電力系統(tǒng)分析 第十四章 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

1第十四章電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

EconomicOperationofPowerSystems電力網(wǎng)中的能量損耗火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配水火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配無(wú)功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配214-1電力網(wǎng)中的能量損耗EnergyLossesofPowerNetworks3電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本要求在保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠和電能質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，努力提高電能生產(chǎn)和輸送的效率，盡量降低供電的燃料消耗或供電成本。14-1電力網(wǎng)中的能量損耗4網(wǎng)損率(線損率)衡量供電企業(yè)管理水平的一項(xiàng)重要的綜合性的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)14-1電力網(wǎng)中的能量損耗電力網(wǎng)的損耗電量供電量網(wǎng)損率100%5電網(wǎng)元件的能量損耗14-1電力網(wǎng)中的能量損耗第一種：,如變壓器繞組和線路導(dǎo)線中的損耗第二種：,如變壓器鐵芯損耗、電纜和電容器絕緣介質(zhì)中的損耗6線路中能量損耗的計(jì)算方法電網(wǎng)規(guī)劃階段：最大負(fù)荷損耗時(shí)間法如果線路中輸送的功率一直保持為最大負(fù)荷功率，在小時(shí)內(nèi)的能量損耗恰好等于全年的實(shí)際電能損耗，則稱為最大負(fù)荷損耗時(shí)間。14-1電力網(wǎng)中的能量損耗由最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)和功率因數(shù)確定最大負(fù)荷損耗時(shí)間（表14-1）7線路中能量損耗的計(jì)算方法電網(wǎng)運(yùn)行階段：等值功率法14-1電力網(wǎng)中的能量損耗

T為運(yùn)行周期均方根電流形狀系數(shù)由負(fù)荷曲線形狀確定，由最小負(fù)荷系數(shù)確定形狀系數(shù)平均值（14-11）所需數(shù)據(jù)：AP，AQ，最小負(fù)荷系數(shù)α當(dāng)α>0.4時(shí)，可證明最大誤差<10%方法簡(jiǎn)單、精度好，可推廣于任意復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)段可以是日、月、季度或年8降低網(wǎng)損的技術(shù)措施14-1電力網(wǎng)中的能量損耗提高用戶的功率因數(shù)改善網(wǎng)絡(luò)中的功率分布合理地確定電力網(wǎng)的運(yùn)行電壓水平組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)原有電網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造9措施1：提高用戶的功率因數(shù)14-1電力網(wǎng)中的能量損耗線損線損降低率裝設(shè)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備避免用電設(shè)備在低功率因數(shù)下運(yùn)行

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載系數(shù)越小，功率因數(shù)越低10措施2：改善網(wǎng)絡(luò)中的功率分布14-1電力網(wǎng)中的能量損耗在環(huán)網(wǎng)中引入環(huán)路電勢(shì)進(jìn)行潮流控制，使功率分布盡量接近于經(jīng)濟(jì)分布；或考慮開(kāi)環(huán)運(yùn)行，開(kāi)環(huán)點(diǎn)的選擇要有利于降低網(wǎng)損。配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：通過(guò)確定分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)、閉合狀態(tài)來(lái)優(yōu)化配電系統(tǒng)運(yùn)行的。11措施3：合理確定電網(wǎng)運(yùn)行電壓水平14-1電力網(wǎng)中的能量損耗適當(dāng)提高運(yùn)行電壓可以降低網(wǎng)損：變壓器的鐵損在網(wǎng)絡(luò)總損耗所占比重小的電網(wǎng)——高壓電網(wǎng)適當(dāng)降低運(yùn)行電壓可以降低網(wǎng)損：變壓器的鐵損在網(wǎng)絡(luò)總損耗所占比重大的電網(wǎng)——6-10kV農(nóng)村配電網(wǎng)（60%~80%）無(wú)論對(duì)于哪一類電網(wǎng)，為了經(jīng)濟(jì)目的提高或降低運(yùn)行電壓水平，都應(yīng)將其限制在電壓偏移的容許范圍內(nèi)。1214-1電力網(wǎng)中的能量損耗在一個(gè)變電站內(nèi)裝有多臺(tái)容量和型號(hào)都相同的變壓器，并列運(yùn)行的k臺(tái)變壓器鐵芯損耗與臺(tái)數(shù)成正比，繞組損耗則與臺(tái)數(shù)成反比措施4：組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷越小越宜減少變壓器運(yùn)行臺(tái)數(shù)13臨界功率14-1電力網(wǎng)中的能量損耗臨界功率Scr

令

可得

1414-1電力網(wǎng)中的能量損耗對(duì)季節(jié)性變化的負(fù)荷，使變壓器投入臺(tái)數(shù)符合損耗最小的原則是可行的。對(duì)24h內(nèi)多次大幅度變化的負(fù)荷，則不宜完全按照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。當(dāng)變電所僅有兩臺(tái)變壓器且需要切除一臺(tái)時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的措施以保證供電的可靠性。AboutEconomicOperationofTransformers1514-1電力網(wǎng)中的能量損耗措施5：電網(wǎng)技術(shù)改造增設(shè)電源點(diǎn)提升線路電壓等級(jí)增大導(dǎo)線截面減少變電層次調(diào)整用戶的負(fù)荷曲線，減小高峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷的差值實(shí)現(xiàn)方法：分時(shí)電價(jià)，儲(chǔ)能電站。1614-2火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配EconomicDispatchofActivePowerLoadingamongPowerPlants17耗量特性反映發(fā)電設(shè)備（或其組合）單位時(shí)間內(nèi)能量輸入和輸出關(guān)系的曲線,稱為該設(shè)備的耗量特性。14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配Definition18效率曲線和微增率曲線耗量特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率稱為該點(diǎn)的耗量微增率λ

14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配Definition發(fā)電效率η=P/F

λ

=dF/dP

比耗量μ=F/P19等微增率準(zhǔn)則負(fù)荷在機(jī)組間分配時(shí)，如它們的燃料消耗微增率相等，則總的燃料消耗量將是最小的。14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配DefinitionEqualIncrementalPrinciple20兩臺(tái)機(jī)組間的負(fù)荷分配14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配目標(biāo)：總的燃料消耗為最小minF=F1(PG1)+F2(PG2)約束條件：PG1+PG2-PLD=0

PG1

PG2

PLD

G2

G1

dF1/dPG1

=dF2/dPG2

21多個(gè)發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配目標(biāo)：總的燃料消耗為最小minF=ΣFi(PGi)約束條件：ΣPGi

-PLD=0

22負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題的求解拉格朗日乘子法14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配極值點(diǎn)滿足i=1,2,…,n

EqualIncrementalPrinciple即2314-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配例14-3三個(gè)火電廠并聯(lián)運(yùn)行，各電廠的燃料消耗特性及功率約束條件如下：當(dāng)總負(fù)荷為700MW和400MW時(shí)，試分別確定發(fā)電廠間功率的經(jīng)濟(jì)分配24解：按所給耗量特性可得各廠的微增耗量特性得到等微增率時(shí)的電廠出力關(guān)系PG1=14.29+0.572PG2=0.643PG3,PG3=22.22+0.889PG214-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配25續(xù)解：總負(fù)荷為700MW時(shí)PG1+PG2+PG3=70014.29+0.572PG2+PG2+22.22+0.889PG2=700PG2=270MW,越限，取PG2=250MW,剩余的負(fù)荷功率450MW再由電廠1和3進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配PG1+PG3=450，λ1=

λ3

得到PG3=274MW，PG1=176MW14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配26續(xù)解：總負(fù)荷為400MW時(shí)PG1+PG2+PG3=40014.29+0.572PG2+PG2+22.22+0.889PG2=400PG2=147.7MWPG1=98.77MW,越限，取PG1=100MW,剩余的負(fù)荷功率300MW再由電廠2和3進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配得到PG3=153MW,PG2=147MW14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配另一種解法λ取不同的值，得到各發(fā)電廠輸出功率及其總和，制成表格或曲線14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配計(jì)及網(wǎng)損的有功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述（數(shù)學(xué)模型）問(wèn)題求解——構(gòu)造Lagrange函數(shù)EQU經(jīng)過(guò)網(wǎng)損修正后的等微增率準(zhǔn)則14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配計(jì)及網(wǎng)損的有功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配若網(wǎng)損微增率大于零，發(fā)電機(jī)出力增加會(huì)引起網(wǎng)損增加，

這時(shí)網(wǎng)損修正系數(shù)大于1，發(fā)電機(jī)本身的燃料耗量微增率宜取較小的數(shù)值。14-2火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配若網(wǎng)損微增率小于零，發(fā)電機(jī)出力增加會(huì)引起網(wǎng)損增加，

這時(shí)網(wǎng)損修正系數(shù)小于1，發(fā)電機(jī)本身的燃料耗量微增率宜取較大的數(shù)值。3014-3水、火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

一個(gè)水電廠和一個(gè)火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述（數(shù)學(xué)模型）問(wèn)題求解—構(gòu)造Lagrange函數(shù)：泛函極值問(wèn)題14-2水、火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配將指定的運(yùn)行周期τ

劃分為s

個(gè)時(shí)段，假定各時(shí)段內(nèi)負(fù)荷功率、水電廠火電廠功率不變，則模型簡(jiǎn)化為：一個(gè)水電廠和一個(gè)火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配——等微增率準(zhǔn)則問(wèn)題求解—構(gòu)造Lagrange函數(shù)：將指定的運(yùn)行周期τ

劃分為s

個(gè)時(shí)段：假定時(shí)間段取得足夠短，則認(rèn)為任何時(shí)刻都必須滿足14-2水、火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配數(shù)學(xué)模型—泛函極值問(wèn)題水電廠水耗量乘以γ，相當(dāng)于水換成了煤，水電廠變成了等值火電廠，按火電廠間負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的等微增率準(zhǔn)則問(wèn)題求解—等微增率準(zhǔn)則γ的物理意義—水煤換算系數(shù)?F的單位：t/h，?W的單位：m3/h，則γ

的意義為：按發(fā)生相同的電功率進(jìn)行比較，1立方米的水相當(dāng)于γ

噸煤14-2水、火電廠間有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配一個(gè)水電廠和一個(gè)火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配一個(gè)水電廠和一個(gè)火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題求解—等微增率準(zhǔn)則γ的選取——使得給定用水量在指定運(yùn)行期間剛好用完，做到既不棄水，也不超量用水Step1：給定初值γ(0)，令迭代次數(shù)k=0Step2：計(jì)算全部時(shí)段的負(fù)荷分配；Step3：校驗(yàn)用水量是否滿足Step4：若用水超量，應(yīng)取Step5：若發(fā)生棄水，應(yīng)取Step6：k=k+1，返回Step2計(jì)及網(wǎng)損時(shí)若干個(gè)水、火電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配數(shù)學(xué)模型—泛函極值問(wèn)題問(wèn)題求解—構(gòu)造Lagrange函數(shù)：將指定的運(yùn)行周期τ劃分為s個(gè)時(shí)段，假定各時(shí)段內(nèi)負(fù)荷功率、水電廠火電廠功率不變；然后構(gòu)造Lagrange函數(shù)3614-4無(wú)功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配EconomicDispatchofReactivePowerLoading37即無(wú)功優(yōu)化：無(wú)功優(yōu)化調(diào)度（控制）無(wú)功優(yōu)化配置（規(guī)劃）14-4無(wú)功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配無(wú)功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配38等微增率法