电力系统规划.pdf

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1、_CEEE_CEEE电力系统规划Power System Planning电气学院 吴耀武Tel：87544464Email：_CEEE_CEEE古人云：“古人云：“凡事预则立，不预则废凡事预则立，不预则废”电力工业是能源工业电力工业是能源工业、基础工业基础工业，在国家建设在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现是实现国家经济发展现代化的战略重点国家经济发展现代化的战略重点。电能是发展国民经济的基础电能是发展国民经济的基础，是一种无形的是一种无形的、不能大量储存的二次能源不能大量储存的二次能源。电能的发电能的发、变变、送送、配和用配和用，几乎是在同

2、一瞬间完成的几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持须随时保持功率平衡功率平衡，并留有足够的容量备用和能量备用并留有足够的容量备用和能量备用。要满足国民经济发展的需求要满足国民经济发展的需求，电力工业必须超电力工业必须超前发展前发展，这是世界电力工业发展规律这是世界电力工业发展规律，因此因此，做做好电力规划好电力规划，加强电网建设加强电网建设，就尤为重要就尤为重要。_CEEE_CEEE电力系统规划是根据电力系统规划是根据社会经济发展的社会经济发展的需求需求、能源资源能源资源和和负荷分布负荷分布，确定合理确定合理的的电源结构和战略布局电源结构和战略布局，确定确定电网电压电网电压等级等级、输电方式输电方

3、式和合理的和合理的网架结构网架结构等等。电力系统规划的合理与否电力系统规划的合理与否，事关国民事关国民经济的发展经济的发展，直接影响电力系统将来运直接影响电力系统将来运行的稳定性行的稳定性、经济性经济性、电能质量和未来电能质量和未来的发展的发展。_CEEE_CEEE2003年年8月月14日（美国东部时间），美国东北部和加拿日（美国东部时间），美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故。大东部联合电网发生了大面积停电事故。美加“美加“814”大停电事件：大停电事件：停电事件影响到约停电事件影响到约5000万人口万人口，造成美国俄亥俄造成美国俄亥俄、密歇根密歇根、宾西宾西法尼亚法尼亚、纽约

4、纽约、佛蒙特佛蒙特、马萨诸马萨诸塞塞、康涅狄格康涅狄格、新泽西以及加拿新泽西以及加拿大安大略等地区约大安大略等地区约6180万万kW的负的负荷损失荷损失，停电范围停电范围9300多平方英多平方英里里。在美国部分地区在美国部分地区，电力供应在电力供应在4日后仍未恢复日后仍未恢复，而在全部电力供而在全部电力供应恢复之前应恢复之前，安大略省部分地区安大略省部分地区的停电持续了一个多星期的停电持续了一个多星期。_CEEE_CEEE事件发生前：事件发生前：停电地区中西部正值高温天气，电网负荷很大。停电地区中西部正值高温天气，电网负荷很大。潮流方向是从印第安纳州和俄亥俄州南部通过密歇潮流方向是从印第安纳州

5、和俄亥俄州南部通过密歇根州和俄亥俄州北部向底特律地区送电，并通过底根州和俄亥俄州北部向底特律地区送电，并通过底特律地区送往加拿大的安达略省。特律地区送往加拿大的安达略省。_CEEE_CEEE事故发展过程：事故发展过程：14时左右时左右,俄亥俄北部属俄亥俄北部属FE电网公司电网公司 Eastlake 5号机号机(597MW)跳闸。跳闸。15:05，俄亥俄南北联，俄亥俄南北联络断面上送克里夫兰的络断面上送克里夫兰的一条一条345kV线路跳闸。线路跳闸。15:32，俄亥俄另一条南北联络线，俄亥俄另一条南北联络线Ohio HannaJuniper 345kV线路因对树放电跳闸。线路因对树放电跳闸。15

6、:41，俄亥俄又有两条南北联络线相继跳闸，克里夫兰，俄亥俄又有两条南北联络线相继跳闸，克里夫兰地区出现严重低电压。地区出现严重低电压。16:06，俄亥俄南北联络断面又有一条，俄亥俄南北联络断面又有一条345kV线路跳闸。线路跳闸。此时潮流反向从底特律地区向俄亥俄州北部送电。此时潮流反向从底特律地区向俄亥俄州北部送电。_CEEE_CEEE16:09，俄亥俄南北联络最后，俄亥俄南北联络最后两条两条345kV联络线跳闸。俄亥联络线跳闸。俄亥俄州南北联络断面全部断开，俄州南北联络断面全部断开，潮流发生大范围转移，通过印潮流发生大范围转移，通过印第安纳州经密歇根州与底特律第安纳州经密歇根州与底特律地区向

7、俄亥俄州北部送电。地区向俄亥俄州北部送电。大约大约3045秒后，因电压下降，密歇根州中部电网大约秒后，因电压下降，密歇根州中部电网大约180万万kW机组相继跳闸，密歇根州中部电网电压开始崩溃。机组相继跳闸，密歇根州中部电网电压开始崩溃。16:10，底特律地区电压全面快速崩溃，在，底特律地区电压全面快速崩溃，在8秒钟之内约秒钟之内约30条密条密歇根州和底特律间的联络线跳闸，潮流再次发生大范围转移，歇根州和底特律间的联络线跳闸，潮流再次发生大范围转移，从俄亥俄州南部经宾西法尼亚、纽约州、安达略、底特律向克从俄亥俄州南部经宾西法尼亚、纽约州、安达略、底特律向克里夫兰送电。里夫兰送电。16:10，底特

8、律和安达略交界地区大量机组和线路跳闸，安达，底特律和安达略交界地区大量机组和线路跳闸，安达略电网和底特律电网解列，底特律和俄亥俄州北部地区系统全略电网和底特律电网解列，底特律和俄亥俄州北部地区系统全部崩溃，系统瓦解，所有负荷损失。同时，安达略省和纽约电部崩溃，系统瓦解，所有负荷损失。同时，安达略省和纽约电网开始崩溃，负荷几乎完全或大部分损失。网开始崩溃，负荷几乎完全或大部分损失。_CEEE_CEEE电力系统规划内容包括：(1)电力负荷预测电力负荷预测(2)有功电源规划有功电源规划(3)输电网规划输电网规划(4)配电网规划配电网规划(5)无功电源规划无功电源规划(6)电力系统联网规划电力系统联网

9、规划_CEEE_CEEE电力系统规划涉及知识：(1)系统工程系统工程(2)技术经济分析技术经济分析(3)优化技术优化技术(4)计算机技术计算机技术(5)电力系统电力系统(6)信息技术信息技术_CEEE_CEEE学习方法：学习方法：内容丰富内容丰富，时间有限时间有限，讲一些基讲一些基础知识础知识，提供一些分析问题和解决提供一些分析问题和解决问题的思路和方法问题的思路和方法，以自学为主以自学为主。要求：要求：听课听课、笔记笔记、阅读参考文献阅读参考文献成绩评定：成绩评定：课堂测验出勤率专题报告课堂测验出勤率专题报告_CEEE_CEEE内容安排内容安排第一章第一章 绪论绪论(Introduction

10、)第二章第二章 规划基础规划基础(Planning Basis)第三章第三章 负荷预测负荷预测(Load Forecasting)第四章第四章 电源规划电源规划(Generation Expansion Planning)第五章第五章 电网规划电网规划(Transmission&Distribution Network Planning)第六章第六章 无功规划无功规划(Reactive Power Planning)_CEEE_CEEE参考文献1.熊信银熊信银，吴耀武吴耀武遗传算法及其在电力系统中的应遗传算法及其在电力系统中的应用用武汉：华中科技大学出版武汉：华中科技大学出版，20022.侯煦

11、光等侯煦光等电力系统最优规划电力系统最优规划武汉：华中理工大学出武汉：华中理工大学出版社版社，19913.王锡凡王锡凡电力系统规划基础电力系统规划基础北京：中国电力出版社北京：中国电力出版社，19974.程浩忠程浩忠电力系统规划电力系统规划北京：中国电力出版社北京：中国电力出版社，20085.孙洪波孙洪波电力网络规划电力网络规划重庆：重庆大学出版社重庆：重庆大学出版社，19966.郭永基郭永基电力系统可靠性分析电力系统可靠性分析北京：清华大学出版社北京：清华大学出版社，20037.杨莳百杨莳百发电系统可靠性分析原理和方法发电系统可靠性分析原理和方法北京：水利北京：水利电力出版社电力出版社，19

12、858.刘晨晖刘晨晖电力系统负荷预报理论及方法电力系统负荷预报理论及方法哈尔滨：哈尔哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社滨工业大学出版社，19879.牛东晓牛东晓，曹树华曹树华，赵磊赵磊，等等电力负荷预测技术及其应电力负荷预测技术及其应用用北京：中国电力出版社北京：中国电力出版社，1998_CEEE_CEEE1.1 1.1 我国电力工业的发展我国电力工业的发展1.2 1.2 电力系统规划电力系统规划1.3 1.3 电力系统规划的重要性电力系统规划的重要性1.4 1.4 电力系统优化规划电力系统优化规划第一章 绪论_CEEE_CEEE1.1 我国电力工业的发展我国电力工业的发展里程碑：里程碑：1987年

13、年1亿亿kW(105年年)1995年年3月月2亿亿kW2000年年4月月3亿亿kW2004年年5月月4亿亿kW（三峡电站三峡电站7）2005年年10月月5亿亿kW2006年年6亿亿kW2007年年7亿亿kW2008年年7.9253亿亿kW人均装机人均装机人均年发电量人均年发电量(万kW)(万kW)增长率增长率(亿kWh)(亿kWh)增长率增长率(kW/人)(kW/人)(kWh/人)(kWh/人)19491949184.86184.8643.143.10.00430.00431010197819785712571212.56%12.56%2566256615.13%15.13%0.05930.0

14、593266.6266.61987198710290102906.76%6.76%497349737.63%7.63%0.0940.0944554551995199521720217209.79%9.79%10069100699.22%9.22%0.1790.179831.4831.42000200031900319007.99%7.99%13685136856.33%6.33%0.2520.2521081.11081.12004200444070440708.41%8.41%218702187012.43%12.43%0.3390.3391682.51682.5200520055120051

15、20016.18%16.18%247472474713.16%13.16%0.390.391890189020062006622006220021.48%21.48%283442834414.54%14.54%0.470.472155215520072007713297132914.68%14.68%325503255014.84%14.84%0.540.5424642464装机容量装机容量年发电量年发电量年份年份从发电设备容量、年发电量来看，我们可以自豪地从发电设备容量、年发电量来看，我们可以自豪地讲，我国是当今世界上的电力大国之一（第二）。讲，我国是当今世界上的电力大国之一（第二）。_CE

16、EE_CEEE与发达国家相比，还有相当大的差距。与发达国家相比，还有相当大的差距。表中表中，中国为中国为2007年数据；年数据；各国装机容量和发电量为各国装机容量和发电量为1997年的数据年的数据,人口为人口为1998年的年的数据数据。国国家家人均电量人均电量kWh/人人人均装机人均装机kW/人人年发电量年发电量亿亿KWh中国中国24640.5432559美国美国127112.89426302006年年德国德国66931.46英国英国55141.18法国法国81182.12日本日本82771.99115122006年年俄罗斯俄罗斯56891.47_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统

17、规划一一、电力系统规划的构成电力系统规划的构成能源规划能源规划的任务是在国的任务是在国家计划及能源政策的指导家计划及能源政策的指导下，综合研究一次能源，下，综合研究一次能源，如煤、石油、天然气、水如煤、石油、天然气、水能、核能等的有效利用、能、核能等的有效利用、相互协调和替代关系，并相互协调和替代关系，并分析能源部门与非能源部分析能源部门与非能源部门在供求及投资需求之间门在供求及投资需求之间的矛盾及调整对策。的矛盾及调整对策。国家计划及能源政策国家计划及能源政策能源规划能源规划电力负荷预测电力负荷预测电源规划电源规划电网规划电网规划无功规划无功规划联网规划联网规划_CEEE_CEEE1.2 电

18、力系统规划电力系统规划一一、电力系统规划的构成电力系统规划的构成电力系统是整个国民经济电力系统是整个国民经济或能源系统的一个非常重要或能源系统的一个非常重要的子系统。它的发展受到未的子系统。它的发展受到未来电力负荷增长、一次能源来电力负荷增长、一次能源供应及电力技术设备供应和供应及电力技术设备供应和国家财力的直接影响。国家财力的直接影响。电力系统规划电力系统规划主要有电力主要有电力负荷预测、电源规划、电网负荷预测、电源规划、电网规划规划、联网规划和无功规划、联网规划和无功规划构成。构成。国家计划及能源政策国家计划及能源政策能源规划能源规划电力负荷预测电力负荷预测电源规划电源规划电网规划电网规划

19、无功规划无功规划联网规划联网规划_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统规划二二、电力负荷预测电力负荷预测电力负荷预测电力负荷预测是电力是电力规划的基础，用于预测规划的基础，用于预测未来电力负荷的时间分未来电力负荷的时间分布和空间分布。布和空间分布。国家计划及能源政策国家计划及能源政策能源规划能源规划电力负荷预测电力负荷预测电源规划电源规划电网规划电网规划无功规划无功规划联网规划联网规划_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统规划三三、电源规划电源规划电源规划电源规划是根据负荷预测结是根据负荷预测结果，考虑能源供应能力，研究果，考虑能源供应能力，研究未来合理的电源建设方案，即未

20、来合理的电源建设方案，即在何时、何地、建设何种类型在何时、何地、建设何种类型以及多大规模的电源，以满足以及多大规模的电源，以满足电力负荷增长的需求。电力负荷增长的需求。电源规划分为：短期电源规电源规划分为：短期电源规划、中期电源规划和长期电源划、中期电源规划和长期电源规划三类。规划三类。国家计划及能源政策国家计划及能源政策能源规划能源规划电力负荷预测电力负荷预测电源规划电源规划电网规划电网规划无功规划无功规划联网规划联网规划_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统规划三三、电源规划电源规划短期电源规划短期电源规划考虑未来考虑未来15年的发展情况，年的发展情况，研究研究 制定发电设备维修

21、计划；制定发电设备维修计划；推迟或提前新发电机组投推迟或提前新发电机组投产计划的效益；产计划的效益；分析与相邻电力系统互联分析与相邻电力系统互联的效益及互联方案；的效益及互联方案；确定燃料需求量及购买、确定燃料需求量及购买、运输、储存计划。运输、储存计划。长期电源规划长期电源规划考虑考虑1030年的发年的发展情况，研究展情况，研究 何时、何地扩建新发电机组；何时、何地扩建新发电机组；扩建什么类型及多大容量发电机组；扩建什么类型及多大容量发电机组；现有发电机组的退役及更新计划；现有发电机组的退役及更新计划；燃料需求量及解决燃料问题的策略；燃料需求量及解决燃料问题的策略；采用新发电技术的可能性；采

22、用新发电技术的可能性；采用负荷管理对系统电力电量平衡的采用负荷管理对系统电力电量平衡的影响；影响；与相邻电网进行电力交换的可能性。与相邻电网进行电力交换的可能性。中期电源规划中期电源规划主要考虑未来主要考虑未来510年的发展情况，研究内容介于年的发展情况，研究内容介于短期和长期电源规划之间。短期和长期电源规划之间。长期长期战略战略中期中期战役战役短期短期具体实施具体实施_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统规划四四、电网规划电网规划电网规划电网规划是根据负荷预测和是根据负荷预测和电源规划结果，研究未来合理电源规划结果，研究未来合理的电网建设方案。的电网建设方案。电网规划可按电压等级分

23、为电网规划可按电压等级分为输电网规划和配电网规划。输电网规划和配电网规划。输电网规划：输电网规划：配电网规划：配电网规划：一般所谓的电网规划通常指一般所谓的电网规划通常指输电网规划。输电网规划。国家计划及能源政策国家计划及能源政策能源规划能源规划电力负荷预测电力负荷预测电源规划电源规划电网规划电网规划无功规划无功规划联网规划联网规划_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统规划四四、电网规划电网规划按照时间划分，电网规划可分为远景规划、短期规划和长按照时间划分，电网规划可分为远景规划、短期规划和长期规划。期规划。远景电网规划远景电网规划：一般相对于一个较长的水平年，通过对未：一般相对于一

24、个较长的水平年，通过对未来各种发展情形的分析，研究电网骨干网架的远景结构，如来各种发展情形的分析，研究电网骨干网架的远景结构，如电压等级、输电方式等。电压等级、输电方式等。短期电网规划短期电网规划：研究制度：研究制度15年内电网的扩展决策，确定年内电网的扩展决策，确定详细的网络方案。详细的网络方案。长期电网规划长期电网规划：介于两者之间，研究电网的长期发展或演：介于两者之间，研究电网的长期发展或演变。一方面通过长期电网规划对远景规划进行修正；同时又变。一方面通过长期电网规划对远景规划进行修正；同时又指导短电网规划，使短期电网规划同长期电网发展一致。指导短电网规划，使短期电网规划同长期电网发展一

25、致。_CEEE_CEEE1.2 电力系统规划电力系统规划五五、联网规划联网规划研究合理的电力系统互联方研究合理的电力系统互联方案，包括联网效益、联网时间、案，包括联网效益、联网时间、联络线起止地点、电压等级和联络线起止地点、电压等级和输电容量。输电容量。六、无功规划六、无功规划研究电网中无功补偿容量及研究电网中无功补偿容量及分布，满足无功及电压需求。分布，满足无功及电压需求。国家计划及能源政策国家计划及能源政策能源规划能源规划电力负荷预测电力负荷预测电源规划电源规划电网规划电网规划无功规划无功规划联网规划联网规划_CEEE_CEEE都江堰都江堰煤电煤电油电油电煤电煤电丹江丹江武汉武汉（14回，

26、回，220/330kV）华中电网华中电网2004年前年前（保守（保守85年年600MW）小电网带大机组小电网带大机组（福建（福建92年年2300MW）山西阳城山西阳城江苏淮阴江苏淮阴（323接线）接线）1.3 电力系统规划的重要性电力系统规划的重要性一、一、历史的经验、教训历史的经验、教训_CEEE_CEEE规律性规律性：发：发、变变、输输、配配、用电设备用电设备，按照一定按照一定规律组合而成的规律组合而成的。同时性同时性：发：发、变变、输输、配配、用电用电，同时完成同时完成，不不能大量储存能大量储存。整体性整体性：电力系统是个不可分割的整体：电力系统是个不可分割的整体，发发、变变、输输、配配

27、、用电环节必须有机地配合用电环节必须有机地配合，不能因一处不能因一处发生事故而造成全网大面积停电发生事故而造成全网大面积停电，给工农业生产给工农业生产造成重大损失造成重大损失。暂态性暂态性：暂态过程十分短暂：暂态过程十分短暂垄断性垄断性：华工：华工武汉供电局武汉供电局地区性地区性：煤：煤火电火电、水水水电水电要害性要害性：地震：地震，洪水洪水，社会稳定社会稳定周期性周期性：电力项目建设需数年数十年：电力项目建设需数年数十年二、电力生产和建设的特点_CEEE_CEEE1.4 电力系统优化规划电力系统优化规划一一、电力系统规划的基本任务电力系统规划的基本任务1.研究和提出规划期内的负荷水平研究和提

28、出规划期内的负荷水平（负荷预测负荷预测）：规：规划期每年最大负荷划期每年最大负荷Pmax，年电量需求年电量需求Qmax，负荷特负荷特性曲线以及负荷分布；性曲线以及负荷分布；2.研究能源资源和运输条件研究能源资源和运输条件，确定能源布点确定能源布点、水源水源、煤炭煤炭、石油石油、天然气等；天然气等；3.研究和提出大型电站的合理供电范围；研究和提出大型电站的合理供电范围；4.研究和提出电源合理布局及发展规模研究和提出电源合理布局及发展规模，确定电源规确定电源规划方案；划方案；5.研究电网发展方案研究电网发展方案，包括输电和配电主干网络布局包括输电和配电主干网络布局及电压等级选择及电压等级选择、变电

29、所布局及容量选择变电所布局及容量选择 等等；等等；6.提出需要进一步研究的问题提出需要进一步研究的问题。_CEEE_CEEE1.4 电力系统优化规划电力系统优化规划二二、电力系统规划问题特点电力系统规划问题特点离散性离散性。变量是离散的变量是离散的，一台机一台机，一条线路一条线路，电容器电容器，变压变压 器分接头；器分接头；非线性性非线性性。模型是非线性的模型是非线性的，负荷特性负荷特性，耗量耗量特性特性，功率方程功率方程，网损；网损；随机性随机性。来水多少来水多少，设备事故；设备事故；不确定性不确定性。负荷预测负荷预测，价格价格，贴现率贴现率，未来设未来设备供应；备供应；动态性动态性。负荷随

30、时间变化负荷随时间变化，一年一个样；一年一个样；规模性规模性。负荷点多负荷点多，电源点多电源点多，方案多；方案多；多目标性多目标性。新增设备容量新增设备容量，费用费用，网损网损，电压电压水平水平，可靠性指标可靠性指标，效益效益。_CEEE_CEEE三三、常规电力系统规划设计基本步骤常规电力系统规划设计基本步骤1.搜集资料搜集资料。负荷数据负荷数据、能源资源及运输条件能源资源及运输条件、供电范围等；供电范围等；2.分析分析、归纳和选择搜索集到的资料归纳和选择搜索集到的资料，进行负荷进行负荷预测；预测；3.根据负荷及电源条件根据负荷及电源条件，确定电源开发方式；确定电源开发方式；4.根据负荷分布根

31、据负荷分布，拟定若干个输电和配电网布局拟定若干个输电和配电网布局方案方案，进行技术经济比较进行技术经济比较，提出推荐方案；提出推荐方案；5.进行规划可行性论证；进行规划可行性论证；6.编写规划文件编写规划文件，编制规划图表编制规划图表。1.4 电力系统优化规划电力系统优化规划_CEEE_CEEE四四、常规电力系统规划设计方法的不足常规电力系统规划设计方法的不足1）由于系统规模愈来愈大由于系统规模愈来愈大，考虑方案太少考虑方案太少，可能漏掉好的方案；可能漏掉好的方案；2）在时间上在时间上，一般只计算设计水平年一般只计算设计水平年（规划规划期的最后一年期的最后一年），没有考虑整个规划期的没有考虑整

32、个规划期的时间序列；时间序列；3）没有计及资金的时间价值；没有计及资金的时间价值；4）考虑范围狭窄考虑范围狭窄，例如就水电论水电；例如就水电论水电；5）方法上方法上，仅有方案比较仅有方案比较，没有优化没有优化。1.4 电力系统优化规划电力系统优化规划_CEEE_CEEE五五、电力系统优化规划电力系统优化规划1.电力系统优化规划的发展条件电力系统优化规划的发展条件信息技术的广泛应用：计算机信息技术的广泛应用：计算机、软件软件国民经济生产发展的需要：国民经济生产发展的需要：电力系统规模大电力系统规模大，方案多方案多生产发展很快生产发展很快，规划赶不上需要规划赶不上需要费用太大费用太大，规划方案投资

33、大规划方案投资大，失误损失巨大失误损失巨大优化技术优化技术、智能技术的发展智能技术的发展1.4 电力系统优化规划电力系统优化规划_CEEE_CEEE2 2.电力系统优化规划的含义电力系统优化规划的含义在满足系统负荷需要和各种约束条在满足系统负荷需要和各种约束条件下件下，用系统工程思想作指导用系统工程思想作指导，运用运用现代化技术和智能技术现代化技术和智能技术，以信息技术以信息技术为手段为手段，寻求在规划期内整个时间序寻求在规划期内整个时间序列上最佳的电力系统规划方案列上最佳的电力系统规划方案。五、电力系统优化规划五、电力系统优化规划_CEEE_CEEE3 3.优化规划与常规规划方法的区别优化规划与常规规划方法的区别1）空间上空间上：考虑范围大：考虑范围大水电水电、火电火电、抽抽水水、核电核电、电网电网、能源能源、环境等环境等2）时间上时间上：整个规划期：整个规划期，从规划期第一年到从规划期第一年到最后一年最后一年3）经济上经济上：动态的：动态的，计及资金的时间价值计及资金的时间价值4）方法上方法上：优化技术：优化技术、智能技术智能技术、系统分析系统分析5）工具上工具上：计算机：计算机五、电力系统优化规划五、电力系统优化规划