7经济运行

第七章电力系统经济运行§7.1电网中的能量损耗§7.2火电厂有功功率负荷的经济分配§7.3水、火电厂有功功率负荷的经济分配§7.4无功功率的经济分配2、经济运行所研究的内容：在供应相同负荷和满足相同约束的条件下，采用优化系统中可能的所有手段使运行费用最小。§7.1电网中的能量损耗1、通过负荷的经济分配来降低电网能量损耗的重要意义：例如2012年，全社会用电量累计达49591亿千瓦时，如每度电0.4元，如果电网的能量损耗为3%～7%，则网损费用为：49591亿×0.4×（3%～7%）=（595.1～1388.6）亿元可见降低网损，经济效益巨大。3、学习方法：数学模型计算方法电力网损耗电量损耗电量供电量§7.1电力网中的能量损耗1电网能量损耗和损耗率在给定的时间内，系统中所有发电厂的总发电量同厂用电量之差。所有送电、变电和配电环节所损耗的电量。（不包括厂用电，不同管理部门所关心的范畴不同）同一时间内，电力网损耗能量占供电量的百分比。网损率线损率电力网损耗率＝供电量一部分同施加给元件的电压有关损耗的两种类型：对地支路（其他）串联支路（功率流通途径）变压器励磁损耗线路对地导纳。。。变压器漏抗线路阻抗在电力网元件的功率损耗和能力损耗中：一部分同元件通过的电流（或功率）的平方成正比例如变压器空载损耗与电压平方成正比，当电压变化不大时，可以近似认为不变。由于系统电压稳定，这部分损耗的计算简单。例如变压器绕组和线路导线中的损耗。由于实际负荷变化，这部分损耗计算较为困难。1电网能量损耗和损耗率203TOLPTIRdt如图，在给定的运行时间T内，其能量损耗为：22203TiLLUARIRdtZ222033TiLURTIRdtZ计算较简单计算较困难重点讨论第二项的计算方法ijiVjVjQPLLjXRmmjXR1电网能量损耗和损耗率重点讨论第二项的计算方法2线路中能量损耗的计算方法：（1）最大负荷损耗时间法（2）年负荷损耗法（3）等值功率法IRcosP假定线路向一个集中负荷供电（如图），在时间T内线路的能量损耗为(A、S、U、R的单位分别为kWh、kVA,KV,Ω):dtPATLL0232010TSRdtU这种算法很繁，视在功率曲线又难以准确知道，因此工程实际中常采用最大负荷损耗时间法来计算能力损耗！最大负荷损耗时间最大负荷功率23max210LSARdtU简单供电网（1）最大负荷损耗时间法8760202maxSdtS最大负荷损耗时间若认为电压接近于恒定，则如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率，在小时内的能量损耗恰等于线路全年的实际电能损耗，则称为最大负荷损耗时间。maxS（1）最大负荷损耗时间法由于S的变化曲线难以准确知道，的计算变成一个工程中的统计问题，它可以近似由最大负荷利用小时数来决定，见P123。由于此方法是近似计算，误差大，用于电网规划阶段的计算，而不用于实际运行电网的计算。Tmax200015001200100080070025001700150012501100950300020001250350023501600400027502000450031502500500036003000550041003600600046504200650052504850700059505600750066506600655065006400800074007250cos0.80cos0.85cos0.90cos0.95cos1.00（2）年负荷损耗法maxmaxmaxmaxmax==876087608760PTTWPP一年负荷耗电量年负荷率定义：2max=K+(1-K)=WP年负荷损耗率年负荷率年负荷率全年损耗电能最大负荷时的功率损耗（年负荷损耗率）8760其中，K是经验数据，K=0.1~0.4，年负荷率较高的时候取较大的值，年负荷率低的时候取较小的值。22223210avavRTAKPLQUIRcosP简单供电网仍以此图为例，在给定的时间T内的能量损耗：eqQ：无功功率等效值：有功功率等效值eqP可以由各自的平均值乘形状系数表示为：,eqPeqQaveqKPPaveqLQQ23010TSARdtU---(1)ToeqeqdtSTQP2221---(2)---(3)将（2）、（3）式代入（1）式中，（3）等值功率法形状系数可由负荷曲线形状求得，其取值在一定的范围内，误差可控电力网的电能损耗不仅耗费一定的动力资源，而且占用一部分发电设备容量。因此，降低网损是电力企业提高经济效益的一项重要任务。三、降低网损的技术措施为了降低电力网的能量损耗，可以采用各种技术措施。以下从两个方面简要介绍：运行管理措施电网改造着重建立基本概念，哪些因素可以影响网损大小，怎么影响。⑴运行管理措施①减少无功功率在电网输送装设并联无功补偿设备，尽量做好无功功率的就地平衡异步电动机绕组漏抗消耗无功与受载系数的平方成正比，但励磁支路与负载无关，故用户所选用的电动机容量应尽量接近它所带的机械负载，这样总功率因数较高。或采用同步电机R+jXP+jQ如图，线路损耗为：222222cosLPQPPRRUU欲使网络的功率损耗为最小，功率应如何分布？②使闭式网络的功率分布为经济分布功率经济分布功率损耗为最小的分布功率自然分布是否一定为经济分布？1)无功功率优化减少网损→后边要讨论。2)有功功率优化减少网损。如图所示，令，，01R21xx02R网络的功率损耗为：12221222LSSPRRUU122222112222PQPQRRUU222221111122()()PQPPQQRRUU211122122()0LPPPPRRPUU211122122()0LPQQQRRQUU由此解出：QRRRQPRRRP21212121QRRRQPRRRP2112211211jXR22jXR1S2SjQPV将上式分别对和取偏导数，并令其等于零1P1QQRRRQPRRRP21212121QRRRQPRRRP21122112上面公式表明：功率的自然分布不一定为经济分布！在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小，也即为经济分布。功率的实际分布为：只有在每段线路的比值R/X都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相等。SzzzSI2122334234312233412212233122334()()abRRSRSSRRRRSRRSSRRR为了降低网络功率损耗，可以采取一些措施使非均一网络的功率分布接近经济分布：1)1.选择适当的地点作开环运行；3)3.在环网中增设混合型加压调压变压器，由它产生环路电势及相应的循环功率，以改善功率分布；变压器的铁损在网络总损耗所占比重小于50％的电力网，适当提高运行电压可降低网损；2)2.在环网中比值特别小的线段进行串联电容补偿；XR/4)4.合理地确定电力网的运行电压水平；铁损所占比重大于50％的电力网，情况正好相反。变压器的铁损在网络总损耗所占比重小于50％的电力网，适当提高运行电压可降低网损；一般电压大于35kV的电网都属于这种情况4)③合理地确定电力网的运行电压水平；铁损所占比重大于50％的电力网，情况正好相反。一般在6～10kV农村配电网，变压器铁损可达60%～80%。a.在一个变电所内装有n台容量和型号都相同的变压器时，根据负荷的变化适当改变投入运行的台数，可减少功率损耗。5)④组织变压器的经济运行；总负荷功率为S时，并联运行的k台变压器的总损耗为：2()()TkosNSPkPkPkS对k求偏导,并令其为零：01222NsoTSSPRPkPSSPPkNso取k值相邻的整数进行功率损耗计算，校核其功率损耗是否最小。或者：2(1)(1)()cr()(1)(1)()(1)=(1)TkosNoTkTkNTkSPkPkPkSPPPSSSkkP满足的为临界功率：当实际功率大于临界功率时取k，当小于临界功率时取k-1台。b.对于季节性变化的负荷，使变压器投入的台数符合损耗最小的原则是有效的；5)组织变压器的经济运行；c.工厂中变压器容量的选择要适应经济性发展的需要。6)d.调整用户的负荷曲线；7)e.合理安排检修计划。减少高峰负荷和低谷负荷的差值，提高最小负荷率，使形状系数接近于1。2、对原有电网进行技术改造②提高线路电压等级；③安装电容补偿设备；④合理选择导线的截面。按经济电流密度选择导线截面，按安全条件等进行校核：a、防止电晕损耗和干扰；b、机械强度；c、热稳定；d、调压。随着城市的发展，配电网络的负荷越来越重，为了满足日益增长的对电力的需求，极有必要对原有网络进行改造。①增设电源点；§7.2火电厂间有功负荷的经济分配一、耗量特性耗量特性反映发电设备单位时间内能量输入和输出关系的曲线。PFFFP0tg耗量特性锅炉的输入是燃料（t标准煤/h），输出是蒸汽（t/h）；汽轮发电机组的输入是蒸汽（t/h），输出是电功率（MW）；水电厂输入是水（m3/h）。耗量特性曲线上某点的纵横坐标之比，即输入与输出之比。耗量特性曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微增率。dPdF它表示在该点运行时输入增量对输出增量之比。耗量微增率具有单调上升的特点。说明机组在发出较大功率条件下，增发一度电所增加的燃料比在较小功率下增发一度电所增加的燃料数要多比耗量PF/比耗量倒数表示发电厂的效率FP/耗量微增率FP0tg耗量特性一、耗量特性二、等微增率准则1gP2gPLDP两台机组并联运行已知两台机组的耗量性、和总的负荷功率。11gPF22gPFLDP如何确定负荷功率在两机组间的分配，使总的燃料消耗最小？)min(21FF目标函数：约束条件：120ggLDPPP耗量特性：)()(222111ggPFFPFF已知，求解，1212LD(+-P)ggLFFPP采用拉格朗日乘数法求条件极值：对求偏导,并令其为零：,1gP2gP0222ggdPdFPL0111ggdPdFPL2211ggdPdFdPdF二、等微增率准则1gP2gPLDP两台机组并联运行2211ggdPdFdPdF结论：负荷在两台机组间分配时，如果它们的燃料消耗微增率相等，即：则总的燃料消耗量将是最小。等微增率准则二、等微增率准则1gP2gPLDP两台机组并联运行假设两台机组在微增率不等的状态下运行，我们可以在总输出功率不变的条件下调整负荷分配，如让,，二、等微增率准则的直观图解②如左图，两点切线平行处耗量最小。1P2P一直进行到两台机组的微增率相等为止。①1F2FO'O1'B1B2'B2B'AA三、多个火电厂的有功功率经济分配假定有n个火电厂，燃料消耗特性分别为，，……，，系统的总负荷为，暂不考虑网络中的功率损耗，)(22gPF)(gnnPF)(11gPFLDP系统负荷在n个发电厂间如何进行经济分配？已知，求解，约束条件：niLDgiPP10耗量特性：)()(111gnnngPFFPFF目标函数：nigiiPF1)(min三、多个火电厂的有功功率经济分配0λPFPLgiigi,ni,,1=11gdPdF22gdPdF==……gnndPdF=采用拉格朗日乘数法求条件极值：)(11LDniginiiPPFL对求偏导,并令其为零：giPλPFgii或由于每个发电厂的燃料消耗只是该厂输出功率的函数，因此上式可写成：三、多个火电厂的有功功率经济分配结论：等微增率准则同样适用于多个发电厂间的负荷分配；当n个火电厂间进行有功分配时，只有当各电厂的