电力系统分析：第十四章 电力系统的经济运行 (2)

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1、第十四章第十四章 电力系统的经济运行电力系统的经济运行2022-7-24电力系统运行的基本要求电力系统运行的基本要求安全可靠优质电能经济环保本章内容：在保证整个系统安全可靠和电能质量符合标准的前提下，努力提高电能生产和输送的效率，尽量降低供电的燃料消耗或供电成本。电厂电网2022-7-24内容内容2022-7-24小结小结水、火电厂间有功功率负荷的经济分配水、火电厂间有功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗衡量供电企业管理水平的一项重要的综合性的经济技术指标衡量供电企业管理

2、水平的一项重要的综合性的经济技术指标电力网的损耗电量电力网的损耗电量供电量供电量网损率网损率100%n供电量：发电量-厂用电n损耗电量：送电、变电、配电网损率（线损率）网损率（线损率）2022-7-24串联支路：与串联支路：与I2成正比成正比,如变压器绕组和线路导线中的如变压器绕组和线路导线中的损耗损耗并联支路：与并联支路：与U2成正比成正比,如变压器铁芯损耗、电缆和如变压器铁芯损耗、电缆和电容器绝缘介质中的损耗电容器绝缘介质中的损耗电网元件的能量损耗电网元件的能量损耗2022-7-24 规划阶段：最大负荷损耗时间法规划阶段：最大负荷损耗时间法 运行阶段：等值功率法运行阶段：等值功率法线路中能

3、量损耗的计算方法线路中能量损耗的计算方法2022-7-24最大负荷损耗时间法最大负荷损耗时间法v 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。可以认为对给给定的功率因数，和最大负荷利用小时数Tmax有一定关系。2022-7-2422232332031031010TeqeqeqPQAI RdtI RTdtV等值功率法等值功率法201TeqII RdtT电流，有功功率，无功功率的有效值等效值是一种均方根值。2022-7-24 提高用户的功率因数提高用户的功率因数 改善网络中的功率分布改善网络中的功率分

4、布 合理地确定电力网的运行电压水平合理地确定电力网的运行电压水平 组织变压器的经济运行组织变压器的经济运行 对原有电网进行技术改造对原有电网进行技术改造降低网损的技术措施降低网损的技术措施2022-7-24RVPRIP22L)cos(线损线损线损降低率线损降低率100)coscos(1(%)221LP 装设并联无功补偿设备装设并联无功补偿设备 避免用电设备在低功率因数下运行避免用电设备在低功率因数下运行措施措施1 1：提高用户的功率因数：提高用户的功率因数2022-7-24 在环网中引入环路电势进行潮流控制，或考虑开环运在环网中引入环路电势进行潮流控制，或考虑开环运行（自然分布行（自然分布-经

5、济分布）。经济分布）。配电网络重构：通过确定分段开关和联络开关的断开、配电网络重构：通过确定分段开关和联络开关的断开、闭合状态来优化闭合状态来优化配电系统的运行。配电系统的运行。措施措施2 2：改善网络中的功率分布：改善网络中的功率分布2022-7-24适当提高运行电压可以降低网损：变压器的铁损在网络适当提高运行电压可以降低网损：变压器的铁损在网络总损耗所占比重小的电网总损耗所占比重小的电网高压电网高压电网适当降低运行电压可以降低网损：变压器的铁损在网络适当降低运行电压可以降低网损：变压器的铁损在网络总损耗所占比重大的电网总损耗所占比重大的电网中压农网中压农网措施措施3 3：调整电网运行电压水

6、平：调整电网运行电压水平2022-7-24并列运行的变压器铁芯并列运行的变压器铁芯损耗（并联支路）损耗（并联支路）与与台数成正比，绕组台数成正比，绕组损耗（串联支路）损耗（串联支路）则则与台数成反比与台数成反比2NS0)T()(kSSPkPkPk负荷越小越宜减少变压器运行台数负荷越小越宜减少变压器运行台数2NS0)1T()1()1()1(SkSPkPkPk措施措施4 4：组织变压器的经济运行：组织变压器的经济运行2022-7-24令令)1T()T(kkPP可得可得 S0Ncr)1(PPkkSS临界功率临界功率2022-7-24v对季节性变化的负荷，使变压器投入台数符对季节性变化的负荷，使变压器

7、投入台数符合损耗最小的原则是可行的。合损耗最小的原则是可行的。v对对24h内多次大幅度变化的负荷，则不宜完内多次大幅度变化的负荷，则不宜完全按照经济运行方式。全按照经济运行方式。v当变电所仅有两台变压器且需要切除一台时，当变电所仅有两台变压器且需要切除一台时，应有相应的措施以保证供电的可靠性。应有相应的措施以保证供电的可靠性。变压器经济运行的原则变压器经济运行的原则2022-7-24 增设电源点增设电源点 提升线路电压等级提升线路电压等级 增大导线截面增大导线截面 减少变电层次减少变电层次 调整用户的负荷曲线，减小高峰负荷和低谷负荷的调整用户的负荷曲线，减小高峰负荷和低谷负荷的差差值（需求侧管

8、理）值（需求侧管理）措施措施5 5：电网技术改造：电网技术改造2022-7-24内容内容2022-7-24小结小结水、火电厂间有功功率负荷的经济分配水、火电厂间有功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配耗量特性曲线：反映耗量特性曲线：反映发电设发电设备（或其组合）单位时间内备（或其组合）单位时间内能量输入和输出关系的曲线能量输入和输出关系的曲线 F P 耗量特性耗量特性锅炉汽轮机燃料t标准煤/h蒸汽t/h电功率MW(MWh/h)2022-7-24耗量特性曲线上某点切线耗量特性

9、曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微的斜率称为该点的耗量微增率增率 PG 发电效率发电效率=P/F（同样多（同样多的燃料能发出多少电？）的燃料能发出多少电？）=dF/dP 效率曲线和微增率曲线效率曲线和微增率曲线微增率越大，增加发电机微增率越大，增加发电机出力越难出力越难发电机轻载时增加出力容发电机轻载时增加出力容易，重载时增加出力难易，重载时增加出力难 F P 2022-7-24目标：总的燃料消耗为最小目标：总的燃料消耗为最小minF=F1(PG1)+F2(PG2)约束条件：约束条件：PG1+PG2-PLD=0=0 PG1 PG2 PLD G2 G1 两台机组间的负荷经济分配两台机组间的负荷

10、经济分配2022-7-24两台机组间的负荷经济分配两台机组间的负荷经济分配180度2022-7-24 F1 O B1 O F2 A A B2 B2 B1 dF1/dPG1=dF2/dPG2 两台机组间的负荷经济分配两台机组间的负荷经济分配假设：曲线处处连续可导曲线为凸2022-7-24目标：总的燃料消耗为最小目标：总的燃料消耗为最小minF=Fi(PGi)约束条件：约束条件：PGi-PLD=0=0 多个发电厂间的负荷经济分配多个发电厂间的负荷经济分配2022-7-24拉格朗日乘数法拉格朗日乘数法)(LD1GPPFLnii极值点满足极值点满足0GGPFPLiiPFiGddi=1,2,n 等微增率

11、准则：负荷在机组间分配时，如它们的等微增率准则：负荷在机组间分配时，如它们的燃料消耗微增率相等，则总的燃料消耗量将是最燃料消耗微增率相等，则总的燃料消耗量将是最小的。小的。2022-7-24三个火电厂并联运行，各电厂的燃料消耗特性及功三个火电厂并联运行，各电厂的燃料消耗特性及功率约束条件如下：率约束条件如下：当总负荷为当总负荷为700MW和和400MW时，试分别确定发电时，试分别确定发电厂间功率的经济分配厂间功率的经济分配例例14-3,t/h)0007.03.04(21G1G1PPFMW2001001G P,t/h)0004.032.03(22G2G2PPFMW2501202G P,t/h)0

12、0045.03.05.3(23G3G3PPFMW3001503G P2022-7-24按所给耗量特性可得各厂的微增耗量特性按所给耗量特性可得各厂的微增耗量特性得到等微增率时的电厂出力关系得到等微增率时的电厂出力关系PG1=14.29+0.572 PG2=0.643 PG3,PG3=22.22+0.889 PG2解：解：1G1G110014.03.0ddPPF2G2G220008.032.0ddPPF3G3G330009.03.0ddPPF2022-7-24续解：总负荷为续解：总负荷为700MW时时PG1+PG2+PG3=70014.29+0.572 PG2+PG2+22.22+0.889 PG

13、2=700PG2=270MW,越限，取越限，取PG2=250MW,剩余的负荷功率剩余的负荷功率450MW再由电厂再由电厂1和和3进行经济分配进行经济分配得到得到PG3=274MW，PG1=176MW 2022-7-24续解：总负荷为续解：总负荷为400MW时时PG1+PG2+PG3=40014.29+0.572 PG2+PG2+22.22+0.889 PG2=400PG2=147.7MWPG1=98.77MW,越限，取越限，取PG1=100MW,剩余的负荷剩余的负荷功率功率300MW再由电厂再由电厂2和和3进行经济分配进行经济分配得到得到PG3=153MW,PG2=147MW2022-7-24

14、作业：习题14-9计及网损的有功负荷经济分配计及网损的有功负荷经济分配优化模型变为niGiiPFF1min01LDLniGiPPP满足拉格朗日函数变为LDLniGiniiPPPFL11极值条件变为01GiLGiiGiPPdPdFPL或GiiiGiLGiidPdFPPdPdF11经过网损修正的等微增率准则2022-7-24内容内容2022-7-24小结小结无功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗水、火电厂间有功功率负荷的经济分配水、火电厂间有功功率负荷的经济分配本部分内容属于动态规划问题，本部分内

15、容属于动态规划问题，大纲不要求，不讲。大纲不要求，不讲。水、火电厂间有功功率负荷的经济分配2022-7-24内容内容2022-7-24小结小结水、火电厂间有功功率负荷的经济分配水、火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗无功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配即即无功优化无功优化：v 无功优化调度（控制）无功优化调度（控制）v 无功优化配置（规划）无功优化配置（规划）无功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配n等微增率法等微增率法n最优潮流解法最优潮流解法方法方法等微增率法等微增率法优化模型变为nnLL

16、QQQPPPPP2121min01LDLniGiQQQ满足拉格朗日函数变为LDLniGiLQQQPL1极值条件变为01GiLGiLGiQQQPQL或GiLiGiLGiLQPQQQP11计及无功网损修正系数的等微增率准则2022-7-24最优潮流解法最优潮流解法2022-7-24研究生课程内容，暂略。研究生课程内容，暂略。内容内容2022-7-24水、火电厂间有功功率负荷的经济分配水、火电厂间有功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配无功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配火电厂间有功功率负荷的经济分配电力网中的能量损耗电力网中的能量损耗小结小结小结：本章应掌握的内容小结：本章应掌握的内容v 电力系统经济运行的目标v 网损的定义及计算方法网损的定义最大负荷损耗时间法（着重掌握最大负荷损耗小时数的概念）等值功率法（了解基本概念即可）v 降低网损的技术措施各种措施的基本原理各种措施的适用范围v 火电厂间有功功率负荷的经济分配耗量特性及相关概念（重点是微增率的概念）两台机组时的等微增率准则多台机组时的等微增率准则优化结果中有发电机出力越限时的处理v 无功功率负荷的经济分配目标：有功网损最小等微增率准则2022-7-24