第14章_电力系统的经济运行(1)

第十四章电力系统的经济运行1.重要意义：降低百分之一的损耗即可节约了一笔非常可观的费用。2010年9月20日，我国电网总装机容量超过9亿kW2009年我国发电量总计36506亿kWh（千瓦时）→100亿kWh/天→100亿*0.3元→30亿元/天→30*1%（1%的网损）→3000万元/天→3000/24→125万元/小时14.0概述我国电网的发展规划：2020年：13~15亿kW2030年：17~20亿kW2050年：24~26亿kW2.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，采用可能的所有优化手段使运行费用最小。降低运行费用：运行费用主要体现在火电厂燃料成本等，负荷在火电厂间进行合理分配降低网损：我国电网的统计网损率约为7%，而世界经济发达国家的平均网损率仅为3%～5%。无功功率的合理补偿与分配3．学习方法：数学模型→计算方法14.0概述14-1:电力网中的能量损耗14-2:火电厂间有功功率负荷的经济分配14-3:水火电厂间有功功率负荷的经济分配14-4:无功功率负荷的经济分配（无功优化经典法）14.0概述14.1电力网中的能量损耗1.基本概念网损率（线损率）=损耗电量发电量×100%供电量：在给定的时间内，系统中所有发电厂的总发电量－厂用电量损耗电量：所有输电、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）网损率（线损率）：同一时间内，网损耗电量占供电量的百分比222220220003333TTTiiLVVARIRdtRTIRdtPTIRdtZZ并串并串串并并14.1电力网中的能量损耗2.电网损耗的基本概念两种类型对地支路串联支路(功率传输路径)变压器励磁回路对地B┇变压器漏抗线路漏抗与电压平方成正比，V变化不大，可以近似认为不变与所流通的电流平方成正比，I变化范围较大14.1电力网中的能量损耗3.最大负荷损耗时间法RIPcosφ287603028760876032300()31010310LkWSARdtVVIRdtIRdtVmaxmax230233max101010PSRdtVSRVSmax：最大负荷功率τ：最大负荷损耗时间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等于线路每年的实际电能损耗若认为电压接近于恒定8760220max1SdtS8760max0max1PdtPT=Tmax?≠Tmax14.1电力网中的能量损耗3.最大负荷损耗时间法max22333max0()101010TLkWPSSARdtRVV以上算法很繁琐，但问题不在于积分计算，而在于S的变化曲线难以准确知道，于是转向于近似考虑，转化为其它易于解决的问题。τ的计算乃是一个工程中的统计问题，可以有解的方法，不要求深入探究。该方法准确度低，且难以做误差分析，一般仅用于电力网规划设计P129后半部分至130页不作要求。8760220max1SdtS14.1电力网中的能量损耗3.最大负荷损耗时间法max22333max0()101010TLkWPSSARdtRVVP130页例14-1把重点放在如何计算变压器的损耗上。（参考上册变压器参数计算部分）8760220max1SdtS绕组功率损耗：短路损耗：短路电压百分比：2%21002STTTSNNVSSPQPjSS2223NsNTTNSPIRRV23%100100NTNTsNNIXSXVVV一般根据计算形状系数的平均值Kav进行电能损耗的计算，当α0.4时，最大可能相对误差10%222111112428avKK,L：形状系数，取决于负荷曲线的形状当功率因数不变时，K=L2221TeqeqoPQSdtT14.1电力网中的能量损耗4.等值功率法22233201010TeqeqPQSARdtRTVVPeq：有功功率等效值，Peq=KPav=KAP/TQeq：无功功率等效值，Qeq=LQav=LAQ/T典型的持续负荷曲线的形状系数满足(经验值)：minmax11,:2PKP最小负荷率,22223210avavRTKPLQV14.1电力网中的能量损耗5.降低网损的技术措施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。着重建立基本概念，哪些因素可以影响网损大小，怎么影响。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：（1）运行管理措施（2）电网改造14.1电力网中的能量损耗5.降低网损的技术措施（1）运行管理措施222LPQPRV①提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率（如何提高？）及时投入无功功率补偿电动机尽量接近于额定运行（受载系数越低，功率因数越小）②各级变电站尽量做好无功功率的就地平衡（并联补偿投切→FACTS）③功率的经济分布无功功率优化减少网损→后边要讨论有功功率优化减少网损14.1电力网中的能量损耗5.降低网损的技术措施（1）运行管理措施④适当地改变电压运行水平铁损：变压器铁芯中的功率损耗变压器铁损小(50%总损耗)→升压运行(35kV及以上电网)变压器铁损大(50%总损耗)→降压运行(10kV及以下电网)不是一个很好的办法，不能影响电网安全运行，电压偏移必须在允许的范围以内222LPQPRV14.1电力网中的能量损耗5.降低网损的技术措施（1）运行管理措施⑤组织变压器的经济运行：k台变压器并列运行222LPQPRV2()TosNSPkPkPkS空载损耗短路损耗铁损与台数成正比，绕组损耗与台数成反比22210TosNPSPPkkSoNsPSkPS取相邻的整数，并进行校核季节性变化负荷才有效，昼夜多次大幅度变化的负荷，不宜频繁投入、退出变压器工厂中变压器容量的合理选择14.1电力网中的能量损耗（1）运行管理措施⑥调整用户的负荷曲线，提高最小负荷率，使形状系数减小，接近1222LPQPRV⑦合理安排检修2212()IITRoItI2I1T2ToItI1+I2T2T22121()(2)4IIRT5.降低网损的技术措施14.1电力网中的能量损耗（2）电网改造①提高电压等级，减少变电层次②安装电容补偿设备③合理选择导线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5.降低网损的技术措施14.2火电厂间有功功率负荷的经济分配燃料消耗成本有功优化的目标函数：燃料消耗最少，用煤吨数表示或费用表示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1.基本概念输入：吨标准煤/小时（对于水电厂：立方米/小时）输出：电功率（兆瓦）比耗量：耗量特性曲线上某点的纵横坐标之比FPPF效率：tgoFP14.2火电厂间有功功率负荷的经济分配1.基本概念输入：吨标准煤/小时（对于水电厂：立方米/小时）输出：电功率（兆瓦）耗量微增率：耗量曲线上某点切线的斜率dFdP物理意义：该点运行时输入增加量与输出增加量之比tgoFP燃料消耗成本有功优化的目标函数：燃料消耗最少，用煤吨数表示或费用表示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14.2火电厂间有功功率负荷的经济分配2.双机运行时的有功分配PLDPG1PG2111222()()ggFFPFFP0)(2121LDggPPPFFL条件极值的必要条件：11122200ggggdFLPdPdFLPdP构造拉格朗日函数：1212ggdFdFdPdP等微增率准则1212min()ggLDFFPPP14.2火电厂间有功功率负荷的经济分配3.直观的数学解释PLDPG1PG2oo'B2AB1B'1B'2A'F1F2OO'=PLDB'1、B'2两点切线平行处耗量最小14.2火电厂间有功功率负荷的经济分配4.多个火电厂的有功功率经济分配n个火电厂，耗量特性F1(Pg1),F2(Pg2),…Fn(Pgn)，总负荷PLD11min()0nigiingiLDiFPPP11nnigiLDiiLFPP0,1,igigidFLinPdP拉格朗日函数：极值条件：1212ngggndFdFdFdPdPdP等微增率准则：n个火电厂间进行有功分配，当各电厂的耗量微增率均相等时，为最经济分配网损微增率严格计算不可能14.2火电厂间有功功率负荷的经济分配5.计及网损的有功负荷经济分配n个火电厂，耗量特性F1(Pg1),F2(Pg2),…Fn(Pgn)，总负荷PLD网损为PL拉格朗日函数：极值条件：11()0nnigiLDLiiLFPPP0giLgiigiPPdPdFPLgiLgiiPPdPdF11网损修正系数网损微增率11min()0nigiingiLDLiFPPPP0LgiPP0LgiPP少发多发14.3水火电厂间有功功率负荷的经济分配1.一个水电厂和一个火电厂的有功经济分配PT，F(PT)：火电厂的功率和耗量特性PH，W(PH)：水电厂的功率和耗量特性W∑：指定运行周期内水电厂的来水量目标函数：000)]([0)()()()]([minWdttPWtPtPtPdttPFFHLDTHT11min(())0(1)0sTkkHkTkLDkskkkFFPttPPPksWtW1skkt拉格朗日函数：111()()ssskkkHkTkLDkkkkkkkLFtPPPtWtWW(PH)与F(PT)类似100()00kkkkTkTkkkkkHkHkHkTkLDkkkskkkkdFLttPdPdWLttPdPLPPPtLWtW14.3水火电厂间有功功率负荷的经济分配1.一个水电厂和一个火电厂的有功经济分配拉格朗日函数：极值条件：(1,2,,)kkkTkHkdFdWdPdPks等式约束111()()ssskkkHkTkLDkkkkkkkLFtPPPtWtW100()00kkkkTkTkkkkkHkHkHkTkLDkkkskkkkdFLttPdPdWLttPdPLPPPtLWtW14.3水火电厂间有功功率负荷的经济分配1.一个水电厂和一个火电厂的有功经济分配拉格朗日函数：极值条件：(1,2,,)kkkTkHkdFdWdPdPks11()()sskkkHkTkLDkkkkkkLFtPPPtWtW等式约束14.3水火电厂间有功功率负荷的经济分配1.一个水电厂和一个火电厂的有功经济分配极值条件：(1,2,,)kkkTkHkdFdWdPdPksγ：水煤换算系数FW吨煤/立方米水按发生相同的电功率进行比较，1立方米的水相当于γ吨煤枯水期：γ→大丰水期：γ→小14.3水火电厂间有功功率负荷的经济分配2.计及网损时若干个水、火电厂间的有功经济分配n