電力系統(tǒng)規(guī)劃及可靠性講座3_電力電量平衡

1、電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性(第3專題: 電力電量平衡)河海大學能源與電氣學院河海大學能源與電氣學院 臧海祥臧海-mail: 電力電量平衡電力電量平衡的基本概念電力電量平衡的目的與要求電力電量平衡主要分析和研究的問題電力平衡代表年、月的選擇電力平衡中的容量組成備用容量的確定備用容量的合理分配電源結構的規(guī)劃電力電量平衡表的編制電力電量平衡的基本概念【定義】 電力電量供應與需求之間的平衡?！咀饔谩縱為電力系統(tǒng)規(guī)劃、電源組成等提供科學依據(jù)（如電源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃都要先進行電力電量平衡）v計算電站容量和電量的利用程度?！净A】 規(guī)劃期內(nèi)（即未來年份）的電力電量平衡一定程度上以負荷預測為

2、基礎?！局饕獌?nèi)容】v電力電量平衡研究的問題v電力電量平衡中的容量組成電力電量平衡的目的與要求 根據(jù)電力系統(tǒng)設計內(nèi)容深度規(guī)定第5.3.1條，電力系統(tǒng)設計應編制:v目前到設計水平年的逐年電力電量平衡;v遠景水平年全系統(tǒng)和分地區(qū)的電力電量平衡;必要時還應列出分地區(qū)低谷負荷時的電力平衡。電力電量平衡主要分析和研究的問題(1)確定電力系統(tǒng)需要的發(fā)電設備容量，確定規(guī)劃設計年度內(nèi)逐年新增的裝機容量和退役機組容量。(2)確定系統(tǒng)需要的備用容量，研究在水、火電廠之間的分配。(3)確定系統(tǒng)需要的調(diào)峰容量，使之能滿足設計年不同季節(jié)的系統(tǒng)調(diào)峰需要。(4)合理安排水、火電廠的運行方式，充分利用水電，使燃料消耗最經(jīng)濟，并

3、計算系統(tǒng)需要的燃料消耗量。(5)確定各代表水文年各類型電廠的發(fā)電設備利用小時數(shù)，檢驗電量平衡。(6)確定水電廠電量的利用程度，以論證水電裝機容量的合理性。(7)分析系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、地區(qū)與地區(qū)之間的電力電量交換，為論證擴大聯(lián)網(wǎng)及擬定網(wǎng)絡方案提供依據(jù)。電力平衡代表年、月的選擇 電力平衡需要逐年進行，應按逐年控制月份的最大負荷和水電廠設計枯水年的月平均處理編制。 一般以每年的12月為代表，但還應根據(jù)水電廠逐月發(fā)電處理的變化及系統(tǒng)負荷的變化情況，具體分析確定。 一年中也可能有2個月份起控制作用，應分別平衡。必要時選擇代表年進行逐月電力平衡，以便找出其中起控制作用的月份，然后按該代表月進行逐年平衡。電力

4、平衡中的容量組成 電力平衡中的容量由裝機容量、必需容量、工作容量和備用容量組成。【裝機容量】系統(tǒng)中各類電廠安裝的發(fā)電機組額定容量的總和?！颈匦枞萘俊烤S持電力系統(tǒng)正常供電所必需的裝機總容量，即工作容量和備用容量之和。【工作容量】發(fā)電機承擔電力系統(tǒng)正常負荷的容量。在電力平衡表中的工作容量是指電力系統(tǒng)最大負荷的工作容量。其中【備用容量】備用容量是指為了保證系統(tǒng)不間斷供電并保持在額定頻率下運行而設置的裝機容量。【受阻容量】由于各種原因，發(fā)電設備不能按裝機額定容量發(fā)電的容量。 備用容量的分類v按備用設備所處狀態(tài)分類：熱備用(旋轉(zhuǎn)備用)和冷備用?！緹醾溆?旋轉(zhuǎn)備用) 】 設備處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，或是空載運行，或

5、是帶部分負荷運行。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)超預測值的負荷時，這種處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的備用容量可以很快投入使用，即它的主要功能是能適應電力系統(tǒng)負荷瞬間的快速波動及一天內(nèi)計劃外的負荷增長。【冷備用】 處于完好狀態(tài)的停止運行設備，一旦需要時立即可以啟動投入運行。包括火電廠處于壓火、暖機狀態(tài)下的設備及水電廠停運但仍擔負備用任務的設備。 它主要為設備的計劃檢修、事故停運及系統(tǒng)日負荷出現(xiàn)額外增長時提供必要的補充容量。 v按備用的作用分類：負荷備用、事故備用和檢修備用。【負荷備用】 為了適應負荷的瞬時變化、保證供電質(zhì)量及可靠性而設置的備用。 由于電力系統(tǒng)在運行時，負荷是環(huán)繞負荷曲線劇烈而急促的波動變化著，并迫使系統(tǒng)周波不斷

6、變化。有時又將其分為周波備用和負載備用。 為了維持電力系統(tǒng)的周波在規(guī)定的變化范圍內(nèi)，以保證供電質(zhì)量，就必須設置周波備用。 由于負載備用是用以滿足日調(diào)度計劃以外的用電增加的，負荷預測存在誤差，實際負荷值往往與預期值不符，故應配置適當?shù)呢撦d備用容量。【事故備用】 當發(fā)電設備發(fā)生偶然事故而被迫退出運行時，為了保證電力系統(tǒng)正常連續(xù)供電而需設置的備用容量?！緳z修備用】 為了保證系統(tǒng)中所有發(fā)電機組都能按預定計劃進行周期性檢修所需設置的備用。備用容量的確定 確定系統(tǒng)最大負荷備用容量的方法通常有兩種，即經(jīng)驗法和概率性方法?！窘?jīng)驗法】 根據(jù)系統(tǒng)運行經(jīng)驗，按系統(tǒng)綜合的某一百分率來確定系統(tǒng)中各類備用的大小。v負荷備

7、用：一般取為系統(tǒng)最大負荷的2%5%，大系統(tǒng)取小一些的數(shù)小系統(tǒng)取大一些的數(shù)。v事故備用：一般取系統(tǒng)最大負荷的5%10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺機組的客量。v檢修備用：視系統(tǒng)年負荷曲線低谷面積的大小，取檢修備用容量為系統(tǒng)綜合最大負荷的8%15%，年負荷曲線越平穩(wěn)的系統(tǒng)，此值越大。 經(jīng)驗法優(yōu)缺點：簡單、方便因為它基于系統(tǒng)的運行經(jīng)驗，雖然沒有計算，它卻綜合考慮了各種因素，其中有些因素是不便于精確計算的。因為以運行經(jīng)驗為基礎，它也易于為運行單位接受。但它所確定的備用值不是通過詳細的分析計算，因此這個方法不夠精確?！靖怕市苑椒ā?根據(jù)元件參數(shù)和系統(tǒng)的概率特征，通過統(tǒng)計計算得到系統(tǒng)和各個節(jié)點的概率指標

8、，從而對系統(tǒng)的可靠性有一個較為全面和客觀的評估。 典型概率特征：v機組的停運概率與該機組容量大小有關，盡管兩個方案的百分備用容量相同，但不同的機組可產(chǎn)生完全不同的風險指標，因此一個固定的百分備用不能保證各方案有協(xié)調(diào)一致的風險度。v元件原始數(shù)據(jù)中固有的不確定性。由于統(tǒng)計子樣有限，實際的元件特性數(shù)據(jù)不是一個常數(shù)，而是服從某種概率分布的隨機變量。v負荷預測中的不確定因素。備用的分配存在季節(jié)、負荷變化這些因素影響。概率性方法與經(jīng)驗法比較 采用經(jīng)驗法的主要不足之處是沒有考慮到系統(tǒng)性能、用戶功率和元件故障的概率特征。 使用概率方法可以更為科學和準確的反映電網(wǎng)實際，根據(jù)設定的可靠性判據(jù)如電力不足期望值，從發(fā)

9、電能力、計劃檢修、故障停機、負荷水平及特性等諸多方面來綜合判斷發(fā)電供應的可靠程度，進而確定電網(wǎng)備用容量的預留。備用容量的合理分配【備用容量分配原則】 系統(tǒng)的備用容量應由哪種發(fā)電廠或機組來承擔，應考慮各種備用的要求及各類電廠或機組的工作特性，在電廠間進行分配。【負荷備用容量分配】 考慮到水輪發(fā)電機效率最大區(qū)是在額定容量的70%90%，它的應變能力強，負載變動時調(diào)節(jié)損失小。因此，由沒有滿發(fā)的水電廠擔任負荷備用最合適?！臼鹿蕚溆萌萘糠峙洹?可以由水電廠擔任，也可由火電廠擔任，一般均由水、火電廠共同承擔，并參照其工作容量的比例來分配。分配時應注意下列幾點：v調(diào)節(jié)性能良好、靠近負荷中心的水電廠應考慮擔負

10、較多的事故備用容量。v擔任事故備用容量的水電站，必須擁有相應的事故備用庫容作保證。v具有較大水庫、調(diào)節(jié)性能良好的水電站可在事故后，利用加大火電出力，減少水電站工作容量的辦法以彌補事故下耗用的庫容，事故備用庫容可以適當減少。v日調(diào)節(jié)水電站不能擔負系統(tǒng)的事故備用。v向電站分配事故備用時，必須考慮其地理位置及送電線路的輸電能力。備用容量的合理分配【檢修備用容量分配】 分配可以相當靈活，它一般以冷備用形式存在。 實際系統(tǒng)中火電機組的檢修一般安排在夏秋季負荷低落、水電又是豐水期間，水電機組檢修則安排在枯水期。當檢修備用不足而專設檢修備用容量時，一般是設置在火電廠內(nèi)?！緜溆萌萘糠峙涞囊饬x】將備用分為負荷備

11、用、事故備用、檢修備用三種及其確定方法，主要是為了在電力規(guī)劃時確定系統(tǒng)的合理裝機容量。在運行中上述三部分備用容量不是截然分開的。系統(tǒng)運行中應當有一定的冷、熱備用容量，這些備用既可以擔負調(diào)峰調(diào)頻，也可以在事故時擔負負荷作為事故備用，或者在其他機組檢修時投入運行作為檢修備用。系統(tǒng)需要的總備用容量，應當參照上列三種容量之和及系統(tǒng)的實際運行經(jīng)驗確定。備用容量的合理分配電源結構的規(guī)劃【研究問題】 研究電力系統(tǒng)的合理電源結構問題，主要是研究各類型電站發(fā)電容量和電量的合理比例問題。在做電力規(guī)劃時，應努力使電力系統(tǒng)內(nèi)電源結構趨于合理。【主要內(nèi)容】 v影響電源結構的因素確定合理電源結構的方法影響電源結構的因素

12、影響一個地區(qū)或一個電力系統(tǒng)的電源結構的因素很多，概括起來主要有：v動力資源的種類、貯量和分布制約電源結構布局。華北地區(qū)有豐富的煤炭資源決定了其以煤電為主的電源結構；西南地區(qū)水資源豐富，因此優(yōu)先開發(fā)水電是西南地區(qū)電力建設的方針。v地區(qū)或電力系統(tǒng)電、熱負荷的需求量，特性及分布影響電源結構布局。如果熱負荷較大、集中，且持續(xù)時間長，建設熱電廠是經(jīng)濟合理的。當負荷率較高時，大容量經(jīng)濟性好的火電廠具有很高的經(jīng)濟效果。當負荷率低，峰谷差大時，可利用水電站的調(diào)峰優(yōu)勢。v電源本身的技術經(jīng)濟特性影響電源結構布局?；痣姷慕?jīng)濟性由于火電成本的上升而下降，水電雖然成本低，但建設工期長，一次投資大。v國家發(fā)電能源政策影響

13、電源結構布局。發(fā)電能源政策的出臺，勢必影響各種能源的開發(fā)速度與電源結構。國家資金、物資、器材及勞動技術力量的供應能力等影響電源結構布局。確定合理電源結構的方法 確定合理電源結構的步驟：v根據(jù)負荷預測的結果，確定規(guī)劃期內(nèi)各個規(guī)劃時段及逐年應增加的裝機容量(包括備用容量在內(nèi))。v根據(jù)地區(qū)（或電力系統(tǒng)）內(nèi)動力資源的情況和電廠廠址條件，選擇一批 可 能 的 廠 址 ， 并 根 據(jù) 負 荷 增 長 需 要 合 理 確 定 電 廠 容 量 。 下列電廠需優(yōu)先確定：以防洪、灌溉為主要目的的水利工程的發(fā)電容量、具有重大政治或國防意義的某些發(fā)電廠、大型工礦企業(yè)的自備電廠、因熱負荷需要確定建設的熱電廠的容量。v剩

14、余新增能量在各類電廠間的經(jīng)濟合理分配。 剩余新增能量是指系統(tǒng)所得新增的發(fā)電容量扣除優(yōu)先確定的電廠容量后的剩余不足部分。確定合理電源結構的方法 系統(tǒng)容量在各類電廠間的合理分配：根據(jù)各類電廠自身的技術經(jīng)濟特性合理安排系統(tǒng)容量的分配。v 火力發(fā)電廠的主要特點：v運行中需支付燃料費用，但其運行不易受自然條件的影響。v火力發(fā)電設備的效率同蒸汽參數(shù)有關。v發(fā)電設備有功出力受鍋爐和汽輪機的最小技術負荷的限制。v帶有熱負荷的火電廠稱為熱電廠，它采用抽油供熱，其總效率要高于一般的凝汽式火電廠。但是與熱負荷相適應的那部分發(fā)電功率是不可調(diào)節(jié)的強迫功率。確定合理電源結構的方法v水力發(fā)電廠的主要特點：v不用支付燃料費用

15、，而且水能是可以再生的資源。但其運行因水庫調(diào)節(jié)性能的不同在不同程度上受自然條件（水文條件）的影響。v水輪發(fā)電機的處理調(diào)整范圍較寬，負荷增減速度相當快，機組的投入和退出運行耗時都很短，操作簡便安全，無需額外的損耗。v水利樞紐往往兼有防洪、發(fā)電、航運、灌溉、養(yǎng)殖、供水和旅游等多方面的效益。水庫的發(fā)電用水量通常按水庫的綜合效益來考慮安排，不一定能同電力負荷的需要相一致。確定合理電源結構的方法v抽水蓄能發(fā)電廠：一種特殊的水力發(fā)電廠，有上下兩級水庫，在日負荷曲線的低谷期間，它作為負荷向系統(tǒng)吸收有功功率，將下級水庫的水抽到上級水庫；在高峰負荷期間，由上級水庫向下級水庫放水，作為發(fā)電廠運行向系統(tǒng)發(fā)出有功功率

16、。抽水蓄能發(fā)電廠的主要作用是調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)有功負荷的峰谷差。v核能發(fā)電廠：同火力發(fā)電相比，一次性投資大，運行費用小，在運行中也不宜帶急劇變動的負荷。反應堆和汽輪機組退出運行和再次投入都很耗時，且要增加能量消耗。確定合理電源結構的方法v結論 為了合理地利用國家的動力資源，降低發(fā)電成本，必須根據(jù)各類發(fā)電廠的技術經(jīng)濟特性，恰當?shù)胤峙渌麄兂袚呢摵?，安排好它們在負荷曲線中的位置。徑流式水電廠的發(fā)電功率，利用防洪、灌溉、航運、供水等其他社會需要的放水量的發(fā)電功率，以及在防洪水期為避免棄水而滿載運行的水電廠的發(fā)電功率，都屬于水電廠的不可調(diào)節(jié)功率，必須用于承擔基本負荷；熱電廠應承擔與熱負荷相應的電負荷；核電廠

17、應帶穩(wěn)定負荷。它們都必須安排在日負荷曲線的基本部分，然后對凝汽式火電廠按其效率的高低依次由下往上安排。電力電量平衡表的編制 在系統(tǒng)設計中一般用表格法進行電力電量平衡，電力電量平衡由系統(tǒng)電力平衡表和系統(tǒng)電量平衡表組成。 (1)(1)電力平衡表的編制：電力平衡表的編制：電力平衡表的格式見表1。 表1 系統(tǒng)電力平衡表年說明一、最大發(fā)電負荷全系統(tǒng)計及同時率后的用電負荷加上線損和廠用電的總和二、各類電廠工作容量三、各類電廠備用容量四、各類電廠需要裝機容量工作容量與備用容量的總和五、各類電廠可能裝機容量系統(tǒng)中實際可能的裝機安排容量六、各類電廠新增容量需要裝機容量減去可能裝機容量七、各類電廠受阻容量八、各類

18、電廠退役容量每年退出運行的機組容量九、各類電廠重復容量十、火電電力盈虧火電需要容量與實際可能裝機容量之差值電力電量平衡表編制表2 各電廠逐年新增容量表年年一、水電廠 1. 水電廠新增容量總計二、火電廠 1. 火電廠新增容量總計三、核電廠 1. 核電廠新增容量總計四、系統(tǒng)新增容量總計電力電量平衡表編制表3 系統(tǒng)電量平衡表月月合計合計年電量年電量（億（億kWkW）裝機容量裝機容量（萬（萬kWkW）年發(fā)電設年發(fā)電設備利用小備利用小時數(shù)（時數(shù)（h h）說明說明系統(tǒng)月平均負荷系統(tǒng)月平均負荷式中式中 為月平均為月平均負荷，負荷， 為月最為月最大負荷，大負荷， 為月不均為月不均衡系數(shù)，衡系數(shù)， 為日負荷為日

19、負荷率率系統(tǒng)各電廠月平均系統(tǒng)各電廠月平均功率功率棄水功率棄水功率maxmarmmmPP marPmaxmPmm電量平衡表的編制(2)(2)電量平衡表的編制電量平衡表的編制 系統(tǒng)電量平衡表如表3所示。v表3中第二項的系統(tǒng)月平均出力按表中順序計算，其中凝汽式電廠的月平均出力，為系統(tǒng)月平均負荷減去水電廠月平均出力及供熱強制出力。v將各月平均出力乘以相應的月小時數(shù)后相加即可得到各類電廠的年發(fā)電量，并據(jù)此校驗各類電廠的利用小時數(shù)檢驗電量是否平衡。一般在電量平衡中，火電機組利用小時數(shù)按不大于5000h考慮。當水電比重較大或遇豐水期，有可能發(fā)生水電電量得不到充分利用的情況時，則應計算棄水電量(可以在負荷曲線上求得)。電力電量平衡表編制 系統(tǒng)各電廠月平均功