（电力系统及其自动化专业论文）大型工业区高压配电网分析与规划研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 为保障以确保大工业区高压电网的经济运行，提高企业的经济利益和社会效 益， 需要有针对大工业区电网特点的、正确、合理的电力系统规划设计。本文以燕 化为典型目 标， 研究了大工业区高压配电网规划设计的实用性方法。 本文着重在负 荷预测、 电力电量平衡与网络优化等几个方面研究了大丁业区高压配电网规划设计 方法。 本文通过对多种负荷预测方法的分析， 选择基于回归分析的电力负荷分析法进 行大工业区电力负荷预测， 该方法简单适用; 引入了饱和负荷的概念: 选择用支路 交换法来进行高压配电网的优化计算，并提出采用年费用比较法进行动态经济比 较。 关键词:大工业区，高压配电网，电网规划，饱和负荷 ab s t r a c t t h e p a p e r i n t r o d u c e s a r e a s o n a b l e p la n n i n g d e s i g n f o r t h e l a r g e - s c a l e i n d u s t r i a l d i s t r i b u t i o n n e t w o r k , w h i c h i s o n b e h a l f o f t h e a s s u r a n c e o f e c o n o m i c a l o p e r a t io n o n t h e l a r g e - s c a l e i n d u s t r i a l h i g h - v o l t a g e n e t w o r k ( l i h v n e t ) a n d t h e i m p r o v e m e n t o f t h e p r o f it a n d s o c i a l b e n e f i t o f t h e e n t e r p r i s e . t a k e t h e y a n h u a a s a t y p i c a l e x a m p l e , t h e p r a c t i c a l m e a s u r e s f o r t h e l i h v n e t a r e i n v e s t i g a t e d i n t h e a s p e c t s o f f o r e c as t i n g o f p o w e r l o a d , t h e b a l a n c e o f e l e c t r i c p o w e r a n d e n e r g y , t h e o p t i m i z a t i o n o f t h e w h o l e n e t w o r k , e t c . t h i s p a p e a n a l y s e s t h e f o r e c a s t i n g o f l i h v n e t s l o a d w i t h t h e p o w e r l o a d a n a l y s i s b a s e d o n t h e r e g r e s s iv e m e t h o d , w h i c h i s s i m p l e a n d f it f o r t h e s i t u a t io n . t h e t e r m o f s a t u r a t i o n l o a d i s p u t f o r w a r d i n t h i s p a p e r . t h e h i g h - v o l t a g e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k i s o p t i m i z e d b y t h e m e t h o d o f b r a n c h i n t e r c h a n g i n g . t h e n e t w o r k s d y n a m i c e c o n o m i c s i s c o m p a r e d w i t h t h e a n n u a l c o s t c o m p a r i s o n . ke y wor ds : l a r g e - s c a l e i n d u s t r i a l， h i g h - v o l t a g e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k , p o w e r n e t w o r k p l a n n i n g , s a t u r a t i o n l o a d z u o x i a n g h o n g ( b e ij i n g e l e c t r i c p o w e r c o r p o r a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f z h a n g j i a n h u a y 7 1 3 0 7 6 匕 . o口 尸刁明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 大型工业区高压配电网分析与 规划研究 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 伺工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 t z :期: 口 公 心 r,f - l . 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有 权保管、并向有关部门 送交学位论文的原件与复印件;学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以 学术交流为目 的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以 用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名热 飞 气洲导师签名 日期: 4 i r s . .r . ,日期 华北电力大学硕 学位论文 第 1 章绪 论 1 . 1 大型工业区高压配电网的特点 大工业高压配电网是指在较大区域性工业园区 1 1 o k v 及以上配电网，其中包括 区域 上 业用电以及区域部分办公、住宅及其配套产业以及公共建筑的配电网大 1 . 业区域高压配电网具有如下特点: 1 )高压配电网多为辐射网 2 )配电线路较短、点负荷比较突出，且局部负荷密度较大 3 )因产品生产特性影响，一般主体为工业生产性质负荷，一般情况下，负荷峰谷 差别较小， 但局部工业负荷电机启动电流较大， 配电变压器 ( 例如3 5 / 1 o k v 或者 3 5 / 6 k v )平均负荷率低，空载损耗高。 h )大工业配电网的无功负荷主要包括配电变压器的无功负荷和感应电动机等用电 设备的无功负荷，因而低压无功补偿为重点。 5 )大工业电网一般除了通过高压 ( 或者超高压)与地区电网相联以外，自备部分 发电机组，且一般发电机组发电容量较用电负荷容量小，需要并网发电。 6 )除了地区自然增长负荷，大工业地区负荷增长卞要为点负荷，与企业的发展规 划战略紧密相关。 1 . 2 1 . 2 . 1 工业区高压配电网规划的意义 提高电网运行的经济性 作为大工业区域规划的一部分，高压配电网规划是其中一个专题规划，对于工 业区的规划应具备行业规划的宏观性和指导性，坚持电力发展的可持续性，提高能 源的利用率， 并加快高压配电网的技术创新， 以确保大 i_ 业区高压电网的经济运行。 正确、合理的电力系统规划设计实施后可以最大限度地节约国家基建投资，促进国 民经济相应行业 ( 大工业)的健康发展，提高其他行业 ( 大工业)的经济和社会效 益。 1 . 2 . 2 优化电网结构、提高电能质量 除供 在电力系统中，电力用户由于大量采用感应电动机和其它电感性用电设备 吸收系统的有功功率外，还需要电力系统供给大量无功功率 电设备的出力，造成电网电压的波动，也增大了电能损耗。 。这不但降低了发、 有功平衡和无功规划是 华北电力大学硕 学位论文 第 1 章绪 论 1 . 1 大型工业区高压配电网的特点 大工业高压配电网是指在较大区域性工业园区 1 1 o k v 及以上配电网，其中包括 区域 上 业用电以及区域部分办公、住宅及其配套产业以及公共建筑的配电网大 1 . 业区域高压配电网具有如下特点: 1 )高压配电网多为辐射网 2 )配电线路较短、点负荷比较突出，且局部负荷密度较大 3 )因产品生产特性影响，一般主体为工业生产性质负荷，一般情况下，负荷峰谷 差别较小， 但局部工业负荷电机启动电流较大， 配电变压器 ( 例如3 5 / 1 o k v 或者 3 5 / 6 k v )平均负荷率低，空载损耗高。 h )大工业配电网的无功负荷主要包括配电变压器的无功负荷和感应电动机等用电 设备的无功负荷，因而低压无功补偿为重点。 5 )大工业电网一般除了通过高压 ( 或者超高压)与地区电网相联以外，自备部分 发电机组，且一般发电机组发电容量较用电负荷容量小，需要并网发电。 6 )除了地区自然增长负荷，大工业地区负荷增长卞要为点负荷，与企业的发展规 划战略紧密相关。 1 . 2 1 . 2 . 1 工业区高压配电网规划的意义 提高电网运行的经济性 作为大工业区域规划的一部分，高压配电网规划是其中一个专题规划，对于工 业区的规划应具备行业规划的宏观性和指导性，坚持电力发展的可持续性，提高能 源的利用率， 并加快高压配电网的技术创新， 以确保大 i_ 业区高压电网的经济运行。 正确、合理的电力系统规划设计实施后可以最大限度地节约国家基建投资，促进国 民经济相应行业 ( 大工业)的健康发展，提高其他行业 ( 大工业)的经济和社会效 益。 1 . 2 . 2 优化电网结构、提高电能质量 除供 在电力系统中，电力用户由于大量采用感应电动机和其它电感性用电设备 吸收系统的有功功率外，还需要电力系统供给大量无功功率 电设备的出力，造成电网电压的波动，也增大了电能损耗。 。这不但降低了发、 有功平衡和无功规划是 华北电力大学硕十学位论文 高压电网规划设计的重要组成部分，通过规划设计优化区域电网结构降低线损，且 电压质量也相应得到改善。 1 . 2 . 3 提高大工业区电网的灵活性 山于_ l 业区域发展具有其不确定性，电力系统规划设计阶段会遇到很多的不确 定因素，从规划设计完成到项目的建成投产，系统中负荷以及网络情况将可能发产 t 某些变化，通过大工业区电网规划设计，结合区域电网的现状，使得系统能够在满 足基本建设条件的情况下满足应的技术经济指标;此外，结合系统电源规划情况， 对规划目标年进行电力电量平衡等电网分析计算后提出规划建设方案，以确保电网 在各种正常运行、检修包括事故情况 卜 灵活地调度以应付各兀件的投退，从而保障 电力系统向大工业区域所有用户提供充足的电力。 1 . 2 . 4 提高大工业区电网运行水平 降低网损是电网经济运行的一个主要 目标，降低网损主要依靠 一次系统合理的 规划和运行，目 . 通过一、二 二 次系统的有效配合，即结合配电网自 动化系统的合理规 划还可使网损进 一 步降低。 据国外文献报道， 配网网损约占整个电网能量输出的5 t o , 通过自动化可在此基础 仁 再减少 1 0 %( 即整个配网的 0 . 5 % ) 。现阶段，我国正在进 行大规模的配电网改造，随着国民经济的迅速发展，大工业园区负荷对于原有高压 配电网也提出了改造扩容要求，因而对高压配电网规划进行合理经济技术比较以达 到电网投资优化，对于提高电网运行水平有较大的意义。 1 . 3 1 . 3 . 1 高压配电网规划的一般内容和原则 高压配电网规划的一般内容 高压配电网规划一般可按以下步骤和主要内容进行: l高压配电网现状的分析: 收集负荷历史数据、熟悉规划基准年电网结线以及设备情况，研究电网布局与 负荷分布的现状，通过分析应明确以下问题: ( 1 ) 高压配电网供电能力是否满足现有负荷的需要， 及其可能适应负荷增长的程 度; ( 2 ) 高压电网的供电可靠性; ( 3 ) 正常运行时各枢纽点的电压水平及主要线路的电)if 、 损失; 各级电压电网的线 路损失;供电设备进行更新的必要性与可靠性。 现状分析中应针对现状高压配电网存在的问题进行重点研究，分析问题存在的 华北电力大学硕十学位论文 高压电网规划设计的重要组成部分，通过规划设计优化区域电网结构降低线损，且 电压质量也相应得到改善。 1 . 2 . 3 提高大工业区电网的灵活性 山于_ l 业区域发展具有其不确定性，电力系统规划设计阶段会遇到很多的不确 定因素，从规划设计完成到项目的建成投产，系统中负荷以及网络情况将可能发产 t 某些变化，通过大工业区电网规划设计，结合区域电网的现状，使得系统能够在满 足基本建设条件的情况下满足应的技术经济指标;此外，结合系统电源规划情况， 对规划目标年进行电力电量平衡等电网分析计算后提出规划建设方案，以确保电网 在各种正常运行、检修包括事故情况 卜 灵活地调度以应付各兀件的投退，从而保障 电力系统向大工业区域所有用户提供充足的电力。 1 . 2 . 4 提高大工业区电网运行水平 降低网损是电网经济运行的一个主要 目标，降低网损主要依靠 一次系统合理的 规划和运行，目 . 通过一、二 二 次系统的有效配合，即结合配电网自 动化系统的合理规 划还可使网损进 一 步降低。 据国外文献报道， 配网网损约占整个电网能量输出的5 t o , 通过自动化可在此基础 仁 再减少 1 0 %( 即整个配网的 0 . 5 % ) 。现阶段，我国正在进 行大规模的配电网改造，随着国民经济的迅速发展，大工业园区负荷对于原有高压 配电网也提出了改造扩容要求，因而对高压配电网规划进行合理经济技术比较以达 到电网投资优化，对于提高电网运行水平有较大的意义。 1 . 3 1 . 3 . 1 高压配电网规划的一般内容和原则 高压配电网规划的一般内容 高压配电网规划一般可按以下步骤和主要内容进行: l高压配电网现状的分析: 收集负荷历史数据、熟悉规划基准年电网结线以及设备情况，研究电网布局与 负荷分布的现状，通过分析应明确以下问题: ( 1 ) 高压配电网供电能力是否满足现有负荷的需要， 及其可能适应负荷增长的程 度; ( 2 ) 高压电网的供电可靠性; ( 3 ) 正常运行时各枢纽点的电压水平及主要线路的电)if 、 损失; 各级电压电网的线 路损失;供电设备进行更新的必要性与可靠性。 现状分析中应针对现状高压配电网存在的问题进行重点研究，分析问题存在的 华北电力大学硕十学位论文 高压电网规划设计的重要组成部分，通过规划设计优化区域电网结构降低线损，且 电压质量也相应得到改善。 1 . 2 . 3 提高大工业区电网的灵活性 山于_ l 业区域发展具有其不确定性，电力系统规划设计阶段会遇到很多的不确 定因素，从规划设计完成到项目的建成投产，系统中负荷以及网络情况将可能发产 t 某些变化，通过大工业区电网规划设计，结合区域电网的现状，使得系统能够在满 足基本建设条件的情况下满足应的技术经济指标;此外，结合系统电源规划情况， 对规划目标年进行电力电量平衡等电网分析计算后提出规划建设方案，以确保电网 在各种正常运行、检修包括事故情况 卜 灵活地调度以应付各兀件的投退，从而保障 电力系统向大工业区域所有用户提供充足的电力。 1 . 2 . 4 提高大工业区电网运行水平 降低网损是电网经济运行的一个主要 目标，降低网损主要依靠 一次系统合理的 规划和运行，目 . 通过一、二 二 次系统的有效配合，即结合配电网自 动化系统的合理规 划还可使网损进 一 步降低。 据国外文献报道， 配网网损约占整个电网能量输出的5 t o , 通过自动化可在此基础 仁 再减少 1 0 %( 即整个配网的 0 . 5 % ) 。现阶段，我国正在进 行大规模的配电网改造，随着国民经济的迅速发展，大工业园区负荷对于原有高压 配电网也提出了改造扩容要求，因而对高压配电网规划进行合理经济技术比较以达 到电网投资优化，对于提高电网运行水平有较大的意义。 1 . 3 1 . 3 . 1 高压配电网规划的一般内容和原则 高压配电网规划的一般内容 高压配电网规划一般可按以下步骤和主要内容进行: l高压配电网现状的分析: 收集负荷历史数据、熟悉规划基准年电网结线以及设备情况，研究电网布局与 负荷分布的现状，通过分析应明确以下问题: ( 1 ) 高压配电网供电能力是否满足现有负荷的需要， 及其可能适应负荷增长的程 度; ( 2 ) 高压电网的供电可靠性; ( 3 ) 正常运行时各枢纽点的电压水平及主要线路的电)if 、 损失; 各级电压电网的线 路损失;供电设备进行更新的必要性与可靠性。 现状分析中应针对现状高压配电网存在的问题进行重点研究，分析问题存在的 华北电力大学硕十学位论文 原因并提出改进方案。 2 . 预测负荷 负荷预测按照规划设计年限分类，般分为近期、中期、长期。电力负荷预测 应包括最大负荷预测，同时应针对负荷的时间、空间分布特点进行预测。 3 . 进行有功、无功电力平衡，提出对高压配电网供电电源点( 发电厂、2 2 0 千伏 及以上的变电所) 的建设要求。 4 . 网架优化 进行各规划期城网结构的整体设计，应提出多方案的比较、论证及必要的计算 ( 包括潮流计算) 等。在进行方案比较中应确定各个方案的综合供电能力以及相应的 投资比较。确定变电所的地理位置和线路路径。确定分期建设的工程项目，包括高 压配电网的改造项目。网架优化一般方法有两类，启发式和数学优化方法。 5 . 确定调度、通信、自动化等的规模和要求，配套二次规划主要原则和内容。 6 .可靠性、电压质量及短路容量的校验 在高压配电网基本网架确定后，应对每个方案进行可靠性分析，看看是否满足 系统安全性的要求，一般采用n - 1 安全性原则进行校验，即对系统在正常情况下和 故障情况下 进行潮流计算。潮流计算是配电网分析的基础，用于电网调度、运行分 析、设计规划，同时也是配电网网络分析的前提。配电网分析的另一个可行性分析 准则是看该网络方案是否满足短路容量的要求，尤其需要针对现状网的高压配电装 置的短路水平和架空线路、电缆等设备的短路设计水平进行校验。 7 . 估算各规划期需要的投资，主要设备的规范和数量。估算各规划期末将取得 的经济效益和扩大供电能力以后取得的社会经济效益。 8 . 绘制各规划期末的城网地理位置结线图( 包括现状线路线图) 。 1 . 3 . 2 高压配电网规划的主要原则 高压配电网规划以电力需求为导向，既要考虑电网建设的社会效益也要考虑电 网建设的经济效益。规划所安排的电网建设项 目必须有利于电网的安全稳定运行。 同时，也要贯彻电力与经济、社会、环境协调发展和适度超前的方针，满足社会经 济发展和人民生活水平的提高对供电可靠性和供电质量越来越高的新要求，使近期 高压配电网的建设，能够兼顾 长 远 日标，更好发挥输变电工程的效益。以确保城市 电网的经济运行。编制高压配电网规划的原则: 1 .合理利用能源和提高供电可靠性的原则。要认真研究、科学分析能源分布， 合理规划和布局电网的骨干网架结构，建设可靠、合理的电网。 2 满足电力负荷发展的需要并适当超前的原则。各项输、变、配、用电 l 秽 的设计、建设和改造，都必须符合电网发展规划的总体要求。 华北电力大学硕十学位论文 原因并提出改进方案。 2 . 预测负荷 负荷预测按照规划设计年限分类，般分为近期、中期、长期。电力负荷预测 应包括最大负荷预测，同时应针对负荷的时间、空间分布特点进行预测。 3 . 进行有功、无功电力平衡，提出对高压配电网供电电源点( 发电厂、2 2 0 千伏 及以上的变电所) 的建设要求。 4 . 网架优化 进行各规划期城网结构的整体设计，应提出多方案的比较、论证及必要的计算 ( 包括潮流计算) 等。在进行方案比较中应确定各个方案的综合供电能力以及相应的 投资比较。确定变电所的地理位置和线路路径。确定分期建设的工程项目，包括高 压配电网的改造项目。网架优化一般方法有两类，启发式和数学优化方法。 5 . 确定调度、通信、自动化等的规模和要求，配套二次规划主要原则和内容。 6 .可靠性、电压质量及短路容量的校验 在高压配电网基本网架确定后，应对每个方案进行可靠性分析，看看是否满足 系统安全性的要求，一般采用n - 1 安全性原则进行校验，即对系统在正常情况下和 故障情况下 进行潮流计算。潮流计算是配电网分析的基础，用于电网调度、运行分 析、设计规划，同时也是配电网网络分析的前提。配电网分析的另一个可行性分析 准则是看该网络方案是否满足短路容量的要求，尤其需要针对现状网的高压配电装 置的短路水平和架空线路、电缆等设备的短路设计水平进行校验。 7 . 估算各规划期需要的投资，主要设备的规范和数量。估算各规划期末将取得 的经济效益和扩大供电能力以后取得的社会经济效益。 8 . 绘制各规划期末的城网地理位置结线图( 包括现状线路线图) 。 1 . 3 . 2 高压配电网规划的主要原则 高压配电网规划以电力需求为导向，既要考虑电网建设的社会效益也要考虑电 网建设的经济效益。规划所安排的电网建设项 目必须有利于电网的安全稳定运行。 同时，也要贯彻电力与经济、社会、环境协调发展和适度超前的方针，满足社会经 济发展和人民生活水平的提高对供电可靠性和供电质量越来越高的新要求，使近期 高压配电网的建设，能够兼顾 长 远 日标，更好发挥输变电工程的效益。以确保城市 电网的经济运行。编制高压配电网规划的原则: 1 .合理利用能源和提高供电可靠性的原则。要认真研究、科学分析能源分布， 合理规划和布局电网的骨干网架结构，建设可靠、合理的电网。 2 满足电力负荷发展的需要并适当超前的原则。各项输、变、配、用电 l 秽 的设计、建设和改造，都必须符合电网发展规划的总体要求。 华北电力大学硕十学位论文 a ，电网配套发展原则。必须配套进行调度通信自动化等的规划。 4 .高压电网规划应重点研究目标网架，即研究和制定电网的总体和长远发展 目 标的原则。目标网架应结构合理，布局简明、可靠，层次清晰，运行灵活;具有 充足的供电能力，适应负荷和电源建设发展的长远需要;各级电妇 : 的变电总容量与 用电负荷之间，输、变、配电设备容量之间、有功和无功容量之间比例协调，经济 合理;电网的安全稳定性，应满足 电力系统安全稳定导则的要求。各级电网的 供电可靠性应符合 “ 供电安全准则”的规定;在长远规划框架内电网的建设布局应 适当超前负荷的发展，做到近期与远期相结合，新建与改造相结合，合理安排电网 规划项目的建设和投产。 5 .提高经济效益的原则。对于新建的输变电工程项目，必须从区域经济建设 的整体利益出发，通过严格的科学计算、经济分析和可行性研究，使电力建设符合 客观经济规律，充分发挥投资效益。 6 .有利于环境保护的原则。要采用新技术、新设备，淘汰可能对环境造成严 重污染的设备，切实做好环境保护工作。 1 . 4高压配电网规划现状 原有高压配电网尤其是老的大工业园区往往单纯依靠人为经验判断来进行规 划，因而存在个人判断的主观性，由于往往是某主管部门组织小范围内的讨论分析 结果，使得高压配电网的规划分析带有较强的个人色彩，使得电网规划偏离了科学 与经济的轨道，存在规划设计的片面性和局限性。 近年来，高压电网的科学规划逐渐受到各电力部门的重视，大工业园区以及规 划建设的工业园区、高校园区以及新型小城镇区域的整体规划设计一也将供电系统规 划列为重要的专项规划，参与电网规划设计的专业人员越来越多，供电方案的科学 可行性得到了越来越多的关注。从现状高压配电网规划来看，主要采用的是结合定 量负荷预测结果进行网架结构规划，计划分年度的建设项目以及进行相应项目的投 资估算，并结合投资估算结论作出相应的投融资分析:往往对方案的优化比较存在 一定的空白。高压配电网规划设计的目标是建立 一 张经济可靠的高压配电网以适于 规划目标年的负荷发展需要，对方案的优化比较往往是相应决策者更为关注的问 题，更具有现实意义。 高压配电网规划设计问题是非线性问题，是相对于一定的日标而言的，对于小 同的目标，就得到不同的规划结果。高压配电网规划包括数学模型的建立和优化目 标的选择。优化目标一般有网损最小、投资最省和综合效益最大等。最优无功配置 在数学上表现为一带有大量非线性约束的大规模优化问题，在满足约束方程的条们 下，求出目标函数的极值。多年来国内外学者对此开展了大量的研究工作，并提出 一 4 - 华北电力大学硕十学位论文 a ，电网配套发展原则。必须配套进行调度通信自动化等的规划。 4 .高压电网规划应重点研究目标网架，即研究和制定电网的总体和长远发展 目 标的原则。目标网架应结构合理，布局简明、可靠，层次清晰，运行灵活;具有 充足的供电能力，适应负荷和电源建设发展的长远需要;各级电妇 : 的变电总容量与 用电负荷之间，输、变、配电设备容量之间、有功和无功容量之间比例协调，经济 合理;电网的安全稳定性，应满足 电力系统安全稳定导则的要求。各级电网的 供电可靠性应符合 “ 供电安全准则”的规定;在长远规划框架内电网的建设布局应 适当超前负荷的发展，做到近期与远期相结合，新建与改造相结合，合理安排电网 规划项目的建设和投产。 5 .提高经济效益的原则。对于新建的输变电工程项目，必须从区域经济建设 的整体利益出发，通过严格的科学计算、经济分析和可行性研究，使电力建设符合 客观经济规律，充分发挥投资效益。 6 .有利于环境保护的原则。要采用新技术、新设备，淘汰可能对环境造成严 重污染的设备，切实做好环境保护工作。 1 . 4高压配电网规划现状 原有高压配电网尤其是老的大工业园区往往单纯依靠人为经验判断来进行规 划，因而存在个人判断的主观性，由于往往是某主管部门组织小范围内的讨论分析 结果，使得高压配电网的规划分析带有较强的个人色彩，使得电网规划偏离了科学 与经济的轨道，存在规划设计的片面性和局限性。 近年来，高压电网的科学规划逐渐受到各电力部门的重视，大工业园区以及规 划建设的工业园区、高校园区以及新型小城镇区域的整体规划设计一也将供电系统规 划列为重要的专项规划，参与电网规划设计的专业人员越来越多，供电方案的科学 可行性得到了越来越多的关注。从现状高压配电网规划来看，主要采用的是结合定 量负荷预测结果进行网架结构规划，计划分年度的建设项目以及进行相应项目的投 资估算，并结合投资估算结论作出相应的投融资分析:往往对方案的优化比较存在 一定的空白。高压配电网规划设计的目标是建立 一 张经济可靠的高压配电网以适于 规划目标年的负荷发展需要，对方案的优化比较往往是相应决策者更为关注的问 题，更具有现实意义。 高压配电网规划设计问题是非线性问题，是相对于一定的日标而言的，对于小 同的目标，就得到不同的规划结果。高压配电网规划包括数学模型的建立和优化目 标的选择。优化目标一般有网损最小、投资最省和综合效益最大等。最优无功配置 在数学上表现为一带有大量非线性约束的大规模优化问题，在满足约束方程的条们 下，求出目标函数的极值。多年来国内外学者对此开展了大量的研究工作，并提出 一 4 - 华北电力大学硕士学位论文 了一系列的优化算法。 以上介绍了 高压配电网规划设计的现状以及存在的问题，且主要应用于区域电 网规划，对于 大工业园区的电网规划具有指导性意义，但结合大工业园区负荷的特 征以及负荷发展的特点，应采用其适于放射型接线的高压配电网的且对负荷特性和 发展特点有针对性的规划设计方法，并结合负荷分析预测结果对高压配电网进行优 化分析计算，中国大型老工业园区高压配电网随着负荷发展所呈现的问题主要有: 电源配置的合理性问题、针对系统扰动电压存在波动问题、无功配置问题、配电网 自动化水平落后对电网运行的影响问题。当然，全国各地的大工业园区具体情况小 会完全一样，但总的看来问题却是共性的，因而对大工业园进行高八 酒己 电网的科学 规划设计是迫切的。 1 . 5 本文所做的主要工作 高压配电网规划是为了满足日益增长的电力负荷需求，在满足各项技术要求的 前提下，寻求最佳的电网投资决策以保障整个高压配电系统的长期最优发展。本课 题是根据燕化电网隐患治理及其高压配电网规划设计这一特殊需求而提出的，日的 是解决中国老大丁业园区电网现存在的问题，具有实际应用的课题背景。 针对人工业园区高压配电网的特点及其现状存在的问题，主要工作任务如 卜 : 玲 根据燕化高压配电网现状网架结构以及故障分析，提出对北京燕化配电网的隐 患分析结论，并就分析结果提出燕化电网改进的几点建议，总结了大型工业区 普遍存在的主要问题。 z ) 根据大型工业区的负荷特性，结合传统负荷预测法的分析，提出适用于大一 r _ 业 区的负荷预测方法，井以北京燕化为例进行该方法存在的问题和与改进探讨。 3 )针对现状燕化电网的负荷情况以及负荷预测结论与负荷分布进行电力电量平 衡，提出大工业电网建设的网架结构优化方法。 4 ) 在一次系统规划建设结论的基础上配套提出二次系统规划构想。 5 )采用方案经济比较方法优化规划方案，就大型工业区高压配电网来说，在规划 期内往往更关注的是网络的局部优化， ， 本文对网络优化方法进行综合比较并结 合工程实际提出适用的经济比较方法。 华北电力大学硕士学位论文 了一系列的优化算法。 以上介绍了 高压配电网规划设计的现状以及存在的问题，且主要应用于区域电 网规划，对于 大工业园区的电网规划具有指导性意义，但结合大工业园区负荷的特 征以及负荷发展的特点，应采用其适于放射型接线的高压配电网的且对负荷特性和 发展特点有针对性的规划设计方法，并结合负荷分析预测结果对高压配电网进行优 化分析计算，中国大型老工业园区高压配电网随着负荷发展所呈现的问题主要有: 电源配置的合理性问题、针对系统扰动电压存在波动问题、无功配置问题、配电网 自动化水平落后对电网运行的影响问题。当然，全国各地的大工业园区具体情况小 会完全一样，但总的看来问题却是共性的，因而对大工业园进行高八 酒己 电网的科学 规划设计是迫切的。 1 . 5 本文所做的主要工作 高压配电网规划是为了满足日益增长的电力负荷需求，在满足各项技术要求的 前提下，寻求最佳的电网投资决策以保障整个高压配电系统的长期最优发展。本课 题是根据燕化电网隐患治理及其高压配电网规划设计这一特殊需求而提出的，日的 是解决中国老大丁业园区电网现存在的问题，具有实际应用的课题背景。 针对人工业园区高压配电网的特点及其现状存在的问题，主要工作任务如 卜 : 玲 根据燕化高压配电网现状网架结构以及故障分析，提出对北京燕化配电网的隐 患分析结论，并就分析结果提出燕化电网改进的几点建议，总结了大型工业区 普遍存在的主要问题。 z ) 根据大型工业区的负荷特性，结合传统负荷预测法的分析，提出适用于大一 r _ 业 区的负荷预测方法，井以北京燕化为例进行该方法存在的问题和与改进探讨。 3 )针对现状燕化电网的负荷情况以及负荷预测结论与负荷分布进行电力电量平 衡，提出大工业电网建设的网架结构优化方法。 4 ) 在一次系统规划建设结论的基础上配套提出二次系统规划构想。 5 )采用方案经济比较方法优化规划方案，就大型工业区高压配电网来说，在规划 期内往往更关注的是网络的局部优化， ， 本文对网络优化方法进行综合比较并结 合工程实际提出适用的经济比较方法。 华北电力大学硕士学位论文 第 2 章现状高压配电网分析 对于高压配电网现状的分析是高压配电网规划设计的前提。在目前的电网规划 分析软件中往往缺少对现状 目标的细化分析，因而往往只是结合规划目 标年提出建 设任务，但建设任务的可实施性一般则容易忽略。现状分析有利于针对规划目标现 状存在的主要问题的分析结论提出电网的概扩建项 目的规划建议，因而是必要的。 大型工业区的高压配电网往往与地区高压配电网之间通过几回高压线路相联，内部 配电系统相对独立，相对与地区高配电网来说，大型工业区往往点负荷集中，动 力负荷占绝对主体地位，变电所一般位于最初形成的点负荷中心。 下 面针对北京燕 山石化大型 上 业区高压配电网现状进行现状电网分析。 2 . 1燕化电网现状 燕山石化位于北京房山地区，是特大型石油化工联合企业。其负荷主要为一、 二级负荷，要求供配电系统具有较高的安全性和可靠性。随着燕山石化公司的不断 发展，用电负荷也不断增长。2 0 0 2年统计总用电量达到了 2 2 . 2亿度，( 其中网供 1 7 . 6亿度，自发 4 . 6亿度) ，总用电负荷 2 5 3 m w ; 2 0 0 4年最大负荷为 2 9 8 . 4 m w ,网 供平均负荷为2 0 1 m w ，最大负荷为2 5 9 m w . 2 . 1 . 1电源现状 燕山石化的供配电系统包括:2 座 2 2 0 k v 变电所 ( 东风变电所和燕山变电所) ， 7 座 1 1 0 k v 变电所 ( 栗园、岗北、路南、星城、化一老总、化一新总、 化一新高压) ， 2 座 3 5 k v 变电所 ( 三催化、牛口峪) ，9 4 座 rv 变电所，3 0 8 座 3 8 0 v 配电室，2 座 1 1 0 k v 热电站 ( 一电站、三电站) ，一座 3 5 k v热电站 ( 二电站) ，共有 巧 台发电机 组，装机容量为 1 9 0 . 4 m w . 山于燕化负荷的重要性，为了保障在失去北京主电网电源的情况下能保障部分 重要负荷的可靠供电，燕化配套建设了三座电站，安装发电机组共计 巧 台，且考 虑到发电与重要负荷的局部平衡等问题，三座电站分布较为分散，且单机组容量较 小，并网点也不同。一电站 4台机组机端额定电压为 6 k v ,采用升压变并网于东风 变电所 1 1 0 k v ，除了并网为东风变电所 1 1 0 k v出线提供部分电能以外，正常情况下 为胜利、山口两座泵站以及胜利装车站采用 6 k v 供电。三电站 2 台机组机端额定电 压为 6 k v ，采用升压变并网于燕山变电所 1 1 0 k v ，除了并网为燕山风变电所 1 1 0 k v 出线提供部分电能以外，正常情况下为岗北变电所提供 6 k v 备用电源。二电站采用 华北电力大学硕士学位论文 第 2 章现状高压配电网分析 对于高压配电网现状的分析是高压配电网规划设计的前提。在目前的电网规划 分析软件中往往缺少对现状 目标的细化分析，因而往往只是结合规划目 标年提出建 设任务，但建设任务的可实施性一般则容易忽略。现状分析有利于针对规划目标现 状存在的主要问题的分析结论提出电网的概扩建项 目的规划建议，因而是必要的。 大型工业区的高压配电网往往与地区高压配电网之间通过几回高压线路相联，内部 配电系统相对独立，相对与地区高配电网来说，大型工业区往往点负荷集中，动 力负荷占绝对主体地位，变电所一般位于最初形成的点负荷中心。 下 面针对北京燕 山石化大型 上 业区高压配电网现状进行现状电网分析。 2 . 1燕化电网现状 燕山石化位于北京房山地区，是特大型石油化工联合企业。其负荷主要为一、 二级负荷，要求供配电系统具有较高的安全性和可靠性。随着燕山石化公司的不断 发展，用电负荷也不断增长。2 0 0 2年统计总用电量达到了 2 2 . 2亿度，( 其中网供 1 7 . 6亿度，自发 4 . 6亿度) ，总用电负荷 2 5 3 m w ; 2 0 0 4年最大负荷为 2 9 8 . 4 m w ,网 供平均负荷为2 0 1 m w ，最大负荷为2 5 9 m w . 2 . 1 . 1电源现状 燕山石化的供配电系统包括:2 座 2 2 0 k v 变电所 ( 东风变电所和燕山变电所) ， 7 座 1 1 0 k v 变电所 ( 栗园、岗北、路南、星城、化一老总、化一新总、 化一新高压) ， 2 座 3 5 k v 变电所 ( 三催化、牛口峪) ，9 4 座 rv 变电所，3 0 8 座 3 8 0 v 配电室，2 座 1 1 0 k v 热电站 ( 一电站、三电站) ，一座 3 5 k v热电站 ( 二电站) ，共有 巧 台发电机 组，装机容量为 1 9 0 . 4 m w . 山于燕化负荷的重要性，为了保障在失去北京主电网电源的情况下能保障部分 重要负荷的可靠供电，燕化配套建设了三座电站，安装发电机组共计 巧 台，且考 虑到发电与重要负荷的局部平衡等问题，三座电站分布较为分散，且单机组容量较 小，并网点也不同。一电站 4台机组机端额定电压为 6 k v ,采用升压变并网于东风 变电所 1 1 0 k v ，除了并网为东风变电所 1 1 0 k v出线提供部分电能以外，正常情况下 为胜利、山口两座泵站以及胜利装车站采用 6 k v 供电。三电站 2 台机组机端额定电 压为 6 k v ，采用升压变并网于燕山变电所 1 1 0 k v ，除了并网为燕山风变电所 1 1 0 k v 出线提供部分电能以外，正常情况下为岗北变电所提供 6 k v 备用电源。二电站采用 华北电力大学硕士学位论文 3 5 k v并网于栗园 1 1 0 k v 变电所。 燕化电源除了三座电站提供部分电力以外，主要通过燕山、东风2 座2 2 0 k v 变 电所受电。燕山2 2 0 k v 变电所为8 6年建设，2 2 0 k v为内桥接线，安装 2台 1 2 0 m v a 无载调压电力变压器， 无功补偿为4 组4 8 0 0 k v a r并联电容器组，电源自房山5 0 0 k v 变电所引入一回， 另一回电源线路自 芦城2 2 0 k v 变电所引入; 东风变电所建于 1 9 9 1 年，2 2 0 k v 为单母线分段接线，安装2 台 1 2 0 m v a 有载调压电力变压器，无功补偿为 6 组8 0 0 0 k v a : 并联电容器组，电源自 房山5 0 0 k v 变电所引入一回，另一回电源线路 自芦城 2 2 0 k v 变电所引入。根据北京三热3 9 0 m w 机组接入系统方案，为配合北京 热电厂接入系统，根据北京电网系统规划，芦城一燕化和芦城一东风两回2 2 0 k v 线 路切入榆管营 2 2 0 k v 变电所，该项目 将于 2 0 0 5 年夏季高峰负荷到来前实施。该项 目实施后，燕化的 2 座 2 2 0 k v 变电所接入北京超高压系统线路方案如图 2 -1 所示: 东 风吞 - - - - 一 旦 些 _ _ 芦 东 8 l x 一_ _ 八 单 日 路 燕山l0 二 二二 二 二 单 回 路 ; 9 i 单 4 4 芦 东 9 0 k v_ _ 一 缈_ 单 回 路 一 一 _ bq,y vqo 山 娜 榆 翰 图2 -1 燕山、东风 2 2 0 k v 系统接线示意图 2 . 1 . 2高压变压器容量及线路现状 燕化2 2 0 k v 变压器情况参见2 . 1 . 1 介绍。 燕化 1 1 0 k v主变共计 2 1台，其中电站主变 4台，总容量为 1 4 3 m v a ，其他变电 所变压器 1 7台，共计容量为 5 6 5 . 2 m v a 。配备情况参见附表 2 -1 . 与 燕化电网相联的 2 2 0 k v 输电线路现有 4 条，分别为燕化、东风两座用户变电 所提供电源，总长 度8 8 . 3 2 公里。具体情况参见附表2 -2 0 燕化地区 1 1 0一千伏电网主要为双回放射式接线。到 2 0 0 4年底，燕化地区共有 1 1 0 千伏架空线 1 7 条，总长度为 6 4 . 0 6 5 公里。具体情况参见附表 2 -3 0 从燕山、东风两座 2 2 0 k v 变电所来看， 规划设计的，分别于 1 9 8 6 年和 1 9 9 4 年设计 两座变电所最初设计均是按照 2台主变 ，采用的是户外高压配电装置，从电气 总平面布置 匕 来看，两座变电所具备主变更换为 1 8 0 m v a主变的条件，但不具备增 加第只台主变的安装位置。 华北电力大学硕士学位论文 3 5 k v并网于栗园 1 1 0 k v 变电所。 燕化电源除了三座电站提供部分电力以外，主要通过燕山、东风2 座2 2 0 k v 变 电所受电。燕山2 2 0 k v 变电所为8 6年建设，2 2 0 k v为内桥接线，安装 2台 1 2 0 m v a 无载调压电力变压器， 无功补偿为4 组4 8 0 0 k v a r并联电容器组，电源自房山5 0 0 k v 变电所引入一回， 另一回电源线路自 芦城2 2 0 k v 变电所引入; 东风变电所建于 1 9 9 1 年，2 2 0 k v 为单母线分段接线，安装2 台 1 2 0 m v a 有载调压电力变压器，无功补偿为 6 组8 0 0 0 k v a : 并联电容器组，电源自 房山5 0 0 k v 变电所引入一回，另一回电源线路 自芦城 2 2 0 k v 变电所引入。根据北京三热3 9 0 m w 机组接入系统方案，为配合北京 热电厂接入系统，根据北京电网系统规划，芦城一燕化和芦城一东风两回2 2 0 k v 线 路切入榆管营 2 2 0 k v 变电所，该项目 将于 2 0 0 5 年夏季高峰负荷到来前实施。该项 目实施后，燕化的 2 座 2 2 0 k v 变电所接入北京超高压系统线路方案如图 2 -1 所示: 东 风吞 - - - - 一 旦 些 _ _ 芦 东 8 l x 一_ _ 八 单 日 路 燕山l0 二 二二 二 二 单 回 路 ; 9 i 单 4 4 芦 东 9 0 k v_ _ 一 缈_ 单 回 路 一 一 _ bq,y vqo 山 娜 榆 翰 图2 -1 燕山、东风 2 2 0 k v 系统接线示意图 2 . 1 . 2高压变压器容量及线路现状 燕化2 2 0 k v 变压器情况参