500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運(yùn)行研究

南 哲，侯玉琤，寧遼逸

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110015)

500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運(yùn)行研究

南 哲，侯玉琤，寧遼逸

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110015)

高電壓等級(jí)系統(tǒng)的建立必將導(dǎo)致電網(wǎng)經(jīng)歷電磁環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期。明確解環(huán)時(shí)機(jī)、制定解環(huán)原則與方案、實(shí)現(xiàn)地區(qū)間電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。明確了環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期不同階段顯現(xiàn)特點(diǎn)，提出了500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的主體思路、主要原則、解環(huán)時(shí)機(jī)及解環(huán)方案，并通過(guò)上述理論提出了遼寧省地區(qū)間220 kV聯(lián)絡(luò)線的解環(huán)方案與分區(qū)運(yùn)行結(jié)論。旨在為省級(jí)電網(wǎng)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)提供參考。

電磁環(huán)網(wǎng);解環(huán)方案;分區(qū)運(yùn)行

電磁環(huán)網(wǎng)是主干電網(wǎng)電壓等級(jí)由低向高發(fā)展過(guò)程中的必然產(chǎn)物，高電壓等級(jí)的出現(xiàn)使地區(qū)間送電通道電力送出能力、地區(qū)內(nèi)部供電能力有極大提升，但在高電壓等級(jí)系統(tǒng)未完善的過(guò)渡期，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式會(huì)帶來(lái)電力系統(tǒng)熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定、短路電流超標(biāo)、安全自動(dòng)裝置復(fù)雜等影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題［1-2］。高電壓等級(jí)系統(tǒng)逐步完善后，下級(jí)電網(wǎng)具備解列條件，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式將逐漸解除。但在電磁環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期間，如何定位電磁環(huán)網(wǎng)過(guò)渡階段，準(zhǔn)確把握下級(jí)電網(wǎng)解環(huán)時(shí)機(jī)，得出符合電網(wǎng)終期目標(biāo)網(wǎng)架的合理解環(huán)方案尤為重要，直接影響了電網(wǎng)在過(guò)渡期間的安全運(yùn)行［3-5］。

目前遼寧各地區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)面臨必須采取深入解環(huán)、分層分區(qū)運(yùn)行問(wèn)題，同時(shí)隨著“十二五”期間及“十三五”初期規(guī)劃的大批500 kV項(xiàng)目及大型電源密集接入，電磁環(huán)網(wǎng)狀態(tài)下短路電流超標(biāo)將成為遼寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大問(wèn)題，明確解環(huán)方案、合理分區(qū)運(yùn)行顯得緊迫而必要。

1 電磁環(huán)網(wǎng)類型與發(fā)展階段

電磁環(huán)網(wǎng)可根據(jù)發(fā)展階段及所處節(jié)點(diǎn)分為輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)與供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)2種不同形式。輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)，供電區(qū)域間輸出斷面上出現(xiàn)2個(gè)電壓等級(jí)輸電線路，如省間斷面、供電分區(qū)斷面。該類型環(huán)網(wǎng)往往發(fā)生在高等級(jí)電網(wǎng)建設(shè)的初級(jí)階段，主要危害是高等級(jí)輸電線路故障后瞬間轉(zhuǎn)移潮流過(guò)大，易導(dǎo)致輸電斷面暫態(tài)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定問(wèn)題;供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)，該類型電磁環(huán)網(wǎng)隨著高等級(jí)500 kV變電站密集投運(yùn)，地區(qū)內(nèi)部下級(jí)電網(wǎng)電氣聯(lián)系密集，區(qū)域內(nèi)短路容量上升迅速，導(dǎo)致核心變電站母線短路電流接近或超過(guò)開關(guān)遮斷容量，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程為每當(dāng)高等級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)即進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)期，輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)開始出現(xiàn)，隨著高等級(jí)電網(wǎng)逐步發(fā)展，提供了輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)條件，通過(guò)解列下級(jí)聯(lián)絡(luò)線消除輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)，同時(shí)加速了供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)的產(chǎn)生，地區(qū)內(nèi)部核心變電站母線短路電流快速上升，隨著高等級(jí)電網(wǎng)進(jìn)一步完善，供電區(qū)內(nèi)部下級(jí)電網(wǎng)完成分區(qū)運(yùn)行，電網(wǎng)進(jìn)入平緩發(fā)展期，直至更高等級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)進(jìn)入新一輪電磁環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期［6-8］。

綜上，電磁環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期在電力系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中占據(jù)較長(zhǎng)時(shí)間，發(fā)展各個(gè)階段有不同類型電磁環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)，產(chǎn)生的主要危害也不同。根據(jù)電磁環(huán)網(wǎng)產(chǎn)生過(guò)程及發(fā)展?fàn)顟B(tài)，可將電網(wǎng)所處環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期分為3個(gè)階段:電磁環(huán)網(wǎng)初級(jí)階段、電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段、電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，3個(gè)階段詳細(xì)特點(diǎn)如表1所示。

階段之間循環(huán)往復(fù)，電磁環(huán)網(wǎng)供電區(qū)由初級(jí)階段經(jīng)中級(jí)步入成熟階段，在條件成熟、深度解環(huán)分區(qū)后，原有供電區(qū)分為2個(gè)或者多個(gè)新的處于電磁環(huán)網(wǎng)初級(jí)階段的供電區(qū)，繼續(xù)重復(fù)上述階段。

表1 500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)展階段及其特點(diǎn)

2 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)措施

電網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行可以解決輸電通道熱穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題，防止區(qū)域內(nèi)部短路電流超標(biāo)，但同時(shí)與供電區(qū)供電能力及可靠性對(duì)立。解環(huán)措施勢(shì)必導(dǎo)致供電區(qū)供電能力及可靠性下降，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電磁環(huán)網(wǎng)所處階段及具體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)考慮。對(duì)于常規(guī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)電磁環(huán)網(wǎng)復(fù)雜程度，可依次采取以下措施。

措施一:針對(duì)輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)，解列供電區(qū)間220 kV聯(lián)絡(luò)線。缺少聯(lián)絡(luò)線支援，相關(guān)供電區(qū)供電能力被削弱，需要對(duì)解環(huán)前后供電區(qū)進(jìn)行潮流、穩(wěn)定性等方面校驗(yàn)。

措施二:解列供電區(qū)內(nèi)部220 kV環(huán)網(wǎng)線路。在供電能力較弱，不能通過(guò)進(jìn)一步分區(qū)解環(huán)時(shí)，可采取解列供電區(qū)內(nèi)環(huán)網(wǎng)線路，該措施也需要對(duì)斷環(huán)前后電網(wǎng)進(jìn)行校驗(yàn)。

措施三:220 kV變電站母線分裂運(yùn)行。通過(guò)分裂核心變電站母線，形成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立供電分區(qū)從而降低區(qū)域內(nèi)部短路電流。該措施以降低母線分裂變電站供電可靠性及運(yùn)行靈活性為代價(jià)，是將220 kV系統(tǒng)構(gòu)成的電磁環(huán)網(wǎng)逐步過(guò)渡到分區(qū)供電的過(guò)渡模式。

措施四:500 kV變電站母線分裂運(yùn)行。500 kV變電站220 kV母線通常是一個(gè)供電區(qū)電磁環(huán)網(wǎng)短路電流爆發(fā)點(diǎn)，通過(guò)分裂500 kV變電站220 kV母線，緩解突出爆發(fā)點(diǎn)，在上述3項(xiàng)措施都無(wú)法采取可行的措施，大幅降低了地區(qū)正常方式及檢修方式供電能力，通常在電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段才具備該措施的實(shí)施條件。

措施五:電廠以單元式并網(wǎng)。220 kV發(fā)電機(jī)組接入系統(tǒng)方式采用單元式接入電網(wǎng)，對(duì)限制局部電網(wǎng)220 kV短路電流有較大作用。同時(shí)大幅降低了電廠電力送出可靠性，屬極端方式，通常不宜采用。

3 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)主體原則

a. 電網(wǎng)分區(qū)的近期方案，應(yīng)緊密結(jié)合電網(wǎng)現(xiàn)狀，根據(jù)實(shí)際情況決定采取相應(yīng)的解環(huán)措施。貫徹最小解環(huán)原則，最大程度保持電網(wǎng)完整性，為特殊方式下的功率支援提供便利，盡量采取單一措施解決問(wèn)題。

b. 電網(wǎng)分區(qū)的遠(yuǎn)期方案應(yīng)綜合考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理、調(diào)度運(yùn)行靈活和投資規(guī)模適當(dāng)?shù)纫蛩?，解環(huán)后的供電區(qū)宜形成具有2～3座500 kV變電站為核心的供電區(qū)域，并在特殊方式下能夠與其它供電區(qū)域“手拉手”運(yùn)行。

c. 為確保在某個(gè)供電區(qū)域發(fā)生重大事故時(shí)，與相鄰區(qū)域電網(wǎng)之間具有充足的跨區(qū)供電能力，電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)后，盡量保留原有區(qū)域電網(wǎng)之間的220 kV備用聯(lián)絡(luò)線路。500 kV變電站變壓器的配置容載比應(yīng)達(dá)到2.0左右，跨區(qū)備用的220 kV線路輸送能力一般不低于1 000 MW，即具備2條及以上的LGJ-2×300聯(lián)絡(luò)線。

d. 處于電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段或成熟階段地區(qū)，新建及擴(kuò)建500 kV變電站主～變壓器的高中阻抗宜選取為16%～18%，并加裝中性點(diǎn)小電抗;新建接入220 kV電網(wǎng)的電廠應(yīng)選取高阻抗主變壓器，阻抗宜選取為16%～18%。

4 電磁環(huán)網(wǎng)時(shí)機(jī)選擇及流程

電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)展到一定階段必須采取解環(huán)措施，措施方案及解環(huán)時(shí)機(jī)直接影響環(huán)網(wǎng)過(guò)渡期系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，針對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)展的不同階段及類型，在一般性電網(wǎng)結(jié)構(gòu)條件下解環(huán)條件的確定及時(shí)機(jī)的選擇如表2所示。

明確了解環(huán)措施與實(shí)施時(shí)機(jī)后，應(yīng)經(jīng)過(guò)合理的計(jì)算分析流程確定最終解環(huán)方案。計(jì)算分析流程如圖1所示。

5 遼寧500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)方案

遼寧省際500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)目前已全部實(shí)現(xiàn)解環(huán)運(yùn)行，遼寧省西部與中部斷面、南部與中部斷面均形成500 kV輸送通道，不存在輸電斷面電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題。大部分地區(qū)已進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段或以上階段，隨著未來(lái)幾年大批500 kV項(xiàng)目及大型熱電項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，遼寧電網(wǎng)供電區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題將越來(lái)越嚴(yán)重，短路電流水平將快速提升，成為影響3～5年內(nèi)遼寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行重要問(wèn)題之一［8］。

遼寧電網(wǎng)按電氣關(guān)系目前可分為遼西系統(tǒng)、沈鐵系統(tǒng)、撫本系統(tǒng)、鞍遼營(yíng)系統(tǒng)、遼南系統(tǒng)5個(gè)大供電區(qū)。

5.1 遼西系統(tǒng)

遼西系統(tǒng)現(xiàn)狀為500 kV電網(wǎng)未形成遠(yuǎn)景年2個(gè)單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，與蒙東斷面、遼寧中部斷面電磁環(huán)網(wǎng)均已解環(huán)，形成完全獨(dú)立供電區(qū)域，500 kV變電站布點(diǎn)密集程度低，220 kV電網(wǎng)電氣聯(lián)系松散，目前電網(wǎng)處于電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段。隨著“十二五”、“十三五”規(guī)劃中500 kV鶴鄉(xiāng)變、利州變、寬邦變、阜新變、松山變、錦州電廠、盤錦熱電廠相繼投運(yùn)，2個(gè)500 kV單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成，地區(qū)內(nèi)部短路電流超標(biāo)，遼西系統(tǒng)進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，通過(guò)逐步解列盤錦阜新與朝陽(yáng)兩錦間3回220 kV聯(lián)絡(luò)線，在2018年前后形成遠(yuǎn)景年規(guī)劃3個(gè)供電區(qū):遼西西部供電區(qū)、盤錦阜新供電區(qū)、阜新北部供電區(qū)。遼西系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案如表3所示。

表2 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)時(shí)機(jī)選擇

5.2 沈鐵系統(tǒng)

目前沈鐵供電區(qū)內(nèi)500 kV形成密集布點(diǎn)，遼寧中部500 kV雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本形成，區(qū)域內(nèi)220 kV電網(wǎng)密集，目前已處于電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段，現(xiàn)形成沈陽(yáng)北部供電區(qū)、沈陽(yáng)城網(wǎng)與鐵嶺供電區(qū)。沈南變投運(yùn)后供電能力滿足解環(huán)條件但短路電流未超標(biāo)，可暫緩實(shí)施解環(huán)工程。隨著規(guī)劃的渾南熱電、沈陽(yáng)撫順連接帶熱電廠連續(xù)投運(yùn)，沈陽(yáng)電網(wǎng)進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)末期階段，應(yīng)及時(shí)采取解環(huán)措施，經(jīng)計(jì)算可采取沈南變主變分裂的單一措施解決地區(qū)整體短路電流超標(biāo)情況。采取該措施后，遠(yuǎn)景年沈鐵系統(tǒng)分成沈陽(yáng)北部供電區(qū)、沈陽(yáng)東部和鐵嶺供電區(qū)域、沈陽(yáng)南部供電區(qū)3個(gè)獨(dú)立供電區(qū)域。解環(huán)方案如表4所示。

圖1 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案流程圖

表3 遼西系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

5.3 撫本系統(tǒng)

撫本系統(tǒng)隨著撫順變投運(yùn)，從遼寧中部主網(wǎng)獨(dú)立形成單獨(dú)供電區(qū)，該供電區(qū)目前有3座500kV變電站聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，徐家變與撫順變220 kV電氣聯(lián)系緊密，處于電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段，目前尚不具備解環(huán)條件。隨著北渤程工程、本溪熱電工程陸續(xù)投運(yùn)，撫本系統(tǒng)進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，逐步采取斷開供電區(qū)內(nèi)部220 kV環(huán)網(wǎng)線路方案 (徐撫3回線)，形成遠(yuǎn)景年規(guī)劃的撫順供電區(qū)與本溪供電區(qū)。撫本系統(tǒng)解環(huán)方案如表5所示。

表4 沈鐵系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

表5 撫本系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

5.4 鞍遼營(yíng)系統(tǒng)

鞍遼營(yíng)系統(tǒng)目前形成一個(gè)整體供電區(qū)，500 kV基本環(huán)網(wǎng)已形成，220 kV電網(wǎng)密集程度較高，處于電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段，目前由于供電能力不足，深入解環(huán)分區(qū)運(yùn)行條件未具備，依靠解列部分聯(lián)絡(luò)線運(yùn)行，隨著規(guī)劃的燕州變、長(zhǎng)嶺變、西海變投運(yùn)，地區(qū)供電能力提高，同時(shí)整體短路電流水平升高，鞍遼營(yíng)系統(tǒng)進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，可在燕州變投運(yùn)后先行解環(huán)遼陽(yáng)電網(wǎng)形成遼陽(yáng)供電分區(qū)，在長(zhǎng)嶺變、西海變投運(yùn)后，地區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)較為嚴(yán)重，只能采用措施四分裂500 kV主變方案，陸續(xù)將鞍遼營(yíng)系統(tǒng)解環(huán)，遠(yuǎn)景年形成4個(gè)獨(dú)立供電區(qū)。鞍遼營(yíng)系統(tǒng)解環(huán)方案如表6所示。

5.5 遼南系統(tǒng)

遼南系統(tǒng)500 kV電網(wǎng)形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，220 kV電網(wǎng)聯(lián)系簡(jiǎn)單，在大連南部地區(qū)吳屯220 kV母線分裂后，大連南北電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行，處于電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段，遠(yuǎn)景年不需要采取解環(huán)措施。

表6 鞍遼營(yíng)系統(tǒng)電網(wǎng)解環(huán)方案

6 遼寧電網(wǎng)遠(yuǎn)景年分區(qū)運(yùn)行方案

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃情況，2018年遼寧電網(wǎng)將達(dá)到電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行中期目標(biāo)，屆時(shí)可增分為14個(gè)不完全獨(dú)立的供電區(qū)域:遼西西部供電區(qū)域 (朝陽(yáng)、錦州、葫蘆島);阜新北部供電區(qū)域;阜新南部與盤錦供電區(qū)域;丹東和大連北部供電區(qū)域;大連南部供電區(qū)域;沈陽(yáng)北部供電區(qū)域;沈陽(yáng)東部和鐵嶺供電區(qū)域;沈陽(yáng)南部供電區(qū)域;撫順供電區(qū)域;本溪供電區(qū)域;鞍山Ⅰ供區(qū);鞍山Ⅱ和營(yíng)口Ⅰ供區(qū);營(yíng)口Ⅱ供區(qū);遼陽(yáng)供電區(qū)域。遼寧電網(wǎng)遠(yuǎn)景年分區(qū)方案如圖2所示。

圖2 遼寧電網(wǎng)遠(yuǎn)景年分區(qū)運(yùn)行方案

7 結(jié)論

a. 500/200 kV電磁環(huán)網(wǎng)階段是500 kV系統(tǒng)過(guò)渡成為主干網(wǎng)架的必經(jīng)階段。電網(wǎng)規(guī)劃工作應(yīng)結(jié)合規(guī)劃項(xiàng)目及具體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，明確各供電分區(qū)所處的電磁環(huán)網(wǎng)具體階段并匹配相應(yīng)解環(huán)方案。

b. 根據(jù)具體供電區(qū)供電能力、供電可靠性及短路水平統(tǒng)籌考慮解環(huán)時(shí)機(jī)和具體解環(huán)措施。220 kV電網(wǎng)建設(shè)方案應(yīng)結(jié)合500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案統(tǒng)一規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)整。

c. 遼寧500 kV電網(wǎng)主干網(wǎng)架已基本形成，大部分地區(qū)已進(jìn)入電磁環(huán)網(wǎng)中級(jí)階段或接近電磁環(huán)網(wǎng)成熟階段，部分地區(qū)500 kV電網(wǎng)已經(jīng)具備了獨(dú)立運(yùn)行的條件，為減少500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)造成的安全穩(wěn)定問(wèn)題，應(yīng)參照遼寧電網(wǎng)遠(yuǎn)景年分區(qū)運(yùn)行方案逐步實(shí)現(xiàn)遼寧省地區(qū)間500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行。

［1］ OL755—2001，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則 ［S］.

［2］ 杜貴和，王正風(fēng)，趙 新.電網(wǎng)供電能力評(píng)估研究 ［J］.東北電力技術(shù)，2011，32(1):8-11.

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Research of Breaking up 500/220 kV Electromagnetic Loop Network and Partition Running

NAN Zhe，HOU Yu-cheng，NING Liao-yi
(Economic Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China)

High voltage system would lead the grid to through electromagnetic loop network transition.To grasp the opportunity，to make ring loop principle and scheme，to realize regional electromagnetic loop network and division operation is of great significance to the safe and stable operation of power grid.This paper clarifies the behavior characteristics of ring transition stage，proposes the main ideas，the main principle，solution time and solution scheme of the 500/220 kV electromagnetic loop network，putting forward the loop scheme and partition running results of solution of Liaoning power grid through the above theory.The purpose of this paper is to provide reference for the provincial grid ring solution of 500/220 kV electromagnetic loop network.

Electromagnetic loop network;Breaking up loop network;Partition running

TM727;TM711

A

1004-7913(2014)03-0004-05

南 哲 (1984—)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃與電力系統(tǒng)分析。

2013-12-20)