第六章电力系统的经济运行

6.1电力系统负荷和负荷曲线6.2电力系统有功功率负荷的经济分配6.3电力网中的电能损耗6.4降低电力网电能损耗的措施第6章电力系统的经济运行小结本章提示电力系统常用负荷曲线的意义；等微增率准则；最大负荷损耗时间法计算电力网的电能损耗；常用的降低网损措施。6.1电力系统的负荷和负荷曲线6.1.1负荷分类6.1.2负荷曲线6.1.1负荷分类电力系统的负荷是指电力系统所有用电设备消耗功率的总和(电力系统的综合用电负荷)。负荷定义负荷分类按物理性能划分有功负荷:指电能转换为其他能量，并在用电设备中真实消耗掉的能量；如照明设备等；无功负荷：在电能输送和转换过程中，需要建立磁场而消耗的动能，它仅完成电磁能量的相互转换，并不做功；如电动机、变压器和整流装置等。综合用电负荷：指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。负荷按电能可分为:供电负荷：电力系统的综合用电负荷加上网损，即发电厂供出的负荷，称为电力系统的供电负荷。发电负荷：供电负荷再加上发电厂厂用电就是发电机应发出的功率，称为发电负荷。6.1.2负荷曲线负荷曲线：表示电力系统的负荷随时间变化的规律的曲线。负荷曲线的分类：按负荷种类分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；按描述的负荷范围可分为用户的负荷、地区的负荷以及电力系统的负荷曲线。按时间长短可分为日负荷和年负荷曲线；有功日负荷曲线表明电力负荷在一天24小时内随时间的变化情况有功日负荷曲线阶梯形有功日负荷曲线是安排日发电计划，确定各发电厂任务,确定系统运行方式等的重要依据。maxPminP有功日负荷曲线日负荷曲线的最大值称为日最大负荷（峰荷）最小值称为日最小负荷（谷荷）日平均负荷为24024124PdtwPav负荷率反映负荷曲线的起伏情况：maxPPav负荷率小表明负荷曲线起伏大，发电机的利用率较差240Pdtw日负荷曲线下的面积就是负荷一天所消耗的电能。即：把一年内每月（或每日）的最大负荷抽取出来绘成曲线，称为年最大负荷曲线有功年最大负荷曲线图6.3有功年最大负荷曲线这条曲线主要用来安排发电设备的检修计划，同时也为制订发电机组或发电厂的扩建计划提供依据。年持续负荷曲线按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序而绘制的。年持续负荷曲线包围的面积，即为负荷全年的耗电量，为：87600Pdtw6.1.2负荷曲线图6.4年持续负荷曲线如果负荷始终等于最大值，经过小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称为最大负荷使用时间，也叫最大负荷利用小时数。年持续负荷曲线maxTmaxT87600maxmaxmax1PdtPPwT不同性质的用户、不同的生产班次，值不同，根据电力系统的运行经验，各类负荷的的数值有一个大致的范围，如表所示。maxTmaxThTmax负荷类型照明及生活用电2000～3000一班制企业1500～2200二班制企业3000～4500三班制企业6000～7000农业用电1000～1500各类用户的最大负荷利用小时数6.2电力系统有功功率负荷的经济分配6.2.1发电机组的耗量特性6.2.2等微增率准则6.2.3火电厂间有功功率负荷的经济分配6.2.4计及网损时水、火电厂间有功功率负荷的经济分配6.2.1发电机组的耗量特性发电机组在单位时间内，消耗的能源与发出的有功功率的关系称为机组的耗量特性，耗量特性常以曲线表示。火电机组的耗量特性水电机组的耗量特性火电机组的耗量特性耗量微增率曲线耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入与输出之比称为比耗量。耗量特性曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微增率PFudpdF6.2.2等微增率准则（重点）)()(2211GGPFPFFLDGGPPP21两台机组为例目标函数有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷有功功率的前提下，单位时间内消耗的能源最少。目标函数就是总耗量最少等式约束条件00222111GGGGdPPdFdPPdF)()(21)(21LDGGPPPFL)()()(212211LDGGGGPPPPFPF0,021GGPLPL用拉格朗日乘数法求解建立拉格朗日函数取极值的必要条件条件12等微增率准则6.2.3火电厂间有功功率负荷的经济分配不计网损maxminGiGiGiPPPmaxminGiGiGiQQQ).......,()(nidPPdFGiGii，31多个火电厂之间有功功率负荷经济分配的等微增率准则不等式约束条件有功功率值越限时，按其限值（上限或下限）分配负荷，剩余功率在其他机组间重新按等微增率准则分配maxminiiiUUU计及网损niLDGiPPP10)()(11niLDGiniGiiPPPPFL0)1()(GiGiGiiGiPPPPFPL等式约束条件拉格朗日函数极值条件nn2211iGiGiiGiGiGiidPPdFPPdPPdF)()1(1)(网损微增率网损修正系数6.2.3火电厂间有功功率负荷的经济分配（小结）不计网损).......,()(nidPPdFGiGii，31•首先按多个火电厂间有功功率负荷经济分配的等微增率准则进行分配。•然后再按下边的不等式约束条件进行校验，即：)10.6()9.6()8.6(maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPP•对于有功功率值越限的发电厂，可按其限值（上限或下限）分配负荷，然后再对其余的发电厂分配剩下的负荷功率。计及网损(6.12)),......,1,2(i.......)()()(ndPPdFPPdPPdFnniGiGiiGiGiGii221111按计及有功功率网损时的等微增率准则进行分配。式中，——称为网损修正系数，——称为网损微增率。iGiPP例6.1：同一发电厂内两套发电设备共同供电，它们的耗量特性及有功功率上下限分别为F1＝2.5＋0.25PG1＋0.0014PG12（t/h）F2＝5.0＋0.18PG2＋0.0018PG22（t/h）试求：当PLD=100MW时，负荷的最优分配方案。MWPMWG100202MWPMWG1002016.2.4计及网损时水、火电厂间有功功率负荷的经济分配计及网损时，水、火电厂有功功率负荷经济分配的条件，协调方程式为:SjsjjjHiHiiPPdPdWPPdPdF1111火电厂的耗量特性火电厂的承担负荷火电厂的网损微增率水电厂的耗量特性拉格朗日常数水电厂的网损微增率水电厂的承担负荷例6.2系统中有水、火电厂各一个，并联运行，火电厂的燃料消耗特性同水电厂的耗水量特性为设水电厂给定的日用水量，，系统的日负荷曲线为0～8时负荷为450MW8～18时负荷为850MW18～24时负荷为450MW求火电厂容量为800MW，水电厂容量为500WM时，在给定的日用水量条件下，水、火电厂的经济功率分配。（忽略网损）)(.sTPPFHH200203)(.smPPWSS32002033710mWT《节能发电调度办法（试行）》(国办发〔2007〕53号)各类发电机组按以下顺序确定序位：1.无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组；2.有调节能力的水能、生物质能、地热能等可再生能源发电机组和满足环保要求的垃圾发电机组；3.核能发电机组；4.按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组，余热、余气、余压、煤矸石、洗中煤、煤层气等资源综合利用发电机组；5.天然气、煤气化发电机组；6.其他燃煤发电机组，包括未带热负荷的热电联产机组；7.燃油发电机组。6.3电力网中的电能损耗6.3.1电力网电能损耗和网损率6.3.2电力网中电能损耗的计算方法在给定的时间（日、月、季或年）内，系统中所有发电厂的总发电量同厂用电量之差，称为供电量。％供电量电力网损耗电量网损率＝100网损率是衡量电力系统运行经济性的一项重要指标。所有送电、变电和配电环节损耗的电量，称为电力网的损耗电量。简称网损。在同一时间内，电力网损耗电量占供电量的百分比，称为电力网的网损率，即6.3.1电力网电能损耗和网损率6.3.2电力网中电能损耗的计算方法变压器•有功功率损耗铁损：△P0（空载损耗）铜损：3*I2R•无功功率损耗固定损耗：△Q0=I%*SNT/100变动损耗：3*I2XT各个损耗公式参考教材P43、P84电力网中功率损耗：线路•有功功率损耗：3*I2RWL•无功功率损耗：3*I2XWL（电抗），-(BU2)/2(电纳）输电线路和变压器中的电能损耗可分为两部分：电能损耗=有功功率损耗*时间变动的电能损耗：在元件电阻上产生的电能损耗，这部分损耗与通过元件的功率有关固定的电能损耗：与施加于元件的电压有关的变压器铁芯损耗和线路产生电晕消耗的电量，如忽略电压变化对铁芯损耗的影响，忽略电晕消耗的电量，这部分损耗可看作是固定的。变动的电能损耗的计算，通常有两种常用的方法，即最大负荷损耗时间法和等值功率法。最大负荷损耗时间法一段时间t内，线路电阻中的电能损耗为ttthKWdtUSRdtIRpdtW0023023)()(10103线路向一个集中负荷供电.,8760ht式中，S的单位为kVA，U的单位为kV。若时间则为一天的电能损耗；若则为全年的电能损耗。,24htWW28760323max20233maxmax2210()101010()cosSSWRdtRUUPRPkwhU最大功率损耗时间的意义设如果面积与一矩形面积相等，并令矩形的高等于，则矩形的底用表示，电能损耗可表示为abcS02maxS线路向一个集中负荷供电.•称为最大负荷损耗时间，也叫最大功率损耗时间，•其意义为：线路中输送的功率一直为最大负荷功率，在小时内的电能损耗恰等于线路全年的实际电能损耗。maxS最大功率损耗时间的意义表6.2最大负荷利用小时与最大负荷损耗时间的关系maxTcos（h/年）0.80.850.90.951（h/年）200025003000350040004500500055006000650070007500800015001700200023502750320036004100465052505950665074001200150018002150260030003500400046005200590060007350100012501600200024002900340039504300510058006550735080011001400180022002700320037504350500057006500730070095012501000200025003000360042004850560064007250maxT332322221121RUSRUSRUSWcba)()()(线路上有几个集中负荷时线路总的电能损耗等于各线段电能损耗之和，即图6.10有3个集中负荷的供电网络式中:分别为线路各段的最大负荷功率；分别为各线段的最大负荷损耗时间。321SSS、、321、、如果已知各点负荷的最大负荷利用小时数，各点最大负荷同时出现，则ccbccbbcbaccbbaaSSSSSSSSSScoscoscoscoscoscoscoscoscos321ccbccbbcbaccbbaaTTPPTPTPTPPPTPTPTPTmax3maxmaxmax2maxmaxmaxmax1max说明：tPRUStPPWNT020)(maxmax输电线路变动的电能损耗的计算，同样适用于变压器;即变压器的电能损耗为:)()(ma