案例8：電力系統(tǒng)運(yùn)行成本控制

案例8：電力系統(tǒng)運(yùn)行成本控制

一、案例正文

為了確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性以及滿足客戶的用電需求,

我們應(yīng)當(dāng)積極推行各種技術(shù)和管理措施使電力生產(chǎn)設(shè)備處于最佳工

作狀態(tài)，達(dá)到電力系統(tǒng)電能成本最低或獨(dú)立發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價(jià)最低的

運(yùn)行。

探討電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，不得不提到能源消耗問(wèn)題?，F(xiàn)有的能

源系統(tǒng)往往存在利用率低，污染高等問(wèn)題，而冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以很

大程度上提升能源利用率。

提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平是至關(guān)重要的，它不僅能夠帶來(lái)可觀

的收益，還能夠促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。

1.1電力系統(tǒng)運(yùn)行成本控制概述

1.1.1電力系統(tǒng)運(yùn)行成本控制的意義

為了提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，我們必須在規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制

兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，要認(rèn)真地進(jìn)行男案比較，通過(guò)

技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都進(jìn)行全面考量，以確定最佳解決

方案。例如，采用高效低耗的大型發(fā)電設(shè)備，合理選擇輸電和配電網(wǎng)

絡(luò)的電壓等級(jí)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面等。

當(dāng)電力系統(tǒng)建成并開(kāi)始運(yùn)營(yíng)后，它的經(jīng)濟(jì)效益取決于如何進(jìn)行有

效的管理和維護(hù)。例如，合理分配各發(fā)電廠有功功率，合理配置無(wú)功

電源，組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。通過(guò)降低發(fā)電燃料消耗和網(wǎng)絡(luò)損耗,

我們可以最大限度地降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力系統(tǒng)運(yùn)行成本控制的最主要內(nèi)容。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)

調(diào)度是指在保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的前提下，通過(guò)有效的市

場(chǎng)化手段，實(shí)現(xiàn)電力資源的合理配置和經(jīng)濟(jì)利用，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行

效率，降低電力成本，促進(jìn)電力市場(chǎng)健康發(fā)展的一種調(diào)度方式。電網(wǎng)

經(jīng)濟(jì)調(diào)度主要包括電力市場(chǎng)交易、電力供需平衡調(diào)度、電力成本控制

和優(yōu)化、電力質(zhì)量保障等方面的內(nèi)容。在電力市場(chǎng)化改革的背景下,

電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度已經(jīng)成為電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要組成部分。

電力系統(tǒng)運(yùn)行成本控制（通常也稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度）效益相當(dāng)巨大，據(jù)

國(guó)外資料介紹，甚至能達(dá)到總?cè)剂腺M(fèi)的8%。由于其牽涉的問(wèn)題十分

復(fù)雜，以致還難以準(zhǔn)確地計(jì)算出它的數(shù)值。但從國(guó)內(nèi)外調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),

可以得到一個(gè)大致的估計(jì)：有功功率經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配約可節(jié)省0.5%?

2%的燃料費(fèi)用；機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合的效益可達(dá)1%?2.5%；網(wǎng)損修正的效

益可0.05%?0.5%。這些效益的相對(duì)值雖然不大，但由于電力系統(tǒng)容

量巨大，日積月累產(chǎn)生的絕對(duì)值，卻十分宜人。

我國(guó)早期的經(jīng)濟(jì)調(diào)度是以總耗煤量最少為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度控制，而

目前則根據(jù)市場(chǎng)的實(shí)際情況，考慮價(jià)格因素。只有這樣才能壓低高價(jià)

燃料用量，鼓勵(lì)用劣質(zhì)煤發(fā)電。特別是建在劣質(zhì)煤產(chǎn)地的坑口電廠,

就地?zé)淤|(zhì)煤發(fā)電，比遠(yuǎn)距離運(yùn)煤要合理得多。

1.12電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的主要內(nèi)容

（1）研究用戶的用電需求，即進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)。負(fù)荷預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)

經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基礎(chǔ)。負(fù)荷預(yù)計(jì)得準(zhǔn)確，就可以避免計(jì)劃外開(kāi)機(jī)，減少臨

時(shí)出力調(diào)整，還可以減少旋轉(zhuǎn)備用容量。負(fù)荷預(yù)計(jì)過(guò)去靠人工計(jì)算,

憑經(jīng)驗(yàn)修正。現(xiàn)在則用計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)計(jì)。特別是電力系統(tǒng)在線經(jīng)濟(jì)調(diào)

度，必須用到短期負(fù)荷預(yù)報(bào)，只有用計(jì)算機(jī)計(jì)算才能滿足實(shí)時(shí)性的要

求。

（2）在進(jìn)行電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)，需要有發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)特

性曲線，包括機(jī)組的耗煤量曲線和耗量微增率曲線，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)濟(jì)

調(diào)度的基礎(chǔ)資料同時(shí)，電廠內(nèi)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配也需要考慮這些

曲線，以保證經(jīng)濟(jì)性和效益。如果這些曲線的準(zhǔn)確性不高，將直接影

響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益。因此，編制這些曲線需要精細(xì)的數(shù)據(jù)采集和分析,

以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。

（3）網(wǎng)損經(jīng)濟(jì)特性的研究。電能在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸損失也直接影

響運(yùn)行費(fèi)用。各發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中所處的位置不同，因而它們有著

不同的網(wǎng)損微增率。因?yàn)榫W(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流分布有關(guān)，所以網(wǎng)損

微增率的計(jì)算是比較復(fù)雜的。

（4）考慮負(fù)荷分配時(shí)，如何協(xié)調(diào)電廠發(fā)電經(jīng)濟(jì)性和電廠送電經(jīng)

濟(jì)性。在各個(gè)發(fā)電廠之間有功功率的最優(yōu)分配，這需要同時(shí)考慮各個(gè)

發(fā)電廠本身的經(jīng)濟(jì)性和它們向系統(tǒng)送電的經(jīng)濟(jì)性。這兩個(gè)方面有時(shí)看

起來(lái)是矛盾的，如何權(quán)衡利弊，則需大量精密的計(jì)算。

（5）機(jī)組優(yōu)化組合。在滿足一天中電力負(fù)荷變化及安全備用的

條件下，制定出全天耗煤量（或費(fèi)用）最小的火電機(jī)組開(kāi)機(jī)計(jì)劃，稱為

機(jī)組的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)組合。

（6）水電火電經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)。從電力系統(tǒng)運(yùn)行需要出發(fā)，水電廠擔(dān)

任調(diào)峰最合適。而從水電廠本身看，應(yīng)當(dāng)盡量利用天然來(lái)水保持高水

通常這類的極值問(wèn)題可用拉格朗日乘數(shù)法處理。首先構(gòu)造一個(gè)拉

格朗日函數(shù)

C=3⑻+隹⑻+,?+￡〃(？〃)一九⑺+R+,?+4—%)(3)

式中A——引入的拉格朗日乘數(shù)。

為求目標(biāo)函數(shù)B的最小值，將C分別對(duì)E，丹，，匕和2求偏導(dǎo),

并令其為零，即

，3C

-

—dE=0,z=l,2,

—

，

、

?，

—dc(4)

：3u=0

I

展開(kāi)上式可得

dR

姓』。

dPi

(5)

*二。

R+B+…—%=0

則有

、

dBdB?—=2

~dP^~~dR(6)

dPm

上式就是等耗量微增率準(zhǔn)則，即當(dāng)機(jī)組的耗量微增率相等時(shí)，全

廠總耗量最小。

1.22系統(tǒng)中各火電廠之間的經(jīng)濟(jì)分配

如果某些火電廠是建在同一個(gè)地方，例如煤礦坑口火電廠群，則

完全可以看成是一個(gè)有很多機(jī)組的巨型電廠。而各廠之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷

分配，完全和上述廠內(nèi)機(jī)組之間負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配相同。電力系統(tǒng)中不同

地理位置的發(fā)電廠與系統(tǒng)之間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)不同，這影響了它們?cè)霭l(fā)有

功功率所引起的網(wǎng)損大小。有些發(fā)電廠靠近負(fù)荷中心，它們?cè)霭l(fā)的有

功功率引起的網(wǎng)損比較??；而有些發(fā)電廠離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，增發(fā)的有

功功率引起的網(wǎng)損比較大。因此，在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配時(shí)，不

能僅僅依據(jù)各機(jī)組（或各電廠）的耗量微增率是否相等來(lái)分配負(fù)荷,

還需要考慮網(wǎng)損修正，才能更符合實(shí)際情況。

計(jì)及網(wǎng)損的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配條件（稱協(xié)調(diào)方程式）為

dBi1dB?1dBin1

*8"一灰、6"——2[MP—"（7）

一西一西一醞

式中B---第i發(fā)電廠耗煤量，，=1,2,??.,〃?；

Pi---第i發(fā)電廠的輸出功率，i=l,2,?.,“；

AP----系統(tǒng)總網(wǎng)損。

系統(tǒng)總網(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)接線、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及潮流分布有關(guān)，即與各節(jié)點(diǎn)

有功注入功率、無(wú)功注入功率、有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷、電壓幅值及相

角都有關(guān)。因此總網(wǎng)損是隨時(shí)都在變化的量，計(jì)算很復(fù)雜，但網(wǎng)損總

值可達(dá)總有功功率的10%,經(jīng)濟(jì)調(diào)度中不能不加以考慮。

也稱為第i發(fā)電廠的網(wǎng)損微增率。其物理意義是：在系統(tǒng)其他發(fā)

朋

電廠輸出功率不變的條件下，第，?發(fā)電廠增加單位有功功率時(shí)，所引

起的網(wǎng)損增加值。一個(gè)發(fā)電廠離負(fù)荷中心越遠(yuǎn)，則該廠的網(wǎng)損微增率

就越大。

經(jīng)過(guò)網(wǎng)損修正以后，網(wǎng)損微增率高的發(fā)電廠輸出功率就受到抑制,

而網(wǎng)損微增率低的發(fā)電廠則可適當(dāng)增加輸出功率，這樣總網(wǎng)損會(huì)有所

減少而節(jié)約一些燃料，但并非網(wǎng)損越低越好。如果僅僅考慮減少網(wǎng)損，

可能會(huì)讓發(fā)電廠只考慮本地負(fù)荷，而不考慮全系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這種

情況下，那些建在燃料產(chǎn)地的火電廠，由于離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，增加的

有功功率需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送，導(dǎo)致網(wǎng)損較大，但是如果不充分利用

這些發(fā)電廠，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的總成本增加，因?yàn)檫\(yùn)輸燃料等成本也需要

考慮。因此，需要綜合考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和網(wǎng)損等因素，進(jìn)行合理的

發(fā)電負(fù)荷分配和運(yùn)行調(diào)度。例如就地燃用劣質(zhì)煤發(fā)電的坑口火電廠所

安裝的一般都是經(jīng)濟(jì)性能好的大機(jī)組；而負(fù)荷中心的火電廠運(yùn)煤距離

遠(yuǎn)、煤價(jià)貴，且多為建廠較久的中小機(jī)組，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能不好。如按

上述方案，讓這些中小機(jī)組多發(fā)滿發(fā)而坑口電廠的大機(jī)組輸出功率卻

受到限制，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性自然不會(huì)好。只有既考慮機(jī)組本身的經(jīng)濟(jì)性，

又計(jì)及了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，這樣求得的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配，才真正是最

經(jīng)濟(jì)的。

網(wǎng)損是由有功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和無(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸兩方

面所引起的。如單獨(dú)調(diào)整無(wú)功電流而使網(wǎng)損有所降低，一般是不會(huì)使

煤耗明顯上升的。因此，用調(diào)整無(wú)功分布的方法降低網(wǎng)損，很有經(jīng)濟(jì)

意義。

123.水火電廠之間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

水火電聯(lián)合調(diào)度是指將水電站和火電站的運(yùn)行計(jì)劃相結(jié)合，通過(guò)

調(diào)度水電站蓄水、發(fā)電，使水電站在盡量利用水能的前提下，配合火

電站共同滿足電網(wǎng)的負(fù)荷需求。通過(guò)水火電聯(lián)合調(diào)度，可以充分發(fā)揮

水電和火電各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行C同

時(shí)，水火電聯(lián)合調(diào)度也是提高電力系統(tǒng)利用水資源的有效途徑，對(duì)于

保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)等方面也具有積極意義。它們的有功功

率經(jīng)濟(jì)分配，除滿足負(fù)荷需要和受發(fā)電設(shè)備的限制外，還要滿足水電

廠發(fā)電用水的規(guī)定。一方面水電廠應(yīng)盡可能承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，使火

電廠和核電廠輸出功率平穩(wěn)，減少機(jī)組啟停次數(shù)，從而降低耗煤量且

有利于安全；另一方面，又應(yīng)當(dāng)盡量維持高水頭運(yùn)行，因?yàn)橛猛瑯铀?/p>

量，在高水頭時(shí)能發(fā)出更多電能。對(duì)無(wú)需與火電廠協(xié)調(diào)的水電系統(tǒng)，

或按計(jì)劃發(fā)電的水電廠，經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)則是發(fā)電用水量最少、棄水

量最少、水電售電價(jià)值最大等。

水火電混合電力系統(tǒng)有功功率經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實(shí)用計(jì)算方法有協(xié)調(diào)

方程法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、網(wǎng)絡(luò)潮流規(guī)劃法和應(yīng)用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論法。

對(duì)于不變水頭水電廠和火電廠聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題，仍然可采用拉格朗

日乘數(shù)法處理。為此需要引入水煤換算系數(shù)人7的物理意義是在發(fā)

出同樣電功率的條件下，與lm3水相當(dāng)?shù)拿旱馁|(zhì)量⑴。產(chǎn)值的大小是

變化的。例如工作水頭高時(shí)，Im?水量發(fā)出的電能多，代替的多，水

的價(jià)值高，/值大，反之，則產(chǎn)值小。止匕外./值的選取應(yīng)使給定的水

量在指定的運(yùn)行周期內(nèi)正好全部用完，所以又與給定的日用水量有關(guān)。

將水電廠的耗水量微增率乘以相當(dāng)于把水換成了煤，把水電

廠轉(zhuǎn)化為等效的火電廠，而耗水量微增率就化為等效火電廠的耗煤量

微增率。這樣就可以套用火電廠之間經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配時(shí)的等微增率準(zhǔn)則,

從而得到了水火電廠聯(lián)調(diào)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配公式(詳細(xì)的推求仍需采

用拉格朗日乘數(shù)法)，即

江二%

(8)

dPTdPH

式中PT——火電廠的有功負(fù)荷；

B——火電廠耗煤量；

PH——水電廠的有功負(fù)荷；

W-----水電廠耗水量；

y——水煤換算系數(shù)；

2一一拉格朗日乘數(shù)。

1.3電力系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

131.等耗微增率準(zhǔn)則

從理論上講，無(wú)功功率的產(chǎn)生和消耗都不需要能源。但是無(wú)功功

率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，卻要引起有功功率損耗，即

△P=[(/+Q2)/0]R(9)

式中便一一線損；

P,Q——通過(guò)該線路的有功功率和無(wú)功功率；

R一一該線路電阻

在電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，除了要考慮有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，還

要合理地調(diào)整無(wú)功電源的數(shù)量和分布，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)

分配。因?yàn)闊o(wú)功電源的數(shù)量和分布對(duì)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率流分配有很

大影響，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能效。因此，在經(jīng)濟(jì)調(diào)度中需要綜合考

慮有功和無(wú)功負(fù)荷的分配，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

無(wú)功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配所要達(dá)到的目標(biāo)，即為網(wǎng)絡(luò)總有功損耗△尺最小。

以網(wǎng)絡(luò)總有功損耗A尺最小為目標(biāo)函數(shù)，仍然采用拉格朗日乘數(shù)

法處理，可以得出使有功網(wǎng)損最小的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則，即

照=幽=...=空=%(10)

7

GQdQ2dQt?

式中Aft——網(wǎng)絡(luò)總有功損耗；

0——第，個(gè)無(wú)功功率電源的無(wú)功功率；

2一一網(wǎng)損微增率。

如果再計(jì)及系統(tǒng)無(wú)功網(wǎng)損的影響，得出網(wǎng)損修正方程式為

-1_.

6Qtd\Q-"(11)

dQ,

式中\(zhòng)Q——系統(tǒng)無(wú)功網(wǎng)損；

\卜-嚕)無(wú)功功率網(wǎng)損修正系數(shù)。

計(jì)算最小有功網(wǎng)損時(shí)首先要計(jì)算出潮流分布。在計(jì)算中，平衡節(jié)

點(diǎn)的有功功率一部分用于平衡總網(wǎng)損，因此減少網(wǎng)損就意味著平衡節(jié)

點(diǎn)的有功功率也要相應(yīng)減少。通過(guò)多次反復(fù)試探計(jì)算，最終得到各節(jié)

點(diǎn)的無(wú)功功率分布，使得總網(wǎng)損最小。

1.32等網(wǎng)損微增率計(jì)算方法

電網(wǎng)網(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)接線、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及潮流分布有關(guān)，即與各節(jié)點(diǎn)的

有功功率、無(wú)功功率、有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷、電壓幅值和相角都有關(guān)

系，其計(jì)算量很大。在實(shí)際經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，計(jì)算網(wǎng)損及其微增率一般有

潮流法、常數(shù)法、5系數(shù)法等。這三種方法在計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度上

相差很大。

（1）潮流法。針對(duì)每次發(fā)電廠輸出功率的變化，立即對(duì)新的潮

流方式進(jìn)行計(jì)算，得到新?tīng)顟B(tài)下的網(wǎng)損及其微增率。潮流法計(jì)算時(shí)間

最長(zhǎng)，但精度最高。

（2）常數(shù)法。針對(duì)每次發(fā)電廠輸出功率的變化，采用固定的網(wǎng)

損微增率。此微增率是由一個(gè)或幾個(gè)相近潮流方式歸納出來(lái)的。常數(shù)

法計(jì)算精度差，但時(shí)間短。

（3）8系數(shù)法。針對(duì)發(fā)電廠輸出功率變化，用8系數(shù)計(jì)算網(wǎng)損

及其微增率，是一種較好的計(jì)算方法，其計(jì)算精度接近潮流法，而計(jì)

算時(shí)間接近常數(shù)法。所謂B系數(shù)，就是電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣元素丫=G+jB中

的虛部可以利用一個(gè)或幾個(gè)潮流方式歸納出來(lái)，存于數(shù)據(jù)庫(kù)中。

當(dāng)現(xiàn)有的無(wú)功功率電源不能滿足無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)分配的要求，或系

統(tǒng)無(wú)功功率不足，無(wú)法維持正常電壓水平時(shí)，就需增添無(wú)功功率電源。

由此可見(jiàn)，無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)分配比有功功率經(jīng)濟(jì)分配還要復(fù)雜一些。

1.4電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,

以最小的成木和最高的效益為目標(biāo)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)度和管理

的過(guò)程。降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，除了最大限度地降低發(fā)電燃料消耗

外，還要合理配置無(wú)功功率電源，減少網(wǎng)絡(luò)損耗，組織變壓器的經(jīng)濟(jì)

運(yùn)行等。

降低網(wǎng)損的技術(shù)措施大體可分為建設(shè)性措施和運(yùn)行性措施兩大

類。建設(shè)性措施是指新建任務(wù)。電力網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性采取

的措施，以及為降低網(wǎng)損對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造的措施；運(yùn)行性的措施

則是指在已運(yùn)行的電網(wǎng)中為降低網(wǎng)損采取的各種技術(shù)措施。運(yùn)行性措

施具有經(jīng)一般不需增加設(shè)備和資金的投入，應(yīng)優(yōu)先考慮。

141.提高用戶的功率因數(shù)減小功率損耗

在一條電阻為E的輸電線上，輸送相同有功功率P,對(duì)應(yīng)于不同

的功率因數(shù)，產(chǎn)生的有功功率損耗值不同。若功率因數(shù)由cos的提高到

cos?,則線路有功功率損耗下降率為

/\2

△2%=1X100%（12）

（COS82）

提高用戶的功率因數(shù)，首先應(yīng)提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)，其次是

增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。

（1）提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)

負(fù)荷的自然功率因數(shù)指負(fù)荷在沒(méi)有任何無(wú)功補(bǔ)償措施的情況下,

負(fù)荷的有功功率和視在功率之間的比值。在電力系統(tǒng)負(fù)荷中，異步電

動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)中主要需要無(wú)功功率的負(fù)荷。它所需無(wú)功功率可表示為

Q=Qo+（&=Q。+（QN—Q。）尸2（13）

式中片——異步電動(dòng)機(jī)額定有功功率；

Q?！?jiǎng)?lì)磁無(wú)功功率；

Qv----異步電機(jī)額定負(fù)荷入運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)所需的無(wú)功功

率；

P——電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷；

P—電動(dòng)機(jī)的受載系數(shù)。

欲提高負(fù)荷的功率因數(shù)，首先，選擇異步電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)盡量接

近其所帶來(lái)的機(jī)械負(fù)荷，避免電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。其次，大容量的用戶

應(yīng)盡量使用同步電動(dòng)機(jī)，并使其過(guò)激運(yùn)行，向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率，從

而提高負(fù)荷的功率因數(shù)。如果是線繞式異步電動(dòng)機(jī)，可以將轉(zhuǎn)子繞組

通以直流勵(lì)磁，將其改作同步機(jī)運(yùn)行。此外，變壓器也是電力網(wǎng)中消

耗無(wú)功功率較多的設(shè)備，應(yīng)合理地配置其容量。這些技術(shù)措施可以有

效地提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)。

（2）增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置

在電力系統(tǒng)中，為了提高功率因數(shù)和降低無(wú)功功率的損失，可以

在低壓母線上設(shè)置無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。這些裝置包括調(diào)相機(jī)和電容器,

通過(guò)并聯(lián)連接到母線上，來(lái)為負(fù)荷提供所需的無(wú)功功率。這樣可以提

高負(fù)荷的功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)中輸送的無(wú)功功率，從而減少系統(tǒng)的網(wǎng)

損。

設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)綜合考慮以下原則：

經(jīng)濟(jì)性原則：在保證電力系統(tǒng)安全可靠的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)最優(yōu)

的無(wú)功補(bǔ)償方案。

技術(shù)可行性原則：確保無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備能夠正常工作，并滿足系統(tǒng)

的技術(shù)要求和性能指標(biāo)。

實(shí)用性原則：無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)符合使用和維護(hù)的實(shí)際需要，具有

良好的可操作性和可維護(hù)性。

靈活性原則：無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)具備靈活性，能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情

況和需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以滿足系統(tǒng)的變化需求。

可靠性原則：無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，能夠

在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中保持良好的工作狀態(tài)，減少故障率和維修頻次。

1.42改變電力網(wǎng)的運(yùn)行方式（環(huán)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)功率分布）

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)或兩端電壓相等的兩端供電網(wǎng)絡(luò)中，功率的分布取決

于各線段的阻抗。在圖2」所示的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中有

s、=sg+z：）+sz（14）

乙+

這種沒(méi)有外施任何調(diào)節(jié)和控制手段的功率分布稱功率的自然分

布。但通常這種自然功率分布不能使網(wǎng)絡(luò)的有功損耗最小。

圖1環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

下面推導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)有功損耗最小時(shí)的功率分布。圖1所示網(wǎng)絡(luò)的有功

損耗為

u'Ui

斤+5R4（R—E）,（QLQ/，）2R,（E+A—A）2+（0,+Q,R15

U&u%Ui

電網(wǎng)中有功功率損耗最小的條件為

攀。(16)

=0

~dQ(17)

于是有

等==1AR+(H-E)R2+(E+*A)R]=O(18)

dP\Ulf

警=3[RRI+(A-8)R2+(2+R-A)R3]=()(19)

為U方

解上列方程，可得電網(wǎng)內(nèi)有功損耗最小時(shí)的功率分布為

D+尺3)+RR3

R+&+R3(20)

\固(凡+凡)+2%

O\=----------------------

Ri+R?+/?3

合并表示為

S]=Sb(R2+R3)+ScRa(21)

R+4+R3

上式說(shuō)明，當(dāng)環(huán)網(wǎng)內(nèi)功率按照各段電阻分布來(lái)分配有功功率，那

么就可以達(dá)到最小的有功功率損耗。這種功率分布方式被稱為經(jīng)濟(jì)功

率分布。對(duì)于電阻網(wǎng)絡(luò)或各線段的X/R比值相等的均一網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，自

然的功率分布就是最小化有功損耗的經(jīng)濟(jì)分布；但是對(duì)于非均一網(wǎng)絡(luò)

來(lái)說(shuō)，線路的不均一性越大，功率損耗也會(huì)越大。

但是，可以采取以下措施，將非均一網(wǎng)絡(luò)自然功率分布變?yōu)榻?jīng)濟(jì)

分布，以減少電網(wǎng)功率損耗。

1）在環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)中，可以通過(guò)安裝混合型加壓調(diào)壓變壓器（也

稱縱橫調(diào)壓變壓器）來(lái)產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)和相應(yīng)的循環(huán)功率，通過(guò)適當(dāng)

調(diào)節(jié)附加電動(dòng)勢(shì)的大小和相位，可以使功率分布接近于經(jīng)濟(jì)分布。如

圖2所示。

圖2在環(huán)網(wǎng)中裝設(shè)調(diào)壓變壓器

2）在兩端供電網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)整兩端電源電壓，改變循環(huán)功率的大小,

可使功率分布等于或接近于功率損耗最小的分布

3）在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)X/H比值特別大的線段，進(jìn)行中聯(lián)電容器補(bǔ)償，以

改善網(wǎng)絡(luò)的不均一性。

4）當(dāng)以限制短路電流或滿足繼電保護(hù)動(dòng)作選擇性要求為目的，而

選擇環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行點(diǎn)時(shí)，開(kāi)環(huán)地點(diǎn)應(yīng)盡可能兼顧使開(kāi)環(huán)后的功率分布

產(chǎn)生的功率損耗最小。

1.4.3.適當(dāng)提高高壓電網(wǎng)的運(yùn)行電壓水平

電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，線路和變壓器等電氣設(shè)備的絕緣所容許的最高工作

電壓，一般不超過(guò)額定電壓的10%o在不超過(guò)上述規(guī)定的條件下，應(yīng)

盡量提高電網(wǎng)運(yùn)行電壓水平，以降低功率損耗和電能損耗。

在電網(wǎng)的額定電壓范圍內(nèi)，變壓器的鐵芯損耗與電壓的平方成正

比。如果要提高電網(wǎng)的運(yùn)行電壓，最好調(diào)整變壓器的分接頭，以避免

鐵芯損耗的增加。如果加壓變壓器的電壓超過(guò)變壓器分接頭的額定電

壓，變壓器的銅損雖然減少了，但磁通密度增加導(dǎo)致鐵芯損耗也增加

了，降低了節(jié)約能源的效果。因此，為了最大程度地降低變壓器的總

損耗，應(yīng)該根據(jù)電網(wǎng)電壓的變化來(lái)調(diào)整變壓器的分接頭。

1.4.4.變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行包括兩個(gè)方面：合理選擇變壓器容量和合理選

擇變壓器的數(shù)量。對(duì)于容量的選擇，需要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況選擇合適

的變壓器容量，以充分利用變壓器的性能，避免過(guò)剩容量導(dǎo)致浪費(fèi)。

對(duì)于變壓器數(shù)量的選擇，在一些變電站中通常安裝兩臺(tái)同容量的變壓

器來(lái)提高供電的可靠性。根據(jù)負(fù)荷的變化，可以適當(dāng)改變投入運(yùn)行變

壓器的臺(tái)數(shù)，以減少功率損耗。

當(dāng)n臺(tái)同容量、同型號(hào)的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，總的功率損耗為

A?C

A/V(，O=HA^+—(―)2(22)

nSN

式中AR)一一變壓器的空載損耗；

Aft一一變壓器的短路損耗；

SN一—變壓器的額定容量。

當(dāng)〃T臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，總的功率損耗為

ADC

Aft(?-1)=(?-l)Aft+—尸(23)

n-\SN

由上式可見(jiàn)，變壓器鐵芯損耗與臺(tái)數(shù)成正比，繞組損耗卻與臺(tái)數(shù)

成反比。當(dāng)變壓器輕載運(yùn)行時(shí)，繞組損耗所占比重相對(duì)減小，鐵芯損

耗的比重相對(duì)增大。在某一負(fù)荷下，減少運(yùn)行變壓器的臺(tái)數(shù)，就能降

低總功率損耗。

當(dāng)0-時(shí)，〃臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行與"1臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行

時(shí)有功損耗等。此時(shí)變電站的負(fù)荷功率，稱為臨界功率，即

Scr=SN(〃-1)—(24)

V

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)S>5“時(shí)，宜投入〃臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行；S<弘時(shí)，

可減少為〃-1臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。

圖3變壓器功率損耗與投入臺(tái)數(shù)的關(guān)系

145.調(diào)整用戶的負(fù)荷曲線

調(diào)整用戶的負(fù)荷曲線是指通過(guò)調(diào)節(jié)用戶的用電行為、采用智能控

制技術(shù)等手段，改變用戶負(fù)荷隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，使其負(fù)荷曲線更加

平緩和穩(wěn)定，以減少電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)和峰谷差，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)

濟(jì)性。

1.5含生物質(zhì)能的冷熱聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

現(xiàn)有的能源系統(tǒng)往往都是單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)運(yùn)行，導(dǎo)致能源利用率

低，污染高。而冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(combinedcoolingheatingand

power,CCHP)可以進(jìn)行能源互補(bǔ)，收集余熱進(jìn)行供冷和供熱，減少能

量損失。并且風(fēng)力、光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光，會(huì)危害

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，且發(fā)電設(shè)備增加了發(fā)電的成本；水力發(fā)電則

需要合適的季節(jié)、地理位置。生物質(zhì)能由于其種類豐富、技術(shù)多樣的

特性與穩(wěn)定、環(huán)保、對(duì)地理位置要求低的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。

15LCCHP系統(tǒng)設(shè)備數(shù)學(xué)模型

本文中構(gòu)建的CCHP系統(tǒng)利用天然氣內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)天然

氣、生物質(zhì)氣燃燒發(fā)電，并回收發(fā)電后的余熱來(lái)供暖和制冷，架構(gòu)圖

如圖4所示。

下面對(duì)系統(tǒng)主要功能設(shè)備分別進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及建立約束條件。

天然氣內(nèi)燃機(jī)的數(shù)學(xué)模型為

PGE,e=7GE昆E,〃g(25)

PGEJI=嗯EPGE,ng(26)

P^1<(27)

式中:PG%、所為發(fā)電、產(chǎn)熱功率；慍、限為發(fā)電、產(chǎn)熱效率；

尼加為天然氣消耗功率。

燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)學(xué)模型及約束為

PGT,C—HGTFGTJ^(28)

PGTM=唯TPGT.(29)

P鐘一PGT^<(30)

式中：%%為發(fā)電、產(chǎn)熱功率；慍、龍『為發(fā)電、產(chǎn)熱效

率；生7夙為生物質(zhì)氣消耗功率。

燃?xì)忮仩t的數(shù)學(xué)模型及約束為

=

FGBJI嚷B88,g(31)

nx

P^<PGB,h<p^(32)

式中：PGBJI、尸G8,g為產(chǎn)熱、耗氣功率，其中R機(jī)g=昆8,"&+PGB,bg；噓B

為產(chǎn)熱效率。

電制冷機(jī)數(shù)學(xué)模型為

Q鏟=Gc蹬(33)

式中：Q鏟是輸出制冷功率；嚶是制冷消耗的電功率；CM是制

冷系數(shù)。

吸收式制冷機(jī)的數(shù)學(xué)模型為

QAC=CACQIC(34)

式中：QAC為輸出制冷功率；Qh為制冷消耗的熱功率；Cc為制

冷系數(shù)。

由圖4可知，系統(tǒng)中機(jī)組設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)電能、天然

氣、熱能和冷能的功率平衡約束關(guān)系為

Pe,t+PGT,C+PGE,C~~PEC=L(35)

%r,h+PGRJI+%E,h-QAC=Lh(36)

PgJ—PGB,g+PcE,ng+1(37)

Q徽+QAC=L(38)

式中：2r為購(gòu)電功率；為，時(shí)段購(gòu)氣功率。

儲(chǔ)電

------電網(wǎng)絡(luò)

------天然氣網(wǎng)絡(luò)PGQ+PGTX

------熱網(wǎng)絡(luò)電制冷機(jī)

------冷網(wǎng)絡(luò)

余

熱

回

收

系

統(tǒng)

儲(chǔ)熱

圖4含生物質(zhì)能的CCHP系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.5.2.系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化策略的研究函數(shù)

傳統(tǒng)運(yùn)行策略采用“以熱定電"(followingthethennalload,FTL)

或“以電定熱"(followingtheelectricload,FEL)方式。本文中CCHP

系統(tǒng)在基本的供能機(jī)組外還增加了生物質(zhì)能的部分。本文中CCHP系

統(tǒng)架構(gòu)，重新設(shè)定了FTL及FEL兩種控制策略。

(l)FTL-l：生物質(zhì)能全部用于發(fā)電。

(2)FTL-2：生物質(zhì)能全部用于供熱。

(3)FTL-3：生物質(zhì)能既用于發(fā)電，也用來(lái)供熱。

(4)FEL-1：生物質(zhì)能全部用于發(fā)電。

(5)FEL-2：生物質(zhì)能全部用于供熱。

(6)FEL-3：生物質(zhì)能既用于發(fā)電，也用來(lái)供熱。

根據(jù)查詢某地實(shí)際天然氣價(jià)格、生物質(zhì)氣補(bǔ)貼價(jià)格和電價(jià)，將某

地區(qū)夏、冬季和過(guò)渡季典型日的負(fù)荷需求為研究對(duì)象,負(fù)荷需求如織5

所示。

1500

000

W500

(a)夏季典型日負(fù)荷需求

600

500

3400

第300

5200

100

(b)冬季典型日負(fù)荷需求

600

500

蕓400

露300

與200

100

(c)過(guò)渡季典型日負(fù)荷需求

圖5日負(fù)荷需求

通過(guò)上述生物質(zhì)能供能作用的運(yùn)行策咯，分別對(duì)夏季、冬季和

過(guò)渡季三種典型日的負(fù)荷需求進(jìn)行分析。

(1)夏季典型日

表1夏季典型口不同運(yùn)行策略結(jié)果對(duì)比

運(yùn)行策略綜合成本CZ/元

FTL-1126600

FTL-2108460

FTL-3106910

FEL-I165780

FEL-2256060

(a)供熱改備運(yùn)行功率

I500

50()

()5IO152025

忖間/h

VA

/I

粉

音

之

閭

圖6各設(shè)備運(yùn)行功率

(2)冬季典型日

表2冬季典型日不同運(yùn)行策略結(jié)果對(duì)比

運(yùn)行策略綜合成本CZ/元

FTL-I123600

FTL-2124550

FTL-3118840

FEL-1220650

FEL-2257150

FEL-3220680

45

4

(5H

3

3

(5H

2

2(5M

b

1

15

3

2