21.巢湖地区电网规划研究
远程教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目 巢湖地区电网规划研究 姓名与学号 王绪宝 714068202006 年级与专业 14秋广州学习中心（珠海） 电 气 学习中心 广州学习中心（珠海） 指导教师 许 诺 浙江大学远程教育学院本科生毕业论文（设计）诚信承诺书 1.本人郑重地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。
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毕业论文（设计）作者：
王绪宝 2016 年 10 月 29 日 论文版权使用授权书 本论文作者完全了解 浙江大学远程教育学院 有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江大学远程教育学院 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。
毕业论文（设计）作者签名：王绪宝 2016 年 10 月 29 日 摘要 市区电网供电能力的评估是该市区电网规划的基础和前提，它直接关系到电网的安全运行，且与该城市的发展建设息息相关。所以，科学合理的评估市区电网目前的供电能力，找出电网中存在的问题，并想办法解决以提高电网的供电能力和经济效益是本课题研究的首要任务。
本文针对巢湖地区电网的基本概况和行业用电情况进行分析，并对该市区进行了电力负荷的预测。预测中看发展，发展中看经济。通过预测未来几年的电力情况来调整电网的发展计划。同时重点研究和模拟了各变电站在不同负荷倍数下负荷率、功率因数、电压降落和线损等情况，通过分析比较，得出各变电站的供电裕度是否满足现有的电力需求以及是否需要对线路进行改造的结论。最后通过PSD-BPA软件对这些数据进行潮流计算和利用N-1计算方法模拟一台主变故障情况，来验证以上结论是否可靠合理。
本文的研究成果可以为该市区电网的规划开拓思路，提供有效的依据。
关键词：电网规划；
预测；
改造；
潮流计算 目录 摘要 I 一、绪论 1 二、巢湖地区供电情况 3 （一）变电站分析 3 1.变电站改造 3 2.变电站基本情况 4 （二）线路分析 4 （三）电网的无功补偿 5 （四）巢湖地区电网运营的经济发展情况 6 （五）小结 8 三、巢湖地区电网的潮流分布与供电能力分析 9 （一）潮流计算 9 （二）潮流计算参数 10 （三）潮流计算程序 10 总结 12 参考文献 13 致谢 14 一、绪论 城市电网是电力系统的重要组成部分，担负着整个城市的送配电任务，是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，它一般包括220kV的输电网，110kV、63 kV和35 kV的高压配电网，10 kV的中压配电网，380/220 V的低压配电网，连同为其提供电源的变电所和网内的发电厂。
《农村电气化》2003年第4期，农村电气化期刊社出版 输电网是通过高压、超高压输电线将发电厂与变电所、变电所与变电所连接起来，完成电能传输的电力网络。配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地或逐级分配给用户的电力网。
丁毓山、杨勇主编《农村电网规划与改造》，北京，中国电力出版社，2001年6月 配电设施包括配电线路、配电所和配电变压器等。城市电网还是电力系统的主要负荷中心，具有用电量大、负荷密度高、安全可靠性和供电质量要求高等特点。是城市现代化建设的重要基础设施之一。
图1-1电力系统宏观模型图 随着国民经济的飞速发展，电力负荷的增长明显加快，城市电网由于长期投资不足，技术落后，形成了一些供电瓶颈，电能质量、供电能力和供电可靠性满足不了用户的电力需求，为了适应城市的发展，电网的改造和扩建工作已经在全国内展开，而城区电网的评估工作自然是电网改造的基础和前提。
国家电力公司农电工作部编，《农村电网技术》，北京，中国电力出版社，2000年7月 电网的建设在不同地方也各不相同。从城市的性质角度来讲，城市不同，其区域性质也就有所差异。从城市规模的差异方面，有大、中、小型城市之分；
从城市经济水平差异方面，有发达、普通城市之分；
从城市性质的差异方面，有农村、城市地区之分。这些不同实际情况的存在，决定了电网评估的差异性。 运行水平和供电能力是评估城市电网好坏的两个非常重要的方面。在城市电网运行水平和供电能力的整个评估过程中，评估人员不但要掌握电网运行的历史数据和现实情况，而且要收集很多城市过去、现在和将来发展的各种数据信息。因此，研究电网运行水平和供电能力的评估方法，对保证城市电网规划、建设和改造的合理性，提高电力系统运行的安全性、稳定性和经济性，保证用户用电的可靠性和连续性，具有重大的经济效益和社会意义。
刘键等编，《城乡电网建设与改造指南》，中国水利水电出版社，2001年3月 二、巢湖地区供电情况 （一）变电站分析 1.变电站改造 随着电力市场的飞速发展，巢湖地区对电力这一领域越来越重视，对电能质量和供电可靠性的要求也在提高。该市区共有4座变电站，分别是五一变、石柱岭变、沙田变和玉洞变。由于该市区的变电站历史悠久，主变需要进行更新改造才能适应发展的需求，表2-1-1列出了近年来各变电站进行改造升级后的容量变化。
表2-1-1巢湖地区各变电站主变改造前后对比 变电站名称 投入时间 投入容量(MV•A) 改造时间 改造后容量(MV•A) 五一变 1990年以前 1*15+1*63+2*90 2012年11月 2*180 石柱岭变 1990年以前 2*31.5 2014年 2*40 沙田变 1992年、1998年 2*120 无 2*120 玉洞变 1998年12月 1*31.5 无 1*31.5 主变容量不匹配的变电站在现状负荷不高的情况下，暂时能够满足供电可靠性需求，一旦变电站负载率偏高，当大容量主变停运时，供电可靠性不高。所以需要将五一变那4台主变容量不匹配的双绕组变压器改造为2台主变容量匹配的三绕组变压器以增强变电站的供电可靠性。
阎士琦编，《农村配电设计手册》，北京，中国电力出版社，2001年8月 主变的运行方式为两者互为备用。因为玉洞变供电区域内多为三级负荷，而且负荷相对较小，所以只有一台主变且主变的容量相对较小。但是单主变运行的变电站，在主变发生故障时只能通过下一级电网转带部分负荷，运行灵活性较差。可以结合负荷发展适时增加第二台主变。
马维新编，《电力系统电压》，北京，中国电力出版社，1998年4月 而五一变、石柱岭变和沙田变所管辖区域主要是一、二级负荷，需要较大容量来保证供电的连续性和可靠性。
2.变电站基本情况 该市区的五一变和沙田变是220kV变电站，石柱岭变和玉洞变是110kV变电站，变电站的具体运行情况见表2-1-2。
变电站名称 电压等级(kV) 主变容量 (MV•A/台) 主变台数(台) 是否无人值班 是否综合自动化 五一变 220/110/10 180 2 是 是 石柱岭变 110/10 40 2 是 是 沙田变 220/10 120 2 否 否 玉洞变 110/10 31.5 1 是 否 表2-1-2巢湖地区各变电站基本情况 由表2-1-2可知，五一变的主要设备是220/110/10kV的三绕组变压器，相对于另外三个变电站具有更灵活的升降压功能，且主变容量最大，表示在正常情况下，该变电站有最大的传输功率的能力。
能源部西北电力设计院编，《电力工程电气设计手册》，水利电力出版社，1990年9月 石柱岭变虽然和玉洞变有相同的电压等级，但是石柱岭变的传输功率的能力大于玉洞变；
石柱岭变的主变台数是玉洞变的两倍，故石柱岭变的供电可靠性较大。沙田变的主变容量过大，不符合自身的容量需求，增大了设备的投资，使变压器长期处于空载状态，无功损失增加。
综上所述，五一变和石柱岭变的设计合理，供电可靠性大，基本实现了无人值守的技术要求，具有较高的自动化水平，这对于该市区的经济有明显的优势；
玉洞变也实现了无人值守，但是还不能实现综合自动化；
沙田变则无法实现无人值守，综合自动化程度也较低。
蓝毓俊编，《现代城市电网规划设计与建设改造》，北京，中国电力出版社，2004年 （二）线路分析 表2-2-1 巢湖地区各电压部分高压输电线路情况 电压等级kV 线路条数 干线路长度(km) 最长线路长度(km) 线路最大截面积(mm2) 220 6 56.158 19.804 400 110 7 14.593 5.506 240 巢湖地区的高压输电线路的电压等级为220kV和110kV。220kV电压共有6条线路，总长56.158km，其中，五一变有2条，沙田变有4条；
110kV电压有7条线路，总长14.593km，五一变、石柱岭变和玉洞变分别有4条、2条和1条。以上是该市区主要变电站的高压架空线路总体情况，这些线路作为高压配电站的电源进线和变电站之间的联络线。
表2-2-2 巢湖地区各变电站高压线路参数 变电站名称 220kV线路条数 线路型号 110kV线路条数 线路型号 五一变 2 LGJ-400/LGJ-240 4 LGJ-240 石柱岭变 0 —— 2 LGJ-240 沙田变 4 LGJ-300/LGJ-240 0 —— 玉洞变 0 —— 1 LGJ-240 由表2-2-2可知，五一变220kV线路的导线型号是LGJ-400/LGJ-240，表示这两种型号中任一型号都适用于该线路。同理，沙田变也是如此。
（三）电网的无功补偿 无功补偿可以改善电压质量，提高功率因数，是电网采用的节能措施之一。配电网中常用的无功补偿方式为：在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；
在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；
在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。
范明天、张祖平编，《配电网络规划与设计》，北京，中国电力出版社，1999年 2-3-1该市区主要变电站电容组装设情况 变电站名称 组数 每组容量(Mvar) 合计(Mvar) 五一变 4 7 28 石柱岭变 2 3.6 7.2 沙田变 4 9 36 玉洞变 2 2.4 4.8 110kV的双主变石柱岭变电站和单主变玉洞变电站的电容组装均有2组，电力部门规定：当110kV变电站的单台主变压器容量为31.5MVA及以上时，每台主变宜配置两组容性无功补偿装置。所以石柱岭变应该再加装2组无功补偿装置，从而降低线路损失和提高电压质量。
表2-3-2 该市区主要变电站无功补偿百分比 变电站名称 主变构成(MVA) 主变总容量(MVA) 无功补偿容量(Mvar) 无功补偿百分比(%) 五一变 2*180 360 28 7.78% 石柱岭变 2*40 80 7.2 9% 沙田变 2*120 240 36 15% 玉洞变 1*31.5 31.5 4.8 15.24% 总计 —— 711.5 76 10.68% 从总体上讲，至2015年，该市区4座变电站主变总容量为711.5MVA；
无功补偿总容量为76MVar，平均无功补偿度为10.68%，无功补偿度在合理范围以内。从单个变电站上讲，五一变电站和石柱岭变电站的无功补偿配置不足10%，应该适时加装无功补偿装置。
（四）巢湖地区电网运营的经济发展情况 一个城市的发展可以从供电量反映出来。巢湖地区这几年来经济发展迅猛，人民生活水平逐年提高，对电力的需求也随之而增长。
表2-4-1 巢湖地区电网运营基本情况数据表 年份 供电量(GW·h) 增长率(%) 最大负荷(MW) 最小负荷(MW) 2011 2.898 —— —— —— 2012 3.2 10.42% 474.07 141.59 2013 3.621 13.16% 686.66 122.29 2014 3.752 3.62% 711.94 213.4 2015 4.101 9.30% 750.16 194.19 2016 4.43 8.02% 821.98 240 图2-4-1 巢湖地区各年供电量趋势图 表2-4-1是巢湖地区2011-2015年实际供电量和2016年供电量预测值。图2-4-1是2011-2016年巢湖地区各年供电量趋势图。该市区供电量增长率一般在8%~10%之间，最高增长率是2013年，达到了13.16%；
最低增长率是2014年，只有3.62%。供电量平均增长率是8.9%，和表2-4-2中显示的GDP的平均增长率10.91%相比，小于GDP的增长率。
下图是反映巢湖地区各年的最大、最小负荷的图例：
图2-4-2巢湖地区各年的最大最小负荷 由其数据和走势图可以看出来，最大负荷增长势头较为迅猛，特别是2013年的最大负荷增长尤为突出，可见在最近几年里该市的经济发展非常迅速。相对而言，最小负荷发展较为平缓，呈现出了明显的峰谷差。最大负荷和最小负荷之间的差值也越来越大， 王梅义、吴竞昌、蒙定中编，《大电网系统技术》，北京，中国电力出版社，2000年 因此不但需要满足在高峰负荷时向发电、输配变设备供电，而且使得线损增加。在运行中，应该控制负荷的峰谷差越小越好，这样不但可以使发电和输配电设备得到合理和充分利用，使线损减少，而且给电力系统的调频调压创造了有利条件。
表2-4-2 巢湖地区经济发展数据表 年份 供电范围 面积(平方公里) 人口(万人) GDP(亿元) 2010 市区 84.76 102.40 402.90 2011 市区 84.76 118.20 440.30 2012 市区 84.76 125.60 502.53 2013 市区 110.20 151.30 581.70 2014 市区 110.20 175.20 602.10 2015 市区 166.00 214.10 722.60 增长(%) —— 11.34 13.61 10.91 图2-4-3巢湖地区经济发展趋势图 表2-4-2反映的是巢湖地区的经济发展情况，包括市区面积、人口和国民生产总值（GDP）的增长情况。图2-4-3显示了2010-2015年以来GDP逐年增长的情况，尤其是2015年经济的增速最快。
王锡凡编，《现代电力系统分析》，北京，科学出版社，2003年 近年来该市政府不断加强招商引资力度，来该市投资置业的人越来越多，使得该市的市区面积不断扩大，人口也处于逐年增长的趋势，国民生产总值的增长速度比全国的平均水平要高。随着东盟博览会落户该市，该市与东盟的联系越来越密切，在全国知名度不断提高的情况下，该市在未来的经济发展的势头会更猛。
（五）小结 随着社会经济的不断发展，社会对电力企业供电可靠性的要求会越来越高。科学技术的不断发展，也会给配电网带来更多的新设备、新技术，使配电网变得更复杂。本文在对巢湖地区市区供电可靠性评估还不够深入和全面，缺少没有足够的资料和数据，还存在很多的不足。在今后的工作和学习过程中要不断深入了解电网供电能力可靠性的深层内容，结合该市供电配电网的实际情况，为该市电网供电能力情况做出更完善的分析和评估。
本章是主要是针对巢湖地区电网和该市的用电情况进行分析，包括：供电区域概括、巢湖地区电网运行情况和运行指标、各电压等级的输变电设备情况等。因为有些用电数据不能细致到每个行政区，所以只能对大区进行分析，两者的区别不大。
三、巢湖地区电网的潮流分布与供电能力分析 （一）潮流计算 潮流计算是电力网络设计及运行中最基本的计算。通过给定电网结构、参数、及电力元件的运行条件进行潮流计算，可以得到系统的各母线电压、线路潮流分布及功率损耗等结果。根据计算结果，可以检查系统中各元件是否过负荷，各节点电压是否满足运行要求，功率分布及功率损耗是否合理等。
潮流计算指在给定的电网拓扑结构和各元件运行参数的情况下，计算电网的稳态运行参数，以帮助对其潮流分布和供电能力进行理解和分析。
图3-1-巢湖地区电网电气主接线图 根据表2-2和表2-4中各变电站的相关参数可以画出以上的电气主接线图。其中，五一变220kV母线的导线型号是LGJ-400/LGJ-240，沙田变的220kV母线的导线型号是LGJ-300/LGJ-240，由于沙田变的总功率值不算大，故采用型号为LGJ-240的导线作为五一变和沙田变220kV侧的联络线即可。同时石柱岭变和玉洞变的110kV侧母线型号也为LGJ-240。
在用PSD-BPA软件进行潮流计算时，应该首先确定平衡节点，观察上图可知，只有220kV侧有与大电网连接的电源点，故可以将此处设为平衡(Vθ)节点。由于该接线图中没有其他电源点，所以不再设PV节点。其余的节点为PQ节点。
（二）潮流计算参数 表3-1-2主变参数表 变电站名 电压等级(kV) 主变容量 (MV•A/台) 主变台数（台） 短路电压U% 高中 高低 中低 五一变 220/110/10 180 2 14 50 35 石柱岭变 110/10 40 2 10.5 沙田变 220/10 120 2 12 玉洞变 110/10 31.5 1 10.5 （三）潮流计算程序 在潮流计算时，牛顿-拉夫逊法有很好的收敛性，但是其对初值的要求很高，故先采用P-Q分解法迭代几次，使其确定目标值附近的某一个初值后，再用牛顿-拉夫逊法求解潮流。
潮流程序如下所示：
(POWERFLOW,CASEID=IEEE1,PROJECT=IEEE_1BUS_TEST_SYSTEM) /SOL_ITER,DECOUPLED=2,NEWTON=10,OPITM=0＼ /P_INPUT_LIST,ZONES=ALL＼ /P_OUTPUT_LIST,ZONES=ALL＼ /RPT_SORT=ZONE＼ /NEW_BASE,FILE=IEEE1.BSE＼ /PF_MAP,FILE = IEEE1.MAP＼ /NETWORK_DATA＼ .B ------------------------------ 母线 ------------------------------- BS 沙田变1 230. 999. 999. 1.01 B 沙田变2 10.5 31.8210.05 B 石柱岭1 115. B 石柱岭2 10.5 48.6216.43 B 玉洞变1 115. B 玉洞变2 10.5 25.3410.14 B 五一变1 230. B 五一变2 115. B 五一变3 10.5 38.0614.16 B 中性点1 230. B 中性点2 230. .L ------------------------ transmission lines ------------------------- L 五一变1 230. 沙田变1 230. .0139 .0405 L 五一变2 115. 石柱岭1 115. .0144 .0421 L 五一变2 115. 玉洞变1 115. .0144 .0421 .T --------------------------- transformers ----------------------------- T 五一变1 230. 中性点1 230.1 .078 230. 230. T 中性点1 230. 五一变2 115.1 -0.003 230. 115. T 中性点1 230. 五一变3 10.51 .197 230. 10.5 T 五一变1 230. 中性点2 230.2 .078 230. 230. T 中性点2 230. 五一变2 115.2 -0.003 230. 115. T 中性点2 230. 五一变3 10.52 .197 230. 10.5 T 石柱岭1 115. 石柱岭2 10.51 .262 115. 10.5 T 石柱岭1 115. 石柱岭2 10.52 .262 115. 10.5 T 玉洞变1 115. 玉洞变2 10.5 .333 115. 10.5 T 沙田变1 230. 沙田变2 10.51 .1 230. 10.5 T 沙田变1 230. 沙田变2 10.52 .1 230. 10.5 (END) 总结 电力系统构成的重要组成部分就包含县城电网，同时也是发展城市现代化重要的基础设施。随着我国经济的快速上升，电力负荷增长迅速，因此对于区域电网的供电能力提出了新的要求。同时也给配电网的供电提出了新的挑战。地方电网的优劣，不仅直接影响到电力部门的安全运行，同时还关系到国民经济其它各部门的发展。科学地评估区域的供电能力能够更好的发现供电过程中存在的问题，从而提高供电质量，对社会和经济存在重大的意义。
城市电网供电能力的评估可以帮助人们更好的了解一个地区电网的结构、人民用电情况以及电网潜在的问题等，对提高电网供电的安全性和可靠性，对社会经济发展有着很大的现实意义。本着此基本目的，本文对巢湖地区市区电网的供电能力做了分析和评估，主要取得了如下成果：
一、宏观分析了该市历年用电情况以及负荷构成情况，并对该市电网的负荷发展趋势和行业用电需求做相应的分析预测。
二、从变电站和线路两个方面对该市市区电网结构进行了分析，分析了西山变和岭头变主变投运情况、变电站目前运行的基本情况、市区架空线路的投运情况、线路参数以及电网连接等基本情况。同时对该市市区电网整体的运行现状进行了分析，找出一些存在的问题，并提出相应的解决方法。
三、详细分析了该市市区10kV线路的运行和负荷情况，从导线在不同负荷下的安全负载率、配变运行率和还可报装容量三个方面分析了线路负荷能力。同时简单分析了线路的线损情况，为该市供电部门在改造过负荷、线损大的线路时提供参考。
四、通过对该市市区潮流进行了计算和分析，得到在不同负荷水平下的电力系统单线图，从图中分析知道该市市区电网结构较合理，现有的电厂、变电站和线路容量基本满足负荷的发展需求，在负荷增加1.3倍情况下，市区电网电压仍然能够稳定。此外，还通过该软件对市区电网进行了N-1开断模拟分析，以校验某些设备在停运的情况下，是否仍有备用以维持该地区电网的正常运行，不影响供电的安全性和可靠性。
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[20]狄富清编，《城乡电网配电装置》，北京，中国电力出版社，2001年6月 致谢 整个毕业论文顺利撰写完，顿时感觉很轻松，很有成就感。回想这刚过去的几个月毕业论文撰写，第涌入眼前的次就是辛苦。为了写毕业论文，经常每天十多个小时的泡在图书馆，查阅资料，询问学姐，向老师请教。所以这一份毕业论文能够顺利写完，也是对我四年大学生活的总结。
我还要感谢论文撰写过程中给我提供过帮助的学长，同学。他们给我在论文撰写过程中遇到的问题，都提供了帮助和意见。对于我的论文的顺利完成，功不可没。在此，也要诚挚地说一声，谢谢。
最后，我要向我的父母衷心地说一声谢谢。
向在我毕业论文中给过我帮助的所有人，再次说声谢谢。
