第六章電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.1電力系統(tǒng)負(fù)荷和負(fù)荷曲線6.2電力系統(tǒng)有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配6.3電力網(wǎng)中的電能損耗6.4降低電力網(wǎng)電能損耗的措施第6章電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)小結(jié)本章提示電力系統(tǒng)常用負(fù)荷曲線的意義；等微增率準(zhǔn)那么；最大負(fù)荷損耗時(shí)間法計(jì)算電力網(wǎng)的電能損耗；常用的降低網(wǎng)損措施。6.1電力系統(tǒng)的負(fù)荷和負(fù)荷曲線6.1.1負(fù)荷分類6.1.2負(fù)荷曲線6.1.1負(fù)荷分類電力系統(tǒng)的負(fù)荷是指電力系統(tǒng)一切用電設(shè)備耗費(fèi)功率的總和(電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷)。負(fù)荷定義負(fù)荷分類按物理性能劃分有功負(fù)荷:指電能轉(zhuǎn)換為其他能量，并在用電設(shè)備中真實(shí)耗費(fèi)掉的能量；如照明設(shè)備等；無功負(fù)荷：在電能保送和轉(zhuǎn)換過程中，需求建立磁場而耗費(fèi)的動(dòng)能，它僅完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，并不做功；如電動(dòng)機(jī)、變壓器和整流安裝等。綜合用電負(fù)荷：指工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、市政生活等各方面耗費(fèi)的功率之和。負(fù)荷按電能可分為:供電負(fù)荷：電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷加上網(wǎng)損，即發(fā)電廠供出的負(fù)荷，稱為電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷。發(fā)電負(fù)荷：供電負(fù)荷再加上發(fā)電廠廠用電就是發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)出的功率，稱為發(fā)電負(fù)荷。6.1.2負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線：表示電力系統(tǒng)的負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律的曲線。負(fù)荷曲線的分類：按負(fù)荷種類分為有功功率負(fù)荷和無功功率負(fù)荷曲線；按描畫的負(fù)荷范圍可分為用戶的負(fù)荷、地域的負(fù)荷以及電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線。按時(shí)間長短可分為日負(fù)荷和年負(fù)荷曲線；有功日負(fù)荷曲線闡明電力負(fù)荷在一天24小時(shí)內(nèi)隨時(shí)間的變化情況有功日負(fù)荷曲線階梯形有功日負(fù)荷曲線是安排日發(fā)電方案，確定各發(fā)電廠義務(wù),確定系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方式等的重要根據(jù)。有功日負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線的最大值稱為日最大負(fù)荷〔峰荷〕最小值稱為日最小負(fù)荷〔谷荷〕日平均負(fù)荷為負(fù)荷率反映負(fù)荷曲線的起伏情況：負(fù)荷率小闡明負(fù)荷曲線起伏大，發(fā)電機(jī)的利用率較差日負(fù)荷曲線下的面積就是負(fù)荷一天所耗費(fèi)的電能。即：把一年內(nèi)每月〔或每日〕的最大負(fù)荷抽取出來繪成曲線，稱為年最大負(fù)荷曲線有功年最大負(fù)荷曲線圖6.3有功年最大負(fù)荷曲線這條曲線主要用來安排發(fā)電設(shè)備的檢修方案，同時(shí)也為制定發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠的擴(kuò)建方案提供根據(jù)。年繼續(xù)負(fù)荷曲線按一年中系統(tǒng)負(fù)荷的數(shù)值大小及其繼續(xù)小時(shí)數(shù)順序而繪制的。年繼續(xù)負(fù)荷曲線包圍的面積，即為負(fù)荷全年的耗電量，為：6.1.2負(fù)荷曲線圖6.4年繼續(xù)負(fù)荷曲線假設(shè)負(fù)荷一直等于最大值，經(jīng)過小時(shí)后所耗費(fèi)的電能恰好等于全年的實(shí)踐耗電量，那么稱為最大負(fù)荷運(yùn)用時(shí)間，也叫最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。年繼續(xù)負(fù)荷曲線不同性質(zhì)的用戶、不同的消費(fèi)班次，值不同，根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)閱歷，各類負(fù)荷的的數(shù)值有一個(gè)大致的范圍，如表所示。負(fù)荷類型照明及生活用電2000～3000一班制企業(yè)1500～2200二班制企業(yè)3000～4500三班制企業(yè)6000～7000農(nóng)業(yè)用電1000～1500各類用戶的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)6.2電力系統(tǒng)有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配6.2.1發(fā)電機(jī)組的耗量特性6.2.2等微增率準(zhǔn)那么6.2.3火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配6.2.4計(jì)及網(wǎng)損時(shí)水、火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配6.2.1發(fā)電機(jī)組的耗量特性發(fā)電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)，耗費(fèi)的能源與發(fā)出的有功功率的關(guān)系稱為機(jī)組的耗量特性，耗量特性常以曲線表示。火電機(jī)組的耗量特性水電機(jī)組的耗量特性火電機(jī)組的耗量特性耗量微增率曲線耗量特性曲線上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)之比，即輸入與輸出之比稱為比耗量。耗量特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率稱為該點(diǎn)的耗量微增率6.2.2等微增率準(zhǔn)那么〔重點(diǎn)〕兩臺(tái)機(jī)組為例目的函數(shù)有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷有功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)耗費(fèi)的能源最少。目的函數(shù)就是總耗量最少等式約束條件用拉格朗日乘數(shù)法求解建立拉格朗日函數(shù)取極值的必要條件條件等微增率準(zhǔn)那么6.2.3火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配不計(jì)網(wǎng)損多個(gè)火電廠之間有功功率負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的等微增率準(zhǔn)那么不等式約束條件有功功率值越限時(shí)，按其限值〔上限或下限〕分配負(fù)荷，剩余功率在其他機(jī)組間重新按等微增率準(zhǔn)那么分配計(jì)及網(wǎng)損等式約束條件拉格朗日函數(shù)極值條件網(wǎng)損微增率網(wǎng)損修正系數(shù)6.2.3火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配〔小結(jié)〕不計(jì)網(wǎng)損首先按多個(gè)火電廠間有功功率負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的等微增率準(zhǔn)那么進(jìn)展分配。然后再按下邊的不等式約束條件進(jìn)展校驗(yàn)，即：對(duì)于有功功率值越限的發(fā)電廠，可按其限值〔上限或下限〕分配負(fù)荷，然后再對(duì)其他的發(fā)電廠分配剩下的負(fù)荷功率。計(jì)及網(wǎng)損按計(jì)及有功功率網(wǎng)損時(shí)的等微增率準(zhǔn)那么進(jìn)展分配。式中，——稱為網(wǎng)損修正系數(shù)，

——稱為網(wǎng)損微增率。例6.1：同一發(fā)電廠內(nèi)兩套發(fā)電設(shè)備共同供電，它們的耗量特性及有功功率上下限分別為F1＝2.5＋0.25PG1＋0.0014PG12〔t/h〕F2＝5.0＋0.18PG2＋0.0018PG22〔t/h〕試求：當(dāng)PLD=100MW時(shí)，負(fù)荷的最優(yōu)分配方案。6.2.4計(jì)及網(wǎng)損時(shí)水、火電廠間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配計(jì)及網(wǎng)損時(shí)，水、火電廠有功功率負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的條件，協(xié)調(diào)方程式為:火電廠的耗量特性火電廠的承當(dāng)負(fù)荷火電廠的網(wǎng)損微增率水電廠的耗量特性拉格朗日常數(shù)水電廠的網(wǎng)損微增率水電廠的承當(dāng)負(fù)荷例6.2系統(tǒng)中有水、火電廠各一個(gè)，并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，火電廠的燃料耗費(fèi)特性同水電廠的耗水量特性為

設(shè)水電廠給定的日用水量，，系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線為0～8時(shí)負(fù)荷為450MW8～18時(shí)負(fù)荷為850MW18～24時(shí)負(fù)荷為450MW求火電廠容量為800MW，水電廠容量為500WM時(shí)，在給定的日用水量條件下，水、火電廠的經(jīng)濟(jì)功率分配?！埠雎跃W(wǎng)損〕<節(jié)能發(fā)電調(diào)度方法〔試行〕>(國辦發(fā)〔2007〕53號(hào))各類發(fā)電機(jī)組按以下順序確定序位：1.無調(diào)理才干的風(fēng)能、太陽能、海洋能、水能等可再生能源發(fā)電機(jī)組；2.有調(diào)理才干的水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉窗l(fā)電機(jī)組和滿足環(huán)保要求的渣滓發(fā)電機(jī)組；3.核能發(fā)電機(jī)組；4.按“以熱定電〞方式運(yùn)轉(zhuǎn)的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，余熱、余氣、余壓、煤矸石、洗中煤、煤層氣等資源綜合利用發(fā)電機(jī)組；5.天然氣、煤氣化發(fā)電機(jī)組；6.其他燃煤發(fā)電機(jī)組，包括未帶熱負(fù)荷的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組；7.燃油發(fā)電機(jī)組。6.3電力網(wǎng)中的電能損耗6.3.1電力網(wǎng)電能損耗和網(wǎng)損率6.3.2電力網(wǎng)中電能損耗的計(jì)算方法在給定的時(shí)間〔日、月、季或年〕內(nèi)，系統(tǒng)中一切發(fā)電廠的總發(fā)電量同廠用電量之差，稱為供電量。網(wǎng)損率是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要目的。一切送電、變電和配電環(huán)節(jié)損耗的電量，稱為電力網(wǎng)的損耗電量。簡稱網(wǎng)損。在同一時(shí)間內(nèi)，電力網(wǎng)損耗電量占供電量的百分比，稱為電力網(wǎng)的網(wǎng)損率，即6.3.1電力網(wǎng)電能損耗和網(wǎng)損率6.3.2電力網(wǎng)中電能損耗的計(jì)算方法變壓器有功功率損耗鐵損：△P0〔空載損耗〕銅損：3*I2R無功功率損耗固定損耗：△Q0=I%*SNT/100變動(dòng)損耗：3*I2XT各個(gè)損耗公式參考教材P43、P84電力網(wǎng)中功率損耗：線路有功功率損耗：3*I2RWL無功功率損耗：3*I2XWL〔電抗〕，-(BU2)/2(電納〕輸電線路和變壓器中的電能損耗可分為兩部分：電能損耗=有功功率損耗*時(shí)間變動(dòng)的電能損耗：在元件電阻上產(chǎn)生的電能損耗，這部分損耗與經(jīng)過元件的功率有關(guān)固定的電能損耗：與施加于元件的電壓有關(guān)的變壓器鐵芯損耗和線路產(chǎn)生電暈耗費(fèi)的電量，如忽略電壓變化對(duì)鐵芯損耗的影響，忽略電暈耗費(fèi)的電量，這部分損耗可看作是固定的。變動(dòng)的電能損耗的計(jì)算，通常有兩種常用的方法，即最大負(fù)荷損耗時(shí)間法和等值功率法。最大負(fù)荷損耗時(shí)間法一段時(shí)間t內(nèi)，線路電阻中的電能損耗為線路向一個(gè)集中負(fù)荷供電.式中，S的單位為kVA，U的單位為kV。假設(shè)時(shí)間那么為一天的電能損耗；假設(shè)那么為全年的電能損耗。最大功率損耗時(shí)間的意義設(shè)假設(shè)面積與一矩形面積相等，并令矩形的高等于，那么矩形的底用表示，電能損耗可表示為線路向一個(gè)集中負(fù)荷供電.稱為最大負(fù)荷損耗時(shí)間，也叫最大功率損耗時(shí)間，其意義為：線路中保送的功率不斷為最大負(fù)荷功率，在小時(shí)內(nèi)的電能損耗恰等于線路全年的實(shí)踐電能損耗。最大功率損耗時(shí)間的意義表6.2最大負(fù)荷利用小時(shí)與最大負(fù)荷損耗時(shí)間的關(guān)系（h/年）0.80.850.90.951（h/年）200025003000350040004500500055006000650070007500800015001700200023502750320036004100465052505950665074001200150018002150260030003500400046005200590060007350100012501600200024002900340039504300510058006550735080011001400180022002700320037504350500057006500730070095012501000200025003000360042004850560064007250線路上有幾個(gè)集中負(fù)荷時(shí)線路總的電能損耗等于各線段電能損耗之和，即圖6.10有3個(gè)集中負(fù)荷的供電網(wǎng)絡(luò)式中:分別為線路各段的最大負(fù)荷功率；分別為各線段的最大負(fù)荷損耗時(shí)間。假設(shè)知各點(diǎn)負(fù)荷的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，各點(diǎn)最大負(fù)荷同時(shí)出現(xiàn)，那么闡明：輸電線路變動(dòng)的電能損耗的計(jì)算，同樣適用于變壓器;即變壓器的電能損耗為:假設(shè)電網(wǎng)中接有n臺(tái)同容量的變壓器并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),那么在一年中的電能損耗為最大負(fù)荷損耗時(shí)間法計(jì)算電能損耗,由于值確實(shí)定是近似的，準(zhǔn)確度低,普通用于電網(wǎng)的規(guī)劃階段。對(duì)于已運(yùn)轉(zhuǎn)電網(wǎng)的電能損耗計(jì)算,常采用等值功率法〔略〕。6.3有一電力網(wǎng)負(fù)荷曲線如下圖，知，R=12，平均功率因數(shù),試用最大功率損耗時(shí)間法計(jì)算一年內(nèi)的電能損耗。例6.3的電力網(wǎng)負(fù)荷曲線例6.4變電所低壓母線上的功率為40MW，.試求線路及變壓器中全年的電能損耗。線路和變壓器的參數(shù)如下：線路〔每回〕：變壓器〔每臺(tái)〕：例6.4的輸電系統(tǒng)及其等值電路6.4降低電力網(wǎng)電能損耗的措施6.4.1提高負(fù)荷的功率因數(shù)6.4.2提高電力網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的電壓程度6.4.3改動(dòng)電力網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式6.4.4對(duì)原有電網(wǎng)進(jìn)展技術(shù)改造電力網(wǎng)的電能損耗不僅耗費(fèi)一定的動(dòng)力資源，而且占用部分發(fā)電設(shè)備容量。因此降低網(wǎng)損是電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)重要義務(wù)。6.4.1提高負(fù)荷的功率因數(shù)<供電營業(yè)規(guī)那么>：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)頂峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)到達(dá)下例規(guī)定：100kV?A及以上高壓供電的用戶，功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上〞。功率因數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響：總電流添加電能損耗添加電壓損耗添加供電設(shè)備利用率降低電力系統(tǒng)的負(fù)荷中，異步電動(dòng)機(jī)占相當(dāng)大的比重，它所需的無功功率與有功功率的關(guān)系為:異步電動(dòng)機(jī)所需的無功功率由兩部分組成:受載系數(shù)降低，使得功率因數(shù)降低。第一部分是建立磁場所需的空載無功功率，約為的60％～70％，與受載系數(shù)無關(guān)；第二部分為繞組漏抗中耗費(fèi)的無功功率，與受載系數(shù)的平方成正比。提高負(fù)荷的功率因數(shù)的措施：使異步電動(dòng)機(jī)與所拖動(dòng)的機(jī)械功率配套，防止“大馬拉小車〞的景象。同步電動(dòng)機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)，〔由于同步電動(dòng)機(jī)不僅可以不需求系統(tǒng)供應(yīng)無功功率，還可以運(yùn)轉(zhuǎn)在過勵(lì)磁形狀向系統(tǒng)發(fā)出無功功率，從而提高負(fù)荷的功率因數(shù)〕。電力網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)盡量提高運(yùn)轉(zhuǎn)電壓程度，以降低功率損耗和電能損耗。對(duì)于變壓器，提高電力網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，變壓器繞組中的銅損減小，但是，鐵損就相應(yīng)地添加。對(duì)于變壓器的鐵損在網(wǎng)絡(luò)總損耗中所占比重小于50％的電力網(wǎng)，適當(dāng)提高電力網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓可以降低網(wǎng)損，對(duì)于變壓器鐵損所占比艱苦于50％的電力網(wǎng)，情況正好相反，此時(shí)宜適當(dāng)降低運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，如6～10kV的鄉(xiāng)村配電網(wǎng)絡(luò)。6.4.2提高電力網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的電壓程度閉式網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)功率分布沒有施加任何調(diào)理和控制手段，由線路阻抗決議的功率分布，稱自然功率分布。6.4.3改動(dòng)電力網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式圖6.13環(huán)形網(wǎng)絡(luò)閉式網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)功率分布當(dāng)閉式網(wǎng)內(nèi)功率按各段電阻分布時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)有功功率損耗最小，這樣的功率分布，稱為經(jīng)濟(jì)功率分布。電網(wǎng)內(nèi)功率損耗最小時(shí)的功率分布為:閉式網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)功率分布對(duì)于均一網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的自然功率分布就等于經(jīng)濟(jì)分布。在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，裝設(shè)混合型加壓調(diào)壓變壓器〔也叫縱橫調(diào)壓變壓器〕對(duì)于非均一電網(wǎng)，可以采取以下措施，將自然功率分布變?yōu)榻?jīng)濟(jì)分布，使得電網(wǎng)內(nèi)功率損耗最小。在閉式網(wǎng)內(nèi)裝設(shè)串聯(lián)電容器，調(diào)整電力網(wǎng)的電抗，在以限制短路電流或滿足繼電維護(hù)動(dòng)作選擇性要求為目的選擇開環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡能夠兼顧到使開環(huán)后的功率分布產(chǎn)生的功率損耗最小。組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)主要是指：合理選擇變壓器容量，合理選擇變壓器的臺(tái)數(shù)等。當(dāng)n臺(tái)同容量、同型號(hào)的變壓器并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，總的功率損耗為n－1臺(tái)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，總的功率損耗為圖6.15變壓器功率損耗與