電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性講座3_電力電量平衡

1、電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性(第3專(zhuān)題: 電力電量平衡)河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院河海大學(xué)能源與電氣學(xué)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(wèn)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)依據(jù)（如電源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃都要先進(jìn)行電力電量平衡）v計(jì)算電站容量和電量的利用程度?！净A(chǔ)】 規(guī)劃期內(nèi)（即未來(lái)年份）的電力電量平衡一定程度上以負(fù)荷預(yù)測(cè)為

2、基礎(chǔ)?！局饕獌?nèi)容】v電力電量平衡研究的問(wèn)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(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定第5.3.1條，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)編制:v目前到設(shè)計(jì)水平年的逐年電力電量平衡;v遠(yuǎn)景水平年全系統(tǒng)和分地區(qū)的電力電量平衡;必要時(shí)還應(yīng)列出分地區(qū)低谷負(fù)荷時(shí)的電力平衡。電力電量平衡主要分析和研究的問(wèn)題(1)確定電力系統(tǒng)需要的發(fā)電設(shè)備容量，確定規(guī)劃設(shè)計(jì)年度內(nèi)逐年新增的裝機(jī)容量和退役機(jī)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(shè)計(jì)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(yùn)行方式，充分利用水電，使燃料消耗最經(jīng)濟(jì)，并

3、計(jì)算系統(tǒng)需要的燃料消耗量。(5)確定各代表水文年各類(lèi)型電廠的發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)，檢驗(yàn)電量平衡。(6)確定水電廠電量的利用程度，以論證水電裝機(jī)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(kuò)大聯(lián)網(wǎng)及擬定網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行，應(yīng)按逐年控制月份的最大負(fù)荷和水電廠設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)水電廠逐月發(fā)電處理的變化及系統(tǒng)負(fù)荷的變化情況，具體分析確定。 一年中也可能有2個(gè)月份起控制作用，應(yīng)分別平衡。必要時(shí)選擇代表年進(jìn)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(jìn)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(jī)容量、必需容量、工作容量和備用容量組成?！狙b機(jī)容量】系統(tǒng)中各類(lèi)電廠安裝的發(fā)電機(jī)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(jī)總?cè)萘浚垂ぷ魅萘亢蛡溆萌萘恐?。【工作容量】發(fā)電機(jī)承擔(dān)電力系統(tǒng)正常負(fù)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(fù)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(yùn)行而設(shè)置的裝機(jī)容量。【受阻容量】由于各種原因，發(fā)電設(shè)備不能按裝機(jī)額定容量發(fā)電的容量。 備用容量的分類(lèi)v按備用設(shè)備所處狀態(tài)分類(lèi)：熱備用(旋轉(zhuǎn)備用)和冷備用?！緹醾溆?旋轉(zhuǎn)備用) 】 設(shè)備處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，或是空載運(yùn)行，或

5、是帶部分負(fù)荷運(yùn)行。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)超預(yù)測(cè)值的負(fù)荷時(shí)，這種處于運(yùn)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(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷瞬間的快速波動(dòng)及一天內(nèi)計(jì)劃外的負(fù)荷增長(zhǎng)?！纠鋫溆谩?處于完好狀態(tài)的停止運(yùn)行設(shè)備，一旦需要時(shí)立即可以啟動(dòng)投入運(yùn)行。包括火電廠處于壓火、暖機(jī)狀態(tài)下的設(shè)備及水電廠停運(yùn)但仍擔(dān)負(fù)備用任務(wù)的設(shè)備。 它主要為設(shè)備的計(jì)劃?rùn)z修、事故停運(yùn)及系統(tǒng)日負(fù)荷出現(xiàn)額外增長(zhǎng)時(shí)提供必要的補(bǔ)充容量。 v按備用的作用分類(lèi)：負(fù)荷備用、事故備用和檢修備用?！矩?fù)荷備用】 為了適應(yīng)負(fù)荷的瞬時(shí)變化、保證供電質(zhì)量及可靠性而設(shè)置的備用。 由于電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷是環(huán)繞負(fù)荷曲線劇烈而急促的波動(dòng)變化著，并迫使系統(tǒng)周波不斷

6、變化。有時(shí)又將其分為周波備用和負(fù)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(shè)置周波備用。 由于負(fù)載備用是用以滿足日調(diào)度計(jì)劃以外的用電增加的，負(fù)荷預(yù)測(cè)存在誤差，實(shí)際負(fù)荷值往往與預(yù)期值不符，故應(yīng)配置適當(dāng)?shù)呢?fù)載備用容量?！臼鹿蕚溆谩?當(dāng)發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然事故而被迫退出運(yùn)行時(shí)，為了保證電力系統(tǒng)正常連續(xù)供電而需設(shè)置的備用容量。【檢修備用】 為了保證系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組都能按預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行周期性檢修所需設(shè)置的備用。備用容量的確定 確定系統(tǒng)最大負(fù)荷備用容量的方法通常有兩種，即經(jīng)驗(yàn)法和概率性方法?！窘?jīng)驗(yàn)法】 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，按系統(tǒng)綜合的某一百分率來(lái)確定系統(tǒng)中各類(lèi)備用的大小。v負(fù)荷備

7、用：一般取為系統(tǒng)最大負(fù)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(fù)荷的5%10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺(tái)機(jī)組的客量。v檢修備用：視系統(tǒng)年負(fù)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(fù)荷的8%15%，年負(fù)荷曲線越平穩(wěn)的系統(tǒng)，此值越大。 經(jīng)驗(yàn)法優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單、方便因?yàn)樗谙到y(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，雖然沒(méi)有計(jì)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(jì)算的。因?yàn)橐赃\(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，它也易于為運(yùn)行單位接受。但它所確定的備用值不是通過(guò)詳細(xì)的分析計(jì)算，因此這個(gè)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(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到系統(tǒng)和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率指標(biāo)

8、，從而對(duì)系統(tǒng)的可靠性有一個(gè)較為全面和客觀的評(píng)估。 典型概率特征：v機(jī)組的停運(yùn)概率與該機(jī)組容量大小有關(guān)，盡管兩個(gè)方案的百分備用容量相同，但不同的機(jī)組可產(chǎn)生完全不同的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，因此一個(gè)固定的百分備用不能保證各方案有協(xié)調(diào)一致的風(fēng)險(xiǎn)度。v元件原始數(shù)據(jù)中固有的不確定性。由于統(tǒng)計(jì)子樣有限，實(shí)際的元件特性數(shù)據(jù)不是一個(gè)常數(shù)，而是服從某種概率分布的隨機(jī)變量。v負(fù)荷預(yù)測(cè)中的不確定因素。備用的分配存在季節(jié)、負(fù)荷變化這些因素影響。概率性方法與經(jīng)驗(yàn)法比較 采用經(jīng)驗(yàn)法的主要不足之處是沒(méi)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(xué)和準(zhǔn)確的反映電網(wǎng)實(shí)際，根據(jù)設(shè)定的可靠性判據(jù)如電力不足期望值，從發(fā)

9、電能力、計(jì)劃?rùn)z修、故障停機(jī)、負(fù)荷水平及特性等諸多方面來(lái)綜合判斷發(fā)電供應(yīng)的可靠程度，進(jìn)而確定電網(wǎng)備用容量的預(yù)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(yīng)由哪種發(fā)電廠或機(jī)組來(lái)承擔(dān)，應(yīng)考慮各種備用的要求及各類(lèi)電廠或機(jī)組的工作特性，在電廠間進(jìn)行分配?！矩?fù)荷備用容量分配】 考慮到水輪發(fā)電機(jī)效率最大區(qū)是在額定容量的70%90%，它的應(yīng)變能力強(qiáng)，負(fù)載變動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)損失小。因此，由沒(méi)有滿發(fā)的水電廠擔(dān)任負(fù)荷備用最合適。【事故備用容量分配】 可以由水電廠擔(dān)任，也可由火電廠擔(dān)任，一般均由水、火電廠共同承擔(dān)，并參照其工作容量的比例來(lái)分配。分配時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：v調(diào)節(jié)性能良好、靠近負(fù)荷中心的水電廠應(yīng)考慮擔(dān)負(fù)

10、較多的事故備用容量。v擔(dān)任事故備用容量的水電站，必須擁有相應(yīng)的事故備用庫(kù)容作保證。v具有較大水庫(kù)、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(bǔ)事故下耗用的庫(kù)容，事故備用庫(kù)容可以適當(dāng)減少。v日調(diào)節(jié)水電站不能擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的事故備用。v向電站分配事故備用時(shí)，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(dāng)靈活，它一般以冷備用形式存在。 實(shí)際系統(tǒng)中火電機(jī)組的檢修一般安排在夏秋季負(fù)荷低落、水電又是豐水期間，水電機(jī)組檢修則安排在枯水期。當(dāng)檢修備用不足而專(zhuān)設(shè)檢修備用容量時(shí)，一般是設(shè)置在火電廠內(nèi)?！緜溆萌萘糠峙涞囊饬x】將備用分為負(fù)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(shí)確定系統(tǒng)的合理裝機(jī)容量。在運(yùn)行中上述三部分備用容量不是截然分開(kāi)的。系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)有一定的冷、熱備用容量，這些備用既可以擔(dān)負(fù)調(diào)峰調(diào)頻，也可以在事故時(shí)擔(dān)負(fù)負(fù)荷作為事故備用，或者在其他機(jī)組檢修時(shí)投入運(yùn)行作為檢修備用。系統(tǒng)需要的總備用容量，應(yīng)當(dāng)參照上列三種容量之和及系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。備用容量的合理分配電源結(jié)構(gòu)的規(guī)劃【研究問(wèn)題】 研究電力系統(tǒng)的合理電源結(jié)構(gòu)問(wèn)題，主要是研究各類(lèi)型電站發(fā)電容量和電量的合理比例問(wèn)題。在做電力規(guī)劃時(shí)，應(yīng)努力使電力系統(tǒng)內(nèi)電源結(jié)構(gòu)趨于合理。【主要內(nèi)容】 v影響電源結(jié)構(gòu)的因素確定合理電源結(jié)構(gòu)的方法影響電源結(jié)構(gòu)的因素

12、影響一個(gè)地區(qū)或一個(gè)電力系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)的因素很多，概括起來(lái)主要有：v動(dòng)力資源的種類(lèi)、貯量和分布制約電源結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；西南地區(qū)水資源豐富，因此優(yōu)先開(kāi)發(fā)水電是西南地區(qū)電力建設(shè)的方針。v地區(qū)或電力系統(tǒng)電、熱負(fù)荷的需求量，特性及分布影響電源結(jié)構(gòu)布局。如果熱負(fù)荷較大、集中，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，建設(shè)熱電廠是經(jīng)濟(jì)合理的。當(dāng)負(fù)荷率較高時(shí)，大容量經(jīng)濟(jì)性好的火電廠具有很高的經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)負(fù)荷率低，峰谷差大時(shí)，可利用水電站的調(diào)峰優(yōu)勢(shì)。v電源本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性影響電源結(jié)構(gòu)布局。火電的經(jīng)濟(jì)性由于火電成本的上升而下降，水電雖然成本低，但建設(shè)工期長(zhǎng)，一次投資大。v國(guó)家發(fā)電能源政策影響

13、電源結(jié)構(gòu)布局。發(fā)電能源政策的出臺(tái)，勢(shì)必影響各種能源的開(kāi)發(fā)速度與電源結(jié)構(gòu)。國(guó)家資金、物資、器材及勞動(dòng)技術(shù)力量的供應(yīng)能力等影響電源結(jié)構(gòu)布局。確定合理電源結(jié)構(gòu)的方法 確定合理電源結(jié)構(gòu)的步驟：v根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，確定規(guī)劃期內(nèi)各個(gè)規(guī)劃時(shí)段及逐年應(yīng)增加的裝機(jī)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(dòng)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(fù) 荷 增 長(zhǎng) 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(guó)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(fù)荷需要確定建設(shè)的熱電廠的容量。v剩

14、余新增能量在各類(lèi)電廠間的經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)的方法 系統(tǒng)容量在各類(lèi)電廠間的合理分配：根據(jù)各類(lèi)電廠自身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)：v運(yùn)行中需支付燃料費(fèi)用，但其運(yùn)行不易受自然條件的影響。v火力發(fā)電設(shè)備的效率同蒸汽參數(shù)有關(guān)。v發(fā)電設(shè)備有功出力受鍋爐和汽輪機(jī)的最小技術(shù)負(fù)荷的限制。v帶有熱負(fù)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(fù)荷相適應(yīng)的那部分發(fā)電功率是不可調(diào)節(jié)的強(qiáng)迫功率。確定合理電源結(jié)構(gòu)的方法v水力發(fā)電廠的主要特點(diǎn)：v不用支付燃料費(fèi)用

15、，而且水能是可以再生的資源。但其運(yùn)行因水庫(kù)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(jī)的處理調(diào)整范圍較寬，負(fù)荷增減速度相當(dāng)快，機(jī)組的投入和退出運(yùn)行耗時(shí)都很短，操作簡(jiǎn)便安全，無(wú)需額外的損耗。v水利樞紐往往兼有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉、養(yǎng)殖、供水和旅游等多方面的效益。水庫(kù)的發(fā)電用水量通常按水庫(kù)的綜合效益來(lái)考慮安排，不一定能同電力負(fù)荷的需要相一致。確定合理電源結(jié)構(gòu)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(jí)水庫(kù)，在日負(fù)荷曲線的低谷期間，它作為負(fù)荷向系統(tǒng)吸收有功功率，將下級(jí)水庫(kù)的水抽到上級(jí)水庫(kù)；在高峰負(fù)荷期間，由上級(jí)水庫(kù)向下級(jí)水庫(kù)放水，作為發(fā)電廠運(yùn)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(fù)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(yùn)行費(fèi)用小，在運(yùn)行中也不宜帶急劇變動(dòng)的負(fù)荷。反應(yīng)堆和汽輪機(jī)組退出運(yùn)行和再次投入都很耗時(shí)，且要增加能量消耗。確定合理電源結(jié)構(gòu)的方法v結(jié)論 為了合理地利用國(guó)家的動(dòng)力資源，降低發(fā)電成本，必須根據(jù)各類(lèi)發(fā)電廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性，恰當(dāng)?shù)胤峙渌麄兂袚?dān)的負(fù)荷，安排好它們?cè)谪?fù)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(yùn)、供水等其他社會(huì)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(yùn)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(dān)基本負(fù)荷；熱電廠應(yīng)承擔(dān)與熱負(fù)荷相應(yīng)的電負(fù)荷；核電廠

17、應(yīng)帶穩(wěn)定負(fù)荷。它們都必須安排在日負(fù)荷曲線的基本部分，然后對(duì)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(shè)計(jì)中一般用表格法進(jìn)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(jiàn)表1。 表1 系統(tǒng)電力平衡表年說(shuō)明一、最大發(fā)電負(fù)荷全系統(tǒng)計(jì)及同時(shí)率后的用電負(fù)荷加上線損和廠用電的總和二、各類(lèi)電廠工作容量三、各類(lèi)電廠備用容量四、各類(lèi)電廠需要裝機(jī)容量工作容量與備用容量的總和五、各類(lèi)電廠可能裝機(jī)容量系統(tǒng)中實(shí)際可能的裝機(jī)安排容量六、各類(lèi)電廠新增容量需要裝機(jī)容量減去可能裝機(jī)容量七、各類(lèi)電廠受阻容量八、各類(lèi)

18、電廠退役容量每年退出運(yùn)行的機(jī)組容量九、各類(lèi)電廠重復(fù)容量十、火電電力盈虧火電需要容量與實(shí)際可能裝機(jī)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(jì)二、火電廠 1. 火電廠新增容量總計(jì)三、核電廠 1. 核電廠新增容量總計(jì)四、系統(tǒng)新增容量總計(jì)電力電量平衡表編制表3 系統(tǒng)電量平衡表月月合計(jì)合計(jì)年電量年電量（億（億kWkW）裝機(jī)容量裝機(jī)容量（萬(wàn)（萬(wàn)kWkW）年發(fā)電設(shè)年發(fā)電設(shè)備利用小備利用小時(shí)數(shù)（時(shí)數(shù)（h h）說(shuō)明說(shuō)明系統(tǒng)月平均負(fù)荷系統(tǒng)月平均負(fù)荷式中式中 為月平均為月平均負(fù)荷，負(fù)荷， 為月最為月最大負(fù)荷，大負(fù)荷， 為月不均為月不均衡系數(shù)，衡系數(shù)， 為日負(fù)荷為日

19、負(fù)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(xiàng)的系統(tǒng)月平均出力按表中順序計(jì)算，其中凝汽式電廠的月平均出力，為系統(tǒng)月平均負(fù)荷減去水電廠月平均出力及供熱強(qiáng)制出力。v將各月平均出力乘以相應(yīng)的月小時(shí)數(shù)后相加即可得到各類(lèi)電廠的年發(fā)電量，并據(jù)此校驗(yàn)各類(lèi)電廠的利用小時(shí)數(shù)檢驗(yàn)電量是否平衡。一般在電量平衡中，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)按不大于5000h考慮。當(dāng)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(shí)，則應(yīng)計(jì)算棄水電量(可以在負(fù)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