电力系统经济运行ppt课件.ppt

1,研究内容：,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。,第,6,章,电力系统经济运行,2,电力网损耗电量,损耗电量,供电量,6.1,电力网中的能量损耗,一、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,3,?,一部分同施加给元件的电压有关,二、电网损耗的基本概念,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。,4,dt,R,I,T,P,T,L,O,?,?,?,?,0,2,如图，在给定的运行时间,T,内，其能量损耗为：,dt,R,I,R,Z,V,A,T,L,i,L,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,0,2,2,2,dt,R,I,RT,Z,V,T,L,i,?,?,?,0,2,2,2,计算较简单,计算较困难,重点讨论第二项的计算方法,i,j,i,V,j,V,jQ,P,?,L,L,jX,R,?,m,m,jX,R,?,5,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：,?,1,、最大负荷损耗时间法,?,2.,等值功率法,6,?,1,、最大负荷损耗时间法,I,R,?,cos,P,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：,dt,P,A,T,L,L,?,?,?,?,0,dt,R,V,S,T,3,0,2,2,10,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,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,来计算损耗！,最大负荷损耗时间,最大负荷功率,3,2,2,max,10,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,R,V,S,A,L,简单供电网,7,2,m,ax,0,2,S,dt,S,T,?,?,?,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。,m,ax,S,?,?,3,2,2,max,3,0,2,2,10,10,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,R,V,S,dt,R,V,S,T,8,?,该算法很繁琐，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,。,?,9,?,2,、等值功率法,?,?,3,2,2,2,2,2,10,?,?,?,?,?,av,av,Q,L,P,K,V,RT,A,I,R,?,cos,P,简单供电网,仍以此图为例，在给定的时,间,T,内的能量损耗：,eq,Q,：无功功率等效值,：有功功率等效值,eq,P,可以通过各自,的平均值表示为：,eq,P,eq,Q,av,eq,KP,P,?,av,eq,LQ,Q,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,T,dt,R,V,S,A,0,3,2,10,- (1),?,?,?,T,o,eq,eq,dt,S,T,Q,P,2,2,2,1,- (2),- (3),为最小负荷率,?,?,?,2,1,/,1,?,?,?,L,K,10,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,11,运行管理措施,提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率,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+jX,P+jQ,如图，线路损耗为：,R,V,Q,p,P,L,2,2,2,?,?,?,高压电机接近于额定运行,12,欲使网络的功率损耗为最小，功率应,如何分布？,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。,13,网络的功率损耗为：,2,1,2,2,2,2,2,1,R,V,S,R,V,S,P,L,?,?,?,2,1,2,2,2,2,2,2,2,1,2,1,R,V,Q,P,R,V,Q,P,?,?,?,?,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,1,2,1,),(,),(,R,V,Q,Q,P,P,R,V,Q,P,?,?,?,?,?,?,0,),(,2,2,2,2,1,1,2,1,1,?,?,?,?,?,?,?,?,R,V,P,P,R,V,P,P,P,L,0,),(,2,2,2,2,1,1,2,1,1,?,?,?,?,?,?,?,?,R,V,Q,Q,R,V,Q,Q,P,L,由此解出：,Q,R,R,R,Q,P,R,R,R,P,2,1,2,1,2,1,2,1,?,?,?,?,Q,R,R,R,Q,P,R,R,R,P,2,1,1,2,2,1,1,2,?,?,?,?,1,1,jX,R,?,2,2,jX,R,?,1,S,2,S,jQ,P,?,V,将上式分别对,和,取偏导数，,并令其等于零,1,P,1,Q,如图所示,14,Q,R,R,R,Q,P,R,R,R,P,2,1,2,1,2,1,2,1,?,?,?,?,Q,R,R,R,Q,P,R,R,R,P,2,1,1,2,2,1,1,2,?,?,?,?,上面公式表明：,?,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。,?,功率的自然分布不一定为经济分布！,S,z,z,z,S,I,?,2,1,2,?,?,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。,15,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；,2),在环网中比值,特别小的线段进行串联电,容补偿；,X,R,/,16,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,n,台变压器的总损耗为：,2,),(,N,s,o,T,S,S,n,P,P,n,P,?,?,?,?,?,对,n,求偏导,并,令其为零：,0,1,2,2,2,?,?,?,?,?,?,?,?,N,s,o,T,S,S,P,n,P,n,P,S,S,P,P,n,N,s,o,?,?,?,取,n,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。,17,?,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,。,18,2,、对原有电网进行技术改造,提高线路电压等级；,安装电容补偿设备；,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。,增设电源点；,19,6.2,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。,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。,?,?,P,F,F,?,F,P,0,?,?,?,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（,m,3,/h,）。,20,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。,dP,dF,?,?,它表示在该点运行时输入增,量对输出增量之比。,比耗量,P,F,/,?,?,倒数,表示发电厂的效率,F,P,/,?,?,耗量微增率,F,P,0,?,?,?,tg,?,耗量特性,1,、基本概念,21,2,、双机运行时的有功分配,1,g,P,2,g,P,LD,P,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,。,?,?,1,1,g,P,F,?,?,2,2,g,P,F,LD,P,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(,2,1,F,F,?,目标函数：,约束条件：,LD,g,g,P,P,P,?,?,2,1,耗量特性：,),(,),(,2,2,2,1,1,1,g,g,P,F,F,P,F,F,?,?,已知，,求解，,22,0,),(,),(,),(,2,1,2,2,1,1,?,?,?,?,?,?,LD,g,g,g,g,P,P,P,P,F,P,F,L,?,采用拉格朗日乘数法求条件极值,：,对,求偏导,并令其为零,：,1,g,P,2,g,P,0,2,2,2,?,?,?,?,?,?,g,g,dP,dF,P,L,0,1,1,1,?,?,?,?,?,?,g,g,dP,dF,P,L,?,?,?,2,2,1,1,g,g,dP,dF,dP,dF,2,、双机运行时的有功分配,1,g,P,2,g,P,LD,P,两台机组并联运行,23,2,2,1,1,g,g,dP,dF,dP,dF,?,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,1,g,P,2,g,P,LD,P,两台机组并联运行,24,3,、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，,),(,2,2,g,P,F,),(,gn,n,P,F,),(,1,1,g,P,F,LD,P,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：,?,?,?,?,n,i,LD,gi,P,P,1,0,耗量特性：,),(,),(,1,1,1,gn,n,n,g,P,F,F,P,F,F,?,?,?,?,目标函数：,?,?,n,i,gi,i,P,F,1,),(,min,25,3,、多个火电厂的有功功率经济分配,0,P,F,P,L,g,i,i,g,i,?,?,?,?,?,?,?,n,i,1,?,?,=,1,1,g,dP,dF,2,2,g,dP,dF,=,=,gn,n,dP,dF,=,?,采用拉格朗日乘数法求条件极值,：,),(,1,1,LD,n,i,gi,n,i,i,P,P,F,L,?,?,?,?,?,?,?,?,对,求偏导,并令其为零,：,gi,P,P,F,g,i,i,?,?,?,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,：,26,3,、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。,27,28,4,、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：,L,P,约束条件,:,?,?,?,?,n,i,LD,gi,P,P,1,0,改为,0,?,?,?,?,?,L,LD,n,i,gi,P,P,P,1,拉格朗日函数：,0,),(,1,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,L,LD,n,i,gi,n,i,i,P,P,P,F,L,?,改为,0,),1,(,?,?,?,?,?,?,?,?,gi,L,gi,i,gi,P,P,dP,dF,P,L,?,或：,?,?,?,?,?,gi,L,gi,i,P,P,dP,dF,1,1,29,4,、计及网损的有功负荷经济分配,gi,L,gi,i,P,P,dP,dF,?,?,?,1,1,i,?,?,?,?,?,i,gi,i,dP,dF,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,?,gi,L,P,P,?,?,?,1,1,网损微增率,gi,L,P,P,?,?,表示网络有功损耗对第,个发,电厂有功出力的微增率。,i,30,6.3,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,厂运行的主要特点是，在指定的较短运行周期内总,发电用水量,为给定值。,?,W,如何分配水、火电厂的负荷，使总燃料,耗量为最小？,:,H,P,表示火电厂的功率,?,?,:,H,P,F,表示火电厂的损耗特性,:,S,P,表示水电厂的功率,?,?,:,S,P,W,表示水电厂的损耗特性,其中：,31,1,、一个火电厂和一个水电厂的有功经济分配,即：,已知，,求解，,约束条件,1,：,?,?,?,?,?,?,0,?,?,?,t,P,t,P,t,P,LD,S,H,目标函数：,约束条件,2,：,?,?,?,?,0,0,?,?,?,?,W,dt,t,P,W,S,?,?,?,?,?,dt,t,P,F,H,?,?,0,min,把指定的运行周期,，划分为,s,个更短的时段：,?,?,?,?,?,s,k,k,t,1,?,在任一时段,内，假定负荷功率、水电厂,和火电厂的功率不变，并分别记为,k,t,?,LDk,P,Hk,P,。,Sk,P,32,1,、一个火电厂和一个水电厂的有功经济分配,则：,约束条件,1,：,?,?,?,?,?,?,0,?,?,?,t,P,t,P,t,P,LD,S,H,目标函数为：,约束条件,2,：,?,?,?,?,0,0,?,?,?,?,W,dt,t,P,W,S,?,k,s,k,k,t,F,?,?,?,1,min,改为,约束条件,2,：,0,1,?,?,?,?,?,?,W,t,W,k,s,k,k,约束条件,1,：,0,?,?,?,LDk,Sk,Hk,P,P,P,（,）,s,k,1,?,?,总共有,s,1,个等式约束条件。,应用拉格朗日乘数法，为约束条件,1,设置乘,数,，为约束条件,2,设置乘数,。,k,?,?,目标函数：,?,?,?,?,dt,t,P,F,H,?,?,0,min,33,构成拉格朗日函数：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,W,W,s,k,k,s,k,s,k,1,1,1,k,k,LDk,Sk,Hk,k,k,k,t,t,P,P,P,t,F,L,?,?,上式中共有,3,s,1,个变量。将函数分别对这,些变量求偏导，并令其为零。,0,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,W,t,W,k,s,k,k,L,?,0,?,?,?,?,?,?,?,k,k,t,t,k,H,k,k,H,k,dP,dF,P,L,?,（,）,s,k,1,?,?,0,?,?,?,?,?,?,?,k,k,t,t,k,S,k,k,S,k,dP,dW,P,L,?,?,（,）,s,k,1,?,?,?,?,0,?,?,?,?,?,?,?,?,k,t,P,P,P,L,D,k,S,k,H,k,k,L,?,（,）,s,k,1,?,?,34,0,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,W,t,W,k,s,k,k,L,?,?,?,0,?,?,?,?,?,?,?,?,k,t,P,P,P,L,D,k,S,k,H,k,k,L,?,（,）,s,k,1,?,?,其中：,合写为,k,Sk,k,Hk,k,dP,dW,dP,dF,?,?,?,?,如果时间段取得足够短，则认为任,何瞬间都满足：,?,?,?,?,S,H,dP,dW,dP,dF,上式表明，在水、火电厂间负荷的,经济分配也负荷等微增率准则。,35,讨论：,的含义,：,?,当火电厂增加功率,时，煤耗增量为,:,P,?,当水电厂增加功率,时，耗水增量为,:,P,?,P,dP,dF,F,H,?,?,?,（,1,）,P,dP,dW,W,S,?,?,?,（,2,）,（,1,）、（,2,）两式相除并计及,?,?,?,?,S,H,dP,dW,dP,dF,W,F,?,?,?,?,吨煤,/,立方米水,上式表明，按发出相同数量的电功率进行,比较，,1,立方米的水相当于,吨煤。,?,水煤换算,系数,36,?,值的选取应使给定的水量在指定的运,行期间正好全部用完。,物理含义：,讨论：,一般情况下，,值的大小与该水电厂给定的日用,水量有关。,?,?,在枯水期，给定的日用水量较少，水电厂,应少带负荷，此时,应取较大的值，使水,耗微增率较小。,?,?,在丰水期，给定的日用水量较多，水电厂,可以多带负荷，,应取较小的值，水耗微增,率较大；,?,37,6.4,无功功率负荷的经济分配,（无功优化经典法）,1,、无功功率负荷的经济分配,（等微增率准则的应用）,如图所示的简单线路，,L,R,jQ,P,?,L,2,2,2,L,R,V,Q,P,P,?,?,产生无功功率并不消耗能量，但其在网络中的传输则会,产生有功功率损耗。在有功负荷分配已确定的前提下，如何,调整各无功电源之间的负荷分布，使有功网损达到最小？,有功损耗可表示为：,?,?,n,n,L,L,Q,Q,Q,P,P,P,P,P,2,1,2,1,?,?,?,问题,:,38,手段：调整无功电源出力。,进行无功负荷经济分配时，除平衡机以外，所有发,电机的,P,都已确定，各节点负荷的,Q,也是已知的，待,求的是节点无功电源的功率。,问题,:,注：,无功电源可以是发电机、同步调相机、静止电,容器和静止补偿器等。,数学形式,:,假设无功功率电源接于节点,1,，,2,，,m,，其中,出力和节点电压的变化范围不受限制。,39,?,?,?,?,?,m,1,i,L,D,L,G,i,0,Q,Q,Q,L,P,min,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,m,i,LD,L,Gi,Q,Q,Q,1,?,L,P,L,0,0,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,L,D,L,G,i,G,i,L,G,i,L,G,i,Q,Q,Q,L,m,1,i,),Q,Q,(1,Q,P,Q,L,m,i,约束条件：,数学形式,:,用拉格朗日乘数法构造函数：,网络的无功,功率损耗,求解：,将,L,分别对,和,取偏导并令其为零,Gi,Q,?,40,于是得到无功功率负荷经济分布的条件为：,1,1,i,G,i,L,G,i,L,G,i,L,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,Q,P,Q,Q,Q,P,上式是等微增率准则在无功功率负荷经济分配问题,中的具体应用。说明当各无功电源点的网损微增率相等,时，网损达到最小。,:,Gi,L,Q,P,?,?,网络有功损耗对于第,i,个无功,电源功率的微增率；,:,Gi,L,Q,Q,?,?,无功网损对于第,i,个无功,电源功率的微增率；,?,i,?,:,1,1,Gi,L,Q,Q,?,?,?,无功网损修正系数。,其中：,41,2,、无功功率补偿的经济配置,增添补偿装置要增加支出。由于装设无功补偿装,置一方面能节约网络电能损耗，另一方面又要增加费,用，因此，无功补偿容量合理配置的目标是：,总的经济效益为最优！,?,?,:,Ci,ei,Q,C,表示在节点,i,装设补偿容量,每年所能,节约的网损费用；,ci,Q,目标：,?,?,:,Ci,di,Q,C,表示由于装设补偿容量,，每年需要支,出的费用。,ci,Q,这部分年支出费用包括补偿设备的折旧维修费、,投资的年回收费、以及补偿设备本身的能耗费用。,42,目标：,比例系数,就是每单位无功补偿容量的年费用。,c,k,年支出费用,同,关系为：,?,?,Ci,di,Q,C,ci,Q,ci,c,Q,k,?,?,?,Ci,di,Q,C,在节点,i,装设补偿设备,，所取得的节约费用为：,ci,Q,di,ei,ei,C,C,C,?,?,?,0,?,?,ei,C,为了取得最大的经济效益，应按,0,?,?,?,?,ci,ei,Q,C,即：,?,?,?,ci,ei,Q,C,?,?,?,ci,di,Q,C,c,k,来确定应该配给的补偿容量。,:,ci,ei,Q,C,?,?,?,为网损节约对无功补偿容量的微增率，,简称网损节约微增率。,43,?,?,?,ci,ei,Q,C,?,?,?,ci,di,Q,C,c,k,目标：,上面公式的含义是，对各补偿点配置补偿容,量，应使每一个补偿点在装设最后一个单位的补,偿容量时所得到的年网损节约折价恰好等于单位,补偿容量所需要的年费用。在这种情况下，将能,取得最大的经济效益。,44,补偿容量有限时的优化配置,按照,所确定的经济补偿容量,一般较大。在工程实际中，无功经济补偿的问题是,在给定全电网总的补偿容量,的条件下，寻求最,经济合理的分配方案。,?,?,?,ci,ei,Q,C,?,?,?,ci,di,Q,C,c,k,?,c,Q,由于受到总补偿容量的限制，问题将变为：,在满足,的约束条件下，使,总的费用节约,达到最大。,?,?,?,?,0,c,ci,Q,Q,?,?,),(,ci,ei,Q,C,构造拉格朗日函数：,?,?,?,?,?,?,?,?,0,),(,c,ci,c,ei,Q,Q,C,L,?,45,补偿容量有限时的优化配置,0,0,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,c,ci,c,ci,ei,ci,Q,Q,Q,C,Q,L,?,求函数,L,的极值，可得,c,c,c,ci,ei,k,Q,C,?,?,?,?,?,?,?,或：,补偿容量有限时，,总是正的，因此,。,上式表明，补偿容量应按网损节约微增率相等的原则，,在各补偿点间进行分配；分配的结果应当是所有补偿,点的网损节约微增率都等于某一常数,，而一切未,配置补偿容量之点的网损节约微增率都应小于,。,c,?,c,c,k,?,?,c,?,c,?,46,