5-4电力系统的经济运行(XXXX-12)

第五章电力系统稳态分析1§4.电力系统的经济运行23经济运行：降低成本，提高竞争力。日益重要：市场化改革供不应求：无经济性可言，“电老虎”供大于求：通常发电容量系统负荷，多种可行发电组合，则有经济优化空间。电力系统为什么要经济运行？4在保证整个系统安全可靠和电能质量符合标准的前提下，尽可能提高电能生产和输送的效率，降低供电的燃料消耗或供电成本。重要术语：经济调度（EconomicDispatch，ED）有功ED；无功ED；难度大，高挑战性。经济运行的基本任务5怎么实现经济运行？输送降低网损电能生产负荷在电厂间的合理分配各类电厂的技术经济特点计算方法、控制措施经济性原则（定性）发电成本特性（定量）经济性原则：充分利用水力资源，避免弃水；降低火电成本，发挥大容量高效率机组作用。6一、电力网中的能量损耗供电量：给定的时间内，系统中所有发电厂的总发电量同厂用电量之差。%100供电量电力网损耗电量电力网能量损耗率1.电力网的能量损耗率电力网的损耗电量：所有送电、变电和配电环节所损耗的电量。7①电力网的损耗率简称网损率或线损率，是衡量供电企业管理水平的一项重要的经济技术指标。说明：dtRITPATTT3020103变动损耗时间②电力网能量损耗的组成%100供电量电力网损耗电量电力网能量损耗率固定损耗8①最大负荷损耗时间法②等值功率法2.能量损耗的计算方法923200d10dTTLLSAPtRtV最大负荷损耗时间τ如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax，在τ小时内的能量损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗。32max322max87600322101010PRVStRVSAd单位：有功：kW；视在功率：kVA；电能损耗：kWh复习：最大负荷利用时间maxmaxPAT10变压器的可变电能损耗的计算方法和线路相似，但是要计及固定损耗：)(10322max0hkWRVSTPATTn台相同容量的变压器并联运行，则1年的总电能损耗为)(2max0hkWSSnPTPnANkT）。运行小时数（是变压器全年实际投入）；量（是单台变压器的额定容）（是网络输送的最大功率）；耗（为单台变压器的短路损）；耗（为单台变压器的空载损说明：hTMVASMVASkWPkWPNk;max011假定电压恒定：8760202maxdStS①τ与用视在功率表示的负荷曲线有关；②对于给定的功率因数，τ同Tmax之间存在一定关系。22876033max22010d10SSARtRVV8760max0maxmax1dWTPtPP1213①准确度不高，只适用在电力网规划设计中；②不宜计算已运行电网的能量损耗；③不能对误差作出有根据的分析；最大负荷损耗时间法的特点：1422eqeq23233eq20310d31010TPQAIRtIRTRTV2eq01dTIItT⑵等值功率法当电网的电压恒定不变时:2eq01dTPPtT2eq01dTQQtT电流等效值15电流、有功功率和无功功率的等效值还可以表示为eqaveqaveqavIGIPKPQLQ22322223avavav231010RTAGIRTKPLQVT—运行时间（日、月、季、年）；Ap—有功电量；AQ—无功电量。pavQavAPTAQT形状系数16形状系数K的取值范围：211K22av1128K说明：形状系数由负荷曲线的形状决定。当α＞0.4时，其最大可能的相对误差不会超过10%；当α＜0.4时，可将曲线分段，只要每一段的α＞0.4，就能保证总的最大误差在10%以内；对于无功负荷曲线的形状系数L也可以作类似的分析。当负荷的功率因数不变时K与L相等。最小负荷系数17①要求的原始数据不多，方法简单；②能对误差作有根据的分析和估计；③能够推广应用于任意复杂网络的电能损耗计算。等值功率法的特点：183.降低网损的常用技术措施1）提高用户的功率因数，减少网络中无功功率的传送222cosLPPRV212cos%1100coslP%5.39(%),9.07.0coslPQPXRVQPSj)j(22219提高功率因数的主要措施①合理选择异步电动机的容量②采用并联无功补偿装置202）改善网络中的功率分布为了降低网络的功率损耗，可以在环网中引入环路电势进行潮流控制，使功率分布尽量接近于经济分布。功率的自然分布功率的经济分布212）改善网络中的功率分布功率的自然分布功率的经济分布QPXRVQPSj)j(22232131123213221ZZZZZSZSSZZZZZSZSScbbC)()(功率的自然分布：按照与阻抗成反比分布的功率。功率的经济分布：使网络的有功功率损耗为最小的功率分布。222）改善网络中的功率分布QPXRVQPSj)j(22222121222121122121322323222222122121332211UQQPPRUQQQPPPRUQPRUQPRUQPRUQPRUSRUSRUSPbbCbCbl)()()()(0011QQPPll232）改善网络中的功率分布闭式网中的P和Q按电阻成反比分布时，其有功功率损耗最小。均一网络的自然功率分布于经济分布相等。措施：1）对于R/X较小的线路进行串联电容补偿；2）装设有载调压变压器，利用循环功率改善功率分布。32132213213221RRRRRQRQQRRRRRPRPPbCecbCec)()(3213221ZZZZZSZSSbC)(242）改善网络中的功率分布环形网络可以考虑开环运行是否更为合理。为了限制短路电流或满足继电保护动作选择性要求，需将闭式网络开环运行时，开环点的选择要有利于降低网损。25低压配电网络一般采取闭式网络接线，按开式网络运行。在配电网络的适当地点安装有分段开关和联络开关。在不同的运行方式下，对这些开关的通断状态进行优化组合，合理安排用户的供电路径，可以达到平衡支路潮流，消除过载，降低网损和提高电压质量的目的（配电网络重构）。2635kV及以上的输电网，适当提高运行电压可以降低网损；6～10kV的农村配电网，应适当降低运行电压以降低网损；3）合理确定电力网的运行电压水平前提：保证电压质量,不能影响电力网的安全运行。27问题提出：一个变电所内，怎样根据负荷的变化适当改变投入运行的变压器台数，从而减少功率损耗？假设：k台变压器容量和型号相同，总负荷功率为S。4）组织变压器的经济运行28K台相同变压器并联运行的总功率损耗为4）组织变压器的经济运行K-1台并联运行时的总功率损耗为20ST1N111kSPkPkPkS00)1()()1(PkPkPPkTkT20)(NskTkSSPkPkP0crNS1PSSkkP临界负荷功率29说明：①当负荷功率大于临界负荷功率时，宜投入k台变压器并联运行；否则，宜投入k-1台变压器并联运行；②对一昼夜内多次大幅度变化的负荷，变压器不宜完全按照上述方式运行；③当变电所只有两台变压器并联运行时，其经济运行应服从供电的可靠性。0crNS1PSSkkP305）对原有电网进行技术改造对原有配电网络进行改造,降低网络损耗。例如增设电源点，提升线路电压等级，增大导线截面等。在改建旧电网时，将110kV或220kV的高电压直接引入负荷中心，简化网络结构，减少变电层次，能够大量降低网损。调整用户的负荷曲线，提高最小负荷率，使形状系数接近于1，也可降低能量损耗。31二、负荷在发电厂间的合理分配（定性分析）1）火力发电厂成本：高！燃料及其运输，不可再生效率：与蒸汽参数有关，温压越高，效率越高调节范围：较窄，受锅炉/汽机最小技术负荷限制，温压越高，越窄（高温压30%，中温压75%）调节速度：投退和增减出力慢，耗能多1.各类电厂的技术经济特点321）火力发电厂热电厂：抽汽供热，效率高；但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率不受自然条件的影响33成本：低！无须燃料费，梯级开发，再生能源调节范围：大（50%以上）调节速度：增减负荷快，操作容易、经济出力约束：①取决于水量和水位差，受来水影响大；②水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游；2）水力发电厂34出力约束：③发电用水量要按水库的综合效益考虑，不一定适应电力负荷，须与火电配合。抽水蓄能电厂：调节电力系统有功负荷的峰谷差。2）水力发电厂35成本：一次性投资大，运行费用小调节范围：大调节速度：①反应堆和汽轮机组退出运行和投入花费时间长，且增加能量损耗。②运行中不宜承担急剧变动的负荷3）原子能发电厂的主要特点综合负荷在发电厂间的合理分配373种调整方式P1：一次调频/调速器P2：二次调频/调频器P3：三次调频/在有功功率平衡的基础上，依据负荷曲线，经济合理地在各发电厂间进行分配（电力系统经济运行）。38三、火电厂间有功功率经济分配（有功ED、定量分析）发电成本：燃料、劳动力、维护费用等。简化分析：仅考虑可变成本，主要是燃料。发电成本特性曲线C(PG)：单位时间内，发电燃料成本C（元）与发电出力PG（MW）之间的关系。取决于什么？标准煤单价k（元/吨）机组耗量特性F(PG)C(PG)=k×F(PG)39三、火电厂间有功功率经济分配（有功ED）1.耗量特性定义：反映发电设备（或其组合）单位时间内能量输入（F：燃料，吨）和输出（P：有功，MW）关系的曲线。40基本概念：①比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比。μ=F/P②发电厂的效率：η=P/F③耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率λ=dF/dP（增加单位出力，单位时间内增加的燃料量）412.等微增率准则问题：已知两台机组的耗量特性和总的负荷功率PLD。假定各台机组燃料消耗量和输出功率不受限制。要求确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小。定义：电力系统中的各发电机组按相等的耗量微增率运行，从而使得总的能源损耗最小，运行最经济。42②目标函数1G12G2FFPFP等耗量微增率原则就是在满足约束条件的前提下，使目标函数有最小值。为什么耗量微增率相等？？？G1G2LD0PPP分析：①约束条件43目标函数最小的条件：两耗量特性曲线斜率相等的两点间的距离最短。1G12G2FFPFPG1G2LD0PPP44结论：负荷在两台机组间分配时，如它们的燃料消耗微增率相等，则总的燃料消耗量将最小。等微增率准则也适用于多台机组（或多个发电厂）间的负荷分配。453.多个发电厂间的负荷经济分配nGiLDi=10PPGi1minniiFFP①约束条件②目标函数求解：拉格朗日乘数法)(1LDniGiPPFL问题转化为求解L的无条件极值问题。463.多个发电厂间的负荷经济分配1212iGGGidFdFdFdPdPdP结论：不等式约束条件：maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiVVVQQQPPP)(1LDniGiPPFL0GiGiPFPL47假定网络损耗为PL：4.计及网损的有功负荷经济分配11()nniGiLLDiiLFPPP