淺談我國電力系統(tǒng)的規(guī)劃及新技術(shù)的應(yīng)用

劉 宇

沈陽供電公司客服中心，遼寧沈陽 110003

1 電力系統(tǒng)規(guī)劃的意義

電力規(guī)劃是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其具有不確定因素多、規(guī)模大、涉及部門和專業(yè)領(lǐng)域廣的特點(diǎn)。電力規(guī)劃工作不僅需電力系統(tǒng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)建設(shè)的一項(xiàng)必不可少的前期工作。其目的是根據(jù)對某一區(qū)域在某一時(shí)期內(nèi)負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果，在滿足一定的可靠性水平的條件下，尋求一個(gè)最好的電力發(fā)展方案，科學(xué)合理的電力系統(tǒng)規(guī)劃是電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。因此，做好電力系統(tǒng)規(guī)劃工作具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

2 我國電力系統(tǒng)規(guī)劃現(xiàn)狀

隨著我國電力工業(yè)迅速發(fā)展，裝機(jī)容量和送電線路都有了驚人的增長。發(fā)電裝機(jī)容量自1987年超過100GW，1995年超過200GW，2000年將超300GW，2020年將760GW～800GW；年發(fā)電量1995年已居世界第二；500kV網(wǎng)架已初具規(guī)模，更高電壓等級的送電方式已在研討；發(fā)電機(jī)單機(jī)容量由300mW、600mW向800mW、1000mW方向發(fā)展；大區(qū)間聯(lián)網(wǎng)正在醞釀；三峽電站已經(jīng)開工建設(shè)，我國的電力工業(yè)已進(jìn)入大機(jī)組、高電壓的發(fā)展時(shí)期。傳統(tǒng)的常規(guī)規(guī)劃方法有些已不能適應(yīng)，系統(tǒng)的發(fā)展給電力規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、制造提出了許多新要求。

3 我國電力系統(tǒng)規(guī)劃存在的問題

3.1 規(guī)劃視角比較狹窄

電力是一個(gè)與經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展關(guān)聯(lián)度極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)。目前我國對電力行業(yè)的規(guī)劃沒有能全面綜合的考慮與環(huán)境保護(hù)、人力資源管理、土地資源、資金籌措、等的密切聯(lián)系。電廠的運(yùn)行產(chǎn)生的廢氣、廢水、灰渣對環(huán)境的污染比較嚴(yán)重。輸電線路對土地的占用量過大，電力系統(tǒng)的運(yùn)行生產(chǎn)一定數(shù)量的電磁波、諧波等，對家用電器或電子產(chǎn)品的干擾影響人們正常的生活。另外，電力的建設(shè)和運(yùn)行需要大量的資金、設(shè)備和一次能源供應(yīng)、人力資源等，需要與整個(gè)社會協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，我國電力規(guī)劃應(yīng)充分考慮資源多樣化運(yùn)用，降低供應(yīng)與價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，推動特定地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障國家安全，減少煤礦傷亡事故，節(jié)約用水及降低水污染控制成本。

3.2 電網(wǎng)建設(shè)滯后

有線路由于規(guī)劃工作不細(xì)致、不到位，線路新建投運(yùn)不到一年就出現(xiàn)超負(fù)荷情況；有的輸電線路建成后的長期負(fù)荷率低于10%；有的地方由于輸電線路滯后，電站建設(shè)無施工電源，工程進(jìn)展速度慢，增加了建設(shè)成本和施工難度；有的地方產(chǎn)生了“四無水電站”項(xiàng)目，導(dǎo)致工程建設(shè)質(zhì)量無法保證，同時(shí)也埋下了重大的安全隱患。另外，電網(wǎng)與電源發(fā)展不協(xié)調(diào)的矛盾，電網(wǎng)輸電能力不強(qiáng)，西部、北部的電力難以輸送到負(fù)荷密集的中、東部地區(qū)，加劇了煤炭供應(yīng)和交通運(yùn)輸緊張局面，降低了能源配置效率。同時(shí)，互聯(lián)電網(wǎng)輸電能力嚴(yán)重不足，大電網(wǎng)的優(yōu)越性得不到發(fā)揮；區(qū)域電網(wǎng)之間水火互濟(jì)和跨流域補(bǔ)償能力明顯不足；三是現(xiàn)有電網(wǎng)難以滿足遠(yuǎn)距離、大容量輸電的需要。

3.3 缺乏全局利益

有些地方為了招商引資和維護(hù)地方利益，減小電站規(guī)劃容量，水電開發(fā)力度不夠，特別是調(diào)節(jié)性能好的水電站比例小，小機(jī)組比例過大，核電、優(yōu)質(zhì)能源發(fā)電和新能源發(fā)電比例太小，電網(wǎng)峰谷差增大，調(diào)峰能力不足，削弱了電網(wǎng)自身進(jìn)行電量平衡的能力，加劇地方電網(wǎng)的峰枯矛盾。我國現(xiàn)行的電力部門規(guī)劃過程并沒有完全將需求側(cè)的能效方案認(rèn)定為增加供應(yīng)的替代方案。盡管一些需求側(cè)的方案已經(jīng)獲得投資并得以實(shí)施，但是對這些方案的重視程度卻不及供應(yīng)側(cè)方案。

4 如何更好地對電力系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃

4.1 規(guī)劃要點(diǎn)

綜合資源規(guī)劃是以最低或最合理的成本運(yùn)用可靠的方式確定一組資源的配置。在制定擴(kuò)容規(guī)劃時(shí)，要考慮傳統(tǒng)的供應(yīng)側(cè)資源和可再生能源，社會總資源，供應(yīng)側(cè)、需求側(cè)的利益及應(yīng)滿足的可靠性約束及財(cái)政上的完整性、投資額度和裝機(jī)容量。當(dāng)在電力規(guī)劃中考慮需求側(cè)資源時(shí)，規(guī)劃的內(nèi)容將發(fā)生改變。滿足用電需求側(cè)成本最小作為目標(biāo)函數(shù)；對需求側(cè)資源按照不同的目標(biāo)負(fù)荷形式分別進(jìn)行約束。綜合資源規(guī)劃包括計(jì)量經(jīng)濟(jì)方法戰(zhàn)略負(fù)荷預(yù)測，資源的評估，電價(jià)分析和財(cái)務(wù)分析。具體做法是將各類需求側(cè)管理措施的影響視為出力，利用原有的規(guī)劃手段綜合考慮供需雙方的資源選擇。

4.2 資源組合方法

4.2.1 同時(shí)法

同時(shí)法是將需求側(cè)與供應(yīng)側(cè)措施進(jìn)行直接比較來估算系統(tǒng)成本，評價(jià)其可靠性和運(yùn)行能力。它能對需求側(cè)管理進(jìn)行動態(tài)，可以直接估算需求側(cè)管理的規(guī)模和時(shí)間特性完全可以滿足計(jì)算要求和分析速度。但該法要求需求側(cè)詳細(xì)的信息以及復(fù)雜的用電估算模型比較費(fèi)時(shí)，且成本較高。

4.2.2 DSM消去法

該法應(yīng)用簡單，當(dāng)需求側(cè)管理規(guī)模不大時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行基本不會出現(xiàn)問題。DSM消去法是根據(jù)邊際成本選擇需求側(cè)管理措施，再消去所有的具有成本有效性的需求側(cè)管理措施，進(jìn)而對供應(yīng)側(cè)資源進(jìn)行優(yōu)化組合，達(dá)到滿足剩余負(fù)荷需求。但利用該方法在需求側(cè)管理措施在新資源所占比重過大時(shí)可能會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生可靠性和運(yùn)行能力問題；它忽略了電價(jià)對用電需求的影響。

5 電力系統(tǒng)中新技術(shù)的應(yīng)用

近年來，現(xiàn)代控制理論、系統(tǒng)工程、新材料的開發(fā)、電力系統(tǒng)的分析方法、運(yùn)籌學(xué)及其計(jì)算機(jī)技術(shù)、分析試驗(yàn)手段等都有了新的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使電力規(guī)劃在原有的基礎(chǔ)上取得了新的突破。

5.1 靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)(FACTS)

應(yīng)用電力電子學(xué)的最新成就和現(xiàn)代控制技術(shù)的FACTS，通過對交流輸電功率的靈活控制，大幅度提高現(xiàn)有高壓輸電線路的輸送能力與系統(tǒng)穩(wěn)定水平。

5.2 串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)及電力系統(tǒng)頻譜分析

為了保持遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，將廣泛采用串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)，以提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。串聯(lián)電容器的投入，構(gòu)成了LC串聯(lián)回路，當(dāng)串聯(lián)電容補(bǔ)償度增加到一定程度，系統(tǒng)某一點(diǎn)發(fā)生擾動時(shí)可能會和發(fā)電機(jī)、變壓器、送電線路的電容發(fā)生串聯(lián)諧振，其頻率通常在次同步頻帶上，如諧振頻率和發(fā)電機(jī)機(jī)械系統(tǒng)質(zhì)量彈性體的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率互補(bǔ)，相互激勵(lì)，將會造成機(jī)組的損壞。

由于非線性負(fù)荷的不斷增加及電力電子技術(shù)的利用，電力系統(tǒng)的不對稱和諧波日趨嚴(yán)重，串聯(lián)、并聯(lián)諧振和系統(tǒng)不對稱對電力設(shè)備與用戶的影響已不可忽視。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和發(fā)生擾動時(shí)系統(tǒng)頻率不變的傳統(tǒng)假設(shè)已不適應(yīng)，因此有必要開拓頻譜分析的研究，以豐富電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)思維。

5.3 大區(qū)互聯(lián)

大電網(wǎng)之間的互聯(lián)具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，能充分利用能源和減少裝機(jī)容量，并提高電力系統(tǒng)運(yùn)行和供電的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性，改善電能質(zhì)量。