老外是怎么做电力系统规划的

简称: 电力系统规划|

电力系统规划,算是比较传统的专业,里面的知识体系,包括相关工程实践,其实也比较固化。里面少有的有意思的,其实就是,关于国内外的对比,会带来一些新鲜感,然后发现一些电力系统本质的东西。

整体直观的感觉

之前工作中,接触过一些国外知名的,做电力规划的咨询机构,比如Parsons Brinckerhoff (柏诚)、Tractebel Engineering(特克贝尔)、london Power Associates等等。听过他们的汇报,分析过他们的成果,也沟通交流过,整体感觉差异还是存在的。

首先,一些底层的专业原理,还是共通的。比如N-1,网架结构,短路校验,稳定校验这些,框架和具体内容都基本一致。底层原理之上,一些具体实施环节,包括有些关键指标、分析过程、计算方法,还是存在差异。

美国CAISO输电网发展规划编制流程图

你翻一本国外的电力规划报告,对比国内的,内容安排和风格,差别非常大。我也看过一些日本做的亚行项目规划报告,相比之下,和我们国内的比较接近,和西方的也不是一样东西。

欧美的规划报告,模板是互通的,包括印度的,英语母语的天然优势,接轨的挺快,但是印度人做的东西,比较偷工减料。所以,还是强调一下,本文里提的老外,主要是欧美的专业同行。老外做电力系统规划的套路和流程纯熟,工作量不小,效率也很高。

上面提到的那些公司,很多都是大的工程咨询公司,除了电力还涉足其他领域,所以有些通用套路,显得比较规范。表现在PPT展示里面,就会比较明显,我们的基本都是干货,一份材料。他们就是不同的人上去讲,每个人都是一个独立的题目,电力需求分析、电源规划、网架规划、可靠性分析等等。每份PPT里面,都是旁征博引,信息量很大,但是其实实用的也不算多,但给人感觉很专业。所以他们的工作量,其实很大,和我对他们的固有影响,闲散的做做电力咨询,完全不一样。因为他们的规划内容,实际上比国内的要细致,计算分析过程也相对繁琐,展现形式要求也很高,加上专业上也比较较真,所以真的也不容易。

专业原则上的一些差异

首先是对可靠性的理解,电力系统核心问题。北美《NERC输电规划标准》里面定义可靠性,包含两方面:充裕度和安全性。

充裕度又称静态可靠性,是指系统维持给用户供电的能力,主要是对装机容量充裕性的考虑;安全性也称动态可靠性,是指系统发生故障时稳定运行的能力。

评估可靠性时,有确定性和概率性两种原则。打个比方,确定性原则不允许出现N-1故障下的负荷损失,概率性原则却可以,特别是一些小概率故障,或者应付这些小故障投资过高。概率性原则更考虑经济性。

在这点上,国内基本全部采用确定性原则,老外则是确定性、概率性兼顾。

那是不是说,老外电网企业没有担当,只考虑经济利益?其实也不是,老外很精明,他们在骨干电网安全的关键环节:主网规划里一直提概率性原则,但是从来没有写到规划标准里,都还是执行N-1确定性校核。而配网规划、电源规划里面,概率性原则就用的比较多了。

以英国配网《供电安全导则》ER P2/6 流程为例,里面大量的故障概率、可靠性分析和成本效益分析,并得到了广泛应用。

电源规划也如此,老外通常采用概率性原则,如LOLF(电力不足概率)或者LOLE(电力不足期望值)来评估。国内则是确定性原则,来确定装机规模,其中粗略的,就是备用容量为系统最大发电负荷的20%~30%。

概率性原则,只是老外对经济性重视的一方面,电力规划中还有很多环节,都在强调经济性。

重视经济性,不是坏事,也不代表不安全、不可靠。国网和南网,可靠性方面做得很好,确实体现了社会担当,但是运营效率和效益上,还是有很多提升空间。

比如说提高可靠性,不一定非要建设满足最大负荷的电气设施,可以通过转供实现,可以通过需求侧管理实现,等等。

毕竟,现在国内变压器和线路的平均负载率,还是比较低的,设备冗余比较大。

法国配变负载率控制在80%-90%之间,过小是不经济的,因铁损成本高于铜损成本;当负载率超过90%时纳入黄色警示监测,达到95%后纳入改切或换大。所有的公用配变下均有轮子,便于抽出更换。

当然,电力系统效率,涉及很多方面,电力体制、电力市场、电价机制等等,但是技术、经济均衡考虑,这个方向,应该是没有问题的。

具体做法上的异同

先说说网架规划,这方面国内外的差别,主要体现在理念上。

主网大家基本一致,比如北京、东京、巴黎等,都在外围形成了高压环网,并向内供电,进一步形成市中心的低一级高压环网。

配网网架理念差别,主要体现在两方面。

复杂和简化

以法国ERDF配网为例,极为推崇简洁可靠的网架结构,他们推荐的单环网、单层级模式,与国内目前大力推广的是双环网多层级模式差异较大。

这是有道理的,复杂网架运维难度成倍增加,受限于设备本身可靠性,对电网可靠性提升,往往无法达到预期效果,而且自动化策略因为电网结构的复杂,实际上不利于自愈功能的发挥。

国内现在很多同行,现在也意识到这个问题,简单配电网的说法也时而听到。

模块化

国内主要还是关注网架,而国外更关注供电模型。

供电模型能够使网架清晰化、标准化。因为供电模型里面,不仅包括网架接线,还有负荷密度、供电能力、转供联络等因素。

负荷不断增加,供电模型可不断延展,相当于一个模块化设计的思路,不同模块之间也有联络,典型的就是巴黎的三环网和新加坡的花瓣式中压配网。

电气计算

这块也是系统规划的干货,老外和我们同样存在差异。

计算内容的话,大家基本一致,潮流计算(Load flow)、短路计算(Short circuit)、稳定计算(Transient stability),有时候还要加上电磁暂态(electromagnetic transient),差异主要在计算过程和计算工具上。

计算模型上,老外的比较细致,国内稍微粗略,等效的比较多。

老外的计算过程,比国内相对详细,相对清晰。以稳态部分的潮流计算为例,一般为单线图(Single Line Diagram),相对国内的节点示意图来说,表达的信息更加全面细致,更能反映电网结构和特性,当然对于初期建模的要求也更高。

暂态部分就详细的更多了,国内算的比较粗略。国外报告里面暂态部分,一般都包括三块:暂态安全评估、暂态稳定评估和小信号稳定评估,篇幅很大。

暂态安全评估是研究突发事件时的暂态电压,突出电容/电抗器和静止无功补偿(SVC)的需求;暂态稳定评估,是指在计算故障时,系统的稳定情况以及各要素的临界切除时间(critical clearing time , CCT)。CCT的计算,老外算的比较多。

故障临界切除事件计算表

小信号稳定评估和国内对比,结果显示上更加直观些,对于每种振荡模式,都给出了左右特征向量,从而可以计算出每个变量的参与系数及其振型。

区域内机组振荡模式示意图

孰优孰劣

这个其实不好说,国外电力系统规划做的细致,展现出来比较高端,国内做的比较实用,效率比较高,各有所长。说到底还是个话语权的问题,不管是东南亚还是非洲拉美,已经习惯了,西方那些著名电力咨询公司的做法,我们的做法,就显得不接轨了。不管是标准、内容、方法、展现形式,都存在接受度问题,很多东西,我们国内业内人士看没有问题,老外觉得就不行,除非是那种对底层原理,非常了解的老外。这种老外,我也碰到过,和他解释一本规划报告,从N-1这种共同的基础认知开始,逐步解释每一个环节的由来,有些东西为什么可以不算,解释了一下午。这种老外毕竟很少,而且只适用于主网规划,配网规划很难解释的通,国内外差异更大,建议直接用国外公司规划模板,套用一下,不是很难。所以,想参与国际电力咨询业务,在底层原理差异不大的情况下,在内容、过程、展现上,向国际通用模板靠拢,是有必要的。何况,老外的这些东西,确实经得住推敲。

目录
1.
整体直观的感觉
2.
专业原则上的一些差异
3.
具体做法上的异同
4.
孰优孰劣
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