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)是對主網(wǎng)網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃。目前，我國電網(wǎng)規(guī)劃主要的解決問題為：

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)或省級電網(wǎng)的受端主干電網(wǎng)規(guī)劃

3.大區(qū)電網(wǎng)或省級電網(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：方法簡單易操作。缺點(diǎn)是：方案的擬定由技術(shù)人員來完成，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)不得不對具體問題做大量簡化；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題簡化為線形電路問題，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。至于輸電線上的無功潮流相對較小，可近似認(rèn)為它對有功潮流分布沒有影響?；谶@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，每一行的對角元素Yii等于同一行其他非對角元素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)以下條件對交流潮流方程進(jìn)行簡化，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)以下條件對交流潮流方程進(jìn)行簡化，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：

以上簡化條件對有功潮流分布不致引起較大誤差！直流潮流模型將以上簡化條件表達(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，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、線路始末節(jié)點(diǎn)編號等步驟2：生成節(jié)點(diǎn)電納矩陣B、支路電納對角矩陣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單。由于方程式是線性的，可以直接求解，無需迭代過程，即不存在收斂問題，故可以快速進(jìn)行追加或開斷線路后的潮流估算。通過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。一般說來，線路輸送能力主要與輸送距離和電壓等級有關(guān)：1.輸送距離一定時(shí)，線路輸送功率與其電壓等級的平方成正比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，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)其電壓等級已知，而且輸送距離一般都較長，因此，線路的輸送能力主要由動(dòng)穩(wěn)定條件來決定。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)度來決定。熱穩(wěn)定

電流通過導(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，熱量來不及向周圍介質(zhì)散發(fā)，嚴(yán)重時(shí)會造成導(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（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)電壓等級的選擇電網(wǎng)電壓等級選擇原則選定的電壓等級應(yīng)符合國家電壓標(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)盡可能簡化電壓等級我國現(xiàn)有電網(wǎng)的電壓等級配置大致分為兩類

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

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

輸電電壓等級:1000，750，500，330，220kV

高壓配電電壓等級:110，63，35kV

中壓配電電壓等級:

10，6，3kV

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

我國各電壓等級輸送能力統(tǒng)計(jì)表電網(wǎng)電壓等級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

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，各級電壓線路每公里電力損失的相對值近似為：

式中：——每公里電力損失的相對值

——線路的額定電壓，kV——線路長度，km

送電線路的電力損失相對值正常不宜超過5%五、變電站的站址及容量選擇變電站數(shù)量的一般計(jì)算在對規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測的基礎(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)與對應(yīng)的總負(fù)荷(kW)的比值。分電壓等級分區(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)。——容載比，kVA/kW；——該電壓等級單個(gè)變電站的容量——該電壓等級的全網(wǎng)最大預(yù)測負(fù)荷容載比實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)經(jīng)濟(jì)增長和城市社會發(fā)展的不同階段，對應(yīng)的城網(wǎng)負(fù)荷增長速度可分為較慢、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)荷增長情況較慢增長中等增長較快增長年負(fù)荷平均增長率小于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)各臺主變壓器容量之和一個(gè)變電站的主變壓器臺數(shù)最終規(guī)模不宜少于2臺或多于4臺《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中推薦的單臺變壓器容量規(guī)格：主變壓器電壓比(kV/kV)單臺主變壓器容量(MVA)主變壓器電壓比(kV/kV)單臺主變壓器容量(MVA)500/2201500110/1063330/11036063/1063220/11024035/1031.5220/63240220/35240變電站容量在同一城網(wǎng)中，同一級電壓的主變壓器單臺容量規(guī)格不宜超過2~3種；在同一變電站中，同一級電壓的主變壓器宜采用相同規(guī)格。當(dāng)變電站內(nèi)變壓器的臺數(shù)或變電站總?cè)萘恳堰_(dá)到規(guī)定的臺數(shù)和容量以后，如負(fù)荷繼續(xù)增長，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)為對象，若預(yù)測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電壓等級允許的最小容載比，即β

=1.62）設(shè)新建變電站擬安裝4臺主變壓器，每臺容量為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?。?dǎo)線截面

35kV以上電壓等級架空線路，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)線截面選擇得過小。架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)對導(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，在不均勻的電場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)生電暈帶來的不良后果：1.增加送電線路的電能損失；2.對無線電通信和載波通信產(chǎn)生干擾。電暈損失，常用導(dǎo)線最大工作電場強(qiáng)度Emax

與全面電暈臨界電場強(qiáng)度E0的比值來衡量，要求：架空送電線路導(dǎo)線截面的校驗(yàn)按導(dǎo)線長期容許電流校驗(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（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4座一般要求變電站有來自兩個(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)超過持續(xù)允許的發(fā)熱容量，變壓器應(yīng)沒有長時(shí)期過負(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)使無功就地、分層、分區(qū)基本平衡。無功補(bǔ)償裝置：分組投切的電容器、電抗器、調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器、有載調(diào)壓變壓器、發(fā)電機(jī)無功出力。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)荷是相對變化的：220kV電網(wǎng)規(guī)劃中，發(fā)電廠和上級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)按照特定跳變原則，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)按照跳變原則，不斷生成新的解x，對其進(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)變量兩類。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：對決策變量（待選線路）建設(shè)條件的約束、對狀態(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—原有及新建線路長度(km)；Cij

—原有線路的損耗系數(shù)(萬元/MW?km?年)；C’ij—新建線路的投資損耗系數(shù)（萬元/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)算簡易，所須原始資料數(shù)據(jù)比較簡單，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)：線路是否過負(fù)荷以及過負(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)算過程可歸納為過負(fù)荷校驗(yàn)、靈敏度分析和方案形成三部分。一、過負(fù)荷校驗(yàn)在電網(wǎng)規(guī)劃方案形成階段，最關(guān)鍵的問題是線路輸送容量是否足夠，即線路是否出現(xiàn)過負(fù)荷的問題，因此要進(jìn)行過負(fù)荷校驗(yàn)。過負(fù)荷校驗(yàn)包含正常運(yùn)行要求下的過負(fù)荷校驗(yàn)和安全運(yùn)行要求下的過負(fù)荷校驗(yàn)。正常運(yùn)行要求下的過負(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)生過負(fù)荷。安全運(yùn)行要求下的過負(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)過負(fù)荷。啟發(fā)式規(guī)劃方法一、過負(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)劃過程分成兩步來實(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)中有過負(fù)荷線路時(shí)，就要通過靈敏度分析選擇最有效的線路來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，以消除系統(tǒng)存在的過負(fù)荷。所謂線路“有效”是指待選線路加入系統(tǒng)后對其性能指標(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，無過負(fù)荷線路，冗余度很高但不經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)。然后對虛擬網(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)沒有冗余線路為止，也就是說再去掉任何新增線路都會引起系統(tǒng)過負(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)中的載流量大小來衡量其有效性?？紤]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)線路過負(fù)荷或系統(tǒng)解列：若沒有，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.該線去除后會引起系統(tǒng)解列2.該線去除后會引起其他線路過負(fù)荷逐步倒推法中，選擇有效線路只是針對待選線路而言，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)過負(fù)荷線路集合；Pl——過負(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，對目前國內(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)線路單位長度投資費(fèi)用為20萬元/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，看是否會造成系統(tǒng)解列和線路過負(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退出后沒有引起其它線路過負(fù)荷和系統(tǒng)解列，判定該線路可以去掉。注意：如果線路退出會引起系統(tǒng)解列或過負(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)總過負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過負(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)總過負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過負(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)總過負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過負(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)總過負(fù)荷值φ/MW支路嘗試增加一回線路后加線情況支路號N-1檢驗(yàn)系統(tǒng)總過負(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)過負(fù)荷狀況。表中：第3次迭代計(jì)算完成后，觀察總過負(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)過負(fù)荷狀況。可見，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長度為20km，線路6長度為30km，線路8長度為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)各待選線路對過負(fù)荷支路過負(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)無過負(fù)荷為止。二、有效性指標(biāo)當(dāng)系統(tǒng)中存在多條過負(fù)荷線路時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮增加一條新線路對所有過負(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)后過負(fù)荷線路l的過負(fù)荷削減量Ck

——待選線路k的建設(shè)投資Mol

——過負(fù)荷線路集合逐步擴(kuò)展法三、對不連通網(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)將無法進(jìn)行潮流計(jì)算。對于初始不連通網(wǎng)絡(luò)，可以通過在所有可擴(kuò)展支路上增加一個(gè)虛擬線路來消除，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)重過負(fù)荷。這樣，分離區(qū)域的連接問題同樣可以作為減少過負(fù)荷問題來實(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)下的無過負(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)中是否有過負(fù)荷線路。若有，則形成過負(fù)荷線路集，轉(zhuǎn)步驟（4）；若沒有，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