第14章 电力系统经济运行

第十四章电力系统经济运行a2、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。2、经济运行所研究的内容：运行费用主要体现在火电厂燃料成本等。负荷在火电厂间的合理分配降低网损第十四章电力系统经济运行§14.0概述1、重要意义：降低百分之一的费用则是节约了一笔非常可观的费用。3、学习方法：2315①42亿1.4亿kW1.4*0.11400万1400*1%=14万元*24=330万数学模型计算方法第十四章电力系统经济运行电力网损耗电量损耗电量供电量§14.1电力网中的能量损耗1、基本概念在给定的时间内，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＝供电量第十四章电力系统经济运行一部分同施加给元件的电压有关2、电网损耗的基本概念①两种类型：对地支路（其他）串联支路（功率流通途径）变压器励磁损耗对地B。。。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。例如变压器绕组和线路导线中的损耗。第十四章电力系统经济运行dtRITPTLO022、电网损耗的基本概念如图，在给定的运行时间T内，其能量损耗为：dtRIRZVATLiL0222dtRIRTZVTLi0222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第十四章电力系统经济运行重点讨论第二项的计算方法简要介绍两种计算能量损耗的方法：最大负荷损耗时间法等值功率法第十四章电力系统经济运行3、最大负荷损耗时间法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：dtPATLL0dtRVST302210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dtRVSAL322max10简单供电网第十四章电力系统经济运行3、最大负荷损耗时间法2max02SdtST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第十四章电力系统经济运行3、最大负荷损耗时间法P129算法很繁琐，目前来说问题不在于积分计算，而在于S的变化曲线难以准确知道，于是工程中转向于近似考虑，转化为其它易于解决的问题。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。P129后半部分至130页不要。P130页例14-1把重点放在如何计算变压器的损耗上。第十四章电力系统经济运行4、等值功率法32222210avavQLPKVRTAIR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可以通过各自的平均值表示为：,eqPeqQaveqKPPaveqLQQTdtRVSA03210---(1)ToeqeqdtSTQP2221---(2)---(3)将（2）、（3）式代入（1）式中，第十四章电力系统经济运行5、讨论：①单条线路的计算（估算，计量）。②系统网络损耗的计算：潮流计算结果PL、QL，以后采取单种形式估算。第十四章电力系统经济运行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。6、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。第十四章电力系统经济运行⑴运行管理措施①提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率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）如何提高功率因数？装设并联无功补偿设备用户所选用的电动机容量应尽量接近它所带的机械负载R+jXP+jQ如图，线路损耗为：RVQpPL222高压电接近于额定运行第十四章电力系统经济运行欲使网络的功率损耗为最小，功率应如何分布？③功率的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。第十四章电力系统经济运行如图所示，令，，01R21xx02R网络的功率损耗为：21222221RVSRVSPL212222222121RVQPRVQP2222121122121)()(RVQQPPRVQP0)(222211211RVPPRVPPPL0)(222211211RVQQRVQQPL由此解出：QRRRQPRRRP21212121QRRRQPRRRP2112211211jXR22jXR1S2SjQPV将上式分别对和取偏导数，并令其等于零1P1Q第十四章电力系统经济运行QRRRQPRRRP21212121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第十四章电力系统经济运行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)选择适当的地点作开环运行；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)在环网中比值特别小的线段进行串联电容补偿；XR/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。第十四章电力系统经济运行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)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)(NsoTKSSPkPkP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。第十四章电力系统经济运行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；工厂中变压器容量的选择要适应经济性发展的需要。6)调整用户的负荷曲线；7)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。第十四章电力系统经济运行2、对原有电网进行技术改造②提高线路电压等级；③安装电客补偿设备；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；第十四章电力系统经济运行§14.2火电厂间有功功率的经济分配1、基本概念使燃料消耗最少。用煤吨数表示或money表示。燃料消耗成本有功优化的目标函数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）。第十四章电力系统经济运行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。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1、基本概念第十四章电力系统经济运行2、双机运行时的有功分配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：LDggPPP21耗量特性：)()(222111ggPFFPFF已知，求解，第十四章电力系统经济运行0)(2121ggPPFFL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2211ggdPdFdPdF2、双机运行时的有功分配1gP2gPLDP两台机组并联运行第十四章电力系统经济运行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2、双机运行时的有功分配1gP2gPLDP两台机组并联运行第十四章电力系统经济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,，3、直观的数学解释②如左图，两点切线平行处耗量最小。详见p137。1P2P一直进行到两台机组的微增率相等为止。①1F2FO'O1'B1B2'B2B'AA第十四章电力系统经济运行4、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第十四章电力系统经济运行4、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：第十四章电力系统经济运行4、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，只有当各电厂的耗量微增率均相等时，负荷分配则为最经济分配。以上讨论都没有涉及到不等式约束条件。负荷经济分配中的不等式约束条件也与潮流计算一样：任一发电厂的有功功率、无功功率、各节点的电压都不应超出它们的上、下限。第十四章电力系统经济运行5、计及网损的有功负荷经济分配电力网络中的有功功率损耗是进行发电厂间有功负荷分配时不容忽视的一个因素。假定网损为,则：LP约束条件:niLDgiPP10改为0LLDnigiPPP1拉格朗日函数：0)(11LLDniginiiPPPFL改为0giLgiigiPPdPdFPL或：giLgiiPPdPdF11第十四章电力系统经济运行5、计及网损的有功负荷经济分配giLgiiPPdPdF11iigiidPdF上式即为经过网损修正后的等微增率准则，亦称为n个发电厂负荷经济分配的协调方程。它相当于在耗量上乘上一个大于1的因数。网损修正系数igiLPP11网损微增率giLPP表示网络有功损耗对第个发电厂有功出力的微增率。i第十四章电力系统经济运行§14.3水火电厂间有功功率负荷的经济分配1、一个火电厂和一个水电厂的有功经济分配假定系统中只有一个水电厂和一个火电厂。水电