电力系统规划与可靠性讲座3_电力电量平衡(XXXX_06_01)

电力系统规划与可靠性电气工程学院电力信息与控制研究所张莲梅武汉大学电气工程及其自动化专业选修课(第3专题:电力电量平衡)电力电量平衡电力电量平衡的基本概念电力电量平衡的目的与要求电力电量平衡主要分析和研究的问题电力电量平衡中代表水文年的选择电力平衡代表年、月的选择电力平衡中的容量组成备用容量的确定备用容量的合理分配电源结构的规划电力电量平衡表的编制电力电量平衡的基本概念【定义】电力电量供应与需求之间的平衡。【作用】①为电力系统规划、电源组成等提供科学依据（如电源规划、电网规划都要先进行电力电量平衡）②计算电站容量和电量的利用程度。【基础】规划期内（即未来年份）的电力电量平衡一定程度上以负荷预测为基础。【主要内容】①电力电量平衡研究的问题②电力电量平衡中的容量组成电力电量平衡的目的与要求根据《电力系统设计内容深度规定》第5.3.1条，电力系统设计应编制:①目前到设计水平年的逐年电力电量平衡;②远景水平年全系统和分地区的电力电量平衡;③必要时还应列出分地区低谷负荷时的电力平衡。电力电量平衡主要分析和研究的问题(1)确定电力系统需要的发电设备容量，确定规划设计年度内逐年新增的装机容量和退役机组容量。(2)确定系统需要的备用容量，研究在水、火电厂之间的分配。(3)确定系统需要的调峰容量，使之能满足设计年不同季节的系统调峰需要。(4)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，并计算系统需要的燃料消耗量。(5)确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电量平衡。(6)确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。(7)分析系统与系统之间、地区与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。电力电量平衡中代表水文年的选择电力系统按发电机组动力来源的不同，可分为纯水电、纯火电和水、火电联合运行系统，其中以水、火电联合运行系统较为常见。电力电量平衡中代表水文年有丰、平、枯、特枯水文年，根据《电力系统设计技术规程》，有水电的系统一般是按枯水年进行电力平衡、按平水年进行电量平衡；水电占比例大的系统还应根据需要，对代表年按月编制丰、平、枯水文年的电力电量平衡、必要时还应编制丰水年和特枯水年的电力电量平衡。水文年【设计枯水年】设计枯水年是水电厂在正常运行中可能遇到的最不利情况，它与水电厂设计保证率的水文年相对应。电力系统的电力电量平衡必须得到保证，才能满足负荷的需求。系统中各电厂的必需容量值，由此代表年来确定。因此，设计枯水年的电力电量平衡是确定系统的需要装机容量及装机进度、检验各类电厂的发电设备利用小时数的依据。【设计平水年】平水年指保证率为50％的水文年，接近平水年的年度又是最常见的年度，它代表水电厂最常出现的电力电量平衡。平水年的电力电量平衡是确定水电厂的电量利用程度，研究网络及联络线的经济性、水电厂的电气主接线、送电线路截面及系统多年平均年燃料需要量的依据。【设计丰水年】丰水年是指水电厂保证率小于10％的水文代表年，其电力电量平衡代表水电厂满载或弃水时的运行情况，用来校核平水年确定的电厂主接线、设备和线路的送电能力、经济性。【特枯水年】特枯水年是指水电厂设计枯水年保证率以外的枯水年，接近于保证率等于100％的水文年，其电力电量平衡用来检验系统的缺电情况及网络的适应性，必要时需研究解决措施。电力平衡代表年、月的选择电力平衡需要逐年进行，应按逐年控制月份的最大负荷和水电厂设计枯水年的月平均处理编制。一般以每年的12月为代表，但还应根据水电厂逐月发电处理的变化及系统负荷的变化情况，具体分析确定。一年中也可能有2个月份其控制作用，应分别平衡。必要时选择代表年进行逐月电力平衡，以便找出其中起控制作用的月份，然后按该代表月进行逐年平衡。电力平衡中的容量组成电力平衡中的容量由装机容量、必需容量、工作容量和备用容量组成。【装机容量】系统中各类电厂安装的发电机组额定容量的总和。【必需容量】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。【工作容量】发电机承担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的工作容量。其中担任基荷的电厂处理就是工作容量担任峰荷和腰荷的发电出力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，其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。【备用容量】备用容量是指为了保证系统不间断供电并保持在额定频率下运行而设置的装机容量。【重复容量】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，就有可能部分或全部转化为必需容量。【受阻容量】由于各种原因，发电设备不能按装机额定容量发电的容量。备用容量的分类按备用设备所处状态分类：热备用(旋转备用)和冷备用。【热备用(旋转备用)】设备处于运转状态，或是空载运行，或是带部分负荷运行。水电站的旋转备用状态可以是空载运行火电站则是带最小技术出力或部分负荷运行系统一旦出现超预测值的负荷时，这种处于运转状态下的备用容量可以很快投入使用，即它的主要功能是能适应电力系统负荷瞬间的快速波动及一天内计划外的负荷增长。【冷备用】处于完好状态的停止运行设备，一旦满要时立即可以启动投入运行。包括火电厂处于压火、暖机状态下的设备及水电厂停运但仍担负备用任务的设备。它主要为设备的计划检修、事故停运及系统日负荷出现额外增长时提供必要的补充容量。按备用的作用分类：负荷备用、事故备用和检修备用。【负荷备用】为了适应负荷的瞬时变化、保证供电质量及可靠性而设置的备用。由于电力系统在运行时，负荷是环绕负荷曲线剧烈而急促的波动变化着，并迫使系统周波不断变化。有时又将其分为周波备用和负载备用。为了维持电力系统的周波在规定的变化范围内，以保证供电质量，就必须设置周波备用。由于负载备用是用以满足日调度计划以外的用电增加的，负荷预测存在误差，实际负荷值往往与预期值不符，故应配置适当的负载备用容量。【事故备用】当发电设备发生偶然事故而被迫退出运行时，为了保证电力系统正常连续供电而需设置的备用容量。【检修备用】为了保证系统中所有发电机组都能按预定计划进行周期性检修所需设置的备用。备用容量的确定确定系统最大负荷备用容量的方法通常有两种，即经验法和概率性方法。【经验法】根据系统运行经验，按系统综合的某一百分率来确定系统中各类备用的大小。①负荷备用：一般取为系统最大负荷的2%～5%，大系统取小一些的数．小系统取大一些的数。②事故备用：一般取系统最大负荷的5%～10%左右，且不得小于系统中最大一台机组的客量。③检修备用：视系统年负荷曲线低谷面积的大小，取检修备用容量为系统综合最大负荷的8%～15%，年负荷曲线越平稳的系统，此值越大。经验法优缺点：简单、方便．因为它基于系统的运行经验，虽然没有计算，它却综合考虑了各种因素，其中有些因素是不便于精确计算的。因为以运行经验为基础，它也易于为运行单位接受。但它所确定的备用值不是通过详细的分析计算，因此这个方法不够精确。【概率性方法】根据元件参数和系统的概率特征，通过统计计算得到系统和各个节点的概率指标，从而对系统的可靠性有一个较为全面和客观的评估。典型概率特征：①机组的停运概率与该机组容量大小有关，尽管两个方案的百分备用容量相同，但不同的机组可产生完全不同的风险指标，因此一个固定的百分备用不能保证各方案有协调一致的风险度。②元件原始数据中固有的不确定性。由于统计子样有限，实际的元件特性数据不是一个常数，而是服从某种概率分布的随机变量。③负荷预测中的不确定因素。④备用的分配存在季节、负荷变化这些因素影响。概率性方法与经验法比较采用经验法的主要不足之处是没有考虑到系统性能、用户功率和元件故障的概率特征。使用概率方法可以更为科学和准确的反映电网实际，根据设定的可靠性判据如电力不足期望值，从发电能力、计划检修、故障停机、负荷水平及特性等诸多方面来综合判断发电供应的可靠程度，进而确定电网备用容量的预留。备用容量的合理分配【备用容量分配原则】系统的备用容量应由哪种发电厂或机组来承担，应考虑各种备用的要求及各类电厂或机组的工作特性，在电厂间进行分配。【负荷备用容量分配】考虑到水轮发电机效率最大区是在额定容量的70%～90%，它的应变能力强，负载变动时调节损失小。因此，由没有满发的水电厂担任负荷备用最合适。注意：①担任负荷备用的水电厂，其装机容量应不小于系统或调频地区是大负荷的15%，且存一定的调节库容作保证。②泾流式电站不能担负负荷备用。③实际系统中负荷备用往往不是由一个电厂来担任。系统中旋转备用应进一步分散，以免事故下主干线上潮流急剧地大起大落而导致系统瓦解。④系统应根据负荷分布及电源结构及机组特性，规定参加调频的电厂及其执行任务的程序。【事故备用容量分配】可以由水电厂担任，也可由火电厂担任，一般均由水、火电厂共同承担，并参照其工作容量的比例来分配。分配时应注意下列几点：①调节性能良好、靠近负荷中心的水电厂应考虑担负较多的事故备用容量。②担任事故备用容量的水电站，必须拥有相应的事故备用库容作保证。③具有较大水库、调节性能良好的水电站可在事故后，利用加大火电出力，减少水电站工作容量的办法以弥补事做下耗用的库容，事故备用库容可以适当减少。④径流式或日调节水电站不能担负系统的事故备用。⑤向电站分配事故备用时，必须考虑其地理位置及送电线路的输电能力。⑥设置事故备用时，应将相当大部分的事故备用容量放在运转机组上，以旋转备用形式工作，并分布在系统内多个电厂中，以提高供电的可靠性。备用容量的合理分配【检修备用容量分配】分配可以相当灵活，它一般以冷备用形式存在。实际系统中火电机组的检修一般安排在夏秋季负荷低落、水电又是丰水期间，水电机组检修则安排在枯水期。当检修备用不足而专设检修备用容量时，一般是设置在火电厂内。【备用容量分配的意义】将备用分为负荷备用、事故备用、检修备用三种及其确定方法，主要是为了在电力规划时确定系统的合理装机容量。在运行中上述三部分备用容量不是截然分开的。系统运行中应当有一定的冷、热备用容量，这些备用既可以担负调峰调频，也可以在事故时担负负荷作为事故备用，或者在其他机组检修时投入运行作为检修备用。系统需要的总备用容量，应当参照上列三种容量之和及系统的实际运行经验确定。备用容量的合理分配电源结构的规划【研究问题】研究电力系统的合理电源结构问题，主要是研究各类型电站发电容量和电量的合理比例问题。在做电力规划时，应努力使电力系统内电源结构趋于合理。【主要内容】①影响电源结构的因素②确定合理电源结构的方法影响电源结构的因素影响一个地区或一个电力系统的电源结构的因素很多，概括起来主要有：①动力资源的种类、贮量和分布制约电源结构布局。华北地区有丰富的煤炭资源决定了其以煤电为主的电源结构；西南地区水资源丰富，因此优先开发水电是西南地区电力建设的方针。②地区或电力系统电、热负荷的需求量，特性及分布影响电源结构布局。如果热负荷较大、集中，且持续时间长，建设热电厂是经济合理的。当负荷率较高时，大容量经济性好的火电厂具有很高的经济效果。当负荷率低，峰谷差大时，可利用水电站的调峰优势。③电源本身的技术经济特性影响电源结构布局。火电的经济性由于火电成本的上升而下降，水电虽然成本低，但建设工期长，一次投资大。④国家发电能源政策影响电源结构布局。发电能源政策的出台，势必影响各种能源的开发速度与电源结构。⑤国家资金、物资、器材及劳动技术力量的供应能力等影响电源结构布局。确定合理电源结构的方法确定合理电源结构的步骤：①根据负荷预测的结果，确定规划期内各个规划时段及逐年应增加的装机容量(包括备用容量在内)。②根据地区（或电力系统）内动力资源的情况和电厂厂址条件，选择一批可能的厂址，并根据负荷增长需要合理确定电厂容量。下列电厂需优先确定：以防洪、灌溉为主要目的的水利工程的发电容量、具有重大政治或国防意义的某些发电厂、大型工矿企业的自备电厂、因热负荷需要确定建设的热电厂的容量。③剩余新增能量在各