（电气工程专业论文）小型水电站接入系统的设计与研究.pdf

摘要 本文根据地区负荷分布和电厂合理供电范围，进行小型水电站接入系统设 计。研究最佳接入系统方式，并提出系统运行对电站的技术要求。根据该小型水 电站装机容量及所处的地理位置，设计范围为与电站送出的有关3 5 1 1 0 千伏地 区电网。 本文由六章组成： 第一章针对地区电力系统负荷现状的调研，提出本文的主题：小型水电站接 入系统设计与研究。阐述了本文的选题意义，及主要工作。 第二章研究负荷发展预测，实现电力电量平衡。鉴于负荷精确建模困难，研 究基于神经网络的电力负荷预测方法，与传统的负荷预测方法进行比较。 第三章提出该小型水电站接入系统的方案。包括送出电压等级，出线回路数， 电站电气主接线，电站上网引起1 1 0 千伏电网改建等。 第四章建立潮流计算数学模型，对电力网络运行方式进行潮流计算。分析该 网络的电压水平高低，功率分布和电能损耗的合理性及经济性，从而对该网络设 计及运行作出评价，为校核原有设备和选择新设备，对电网进行短路计算。 第五章提出系统继电保护及安全自动装置配霞方案，系统调度自动化配置方 案，系统通讯配置方案。 第六章对小型水电站接入系统设计与研究进行总结与展望，并对如何解决实 际工作可能出现的问题给予建议。 关键词：小型水电站接入系统神经网络负荷预测潮流计算 a b s t r a c t t h et a s ko fd e s i g na b o u ts m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o nc o n n e c t i n gt ot h es y s t e mi s t oa n a l y s et h eb e s ts t y l eo fc o n n e c t i n g ，a n dt h en e t w o r ks c h e m eo ft h ep o w e rs t a t i o n t r a n s m i s s i o ne n g i n e e r i n ga n dc o n s t r u c t i o ns c a l ea n dt op u tf o r w a r dt h et e c h n i c a l d e m a n d so fp o w e rs t a t i o na b o u tt h es y s t e m o p e r a t i o n ，a c c o r d i n gt ot h el o a dl a y o u t a n dr e a s o n a b l ep o w e r s e r v i c ei nt h er a n g e a c c o r d i n gt ot h eh y d r o p o w e r si n s t a l l e d g e n e r a t i n gc a p a c i t ya n dg e o g r a p h yl o c a t i o n ，t h er a n g eo fd e s i g n i n ga b o u tl o c a ln e to f p o w e rs t a t i o ni sf r o m 3 5 k vt o1 1 0 k v i ti sc o m p o s e do ff o u rp a r t s f i r s t ，p a r to n ei st of o r e c a s tl o a dd e v e l o p m e n t ，a n dt ob a l a n c ee l e c t r i ce n e r g ya n d e n e r g y a n a l y s et h em e t h o do fl o a df o r e c a s to nt h eb a s i so fn e u r a ln e t w o r k t om e e t t h en e e do fl o c a lr e s o u r c e s e x p l o r a t i o n ，w em u s ts p e e du pt h ec o n s t r u c t i o no ft h e e l e c t r i cp o w e r p a r tt w op u tf o r w a r dt h es c h e m eo ft h es m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o nc o n n e c tt ot h e s y s t e m ，i n c l u d i n gv o l t a g e ，c l a s s ，o u t - l i n e ，e l e c t r i cm a i nw i r i n g , m o d i f i c a t i o n ，s c h e m e a b o u tp o w e rs t a t i o nc o n n e c tt ot h en e t w o r kc a u s eo f11 0 k vn e t p a nt h r e ei st ob u i l dm a t hm o d e lo f p o w e rf l o w , a n dt ot a k ep o w e rf l o wc o m p u t e f o rp o w e rn e t w o r k i no r d e rt oc o r r e c to l de q u i p m e n ta n dc h o o s en e we q u i p m e n t ， s h o r tc i r c u i ti sc o m p u t e d p a nf o u ri st op u tf o r w a r df i x a t i o ns c h e m eo fp o w e r p r o t e c t i o na n da u t o m a t i o n s y s t e md i s p a t c hc e n t e ra u t o m a t i o na n ds y s t e mc o m m u n i c a t i o n sa u t h o r i z a t i o n f i n a l l yt a k ea d v i c ea b o u t1 1 0 k vo p e r a t i o ns t y l e k e y w o r d s ：s m a l lh y d r o p o w e r ；c o n n e c tt ot h es y s t e m ；f o r e c a s tl o a d ；n e u r a ln e t w o r k ； p o w e rf l o wc o m p u t e ； - 海人学丁程硕士论文 第一章绪论 1 1 引言 新建水电站所在的地区目前处在地方主网覆盖地区以外。该地区已建成和 在扩建的水、火电站有小干沟水电站、乃吉里水电站钾肥厂动力火电厂和燃气 电厂总装机9 万千瓦，电力盈余1 4 8 2 5 万千瓦，以后，随着地区资源开发 力度加大，该地区用电需求剧增，预计到设计水平年冬季最大供电负荷高低水 平分别为1 2 3 6 、8 2 6 6 万千瓦，按设计水平年地区电网枯水期8 0 万千瓦的 最大供电能力，已无法满足供电需求，新建水电站建成投运可暂时缓解这一供 需矛盾，尤其在3 3 0 千伏向地区送电工程建成之前，新建水电站的建成发电在 地区电网中的地位与作用极其重要，即便是同后，3 3 0 千伏进到该地区，从提 高主网长线送电的稳定水平和受端电网的可靠性分析，新建水电站建设无疑也 将是十分必要的 本章针对地区电力系统负荷现状的调研，提出本文的主题：小型水电站接 入系统设计与研究。阐述了本文的选题意义，及主要工作。 1 2 地区电力系统现况及水电站概况 一、电源现况 该地区电网现有水、火电厂4 座，总装机8 4 力千瓦。其中：水电站2 座， 装机4 1 万千瓦，占总装机的4 8 8 ：火电厂2 座，装机4 3 万千瓦，占总装 机的5 1 2 。现年总发电量为2 j 9 亿千瓦时。简介如下： 1 乃吉里水电站 该电站于1 9 7 9 年建成投运，装机3 x 0 3 万千瓦，保证出力0 3 2 2 5 万千瓦： 经温泉水库调节后，保证出力o 6 万千瓦；多年平均发电量为0 5 2 亿千瓦时。 电站以一回3 5 千伏出线接入3 5 千伏城中变。现有1 0 千伏直馈负荷0 3 万千瓦 ( 联营镁合金厂) 。 2 小干沟水电站 该电站于1 9 9 1 年建成投运，装机4 x 0 8 万千瓦( 因设计原因，最大只能 同时开三台机组) ，保证出力1 8 7 万千瓦；经温泉水库调节后，保证出力2 4 万千瓦；多年平均发电量为1 2 亿千瓦时。电站1 1 0 千伏出线两回，均接入1 1 0 千伏城东南变电所。 3 钾肥厂动力火电厂 电厂装机3 0 6 万千瓦，年发电量为0 9 亿千瓦时。电厂1 1 0 千伏出线两 回。一回供钾肥厂一期用电，一回与1 1 0 千伏城东南变相联。现有1 0 千伏直馈 负荷0 5 万千瓦( 钾肥厂家属区) 。目前正在扩建第四台0 6 万千瓦火电机组， 预计一年后投产。 4 燃气电厂 电厂装机2 5 万千瓦，受高海拔的影响现实际最大发电出力1 6 万千瓦。 3 5 千伏出线两回，一回供炼油厂，一回与1 1 0 千伏城东南变相联。 该厂计划两年后动工扩建第二台装机2 0 万千瓦燃气机组，预计三年后投 运。 二、电网现况 该地区电网是一个1 1 0 3 5 1 0 千伏电网，现有1 1 0 千伏地区变电所l 座 河海人学t 程颂l 论空 ( 即城东南变) ；1 1 0 千伏用户变电所l 座( 即青钾一期总降变) ；3 5 千伏地区 变电所3 座，即：城中变、鱼水河变、察尔汗变，变电总容量3 1 2 万千伏安； 3 5 千伏用户变电所1 座，即炼油厂变( 2 1 2 5 万千伏安) 。1 1 0 千伏输电线路 4 条，全长1 3 4 1 9 公里；3 5 千伏线路6 条，全长“0 0 1 公里；1 0 千伏配电线 路1 8 7 9 5 公里。 现年系统冬季最大供电负荷4 6 2 万千瓦，夏季最大供电负荷3 9 万千瓦。 现年地区电网各变电所概况如下： l 、1 1 0 千伏城东南变 是地区电网目前唯一的一座1 1 0 干伏地区变电所，变电容量为2 l _ 6 万千 伏安，主变为有载调压型，电压为1 l o 3 j 1 0 千伏。1 1 0 千伏出线三回，两 回至小干沟电蟊占，一回至青钾动力火电厂：3 5 千伏出线三回，一回至燃气电厂， 一回至炼油厂，一回至3 j 千伏城中变；1 0 千伏主要供昆仑钢厂和市东南区市 政、工业生产及居民生活用电。现年该变最大供电负荷1 7 万千瓦( 含炼油厂 用电) 。 2 、3 5 千伏城中变 变电容量为2 1 _ 0 万千伏安，主变为无载调压型。3 5 千伏出线三回，一 回至城东南变，一回至乃吉旱水电站，一回供3 5 干伏鱼水河和察尔汗变，1 0 千伏供市东南区以外的其它市区用电。现年该变最大供电负荷1 3 万千瓦( 含 鱼水河变和察尔汗变o 2 万千瓦供电负荷) 。 3 、3 5 千伏鱼水河变 是新建的地区变电所，变电容量为2 0 4 力- 千伏安，由城中变进线一回， 向察尔汗变出线一回。1 0 千伏主要供附近硫酸钾厂和高纯镁砂厂的生产生活用 电。因两厂没有生产，现有最大供电负荷约o 0 l 万千瓦。 4 、3 5 千伏察尔汗变 变电容量为2 x 0 1 6 万千伏安，由鱼水河变进线一回，1 0 千伏主要供察尔 汗盐湖小型钾肥厂的生产生活用电，现有最大供电负荷约0 2 万千瓦。 现年地区电网现状地理示意及原则接线见附图x 一0 l 三、新建水电站概况 新建水电站位于该地区主河上，大坝距上游温泉水库6 0 k m ，距下游小干沟 水电站1 4 k m ，距市6 7 k m ，交通便利。 新建水电站总库容9 7 8 万m 3 ，调节库容1 9 7 万m 3 ，属引水式日调节电站， 装机2 x1 万千瓦，保证出力1 0 9 4 0 万千瓦。多年平均发电量1 7 7 6 万千瓦时， 年发电设备利用小时5 8 9 0 小时，可常年发电。 电站建设期3 年，工程总投资1 9 9 4 4 2 2 万元。 1 3 选题的意义 小型水电站接入电力系统的设计的基本目的是使水电站建成后，能将电能 安全、经济、合理地送往电力系统，充分发挥水电效益，并为电站电气设计提 供依据。接入系统设计与电站的动能、水工、机电及电网、电力用户等有密切 关系。由于水电站地处偏僻、地形复杂、电站枢纽布置和出线较困难，且远离 负荷中心，均为远距离输电，技术问题多，设计时充分注意这些特点。正确处 理各方面的关系，解决好各种技术问题，合理确定接入方案。 新建水电站所在的地区目前处在主网覆盖地区以外。该地区已建成和在扩 建的水、火电站有小干沟水电站、乃吉里水电站钾肥厂动力火电厂和燃气电厂 坷海大学工程顾二l 论文 总装机9 万千瓦，电力盈余1 4 8 2 5 万千瓦，以后，随着地区资源开发力度 加大，该地区用电需求剧增，预计到设计水平年冬季最大供电负荷高低水平分 别为1 2 3 6 、8 2 6 6 万千瓦，按设计水平年地区电网枯水期8 0 万千瓦的最大 供电能力，已无法满足供电需求，新建水电站建成投运可暂时缓解这一供需矛 盾。以此为工程背景，展开小型水电站接入系统设计与研究。 1 4 本文的主要工作 根据该小型水电站装机容量及所处的地理位置，设计范围为与电站送出的 有关3 5 1 1 0 千伏地区电网。设计内容包括四部分：一、首先进行研究负荷发 展预测方法，实现电力电量平衡。鉴于负荷精确建模困难，研究基于神经网络 的电力负荷预测方法，与传统的负荷预测方法相比较，进行误差分析，最后得 出结论。二、提出该小型水电站接入系统的方案。包括送出电压等级，出线回 路数，电站电气主接线，电站上网引起1 1 0 千伏电网改建等。三、建立潮流计 算数学模型，对电力网络运行方式进行潮流计算。分析该网络的电压水平高低， 功率分布和电能损耗的合理性及经济性，从而对该网络设计及运行作出评价， 为校核原有设备和选择新设备，对电网进行短路计算。四、提出系统继电保护 及安全自动装置配置方案，系统调度自动化配置方案，系统通讯配簧方案。 本文拟解决的重点问题之一：由于电力负荷比较复杂、涉及面广，人们对电 力系统负荷预测进行了广泛而深入的研究，针对各种情况发展了各式各样的预 测方法，建立了许多负荷模型。电力负荷预测的基本方法有外推法和相关法， 与之相关的算法为最小二乘法与指数平滑法，属于确定性的方法。传统的数学 模型是用显式的数学表达式加以描述，这就决定了传统预测模型的局限性。事 实上，负荷变化的自然规律很难用一个显式的数学公式予以表示。神经网络方 法是这一领域内的一个重大突破，该方法视传统显式函数的自变量和因变量为 网络的输入和输出，将传统的函数关系式转化为高维的非线性映射，而不是显 式的数学表达式。基于以上分析，研究基于神经网络电力系统负荷预测方法，进 行了传统方法的预测与基于m a t l a b 神经网络工具箱的电力系统负荷预测比较。 拟解决的重点问题之二外型水电站接入系统的方案中，电站电气主接线、 接入方式的确定，电站上网引起1 1 0 千伏电网改建、提出三种改造方案，通过 方案的技术经济比较，方案一作为新建水电站接入系统后城网改造方案，如果 近期负荷有较大增长，不排除方案二的可能性。 拟解决的重点问题之三：对电力网络的设计方案及运行方式进行潮流计算， 通过潮流计算可以分析该网络的电压水平高低、功率分布和电能损耗的和合理 性及经济性，从而对网络设计及运行作出评价。为校核原有设备和选择新设备， 对电网进行短路计算，在此基础上，提出系统继电保护及安全自动装置的配置 方案，系统调度自动化的配置方案，系统通讯配置方案。 i i f 海大学t 程倾 ：论文 第二章基于神经网络电力系统负荷预测研究 2 1 引言 由于电力负荷比较复杂、涉及面广，人们对电力系统负荷预测进行了广泛而 深入的研究，针对各种情况发展了各式各样的预测方法，建立了许多负荷模型。 电力负荷预测的基本方法有外推法和相关法，与之相关的算法为最小二乘法与 指数平滑法，属于确定性的方法。传统的数学模型是用显式的数学表达式加以 描述，这就决定了传统预测模型的局限性。事实上，负荷变化的自然规律很难 用一个显式的数学公式予以表示。神经网络方法是这一领域内的一个重大突破， 该方法视传统显式函数的自变量和因变量为网络的输入和输出，将传统的函数 关系式转化为高维的非线性映射，而不是显式的数学表达式， 本章研究负荷发展预测，实现电力电量平衡。鉴于负荷精确建模困难，研 究基于神经网络的电力负荷预测方法，与传统的负荷预测方法进行比较。 2 2 地区负荷发展预测 根据该地区计划经济委员会新项目办公室提供的地区资源开发重点项目 计划表，该地区近三年新增一大批工业项目。对收集到的资料和信息加以分析 后，认为不少项目目前只处在设想或项目建议书阶段。从时间、资金落实程度 及市场情况等因素综合考虑，认为近期相对比较落实的大宗工业项目有钾肥二 期、炼油厂二期、铁合盒厂扩建工程。其余大宗工业项目包括已建成的高纯镁 砂厂、硫酸钾厂和拟建的化肥厂在设计水平年前能否投产难以预料，故对大宗 工业项目按高、低两种水平进行预测，其它用电负荷采用自然增长率法进行计 算。 近五年地区最大发、供、用电负荷预测结果见附表。 设计水平年地区用电负荷高、低水平分别为1 2 、8 万千瓦( 冬季) 。 地区电网受电热负荷的影响，冬季负荷高于夏季，现年夏季负荷的8 3 3 。随 着全网三班制连续生产的大宗工业负荷比重的增加，夏季负荷与冬季负荷的差 距将会逐年缩小，预计到设计水平年夏季最大用电负荷高、低水平为1 0 7 8 、 7 5 万千瓦。 2 3 电力系统负荷预测方法的比较 本节进行传统方法的预测与基于m a t l a b 神经网络工具箱的电力系统负荷 预测比较。由于电力负荷比较复杂、涉及面广，因而针对各种情况发展了各式 各样的预测方法，建立了许多负荷模型。电力负荷预测的基本方法有外推法和 相关法，与之相关的两种算法为最小二乘法与指数平滑法，属于确定性的方法。 一、传统方法 l 、最小二乘法 是根据误差平方和最小的原则选择厂g ) 的近似函数g ) 的方法，叫曲线拟 合。即 2 s = 群= e 4 x ，) - s ( x ，) 】= m i n ( 2 一1 ) 河海人学工程碗 ：论文 利用最小二乘法进行曲线拟合时，首先要选定一个函数的类型，选择拟合曲线 类型时主要根据经验，把离散点画在坐标纸上，进行观察分析，找到一个比较 接近的曲线类型。 设有一个具有疗对值g 。，y 。l g ：，y ：l ，g 。，y 。) 的函数y = 厂g ) 及一个卅次 多项式 庐b ) = a o 十口】x + 一+ a m x 4 ( 2 - 2 ) 其中m s s e ( k 1 ) 1 0 4 l 州c 其它 式中，她为误差平方和 ( 2 4 1 ) ( 2 ) 自适应学习速率 对于一个特定的问题要选择适当的学习速率不是一件容易的事情。通常是 跏 卿 跏 m w 海人学_ t 程倾 ：论文 凭经验或实验获得，但即使这样，对训练开始初期工效较好的学习速率，不一 定对后来训练合适。为了解决这个问题，可以在训练过程中自动调整学习速率。 自适应学习速率的调整公式为 1 1 0 5 , 7 ( k ) ，7 岱+ 1 ) = i o 7 ，7 )s s e ( k + 1 ) o ， 存在整数m 和一组实常数口f ，b 和。其中，i = 1 ，m ，j = 1 , 2 ，p ，使 的网络输出 ，g ) = 娄i - q 妒( 壹i - i 一只 c z t t ， l、， 海_ = 学t 程硕i ：论文 可以任意逼近厂( ) 即 l f i x l ，x 2 ，a x pj s ( x i ，x 2 ，a x pj i s ， ( 2 4 5 ) v b 一：，a x ，) i ， 这个结论说明含一个隐层b p 前馈网络是一种通用的函数逼近器，为逼近一 个连续函数，一个隐层是足够的。当要学习不连续函数时，则需要两个隐层， 即隐层数最多两层即可。 上述结论只是理论上的结论，实际上到目前为止，还没有很快确定网络参 数( 指隐层数和隐层神经元数) 的固定方法可循，但通常设计多层前馈网络时， 按下列步骤进行： 对任何实际问题都只选用一个隐层 使用较少的隐层神经元数 增加隐层神经元个数，直到获得满意的性能为止，否则再采用两个隐层 ( 2 ) 各层神经元个数的确定 对多层前馈网络而言，隐层神经元数的确定是设计网络的关键之一。因此， 选择隐层神经元数是很重要的问题。隐层神经元个数太少，则网络所能获取的 用以解决问题的信息太少；个数太多，不仅增加训练的时间，难以在人们能够 接受的时间完成训练，更重要得是过多的隐节点，还能够引起所谓的“过度吻 合”( o v e r f i t t i n g ) 问题，即把网络训练集里的一些无关紧要的，非本质的东 西也学的惟妙惟肖。 值得注意的是，增加隐层节点可以减少训练误差，但超过某一隐节点数， 测试误差反而增大，即泛化能力下降。训练误差小并不意味着网络的泛化能力 就强。 实际上，隐层神经元数取决于训练样本数的多少，噪声量的大小及网络的 学习输入一输出函数关系或分类关系的复杂程度。就像在函数逼近时，要使用 高阶项式才能获得函数的“起伏”一样，用神经网络作函数的映射时，也只有 使用较多的隐节点数才能得到波动次数较多，幅度变化较大的映射关系。 许多应用场合适用的一条有关确定隐节点数的规则是所谓的几何金字塔 规则( g e o m e t r i cp y r a m i dr u l e ) ：从输入层到输出层，结点数不断减少，其形 好似金字塔。如图2 2 所示，当然这个规则介绍的确定隐节点数的规则只是一个 粗略的估值。 河海人学t 程倾f 。论文 o 图2 - 2 几何金字塔规则 经元数一 隐层神蛏元敦 输入层神经元数 设计一个b p 神经网络必须考虑于网络隐层数、神经元个数、算法，一旦于 b p 神经网络的隐层数、神经元个数、算法确定下来了，这个网络的设计就完成 了。 6 网络结构的实现 输入数量分别为预测同前一天的2 4 个负荷值、预测日的最高温度、最低温 度、天气特征值和日期特征值：输出量为预测r2 4 个整点负荷值，并对输入输 出数据作相应的处理。如果用一般方法，如c 、f o r t r a n 来实现a n n ，则需2 8 个输入节点和2 4 个输出节点。但是，m a t l a b 适合于矢量，特别是矩阵的输入 输出。因此可以将所有2 8 个输入数据作为矩阵的一行( 或者称为一个行向量) ， 作为输入矢量p 。若采用有教师的学习方法，因m a t l a b 要求目标矢量r 的列数 应该等于输入矢量p 的列数。为方便起见，可以将输入矢量p 和目标矢量r 均 放在一个矩阵里，然后用m a t 文件保存后来作为神经网络训练样本集，以便m 文件调用。通过这样设置的神经网络具有一个输入神经元和一个输出神经元， 这样就可以大大简化神经网络结构，由2 8 一墨一2 4 结构简化为1 一墨一1 结构。 7 训练过程及结果 以实际地区的某日整点有功负荷值及预测日的日气象特征状态量和日期 特征状态量作为历史样本来训练神经网络和建立模型，然后预测有功负荷。 取动量因子为0 9 8 ，学习速率为0 2 ，学习速率增加和减少因子分别为1 0 5 和o 7 。选择神经元数为1 5 ，l i 、1 1 1 ，1 i 两种结构，训练指标为：误差o 0 0 0 1 、学习 速率o _ 2 。另外，神经元数为1 5 ，1 i 时，取训练步数为3 0 。神经元数1 1 1 ，l i 时。取 训练步数为8 0 。结果见下表： 出 ) i ； oo 占 o s 占o占占 o s f 町海人学t 程硕l 论文 时刻 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 l 2 2 2 3 2 4 日最大相对误差 同平均相对误差 表2 - 1i j i i 练结果 丕回控丝亘塾的亟型绮墨 墨：! ! ! ! 相对误差 4 0 l 3 1 7 4 4 4 5 2 6 4 1 9 4 6 7 4 7 1 3 2 2 3 3 7 4 1 0 1 1 5 2 1 7 2 8 7 1 4 7 2 0 0 1 6 7 一o 7 7 2 8 8 一o 6 6 0 9 7 1 4 3 1 7 0 2 0 8 1 0 6 5 2 6 2 4 l 2 7 6 4 0 9 4 8 4 5 6 l 4 9 3 4 5 8 4 7 8 1 7 1 0 6 0 4 8 3 0 3 l 1 5 9 1 3 5 3 5 8 4 1 5 3 8 8 一1 7 5 0 7 4 0 4 9 2 8 l 0 6 l 3 3 l o 6 3 一o 0 4 5 6 l 2 6 7 表2 - 2 西登绪墨出筮 抽经丞数揎廑塾翊签吐间( 坐i 12 训筮生数 1 1 。1 2 6 71 08 0 匮! 2 ：4 1z3 q 2 4 地区电力电量平衡 一、平衡原则 1 、电力平衡中电厂工作出力：水电按保证出力和最大出力两种情况，火 电为扣除厂用电后的实际最大工作出力。 - 1 3 河海大学工程硕l + 论文 2 、电量平衡中：已有水、火电站按实际可能值计算，新建火电站机组最大 发电设备利用小时数均以6 0 0 0 小时计算；新建水电站按设计的多年平均年发电 量计算。 3 、因丰水期、枯水期水电站出力相差悬殊，加上地区最大供电负荷冬、夏 两季各不相同，故电力平衡按丰水期和枯水期两种情况进行。 4 、参与平衡的电源包括有在建及计划扩建的全部水、火电厂( 站) 。 二、平衡结果 第二年由于该地区的一些企业开工不足，所以地区电网电力相对来说比较 富裕，丰、枯水期电力富裕2 8 1 7 6 万千瓦左右。 第三年，炼油厂二期及联营铁合金厂扩建后( 负荷低水平) ，丰水期电力还 有裕度，枯水期电力基本持平；如果已建成的硫酸钾和高纯镁纱厂投产( 负荷 高水平) ，那么，在丰水期电网尚有能力解决用电问题，但在枯水期，电力供需 矛盾将会暴露出来。 第五年，如果新建水电站和燃气电厂第二台机组未投运，那么电力供需矛 盾将会十分严重，负荷高水平下，丰、枯水期电力缺口4 2 5 7 6 万千瓦，负 荷低水平下，电力仍然缺口0 8 2 5 1 7 6 6 万千瓦，如果新建水电站和燃气电厂 第二台机组未投产发电，那么，负荷低水平下，电力还比较富裕，但在负荷高 水平下，电力缺口很大，丰、枯水期电力缺口0 8 3 3 6 力千瓦。 由上述平衡结果可以得出这样的结论：要适应地区近期资源开发时电力的 需求，必须加快该地区水电资源开发建设。 近五年地区电网电力电量平衡结果，见下表： 表2 - 3 近五年地区电网丰水期电力平衡表 单位：万千瓦 四五 一、系统最大供电负荷3 94 1 1 6 4 5 8 8 5 7 21 1 0 7 7 2 5 二、 系统最大供i u 能力6 46 96 91 0 31 0 3 ( 一) 火电3 13 63 65 05 0 l 、青钾自备火电厂1 52 ，02 02 0 2 0 2 、燃气电厂1 61 61 63 03 o ( 二) 水电3 3 3 33 35 35 3 i 、乃吉里电站 0 90 90 90 9o 9 2 、小干沟水电站2 42 42 ，42 42 4 3 、新建水电站 - 2 o 2 0 三、 电力盈( + ) 亏( 一) + 2 5+ 2 8 + 0 5 + 1 1+ 1 8 + 3 10 8 + 2 5 7 5 代表满载或弃水时的运行情况，用来校核平水年确定的电厂主接线、设备 和线路的送电能力及经济性。 河海人学丁程碗l 论文 表2 4 近五年地区电网枯水期电力平衡表 单位：万千瓦 四五 一、系统最人供电负荷 4 6 24 8 47 5 6 ，89 4 5 81 2 3 6 8 2 6 6 二、系统最大供电能力 6 16 66 6 9 9 49 0 9 4 ( 一)火电 3 13 63 65 o5 0 1 、青钾t l 备火电厂 1 52 02 o2 o2 o 2 、燃气电厂 l _ 61 61 63 03 o ( 二)水电3 03 o3 0 4 0 9 44 ，0 9 4 i 、乃吉里电站0 6 0 6 0 6 0 6o 6 2 、小干沟水电站 2 42 42 42 42 4 3 、新建水电站 _- 1 0 9 41 0 9 4 三、电力盈( + ) 亏( 一) + 1 4 8+ 1 7 6 0 9 + 0 20 4 5 + l3 3 6 + 0 7 3 4 确定系统需要的装机容量及装机进度、检验各类电厂的发电设备利用小时 数的依据。 表二近五年地区电网电量平衡表 单位：万千瓦 四五 一、系统最人需电量1 9 32 0 4 3 2 2 8 24 6 3 8 66 1 4 二、系统擐大供电量2 2 53 2 23 65 85 8 ( 一)火电0 8 51 7 22 13 33 3 i 、青钾自备火电厂o7 51 01 21 21 2 2 、燃气屯厂o 10 7 2o 92 1 2 1 ( 二) 水电1 41 51 52 52 5 i 、乃古里水电站0 3o 40 40 40 4 2 、小千沟水电站1 11 11 11 i1 ，1 3 、新建水电站 -_- 1 0l o 三、电力盈( + ) 亏( 一) + 0 3 2+ 1 1 8 - 0 4 + 0 7 8 + i 2 + i 9 4一0 3 + 1 8 2 5 本章小结 电力负荷分析和预测是电力系统的规划的基础，也是调度运行的依据。电力 负荷预测的精确度对协调电力工业与国民经济其它部门的关系和提高电力系统 运行的经济效益及可靠性有重要的意义。电力负荷预测涉及到的因素很多，如 国民经济的发展情况、经济结构及生产规模的变化、人口的增长、住宅区的发 展趋势、家用电器的饱和程度、气候条件等。此外电价政策和负荷管理也对电 力负荷有明显的调节作用。如我国实行峰谷电价以后，不少系统的峰荷得到抑 制。目前正在全国推广的负荷控制也将对负荷的大小及负荷曲线产生影响。 本章进行了传统方法的预测与基于m a t l a b 神经网络工具箱的电力系统负 荷预测比较。基于神经网络电力系统负荷预测方法，既考虑了历史负荷特性， 同时也考虑了天气状况、日期状况及日工作状况。结合实际地区实际负荷及相 关天气预报数据进行预测，用m a t l a b 语言编程，实现了输入输出的向量化，因 而使得模型机构大大简化。利用其神经网络工具箱，使网络训练程序比用其它 河海人学工程硕f j 论文 语言编制的效率更高，训练时间只需几分钟。 通过电力电量平衡，论证电站在系统中的地位与作用。新建水电站处在主 网覆盖地区以外，该地区已建成和扩建的水火电站总装机9 万千瓦，电力盈余 1 4 8 2 4 5 万千瓦，随着地区资源开发力度加大，该地区用电需求剧增，预计 到设计水平年，冬季最大供电负荷高低水平为1 2 _ 3 8 万千瓦、8 2 6 6 万千瓦，按 设计水平年该地区电网枯水期8 0 万千瓦的最大供电能力已无法满足供电需求， 新建水电站可缓解这一供需矛盾。3 3 0 千伏乌格送变电工程投运前，新建水 电站的建成发电缓解地区近期电力供需矛盾作用将是十分突出的：3 3 0 千伏龙 乌格单回线路向地区送电后，该电站对提高主网长线送电的稳定水平和受端 电网供电的可靠性也将是十分必要的。 河海人掌l t 程硕j ：论文 第三章小型水电站接入系统设计方案 3 1 引言 根据新建水电站工程情况，该电站三年建成投运，因此，以3 3 0 千伏乌 格送变电工程建成投运前作为电站接入系统设计水平年，新建电站投运发电初 期为设计过渡年份，短路电流计算按3 3 0 千伏乌格送变电工程投运后分水平 年i 和i i 两个水平年。 本章提出该小型水电站接入系统的方案。包括送出电压等级，出线回路数， 电站电气主接线，电站上网引起1 l o 千伏电网改建等。提出三种改造方案，通 过方案的技术经济比较，方案一作为新建水电站接入系统后城网改造方案，如 果近期负荷有较大增长，不排除方案二的可能性。 3 2 新建水电站接入系统方案 一、电站送出电压等级及出线回路数 从新建水电站的装机容量( 2 x1 0 万千瓦) 和距地区电网的送电距离来看 电站送出电压宜采用1 l o 千伏。 电站的上网点距小干沟水电站很近，只有1 4k m ，装机3 2 万千瓦和小干 沟水电站现有两回1 1 0 千伏送出线路能力完全可以兼顾新建水电站2 万千瓦出 力的送出，据此新建水电站的送出电压拟与小干沟水电站选择一致，为11 0 千 伏。 按电站送出能量，出线一回即可，考虑到电站发电初期在电网的作用比较 重要，为保证其送出具有较高的可靠性，故采用两回线路送出。 二、电站电气主接线 1 、6 千伏侧的电气主接线 电站有两台1 0 万千瓦的机组和两台1 2 5 万千伏安升压变，6 干伏侧又有 直馈负荷，考虑到电站运行的可靠性和灵活性要求，采用单母线分段接线。 2 、1 1 0 千伏侧的电气主接线 在新建水电站初步设计报告中，提出升压站高压侧可采用单母线接线、 单母线分段接线、内桥接线三种电气接线方式，最后采用内桥接线方式。 经过认真比较分析后，认为内桥接线有如下弊端： ( 1 ) 二次线及保护配置相对复杂： ( 2 ) 变压器倒闸操作较复杂容易出现误操作； ( 3 ) 该电站远期有出线三回的可能，内桥接线虽然可以改建成单母线分段接 线，但改造工程比较困难可能影响新建水电站的正常发电； ( 4 ) 如果本期只建一回送出线路，内桥接线不宜采用； ( 5 ) 根据电力系统多年运行经验，采用内桥接线的变电所故障率一般高于单母 线和单母线分段接线方式，而且运行、调度也不如后两者灵活、方便。 为此，该电站高压侧电气主接线不推荐采用内桥接线。从电站初期建设规模 和远期兼顾其它水电站上网考虑，推荐采用单母线接线，预留单母分段位置。 三电站接入小干沟水电站的方式 新建水电站可行性研究报告提出的电站两回1 1 0 千伏线路均“t ”接 河海大学t 程颤j ：论义 在小干沟水电站至东南变的两回l1 0 千伏输电线路上。该方式唯一的优点是小 于沟水电站侧节省了两台l l o 千伏进线开关，却带来两个明显的弊端： 1 、形成1 1 0 千伏电网环套环。 原小干沟1 1 0 千伏出线保护范围大大缩短，稳定性受到影响；系统保护配 合困难可能导致保护误动或断路器越级跳闸。 2 、电站送出可靠性大大降低。 因为双t 线路任一回线路故障，都可能造成新建电站、小干沟两电站不能 向网上送电。 因此新建水电站接入小干沟方式推荐采用双回线路直接接入。 四、电站上网引起1 1 0 千伏电网改建方案 根据地区电网丰、枯水期电力平衡结果，设计水平年丰水期系统可供 1 0 3 7 2 2 5 万千瓦负荷，枯水期系统可供9 8 2 6 6 力千瓦负荷，除去水火电 厂直供的5 1 5 万千瓦负荷外，还有5 1 5 2 0 7 5 万千瓦负荷需城网变配出，而 城东南变变电容量只有2 1 6 万千伏安，需新增1 1 0 千伏变电容量3 1 j 万千 伏安，为此结合新建水电站的送出对地区电网提出三种改造方案，见附图x 0 2 。 1 、方案介绍 方案一：3 5 千伏城中变升压改造成1 1 0 千伏变电所，将小干沟城东南一 回1 1 0 千伏线路“玎”入城中变，3 5 千伏电网不需改造。 该方案本期需更换3 1 5 万千伏安主变一台，新建1 1 0 千伏线路2 8 k m ， 新建1 1 0 千伏配电装置，新建1 0 千伏配电室，并进行相应的保护、通信、远动、 土建等改造，总投资约1 3 9 8 力i 元。 表3 - 1 方案一工程投资估算表 一、1 1 0 千伏部分：1 0 1 7 万元二、土变部分；2 1 0 0 万元二、其它部分：1 7 1 0 万元 l 、1 1 0 千伏城中城东南出线l 、容量3 1 5 千伏安：1 7 0 01 、新建成l o 千伏配电室外 1 3 4 5 万元万元3 5 0 万元 2 、1 1 0 千伏城中小干沟出线2 、1 0 千伏母线及主变进线、 1 3 4 5 万元 2 、运输及安装：3 0 0 万元 分段开关柜2 5 0 万元 3 、基础油池、油井等：1 0 03 、配电装置搬迁及安装费 3 、1 1 0 千伏主变进线：8 7 0 万元 万元2 l _ 0 万元 4 、远动、中央信号直流系 4 、1 1 0 千伏p t ：6 5 0 万元 统及安装调试6 5 0 万元 5 、围墒、场平整和道路2 5 0 5 、1 1 0 千伏母线构架2 0 0 万元 万元 6 、1 1 0 千伏线路5 7 6 0 万元 合计1 3 9 8 万元 方案二：新建1 1 0 千伏城北变电所，将小干沟城东南一回1 1 0 千伏线路 “j i ”入城北变，3 5 千伏鱼水河城中线路“j 1 ”入城北变。 该方案本期需新上3 1 5 万千伏安主变一台，新建1 l o 千伏线路2 1 4 k n ， 新建儿o 千伏、3 5 千伏、1 0 千伏配电装置，新建主控制室，并进行相应的保护、 通信、远动、土建等配置，3 5 千伏线路改造，总投资约2 5 1 6 万元。 河海人学工程颂l + 论义 表3 - 2 方案二工程投资估算表 项目投资( 万元)备注 新建1 1 0 千伏变电所1 4 0 0 0 0参_ ! l 省内其它1 1 0 千伏变电所投资估 算 3 5 千伏城中变鱼水河线路改造 i 0 8 0 0 “j i ”接线k4 0k m 新建1 1 0 千伏线路1 0 0 8 0 0线路长2 1 4 k m ，3 6 万元k m 合计 2 5 1 6 0 0 方案三：1 1 0 千伏城东南变电所增容改造，3 5 1 1 0 千伏电网不需改造。 该方案需更换3 1 5 万千伏安主变两台，1 1 0 干伏、3 5 千伏、l o 千伏部分 电器设备和二次接线更换改造，方案总投资5 1 8 万元。 表3 - 3 方案三工程投资估算表 项目投资( 力兀)备注 一、主变更换 4 2 0 0 0 1 、主变 3 4 0 0 0 2 3 1 5 万千伏安 2 、基础、油池等 2 00 0 3 、运输安装等 6 0 o o 二、1 1 0 千伏改造 3 30 0 l 、1 1 0 千伏户外母线桥 1 0 0 0 2 、1 1 0 干伏中性点接地 2 0 0 3 、主变1 1 0 千伏侧c t 及安装调试费 2 1 0 0 三、其它改造 6 5 0 0 1 、新增4 同1 0 千伏出线及安装费 2 0 o o 2 、1 0 千伏改造 3 0 o o 3 、3 5 千伏山线改造 3 0 0 4 、主变保护屏及控制屏 1 2 0 0 合计5 1 8 0 0 2 、方案技术经济比较 ( 1 ) 经济比较 方案一、二、三估算总投资分别为1 3 9 8 、2 5 1 6 、5 1 8 万元。方案二投资 最高，比方案一、三分别高出111 8 、1 9 9 8 万元，方案一比方案三高8 8 0 万元。 ( 2 ) 技术比较 方案一：城中变地处城市负荷中心，负荷密度大，它的升压扩容改造对 改善城网供电结构、提高城网供电能力有着明显的作用。但变电所升压改造 工程量较大，l l o 千伏出线走廊紧张，需考虑同杆双回架设。 方案二：对于加强城网供电的安全可靠性，提高城网供电能力改善城网 的合理布局，缩短城北区的供电半径，作用是十分显著的。但该方案目前不 太成熟的条件是城北地区负荷发展不落实现有负荷只有几千千瓦。 方案三：最突出的弊端是电源过于集中。城网只有城东南一座1 l o 干伏 变电站，除装机9 0 0 0 千瓦的乃吉里水电站接入3 5 干伏城中变外，其余装机 1 2 1 万千瓦的水火电站均集中接入城东南变，一旦城东南变发生故障，地区 电力系统基本上处于瘫痪状态。另外，仅靠1 1 0 千伏城东南交供整个市区负 荷，潮流分布不太合理，网损较大，供电压力随着市区负荷的增大而增大。 综上所述，方案三虽投资最低，但技术上弊端比较突出。方案二在技术 河海人学l 丁程硕士论义 上最优越，但投资最大，在负荷不落实的情况下，可暂缓建设。方案一投资 适中，负荷落实，技术上比较可行，而且城中变地处市区中心，随着城市的 建设，该变迟早要升压扩建，在目前出线走廊还有裕度的条件下，配合新建 水电站的送出可先行一步，因此方案一作为新建水电站接入系统后城网改造 方案。 由于方案二在技术上具有一定优势，如果城北区近期负荷有较大增长， 不排除方案二的可能性，故要求系统保护、远动、通信对方案一、二均作出 相应的配置方案。 3 3 电站直馈负荷的供电方式、同期点的设置 据调查，在电站附近约1 k m 处有水泥厂和石灰厂两个用户，用电负荷约2 5 0 0 千瓦，可由电站直供，在电站升压站安装3 1 5 0 千伏安主变一台，变比为1 0 5 6 3 千伏，以1 0 千伏电压等级供直馈负荷。 电站同期点的设置： 1 、两台发电机出口各设一个同期点； 2 、1 1 0 千伏两回出线上各设一个同期点： 目前，1 1 0 千伏城东南小干沟两回线路两侧装设同期装置，1 1