電力電量平衡

1、第五節(jié) 電力電量平衡計(jì)算 電力電量平衡是進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本約束條件,下面主要就有功電力平衡問(wèn)題作一下介紹。一、電力平衡分析電力系統(tǒng)的電力平衡主要是研究擁有的發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)能力應(yīng)滿足電力用戶的需要，其計(jì)算內(nèi)容如下。1.電力系統(tǒng)發(fā)電最大負(fù)荷通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)，確定出計(jì)劃期內(nèi)各水平年的電力系統(tǒng)發(fā)電最大負(fù)荷。2.電力系統(tǒng)的需求容量電力系統(tǒng)所需的發(fā)電設(shè)備容量 ，一般應(yīng)滿足系統(tǒng)發(fā)電最大負(fù)荷和電力系統(tǒng)運(yùn)行需要的備用容量（負(fù)荷，事故，檢修）。所謂系統(tǒng)的需求容量,即指滿足負(fù)荷需求的工作容量加上系統(tǒng)需要的備用容量,其表示關(guān)系為Nc = Pm + Nb(3-4) 3.電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量在系統(tǒng)中,水電廠的水庫(kù)在汛期可

2、能有棄水，為利用這部分棄水，有時(shí)在水電廠內(nèi)額外增加一部分容量，這部分容量被稱為重復(fù)容量或季節(jié)容量，用 Nz 表示。但這部分容量并不參加容量平衡，因?yàn)樗窃谪S水期利用棄水來(lái)發(fā)電的，而在枯水期由于水量不足則不能實(shí)現(xiàn)，因此，電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量 Ny 為Ny = Nc + Nz(3-5) 雖然式(3-5)考慮了重復(fù)容量，但在一般情況下，系統(tǒng)所需裝機(jī)容量為系統(tǒng)發(fā)電最大負(fù)荷及備用容量之和。 4.水電廠的裝機(jī)容量水電廠裝機(jī)容量的問(wèn)題是比較復(fù)雜的問(wèn)題，尤其當(dāng)涉及河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)，綜合利用及跨流域補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題，就更復(fù)雜。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，水電廠的裝機(jī)容量主要由工作容量，備用容量和重復(fù)容量三部分所組成。（1）水電廠的工

3、作容量水電廠的工作容量基本決定于它的保證出力。一般情況下,水電廠裝機(jī)容量的確定，要考慮計(jì)劃期水文及河川徑流情況。在枯水期或枯水年進(jìn)行電力平衡時(shí)，若水電廠受下游用水部門(mén)（如航運(yùn)，灌溉，城市及工業(yè)用水等）的限制，則水電廠工作容量的確定，首先要從水電廠保證出力中扣除這部分強(qiáng)制出力，剩余的保證出力再用來(lái)決定水電廠擔(dān)負(fù)的峰荷容量。對(duì)于具有日調(diào)節(jié)以上的水電廠所擔(dān)負(fù)的峰荷容量，可以根據(jù)上述剩余的保證出力所能發(fā)出的日保證電量，并利用日負(fù)荷曲線及累計(jì)曲線來(lái)求出水電廠所擔(dān)任的峰荷容量。通常水電廠的強(qiáng)制出力加上所擔(dān)負(fù)的峰荷容量，就是水電廠枯水期或枯水年的工作容量。(2)水電廠的備用容量水電廠擔(dān)負(fù)備用容量有其起動(dòng)和增

4、減負(fù)荷迅速，能量損失少，補(bǔ)充裝機(jī)費(fèi)用便宜，以及豐水期可以用來(lái)發(fā)電以節(jié)約系統(tǒng)的燃料消耗等優(yōu)點(diǎn)。所以水電廠宜于承擔(dān)系統(tǒng)的事故、負(fù)荷及周波備用，但前提是需要設(shè)有部分備用庫(kù)容才能實(shí)現(xiàn)。但水電廠在規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,應(yīng)承擔(dān)多大備用容量，則要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況和水電廠本身的條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證來(lái)確定。一般在水電比重較大的系統(tǒng)中，每個(gè)水電廠的備用容量就要小些，而距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)的水電廠，并不希望設(shè)置較大的備用容量。在實(shí)際應(yīng)用中,水電廠的備用容量常用一個(gè)庫(kù)容系數(shù)來(lái)近似估計(jì)。（3）水電廠的重復(fù)（季節(jié)）容量水庫(kù)調(diào)節(jié)性能較差的水電廠，在洪水期要損失大量水能，如果多裝機(jī)，就可得到許多廉價(jià)的電能，以節(jié)約系統(tǒng)的燃料消耗，

5、這時(shí)對(duì)能源的節(jié)約具有重要意義。但這種利用季節(jié)性電能的方式，需要花費(fèi)一定的資金和設(shè)備，其經(jīng)濟(jì)性主要取決于每多裝一千瓦容量對(duì)系統(tǒng)投資的增加和燃料費(fèi)用的節(jié)約所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效果如何。 需要指出:重復(fù)容量是指水電廠在洪水期為充分利用水能發(fā)電,而少棄水所增設(shè)的一部分容量。這樣便可以減少同期火電廠的負(fù)擔(dān),但它在枯水期又不能實(shí)現(xiàn),即該容量不能作為水電廠的工作容量長(zhǎng)期替代火電廠的出力,因此也就不能減少火電廠的裝機(jī)容量,故稱為重復(fù)容量。一般在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中,確定水電廠的裝機(jī)容量并不單獨(dú)計(jì)算備用容量和重復(fù)容量,而是用一個(gè)容量擴(kuò)大系數(shù)來(lái)估算,這個(gè)系數(shù)取值在1.1-1.3之間。即確定出水電廠的工作容量后,再乘以擴(kuò)大系

6、數(shù)就是水電廠的裝機(jī)容量。當(dāng)然,具體要通過(guò)水能利用及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證確定。5.火電廠的裝機(jī)容量 電力系統(tǒng)火裝機(jī)容量為系統(tǒng)總裝機(jī)容量減去水電廠裝機(jī)容量和其他能源的裝機(jī)容量。火電廠容量包括熱電廠裝機(jī)容量和凝汽式電廠裝機(jī)容量。其中,熱電廠容量的確定,主要取決于熱負(fù)荷的大小及其分布的均勻程度,具體通過(guò)熱化系數(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。因此,確定熱電廠容量,一般先初選幾個(gè)熱化系數(shù)值,然后分析在滿足熱負(fù)荷條件下,使燃料消耗達(dá)最小的原則來(lái)估算裝機(jī)容量。關(guān)于凝汽式電廠容量選擇確定,實(shí)際是個(gè)輸煤與輸電方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較問(wèn)題,對(duì)于較大系統(tǒng)一般按容量-費(fèi)用曲線進(jìn)行估計(jì),即繪制:電廠年費(fèi)用/KW和輸電年費(fèi)用/Km兩條曲線,然

7、后綜合研究來(lái)確定。電力系統(tǒng)現(xiàn)有實(shí)際可用容量為系統(tǒng)現(xiàn)有裝機(jī)容量扣除計(jì)劃期的受阻容量,備用和退役容量。受阻容量是指由于設(shè)備缺陷，設(shè)備不配套，水文及河川徑流變化，燃料供應(yīng)不足等限制因素的影響，在計(jì)劃期內(nèi)不能發(fā)揮作用的發(fā)電設(shè)備容量。而退役容量是指由于設(shè)備陳舊，服務(wù)期滿，計(jì)劃期將拆除的發(fā)電設(shè)備容量。 因此,簡(jiǎn)單的電力平衡盈虧計(jì)算即為同一時(shí)刻系統(tǒng)實(shí)際出力 Nsc 與系統(tǒng)最大用電負(fù)荷 Pmax 的代數(shù)和,如下式表示其理想情況是 = 0 恰好供求平衡,但一般為： 0 供大于求，此時(shí)要調(diào)整運(yùn)行方式；而 0 供不應(yīng)求,此時(shí)要調(diào)整負(fù)荷分配此外，在電力平衡中，還涉及確定系統(tǒng)內(nèi)各類電源逐年裝機(jī)容量；確定系統(tǒng)間輸入，輸出

8、容量和電量；以及無(wú)功平衡分析等。電力平衡常編制成平衡表的方式進(jìn)行供需平衡分析，這種方式有利于指導(dǎo)運(yùn)行方式的調(diào)整，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。電力平衡表的格式如表3-1所示。表3-1 規(guī)劃區(qū)電力電量平衡表 單位：電力kW，電量kWh表3-1 規(guī)劃區(qū)電力電量平衡表 單位：電力kW，電量kWh序號(hào)項(xiàng)目年年年備注電力 電量電力電量電力電量（1） （2）（3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） （11） （12）規(guī)劃區(qū)最大負(fù)荷及用電量 發(fā)電設(shè)備容量和發(fā)電量 1.現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備及發(fā)電量 其中：水電 火電 2.新增發(fā)電設(shè)備及發(fā)電量 其中：水電 火電 受阻容量 備用容量（事故、檢修、負(fù)荷備用）

9、 實(shí)際發(fā)電容量及發(fā)電量 廠用電負(fù)荷 實(shí)際供電容量及供電量 網(wǎng)損負(fù)荷及電量 購(gòu)入容量與輸出負(fù)荷 實(shí)際可用容量及供給電量 電力盈虧 備用率（） 二、電量平衡分析電力系統(tǒng)的電量平衡中，水電廠的發(fā)電量采用平水年的電量，但必須按枯水年電量進(jìn)行校驗(yàn)。（1）確定(預(yù)測(cè))電力系統(tǒng)的需要發(fā)電量。（2）按枯水年及平水年計(jì)算出電廠的年發(fā)電量，電量平衡中用平水年的電量進(jìn)行平衡，用枯水年的電量進(jìn)行校核。（3）將系統(tǒng)需要的發(fā)電量減去水電廠發(fā)電量及其他電源發(fā)電量，即為系統(tǒng)火電發(fā)電量。（4）根據(jù)火電年底裝機(jī)容量和當(dāng)年新增容量，計(jì)算出火電年平均裝機(jī)容量。（5）火電年發(fā)電量除以火電年平均裝機(jī)容量，即得火電裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)。電量平衡

10、通常也用表格形式進(jìn)行分析計(jì)算 三、無(wú)功電力平衡無(wú)功功率平衡是維持和保證電壓質(zhì)量的基礎(chǔ)，一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)各樞紐點(diǎn)及主要環(huán)節(jié)的電壓是否合格是衡量系統(tǒng)無(wú)功平衡的主要判據(jù)。在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，進(jìn)行無(wú)功平衡的主要目的是合理確定規(guī)劃期各類電源容量及配置方式。無(wú)功負(fù)荷預(yù)測(cè),一般是根據(jù)預(yù)測(cè)的最大的有功負(fù)荷來(lái)估算的。按規(guī)劃區(qū)的自然功率因數(shù)，可求得其最大無(wú)功負(fù)荷為(3-6)其中 自然功率因數(shù)角，kvar ；當(dāng) = 0.6時(shí)， = 1.33 。 電源所提供的無(wú)功出力加上已有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的容量應(yīng)能滿足最大無(wú)功負(fù)荷加備用所需，如果不足即需添置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。 其平衡表如表3-2。表3-2 規(guī)劃區(qū)電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡表單位：有功kW，無(wú)功kvar 項(xiàng)目年年年（1）全網(wǎng)有功最大負(fù)荷 （2）全網(wǎng)無(wú)功最大負(fù)荷 （3）需要無(wú)功備用容量 （4）全網(wǎng)需無(wú)功設(shè)備總?cè)萘?（5）系統(tǒng)無(wú)功電源 其中：1.系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)可調(diào)無(wú)功出力 2.現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量 （6）需要新增無(wú)功容量   在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃中,尤其重視無(wú)功電力平衡分析,這涉及電壓質(zhì)量問(wèn)題,由于在農(nóng)村電力網(wǎng)中，存在大量小型異步電機(jī)及小型配電變壓器消耗了大量無(wú)功功率，加上配套不良及使用管理薄弱，輕載、空載現(xiàn)象較多，農(nóng)村電力的自然