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电力电量平衡计算的方法和要求

1 电力电量平衡的目的与要求
1.1 一般要求
电力电量平衡是指电力电量供需之间的平衡，是电力系统规划和系统设计中的重要基础及环节，在电源项目和输变电项目可研、接入系统和初设阶段也都需要进行电力电量平衡计算。
1．电力平衡的目的
1 ) 根据系统预测的负荷水平，必要的备用容量以及厂用电网损容量确定系统所需的装机容量水平。系统需要的发电设备容量应该是系统综合最大负荷与系统综合备用容量及系统中厂用电和网损所需的容量之和。确定电力系统的备用容量，研究水、火电之间的合理比例。
2) 确定电力系统需要的调峰容量，使之能够满足设计水平年不同季节的调峰需要，并提出典型日的调峰方式和系统调峰方案。
3) 确定规划设计年限内电力系统所需发电设备和变电设备的容量和建设进度。确定各类发电厂及新建变电所的建设规模及建设进度。
4 ) 研究电力系统可能的供电地区及范围，同时，还应研究与相邻电力网 (或地区) 联网的可能性和合理性。
5 ) 确定电力系统 (或地区) 之间主干线的电力潮流，即确定可能的交换容量。
2．电量平衡的目的
1) 确定系统需要的发电量。
2) 研究系统现有发电机组的可能发电量，从而确定出系统需新增加的发电量。
3) 根据选择的代表水平年，确定水电厂的年发电量和利用程度，以论证水电装机容量的合理性；确定火电厂的年发电量并根据火电厂的年发电量进行必要的燃料平衡。
4) 根据系统的火电装机容量及年发电量，确定出火电机组的平均利用小时数，以便校核火电装机规模是否满足系统需要。
5) 在满足电力系统负荷及电量需求的前提下，合理安排水火电厂的运行方式，充分利用水电，使燃料消耗最经济，确定火电厂的年发电量（年利用小时）。
6) 电量平衡是全国 (或地区) 能源平衡的基础资料之一。电量平衡的好坏，也关系到全国 (或地区) 能源平衡的质量，并影响能源工业的发展。
7) 分析系统之间或地区之间的电力电量交换，为论证扩大联网及拟定网络方案提供依据。
1.2 工程项目各阶段电力电量平衡要求
在不同的设计阶段、对于不同的设计重点，电力电量平衡的目的与要求不完全相同。以下针对我们规划工作中常见的设计阶段及设计重点对电力电量平衡的要求作简要说明。
1.2.1 电力系统规划设计阶段
1) 在电力系统规划和设计阶段，应通过电力电量平衡计算确定规划设计水平年内全系统所需的装机容量、调峰容量以及与外系统的送受电容量，通过系统内各供电分区的分区平衡确定电源的送电方向，为拟定电源装机方案、调峰方案、变电容量配置、网络方案以及计算燃料需要等提供依据。
2) 对于地区电网规划，进行电力电量平衡的目的主要是确定规划设计水平年内逐年和展望年该地区电网各电压等级所需配置的变电容量及输变电项目的建设进度，为拟定地区电网网络方案提供依据。平衡计算应分层（电压层）进行，并考虑各电压层地方电源出力及相邻地区电网送受电力。
1.2.2 电源项目
1) 火电项目初步可行性研究阶段的目的是初步论证项目建设的必要性及可行性，应通过电力电量平衡计算分析未来电力系统市场需求空间，以及本电厂建设的合理规模，平衡计算时应考虑没有本电厂和本电厂参加平衡两种情况，本电厂不参加平衡的目的是为了说明电力市场需求空间，本电厂参加平衡目的是为了确定本电厂的装机容量及论证项目建设的必要性。
2) 火电项目可行性研究阶段主要是论证项目建设的必要性和可行性，应根据系统设计及电源优化专题研究提出的电源建设方案，对全系统及电厂近区电网进行自本电厂第1台机组投产前一年至设计水平年的逐年和展望年的电力平衡，根据全系统电力平衡结果，分析全系统调峰情况及对本电厂的调峰要求，计算本电厂的工作出力，校核本电厂的合理装机规模与建设进度，通过电量平衡确定本电厂合理的设计年利用小时数。根据电厂近区电力电量平衡结果，确定电厂的送电方向，拟定火电厂电力送出方案。因此，在进行全系统平衡时，本电厂应与系统现有或其他规划电源一起参加全系统电力电量平衡。
3) 火电项目接入系统设计主要是研究火电厂电力送出方案，本阶段电力电量平衡的要求与可研阶段相同。
4) 火电项目初步设计阶段是在可行性研究和接入系统审定后进行的，设计重点是主要设备的选择，本阶段电力电量平衡的要求与可研基本相同，要求对全系统和电厂近区系统设计水平年内逐年及展望年进行电力电量平衡，根据本电厂承担的工作出力和备用容量，校核本电厂的合理建设进度，确定本电厂的设计年利用小时。因此在进行全系统平衡时，本电厂应与系统现有或其他规划电源一起参加全系统电力电量平衡。
5) 对于小型电源接入系统，进行电力电量平衡的目的主要是确定该电源供电范围及送电方向，计算前应了解本电源近区电网其他地方电源情况及与相邻供电区之间的电力交换情况。
1.2.3 输变电工程
对于一般的输变电项目，进行电力电量平衡的目的主要是确定本工程的建设规模及建设进度。计算前首先应确定本项目的供电范围，并了解供电范围内的地方电源情况及与相邻供电网区之间的电力交换情况，平衡计算只需在该电压层进行，例如，为确定某拟建220kV变电所容量规模，变电所供电范围内110kV及以下电源及与外网区送受电力都应参与平衡。
2 电力电量平衡的一般方法
2.1 常用方法
地区电网规划、一般的输变电工程及小型电源接入系统所涉及的供电范围不大，网区内主力电源不多，选取丰、枯水期代表月份，人工采用简单的表格法对丰、枯水期代表月份进行电力电量平衡计算即可满足要求。
对于较大系统的规划和设计，如一个省（区）电网规划和设计，为保证规划设计的正确、合理性，需要对规划阶段各水平年全年逐月进行运行平衡模拟计算，由于网区内电源众多，且各种类型电源联合运行，尤其是水电比重较大的网区，如广西电网，由于水电站的出力过程较为复杂，且不同的水文年水电站的出力也不相同，采用简单的表格法难以模拟，且准确度较低，更难以完成对系统调峰分析的任务，因此对于较大的系统，一般使用程序完成电力电量平衡计算。
目前，设计部门采用较多的计算程序是华中科技大学开发的联合系统运行模拟程序(WHPS 2000)。

2.2 关于WHPS 2000
在电力系统规划设计中，可利用WHPS 2000完成下述工作：
1) 完成联合电力系统及各分区系统全年逐月典型日的运行模拟计算；
2)规划水平年联合电力系统的合理装机容量、装机构成、及其在联合系统中各分区系统间的合理分配；
3)研究联合电力系统中各分区系统间联络线的合理交换电力和电量，从而确定各分区系统间联络线的合理输电容量；
4)完成联合电力系统及各分区系统的调峰专题研究；
5)完成某些电站（包括水电、火电、核电和抽水蓄能电站等）接入电力系统的专题研究。
使用该程序需先准备规划期内各水平年系统及各分区全年逐月典型日负荷曲线、年负荷曲线、年最大负荷及预测电量，分区间联络线数据，系统及各分区所属各类电站（包括水电、火电、核电、抽水蓄能、燃气轮机、启停调峰电站等）的技术经济数据，系统与外系统的交换电协议数据，系统及各分区火电机组出力特性数据，水电站水文数据，以及其他一些数据。
程序使用过程中应注意的问题：
1) WHPS 2000中不能直接对没有分区的独立系统进行模拟计算，但可以利用“虚拟分区”实现对独立系统的运行模拟。“虚拟分区”指负荷为零、各类电站装机均为零或仅水电站装机不为零的分区。WHPS 2000中最多允许联合系统中有一个虚拟分区。
2)系统的旋转备用容量必须大于该系统最大一台机组的单机容量，当人工填入的系统旋转备用小于系统最大单机时，程序自动将系统旋转备用设置为系统的最大单机容量。
3)由于程序本身原因，每次计算后新生成的检修文件均覆盖上次计算生成的检修文件，如想保存或者重复利用已生成的检修文件，应另外保存。
使用方法详见程序说明书。

3 平衡计算的基本概念
3.1电力平衡中的容量组成
（1）装机容量。指系统中各类电厂发电机组额定容量的总和。
（2）必需容量。指维持电力系统正常供电所必需的装机总容量，即工作容量和备用容量之和。
（3）工作容量。指发电机担任电力系统正常负荷的容量，在电力平衡表中的工作容量是指电力系统最大负荷时的工作容量。其中担任基荷的电厂出力就是工作容量，担任峰荷和腰荷的发电厂以日负荷最大时刻的出力作为工作容量。水电厂的工作容量是指按保证出力运行时所能提供的发电容量，大小与其保证出力及其在电力系统日负荷曲线上的工作位置有关。
（4）备用容量。指为了保证系统不间断供电、并保证在额定频率下运行而设置的装机容量。包括负荷备用、事故备用和检修备用三部分。负荷备用是指为担负电力系统一天内瞬时的负荷波动和计划外的负荷增长所需要的发电容量。事故备用是指在电力系统中发电设备发生事故时为保证正常供电所需要的发电容量。检修备用是指在电力系统一年内的低负荷季节，不能满足全部机组按年计划检修而发布必须增设的发电容量。
（5）重复容量。指水电厂为了多发季节性电能，节省火电燃料而增设的发电容量。重复容量是在一定的设计供电范围、负荷水平和设计保证率条件下选定的，当任一条件变化时，有可能部分或全部转化为必需容量。
（6）受阻容量。指由于各种原因，发电设备不能按额定容量发电时的容量称受阻容量。机组受阻的原因很多，火电机组有设备缺陷、燃料发热量过低、循环水温过高等原因。水电机组由于运行水头低于设计水头而受阻的称为水头受阻容量；由于水量不足而受阻的称为水量受阻容量，主要发生在径流式电厂中。对一个水电厂来说，水头受阻平均分配在每台机上；水量受阻可调度集中于一台机或几台机组，这些机组可替代本厂的检修备用和和其它机组的事故备用。
（7）水电空闲容量。指电力平衡中未能得到利用的部分水电装机容量。其大小随着各水电厂工作容量的大小而变化。

3.2 平衡计算代表水文年的选择
（1）丰水年。保证率不大于10％的水文年。丰水年电力电量平衡的目的在于校核水电厂的最大发电量及由平水年确定的送电线路的导线截面。
（2）平水年。保证率为50％的水文年，接近平水年的水文年是最常见的年份，平水年的系统运行情况是最普通最常见的运行情况。通过平水年电力电量平衡可以确定水电厂担负的发电量、水电厂昼夜及年内的输送潮流变化，为系统的燃料平衡、水电厂的电气主接线方式、送电线路导线截面选择提供计算依据。
（3）枯水年。枯水年是水电厂正常运行中遇到的相应于设计保证率的水文年，是水电厂正常运行中最不利的情况。在这种情况下，必须保证电力系统的电力电量平衡，即在水电站按设计保证率运行条件下进行电力系统电力电量平衡，可以保证电力用户的供电可靠性。通过枯水年的电力电量平衡，不仅可确定水电厂的装机容量，而且也可以确定火电厂的装机容量，以及为确定火电厂的燃料需要量提供依据。
（4）特枯水年。水电厂设计保证率以外的水文年称为特枯水年，特枯水年也可采用年发电量最少和调节出力最小的年份。特枯水年电力电量平衡的目的在于校核枯水年的电力电量平衡，并确定在遇到这种水文年时系统平衡破坏后的运行方式，即在这种特枯水年，在水电厂降低保证出力运行时，运用系统事故备用容量及系统允许水电厂降低保证出力的数值，制定出系统调整负荷方式和其他的必要措施，以保证电力系统的供电可靠性。
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