(yōu)化規(guī)劃方法關(guān)于P0ij和P’0ij

,Pij和P’ij的取值

對(duì)同一支路，因起始點(diǎn)規(guī)定不同，則功率方向要設(shè)置兩個(gè)，但實(shí)際只有一個(gè)存在或至少一個(gè)為零，這樣做的目的是為了保證目標(biāo)函數(shù)總為正值P0ij和Pij表示原有和新建線路的輸電功率為從i→j方向P’0ij

和P’ij表示原有和新建線路的輸電功率為從j→i方向優(yōu)化規(guī)劃方法關(guān)于P0ij和P’0ij

,Pij和P’ij的取值

當(dāng)i=1時(shí)，j=2,3,4

1.原有線路輸電功率：2.新建線路輸電功率：當(dāng)i=2時(shí)，j=3,4

1.原有線路輸電功率：2.新建線路輸電功率：當(dāng)i=3時(shí)，j=4

1.原有線路輸電功率：2.新建線路輸電功率：優(yōu)化規(guī)劃方法運(yùn)輸模型的約束條件1.規(guī)劃變量取值約束—原有線路i-j輸送功率的上限值2.原有線路輸送功率約束優(yōu)化規(guī)劃方法運(yùn)輸模型的約束條件3.節(jié)點(diǎn)功率平衡約束

PGi

—電源節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電功率，若該節(jié)點(diǎn)發(fā)電功率與負(fù)荷自相平衡，則PGi

=0

PDk

—負(fù)荷節(jié)點(diǎn)k

的負(fù)荷功率

n1—電源節(jié)點(diǎn)數(shù)；n2—負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)優(yōu)化規(guī)劃方法節(jié)點(diǎn)功率平衡約束發(fā)電節(jié)點(diǎn)1，4：負(fù)荷節(jié)點(diǎn)2，3：優(yōu)化規(guī)劃方法通過(guò)求解運(yùn)輸模型，可得到線路潮流的最優(yōu)分配。如果求得Pij=P’ij=0

，則說(shuō)明i-j

路徑上不必架設(shè)新線路；而求出Pij=C或P’ij=C，為一定值時(shí)，便可以確定i-j路徑上應(yīng)架設(shè)的線路回路數(shù)及相應(yīng)的導(dǎo)線截面積；最后可求得最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)架設(shè)方案。運(yùn)輸模型是靜態(tài)規(guī)劃模型，只進(jìn)行一個(gè)水平年的電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃，且目標(biāo)函數(shù)作了線性化處理。運(yùn)輸模型的計(jì)算簡(jiǎn)易，所須原始資料數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單，可適用于電網(wǎng)主網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案及大電廠接入系統(tǒng)方案的初步研究，也可用于對(duì)現(xiàn)有電力網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)改造方案的研究。九、啟發(fā)式規(guī)劃方法啟發(fā)式規(guī)劃方法啟發(fā)式規(guī)劃方法以直觀分析為依據(jù)，通?；谙到y(tǒng)某一性能指標(biāo)對(duì)可行路徑上的一些線路參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，并根據(jù)一定的原則選擇最有效的線路加入系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。啟發(fā)式規(guī)劃方法根據(jù)定義的有效性指標(biāo)的不同，可分為基于線路性能指標(biāo)的啟發(fā)式方法和基于系統(tǒng)性能指標(biāo)的啟發(fā)式方法。線路性能指標(biāo)：線路是否過(guò)負(fù)荷以及過(guò)負(fù)荷嚴(yán)重程度指標(biāo)。系統(tǒng)性能指標(biāo)：系統(tǒng)是否缺負(fù)荷以及缺負(fù)荷大小指標(biāo)。

啟發(fā)式規(guī)劃方法啟發(fā)式規(guī)劃方法的計(jì)算過(guò)程可歸納為過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)、靈敏度分析和方案形成三部分。一、過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)在電網(wǎng)規(guī)劃方案形成階段，最關(guān)鍵的問(wèn)題是線路輸送容量是否足夠，即線路是否出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷的問(wèn)題，因此要進(jìn)行過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)。過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)包含正常運(yùn)行要求下的過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)和安全運(yùn)行要求下的過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)。正常運(yùn)行要求下的過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)：基于支路潮流計(jì)算，保證系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，各線路不發(fā)生過(guò)負(fù)荷。安全運(yùn)行要求下的過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)：基于某一支路斷線后的潮流計(jì)算，保證系統(tǒng)在任意一條線路故障斷開的情況下，各線路也不出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷。啟發(fā)式規(guī)劃方法一、過(guò)負(fù)荷校驗(yàn)為了保證電網(wǎng)規(guī)劃方案能夠同時(shí)滿足正常運(yùn)行要求和安全運(yùn)行要求，一般將網(wǎng)架規(guī)劃過(guò)程分成兩步來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一步，形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)：在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，以費(fèi)用最小為原則，在合適支路上增建新線，使之滿足正常狀態(tài)下的供電要求，該網(wǎng)絡(luò)稱為最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)。第二步，形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)：在最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，恰當(dāng)增加一些線路使之滿足N-1安全性要求。確定性安全準(zhǔn)則——N-1原則：電網(wǎng)中任一元件故障時(shí)仍能保持正常持續(xù)供電。啟發(fā)式規(guī)劃方法二、靈敏度分析所謂靈敏度是指系統(tǒng)某一性能指標(biāo)對(duì)不同待選線路加入系統(tǒng)后所產(chǎn)生的不同反映或變化。當(dāng)系統(tǒng)中有過(guò)負(fù)荷線路時(shí)，就要通過(guò)靈敏度分析選擇最有效的線路來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，以消除系統(tǒng)存在的過(guò)負(fù)荷。所謂線路“有效”是指待選線路加入系統(tǒng)后對(duì)其性能指標(biāo)的影響程度。常用的線路有效性指標(biāo)是計(jì)算線路單位投資所起的作用大小。啟發(fā)式規(guī)劃方法三、方案形成以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，依據(jù)靈敏度分析，可求出各待選線路的有效性指標(biāo)，并按其優(yōu)劣或大小進(jìn)行排序，然后選擇最有效待選線路逐步加入系統(tǒng)，形成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案——逐步擴(kuò)展法或者從相反的角度分析，先將所有待選線路全部加入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，然后逐步從虛擬網(wǎng)絡(luò)中剔除有效性指標(biāo)差的待選線路，最后形成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案——逐步倒推法

逐步倒推法一、方案形成策略首先根據(jù)水平年的原始資料構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含系統(tǒng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、所有孤立節(jié)點(diǎn)（指新增發(fā)電廠、負(fù)荷中心）和所有待選線路。這樣的虛擬網(wǎng)絡(luò)一般是連通的，無(wú)過(guò)負(fù)荷線路，冗余度很高但不經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)。然后對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流分析，比較各待選線路在系統(tǒng)中的作用和有效性。逐步去除有效性低的線路，直到網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有冗余線路為止，也就是說(shuō)再去掉任何新增線路都會(huì)引起系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷或解列。逐步倒推法二、有效性指標(biāo)在逐步倒推法中，以一條線路在系統(tǒng)中的載流量大小來(lái)衡量其有效性。考慮線路投資影響后，認(rèn)為投資小且載流量大的線路即為有效線路。因此定義線路有效性指標(biāo)為：Pl——待選線路l上的功率潮流Cl

——待選線路l的建設(shè)投資Se——待選線路集合某條待選線路上通過(guò)的潮流越大，投資越小，則指標(biāo)值越大，其有效性越好。逐步倒推法三、形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算流程

步驟1：原始數(shù)據(jù)輸入，包括：規(guī)劃水平年各節(jié)點(diǎn)的發(fā)電出力及負(fù)荷；原有和新增加線路的長(zhǎng)度；原有線路的最大允許功率；待選線路集合等。

步驟2：將所有待選線路全部加入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，形成虛擬網(wǎng)絡(luò)。

步驟3：形成虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電納矩陣B和節(jié)點(diǎn)注入功率向量P，采用直流潮流模型，計(jì)算支路潮流。步驟4：計(jì)算各條待選線路的有效性指標(biāo)El

，按El從小到大順序?qū)⒏鳁l待選線路排序，設(shè)k=1。

逐步倒推法三、形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算流程步驟5：從虛擬網(wǎng)絡(luò)中去掉排在第k位的待選線路，修正節(jié)點(diǎn)電納矩陣B相關(guān)元素，重新進(jìn)行支路潮流計(jì)算。步驟6：檢驗(yàn)是否出現(xiàn)線路過(guò)負(fù)荷或系統(tǒng)解列：若沒(méi)有，則轉(zhuǎn)步驟（4）；若有，則保留該條待選線路，恢復(fù)節(jié)點(diǎn)電納矩陣B相關(guān)元素。步驟7：判斷排序序列中第k位后是否還有待選線路，若有，令k=k+1，轉(zhuǎn)步驟（5），若沒(méi)有則轉(zhuǎn)步驟（8）。步驟8：輸出最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。逐步倒推法四、注意事項(xiàng)在逐步去除有效性低的線路時(shí)，有些線路的有效性指標(biāo)雖然較低，但它們對(duì)系統(tǒng)或其他線路的影響較大，因此應(yīng)當(dāng)保留。這些線路主要有以下兩類：1.該線去除后會(huì)引起系統(tǒng)解列2.該線去除后會(huì)引起其他線路過(guò)負(fù)荷逐步倒推法中，選擇有效線路只是針對(duì)待選線路而言，系統(tǒng)中的原有線路一律保留。逐步倒推法逐步倒推法五、形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算流程步驟1：對(duì)最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)，順次斷開網(wǎng)絡(luò)中的一條線路（N-1開斷），采用直流潮流模型計(jì)算支路潮流。步驟2：對(duì)支路潮流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到所有N-1故障下的線路總過(guò)負(fù)荷值φ，若φ=0，轉(zhuǎn)步驟（6）。M——網(wǎng)絡(luò)中所有支路集合；Mol,oi——支路i單線開斷時(shí)過(guò)負(fù)荷線路集合；Pl——過(guò)負(fù)荷線路l的潮流；

——線路l傳輸功率上限值逐步倒推法五、形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算流程步驟3：對(duì)最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)，順次選取一條已有支路增加一回線路，再進(jìn)行N-1線路開斷潮流計(jì)算分析，得到新線加入后的N-1故障下線路總過(guò)負(fù)荷值φ’。步驟4：計(jì)算各條增加線路的有效性指標(biāo)E’l。

步驟5：將E’l最大的線路加入網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)步驟（1）。步驟6：輸出最終網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。逐步倒推法六、計(jì)算舉例

采用逐步倒推法，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外規(guī)劃研究人員所廣泛采用的Garver-6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃計(jì)算。

1.原始資料

原始網(wǎng)絡(luò)圖由原始網(wǎng)絡(luò)圖可知：節(jié)點(diǎn)1，3為電源&負(fù)荷節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)2，4，5為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)6為新增電源節(jié)點(diǎn)原始網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非連通系統(tǒng)需要通過(guò)擴(kuò)建線路將節(jié)點(diǎn)6電源接入網(wǎng)絡(luò)帶負(fù)荷，并且在原有節(jié)點(diǎn)間增建線路以加強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

逐步倒推法六、計(jì)算舉例

表1規(guī)劃水平年各節(jié)點(diǎn)電源出力和最大負(fù)荷數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)電出力（MW）負(fù)荷（MW）1508020240316540401605024065450逐步倒推法六、計(jì)算舉例表2各支路單回線路特性參數(shù)首末節(jié)點(diǎn)1|21|31|41|51|62|32|42|52|63|43|53|64|54|65|6長(zhǎng)度/km

403860206820403130592048633061X/p.u.0.40.380.60.20.680.20.40.310.30.590.20.480.630.30.61極限傳輸容量/MW

1001008010070100100100100821001007510078逐步倒推法2.形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)

1）將所有待選線路加入系統(tǒng)構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)，路徑方案及支路編號(hào)如表所示。相應(yīng)虛擬網(wǎng)絡(luò)的路徑示意圖如圖所示。

支路編號(hào)線路首末節(jié)點(diǎn)原有線路數(shù)擬擴(kuò)建線路數(shù)虛擬網(wǎng)絡(luò)線路數(shù)11—211221—410131—511242—311252—411262—605573—512383—601194—6044逐步倒推法關(guān)于待選線路的設(shè)定：原始網(wǎng)絡(luò)圖中有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，理論上，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都可以架設(shè)線路，共有15條可行擴(kuò)建路徑。但擴(kuò)建路徑選擇以及路徑上可擴(kuò)建的線路數(shù)，通常先由規(guī)劃人員依據(jù)電源出力、負(fù)荷分布及大小等情況初步設(shè)定。由原始網(wǎng)絡(luò)圖可知，節(jié)點(diǎn)6為新增電源點(diǎn)，依據(jù)供求關(guān)系，顯然應(yīng)盡可能向就近的較大負(fù)荷點(diǎn)供電，故節(jié)點(diǎn)2-6與節(jié)點(diǎn)4-6之間設(shè)置的線路數(shù)目較多些。逐步倒推法2．形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)2）形成虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電納矩陣B和節(jié)點(diǎn)注入功率向量P，采用直流潮流模型，計(jì)算支路潮流。選節(jié)點(diǎn)6作為平衡節(jié)點(diǎn)。逐步倒推法2．形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)3）設(shè)線路單位長(zhǎng)度投資費(fèi)用為20萬(wàn)元/km，根據(jù)支路潮流計(jì)算結(jié)果，計(jì)算各待選線路有效性指標(biāo)El，按從小到大的順序排序。

注意：計(jì)算待選線路有效性指標(biāo)時(shí)，需要將總的支路潮流在原有線路和待選線路之間按比例進(jìn)行分配，例如：P1-2=-53.5771，由于虛擬網(wǎng)絡(luò)中，線路1-2之間有1條原有線路和1條待選線路，則指標(biāo)計(jì)算公式為：支路編號(hào)線路首末節(jié)點(diǎn)支路潮流（MW)線路有效性指標(biāo)排序序號(hào)11-2-53.57710.0167321-4-23.21420.0064231-546.79130.0585742-325.13980.0314552-4-16.06550.0050162-6-302.65140.0673873-5193.20870.1610983-6-43.06890.0187494-6-199.27970.05546逐步倒推法2．形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)4）待選線路中，節(jié)點(diǎn)2-4間待選線路5的有效性指標(biāo)最小，嘗試去掉該線路，重新進(jìn)行潮流計(jì)算，看是否會(huì)造成系統(tǒng)解列和線路過(guò)負(fù)荷

1.由于節(jié)點(diǎn)2和4之間原有1條線路，因此去掉待選線路5不會(huì)造成系統(tǒng)解列。

2.修正節(jié)點(diǎn)電納矩陣B相關(guān)元素B24，B42，B22，B44，重新計(jì)算支路潮流。支路潮流計(jì)算和檢驗(yàn)結(jié)果為：|P1-2|=|-52.9395|MW<2×100MW

|P1-4|=|-24.1600|MW<1×80MW，|P1-5|=|47.0995|MW<2×100MW

|P2-3|=|-24.3782|MW<2×100MW，|P2-4|=|-9.7702|MW<1×100MW|P2-6|=|-307.5475|MW<5×100MW，|P3-5|=|192.9005|MW<3×100MW

|P3-6|=|-43.5222|MW<1×100MW，|P4-6|=|-193.9302|MW<4×100MW結(jié)論：待選線路5退出后沒(méi)有引起其它線路過(guò)負(fù)荷和系統(tǒng)解列，判定該線路可以去掉。注意：如果線路退出會(huì)引起系統(tǒng)解列或過(guò)負(fù)荷，則該線路應(yīng)予以保留，這時(shí)需要進(jìn)行有效性指標(biāo)依次降低的線路分析。

逐步倒推法2.形成最小費(fèi)用網(wǎng)絡(luò)

5）重新計(jì)算新的虛擬網(wǎng)絡(luò)的待選線路有效性指標(biāo)并排序，重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，一直到?jīng)]有待選線路能夠去掉為止，也就是去掉任何一條待選線路都將引起系統(tǒng)解列或線路過(guò)負(fù)荷。

最終規(guī)劃結(jié)果為：最初擬建16條待選線路，可去除9條，按支路號(hào)其去除順序?yàn)椋?，1，8，3，9，9，6，4，7。保留7條有效性較高的待選線路：6，6，6，6，7，9，9。支路編號(hào)線路首末節(jié)點(diǎn)原有線路數(shù)最終規(guī)劃線路數(shù)有功潮流（MW）11-211-51.251121-411-31.747931-51152.999142-31162.000952-4113.629362-604-356.881373-512187.000983-600094-602-188.1187逐步倒推法3.形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案迭代次數(shù)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號(hào)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ’/MW

有效性指標(biāo)E’l1247.31931211.65550.8916支路7增加一回線路2255.9751-0.14433166.19204.05644240.57370.33735242.76920.11386192.92631.81317121.99306.26638215.77900.65719163.31132.8003N-1檢驗(yàn)過(guò)程表

逐步倒推法3.形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案迭代次數(shù)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號(hào)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ’/MW

有效性指標(biāo)E’l2

121.9930

1120.60240.0348支路9增加一回線路2142.3321-0.3390391.99301.5000490.00001.59975120.00000.0498664.66861.91087123.7602-0.0884835.25081.8071949.77032.4074逐步倒推法3.形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案迭代次數(shù)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號(hào)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ’/MW

有效性指標(biāo)E’l349.7703153.9122-0.1035支路3增加一回線路236.94660.2137317.87621.5947422.20221.3784539.24370.2632630.00000.6590750.8195-0.0525801.0369937.07000.4233逐步倒推法3.形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案迭代次數(shù)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號(hào)N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過(guò)負(fù)荷值φ’/MW

有效性指標(biāo)E’l417.8762122.2727-0.1099支路6增加一回線路23.64850.2371317.10260.0387420.4104-0.126757.80490.2518600.5959719.0459-0.0585800.372494.99170.4295逐步倒推法3.形成滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案通過(guò)4次迭代計(jì)算，依次在支路7，9，3，6加入一回線路后，可以使系統(tǒng)在任一回線路斷開的情況下保證正常運(yùn)行而不出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷狀況。表中：第3次迭代計(jì)算完成后，觀察總過(guò)負(fù)荷值和有效性指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，雖然支路8增加一回線路后，它的有效性指標(biāo)不是最高的，但是它加入后已經(jīng)可以使系統(tǒng)在任一回線路斷開的情況下，保證正常運(yùn)行而不出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷狀況。可見(jiàn)，支路3和6各增加一回線路與支路8增加一回線路都能滿足N-1安全要求。需進(jìn)一步比較這兩種方案的經(jīng)濟(jì)性。已知線路3長(zhǎng)度為20km，線路6長(zhǎng)度為30km，線路8長(zhǎng)度為48km，因?yàn)?0+30=50>48，所以加入線路8比加入線路3和6投資小，故支路8加入一回線路的方案的經(jīng)濟(jì)性更好。最終規(guī)劃方案中，增加一回線路的支路依次為：7，9，8。逐步倒推法4.最終的規(guī)劃方案和網(wǎng)絡(luò)接線圖支路編號(hào)線路首末節(jié)點(diǎn)原有線路數(shù)最終規(guī)劃線路數(shù)有功潮流/MW

11-211-33.478921-411-26.818531-51130.297442-31127.354352-411-6.748962-604-294.084273-513209.702683-601-57.348394-603-193.5675逐步擴(kuò)展法一、方案形成策略逐步擴(kuò)展法的方案形成策略是：根據(jù)各待選線路對(duì)過(guò)負(fù)荷支路過(guò)負(fù)荷量消除的有效度，選擇恰當(dāng)待選線路，加到網(wǎng)絡(luò)上，直到網(wǎng)絡(luò)無(wú)過(guò)負(fù)荷為止。二、有效性指標(biāo)當(dāng)系統(tǒng)中存在多條過(guò)負(fù)荷線路時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮增加一條新線路對(duì)所有過(guò)負(fù)荷線路的綜合效益，為此定義綜合有效性指標(biāo)：ΔPlk——待選線路k加入網(wǎng)絡(luò)后過(guò)負(fù)荷線路l的過(guò)負(fù)荷削減量Ck

——待選線路k的建設(shè)投資Mol

——過(guò)負(fù)荷線路集合逐步擴(kuò)展法三、對(duì)不連通網(wǎng)絡(luò)的處理

在電網(wǎng)規(guī)劃中經(jīng)常遇到有新建電廠及新負(fù)荷中心的問(wèn)題。當(dāng)新建一個(gè)發(fā)電廠或新出現(xiàn)一個(gè)負(fù)荷中心時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通常是不連通的，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法進(jìn)行潮流計(jì)算。對(duì)于初始不連通網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)在所有可擴(kuò)展支路上增加一個(gè)虛擬線路來(lái)消除，該虛擬線路電抗一般要遠(yuǎn)大于正常電抗值（比如10000倍）。由此，不連通區(qū)域間的虛擬線路將嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷。這樣，分離區(qū)域的連接問(wèn)題同樣可以作為減少過(guò)負(fù)荷問(wèn)題來(lái)實(shí)現(xiàn)。

逐步擴(kuò)展法四、算法流程用逐步擴(kuò)展法進(jìn)行網(wǎng)架規(guī)劃分為兩個(gè)階段：階段1：實(shí)現(xiàn)正常狀態(tài)下的無(wú)過(guò)負(fù)荷線路網(wǎng)絡(luò)——滿足N安全性要求的網(wǎng)絡(luò)。階段2：對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步增強(qiáng)以考慮單一故障的影響——滿足N-1安全性要求的網(wǎng)絡(luò)。1）階段1算法流程步驟1：原始數(shù)據(jù)輸入，包括：規(guī)劃水平年各節(jié)點(diǎn)的發(fā)電出力、負(fù)荷；原有線路和新增加線路的長(zhǎng)度；原有線路的最大允許功率；待選線路集合等。步驟2：形成當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電納矩陣B和節(jié)點(diǎn)注入功率向量P，采用直流潮流模型，計(jì)算支路潮流。逐步擴(kuò)展法1）階段1算法流程步驟3：檢查網(wǎng)絡(luò)中是否有過(guò)負(fù)荷線路。若有，則形成過(guò)負(fù)荷線路集，轉(zhuǎn)步驟（4）；若沒(méi)有，則轉(zhuǎn)步驟（7）。步驟4：逐次取一條待選線路加入當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)，修正節(jié)點(diǎn)電納矩陣B，采用直流潮流模型，計(jì)算支路潮流。步驟5：計(jì)算所有待選線路的綜合有效性指標(biāo)Ek并按從大到小的順序排序。步驟6：選取有效性指標(biāo)最大者加入當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)，修改節(jié)點(diǎn)電納矩陣B，采用直流潮流模型，計(jì)算支路潮流，轉(zhuǎn)步驟（3）。步驟7：輸出網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。逐步擴(kuò)展法逐步擴(kuò)展法2）階段2算法流程