電力系統(tǒng)分析經(jīng)濟(jì)調(diào)度總結(jié)

第八 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào) 約生產(chǎn)費(fèi)用（主要是費(fèi)用。為此首先要了解發(fā)電設(shè)備的能源特性，或稱耗量特性，其PGQG及電壓等其它運(yùn)行2G料可折算為每小時(shí)消耗的含熱量為7000千卡/千克的標(biāo)準(zhǔn)煤噸數(shù)或用相應(yīng)的費(fèi)用表示，單位為T/h（噸/小時(shí)）或Y/h(元/小時(shí))。Wm3/s（立方米/秒。一般電站量為：TWjT0wj T 或μ=W/P。而當(dāng)耗量特性坐標(biāo)單位相同時(shí)，它的倒數(shù)就是發(fā)電設(shè)備的效率η。內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值，即λ=ΔF/ΔP=dF/dP或λ＝ΔW/ΔP=dW/dP。8-1m點(diǎn)。顯然，該點(diǎn)比耗量的如圖8-2所示。mm圖8- 比耗量μ、效率η、和耗量微增率λ的變 為最優(yōu)。其中，x為狀態(tài)變量，u為控制變量，dmin m

式中，PGimin、PGimaxi有功出力下限和上限，QGimin、QGimax為其無(wú)功出力下限和 n為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)，Ukmin、Ukmax為節(jié)點(diǎn)k的電壓幅值下限和上限；T0wjdtW m

m

將其轉(zhuǎn)化為無(wú)約束條件的極值問(wèn)題。引入日乘子λ，則新的目標(biāo)函數(shù)為

L

LL

L

LL

FmdFm

iPGImax（PGIminPGI固定為相應(yīng)的限值，總負(fù)荷中減去越限電廠承擔(dān)的負(fù)荷，然后對(duì)②計(jì)算日乘子 性，然后便可以由其查得當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷為PD的微增率λ，從而確定各電廠承擔(dān)的負(fù)荷?！纠?-1】某電力系統(tǒng)由三個(gè)火電廠組成，其耗量特性分別為 T/h， 80≤PG1≤150MW；F2=0.0004PG22+0.32PG2+4.5T/h，100≤PG2≤300MW；F3=0.00045PG32+0.3PG3+3.5T/h，100≤PG3≤300MW；不計(jì)網(wǎng)損。1)求當(dāng)總負(fù)荷為700MW時(shí)各個(gè)發(fā)電廠間有功負(fù)荷的最優(yōu)分配。2)若三個(gè)電廠所用價(jià)格分別為100、110和90元/噸，按電能成本分配負(fù)荷。λ=[2PD+Σ(bi/ai)]由式（8-17）PG1=(0.5357－0.3)/(2×0.0007)=168.39MW0.32)/(2×0.0004)=269.68MW0.3)/(2×0.00045)=261.93從 λ1=dF1/dPG1=0.0014PG1+0.3，0.412≤λ1≤0.51；λ2=dF2/dPG2=0.0008PG2+0.32，0.40≤λ2≤0.56；λ3=dF3/dPG3=0.0009PG3+0.3，0.39≤λ3≤0.57；λ=0.39PDΣ=280MWλ=0.42時(shí)，前兩個(gè)發(fā)電廠仍按下限發(fā)電，但PG3=(0.42－0.3)/((2×0.00045)=111.11MW

100 100200300 100200 6007008-38-1圖解法分配負(fù)荷C1=100×F1=0.07P2+30PG1+400元/h， C2=110×F2=0.044P2+35.2PG2+495T/h，100≤PG2≤300MW；C3=90×F3=0.0405P2+27PG3+315T/h，100≤PG3PG1=150MWPG2=215.09MWPG3=334.91MW用水量條件下，使系統(tǒng)中火電站的費(fèi)用為最小。 MinFTFit i=1,2,……, i1等約束，一是在任一時(shí)間t功率應(yīng)平衡 T0wjtdtWjT Ts可將時(shí)間段T分為若干個(gè)小時(shí)間段，即T k kk

ks

0k1,2,L,

wjttkWjT0j1,2,L,

kk

FTFitki1k

Fitktk k PGitk PGHjtkPDtk WjtktkWjTi1k k k式中，λk為時(shí)間tk火電廠的日乘子。由于各時(shí)刻負(fù)荷不同，故λk也不相同。λHj為水電廠j的日乘子，在0→T時(shí)間內(nèi)可用同一數(shù)值，但不同水電站則不相同。kk

即

0，L/Hj

ktkk

tt

PGitkPGHjtkPDtk

WjtktkWjTk 為i火電廠

kkk

式中，λk為tk時(shí)刻火電廠的日乘子。λHj稱為水煤換算系數(shù)，其物理意義為1m3的水個(gè)系數(shù)λHj后就折算成了系統(tǒng)全為火電廠時(shí)的等微增率準(zhǔn)則。jj負(fù)荷，得出水電站的日負(fù)荷曲線。再按負(fù)荷曲線求出其日用水量Wj(0),將W0)與給定的日用WjT作比較。若比給定的小，則應(yīng)減小λHj值，反之則要增大λHj值。經(jīng)若干次試探j(luò)j后，就可以求出正確的

k次試探值

HHWj(k)WjT（ε為給定的小正數(shù)（即各水電廠、火電廠負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配結(jié)果【8-2F=0.0003PT2+0.4PT+3≤PT≤600MWW=0.0015PH2+0.8PH+2m3/h，100≤PT≤450MW。水電廠給定的試確定火電廠和水電廠間有功負(fù)荷的最優(yōu)分配。取ε=10-5×107m3。

kk

0.0007PT+0.4=λHPT=(0.8λH-PH=(0.4-0.8λH2）確定水煤換算系數(shù)的初值TT173.6111=0.0015PHav2+0.8PHav求 PHav=164.0529dF/dPTav=0.0007PTavdW/dPHav=0.003PHav ⑦從而λ(0dF/dP)/(d 3)將λ(0)P 0~8 8~18時(shí)PD=700MW，PT2(0)=483.5966MW，PH2(0)=216.4034時(shí)+(0.0015×216.40342+0.8×216.4034+2)+(0.0015×153.58942+0.8×153.5894+2) ×1075)ε0WT(0)W>0，故應(yīng)增大λHλ(1)=0.52PH1(1)=101.3274MW，PH2(1)=209.7345 MW，PH2(2)=151.1151MW，相應(yīng)總耗水量 ×107m3。增大λH，當(dāng)取λH=0.51415 <PH1=104.2075MW，PH2=213.4630MW，PH3=151.0312PT1=245.7925MW，PT2486.5370MW，PT3=348.9688MW因此在計(jì)算經(jīng)濟(jì)功率分配時(shí)，必須考慮這部分損耗PL，亦即應(yīng)采用計(jì)及線損后的電廠經(jīng)濟(jì)功率分配。為了討論方便起見(jiàn)，可將水電廠以λHj來(lái)折算成火電廠，不再分開考慮。m目標(biāo)函

m

L

(1PL)得

(1PL

)Fi )

Gi Gi微增率Fi(或dFi)用1/(1PL)作修正，得出新 費(fèi)用微增率λ。PL稱為網(wǎng) Loss(1-

（四）1B TPL[Re(U

Ik)]Re(U

Ik)Re( 網(wǎng)損PL又是網(wǎng)絡(luò)復(fù)功率損耗SL的實(shí)部SL

T LS L DIDIDj為總負(fù)荷電流，D

ID

LI

]T[l1

L

]]

GIDIGIGi 則負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流矢量I&D可用發(fā)電廠節(jié)點(diǎn)的注入電流矢量I&GG&GG

C&

式中CllLl]T[11L1]為I&和I&D×G1 G節(jié)點(diǎn)注入電流矢量III

&G

S

TCZC1 T G i i=1,2,…, SiPi設(shè)φi為功率因數(shù)角，Qi可表示為Qi=Pitgφi，則 i=1,2,…,GI&1jtgi i&C2i i S TT PCCZC1C2PP(BjB BjB

ZC1

P Q BRe(CTCTZ12 BB系數(shù)不是常數(shù)，而是與系B系數(shù)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，若網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化不大，通常可以近似采用一套B系數(shù)。例如對(duì)應(yīng)一天負(fù)荷曲線BB系數(shù)適用于一定范圍，可以簡(jiǎn)化網(wǎng)損微增率的計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是需的B系數(shù)非常多，此外運(yùn)行狀況偏離B系數(shù)的計(jì)算條件時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。直流潮流B系數(shù)法ij中的有功功率損耗為PI2R

2R i ij R2X (U2U22UUcos 設(shè)

(ij)2gij2 2jg

2 ij ij 2PLi2

jgij PBB1P

PLPTXT 式中，PT[P ]，X=B-1,B為僅有支路電抗形成的節(jié)點(diǎn)電納矩陣，并以節(jié)點(diǎn)平衡 ITLPL/P2XT 利用直流潮流B系數(shù)法進(jìn)行有功負(fù)荷最優(yōu)分配的步驟如下：[P(b/2a)]/(1ITLi [(1ITL)b]/(2a

圖8- 例8-3系 ij54534342413221iU10020034500 C3=60P2+200P+140元/小時(shí)C4=75P2+150PG4+120元/小時(shí)C5=70P2+180PG5+80 iU11.0303∠-0021.0413∠-0031.0439∠-41.0564∠-5002）B系數(shù)法計(jì)算各發(fā)電廠的ITL。G

2.500YB4×4階。B得

8.33335.55565.5556 XB1

0.45PGT=[000.3

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于 PG5=0.4910

CCi=720.9517元/在滿足系統(tǒng)總負(fù)荷、運(yùn)行安全和供電質(zhì)量的前提下系統(tǒng)總耗量最小。其目標(biāo)函數(shù)為 t1

i式中，T為研究周期內(nèi)劃分的時(shí)段數(shù)；N為系統(tǒng)中可用發(fā)電機(jī)組總數(shù)；uiti在時(shí)t-1時(shí)已連續(xù)停機(jī)的時(shí)間；Fi(Pit)iFi(Pit)=aP2+biPit+ci，ibi和ci為給定常數(shù)；Fsi(it1

為機(jī)組i在時(shí)段t投運(yùn)時(shí)的啟動(dòng)耗量，取iFsi(it1KiB(1ei0，Ki、Bi和τi0KiN

Pdt t NSit

t

Piuit(PitSit)uitPi i1,2,L,N;t i1,2,L,N;t i1,2,LN;t i1,2,L,N;t SituitSimax i1,2,L,N;t 查前k臺(tái)機(jī)組的最大出力之和及最小出力之和表格，選擇出滿足該時(shí)段系統(tǒng)負(fù)kλk，將其與第(k+1)臺(tái)機(jī)組的最小臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，重新計(jì)算，直到對(duì)某個(gè)n，滿足λn≤μmin(n+1)，則取前n臺(tái)機(jī)組投運(yùn)。時(shí)段t=t+1，如果t>T，則結(jié)束，輸出各時(shí)段機(jī)組啟停結(jié)果；否則，轉(zhuǎn)（4。1~2.5%，其相對(duì)值雖不大，但絕對(duì)值卻相當(dāng) minΔPL=f（P1，P2，……，Pn，Q1，Q2，……Qn）=f（Pi，Qi） 其中i=1，2，……，n；n為節(jié)點(diǎn)數(shù)。 QGjQDiQL QGj LPL(QGjQDiQL LPL(1QL)

LPL(1QL)

以 QGjQDi PL/(1QL)

PV節(jié)點(diǎn)處的電壓與QDi值并計(jì)算潮流。 補(bǔ)償設(shè)備自身的能耗費(fèi)。從而由于裝設(shè)補(bǔ)償設(shè)備Qci所取得的年經(jīng)濟(jì)效益為

Ceik

c c即Cei/Qci 用Cei(Qci)時(shí)應(yīng)取年平均負(fù)荷。第三節(jié)減少網(wǎng)損的其他技術(shù)措施一、&S S2S&S3圖8- 環(huán)形網(wǎng) aiS&S&Zi/Zai

PL3I2R(RS2/U2{R(P2Q2)R[(PP)2(QQ)2 R[(PPP)2(QQQ)2 PL2[RPR(PP)R(PPP)]/V2 12

iiS&S&R/ii

大于經(jīng)濟(jì)分布時(shí)。但對(duì)于均勻網(wǎng)絡(luò)，即各支路阻抗角相等的網(wǎng)絡(luò)，二者相等。因 aiii aiiiaa

&

U

jE)/(RjX

X)j(EcxX

Ecy

2X2電力網(wǎng)絡(luò)中RX，因此有 S&U(EjE) Ecx產(chǎn)生。這正是由電力系統(tǒng)中有功無(wú)功間的近似解耦特性決定的：橫向附如網(wǎng)絡(luò)中變壓器鐵耗所占的大于網(wǎng)損的50%，則需適當(dāng)降低電壓的運(yùn)行水平。負(fù)荷率 kP/100(P/1000)S2/(kS2 T(k (k1)P/100(P/1000)S2/[(k1)S2T(k Scr 際操作時(shí)，還應(yīng)考慮不應(yīng)使變壓器頻繁投切而影響其使用。允流平均最高溫度異于25℃時(shí)，安全電流應(yīng)乘以溫度修正系數(shù)，其也可在手冊(cè)中查到。高電壓線路，導(dǎo)線截面不應(yīng)小于35mm2。使其上的電壓損耗不超過(guò)額定電壓的5%，以保證用戶的電壓質(zhì)量。8-2列出了我國(guó)現(xiàn)行的經(jīng)濟(jì)電流密度值。 30005000鋁銅經(jīng)濟(jì)電流密度σe就可以得到導(dǎo)線的截面為對(duì)110~220kV線，主要依據(jù)是經(jīng)濟(jì)電流密度，并應(yīng)校驗(yàn)允流量及電暈；對(duì)330kV及以上電壓等級(jí)線路，主要依據(jù)是電暈。 電能不易，電能的生產(chǎn)、輸送、分配以及轉(zhuǎn)換成其它形態(tài)能量的過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行工產(chǎn)，在系統(tǒng)內(nèi)完成發(fā)電、輸電、系統(tǒng)控制（調(diào)度/平衡/組織運(yùn)營(yíng)輸控由輸具的，而在發(fā)電和供電環(huán)節(jié)則可以打破引入競(jìng)爭(zhēng)，通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到資源的最優(yōu)配置。當(dāng)前，電力工業(yè)在全世界范圍內(nèi)正發(fā)生著深刻的變化。從20世紀(jì)80年始，以英的管理模式，通過(guò)電力企業(yè)和民營(yíng)化以及電力工業(yè)的重組，實(shí)現(xiàn)廠網(wǎng)分開，發(fā)后，澳大利亞、新西蘭、阿根廷、以及其他歐洲國(guó)家都相繼開始了電力工業(yè)的體制改電力工業(yè)的目標(biāo)在于提高電力生產(chǎn)效率，使電價(jià)形成機(jī)制合理化，提供高質(zhì)量、市場(chǎng)化是電力工業(yè)體制的深刻，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃帶來(lái)巨大的。在。電力市場(chǎng)是采用法律、、經(jīng)濟(jì)等，本著公平競(jìng)爭(zhēng)、自愿互利的原則，對(duì)電力賣電力、提供信息、融通的功能。的執(zhí)行系統(tǒng)，包括系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。電力市場(chǎng)的基本特征是：開放性、競(jìng)爭(zhēng)性、計(jì)劃性和協(xié)調(diào)性。與傳統(tǒng)的的電力系 電力市場(chǎng)采用經(jīng)濟(jì)管理和協(xié)調(diào)各成員行為，電價(jià)是體現(xiàn)管理思想的重要工具。確Pricing市場(chǎng)供給除受電價(jià)P、發(fā)電成本C(含費(fèi)、水費(fèi)、材料費(fèi)、人工工資、基本折舊、修理費(fèi)、等)影響外，還受輸電服務(wù)費(fèi)W、投資利潤(rùn)π、國(guó)家T等影響，用Qs表示Qs= Qd= 8－68－6EQePe。設(shè)負(fù)荷成本，則可用表示為 MCMRdTRdPQ d d 改變量。這是因?yàn)殡娏ζ髽I(yè)是密集型的行業(yè)，當(dāng)系統(tǒng)需要根據(jù)總成本最小和限制停電損 式中，PK(t)Kt的實(shí)時(shí)電價(jià)，γF為發(fā)電微增損耗成本，γM為發(fā)電微增發(fā)電收支協(xié)調(diào)，ηRK為網(wǎng)絡(luò)收支協(xié)調(diào)。網(wǎng)絡(luò)微增損耗成本ηt)是由輸、配電過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)損耗和網(wǎng)絡(luò)引起的。由電價(jià)可能是不同的。發(fā)電供電質(zhì)量γt)和網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量ηt)是由發(fā)電或輸電短缺引起的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量或網(wǎng)絡(luò)輸電量不能滿足用戶需求時(shí)，γQt和Qt)γt和網(wǎng)絡(luò)收支協(xié)調(diào)此時(shí)段的運(yùn)行費(fèi)、維修費(fèi)及合理的投資回報(bào)與稅賦之和。由于電力已成為工農(nóng)業(yè)和人民生活不可替代的二次能源，電價(jià)與國(guó)計(jì)民生關(guān)，PtPdP (QQ d P (QQ d 本曲線MC、需求曲線的關(guān)系如圖8-7所示。8-7實(shí)時(shí)電價(jià)應(yīng)按Pt直線右下方MC曲線定價(jià)，過(guò)Pt控制曲線。Pt控制線的斜率dP/dQdP/dQ的大小可根據(jù)國(guó)家不同時(shí)期的（一）電力市場(chǎng)的階段性目場(chǎng)化的目標(biāo)需要分階段逐步實(shí)現(xiàn)。電力市場(chǎng)的階段性目標(biāo)可用表8-1表示。 （single（Whole（Retail（二）電力市場(chǎng)的基本模當(dāng)前世界各國(guó)的市場(chǎng)模式大致分為兩個(gè)基本類型：聯(lián)營(yíng)（Pool）模式和雙邊模式（BilalTradesModel。1電力聯(lián)營(yíng)體（Pool）模式也稱為總量市場(chǎng)化模型。在這種模式下，一切電力必須在聯(lián)營(yíng)體內(nèi)進(jìn)行。Pool模式最大的特點(diǎn)是將電網(wǎng)看作電能的中心，所有發(fā)以及所有系統(tǒng)操作員（ISO）控制全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的調(diào)度運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。聯(lián)2、雙邊模雙邊模式（BilalTradesModel）下，發(fā)與用戶之間不通過(guò)電力中心進(jìn)行電能，而是直接簽訂合同進(jìn)行彼此電量及價(jià)格的。ISO收到合同所規(guī)定的電量信息后，確保全網(wǎng)存在足夠的輸電容量使該合同得以實(shí)施。如果發(fā)現(xiàn)合同中的電能不能滿足約束條件，則ISO將信息反饋給合同雙方，要求修改合同內(nèi)容。如果滿足網(wǎng)絡(luò)安全約束條件，ISO負(fù)責(zé)進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行。該模式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠按照雙方的意愿，滿易雙方對(duì)于價(jià)格、電量以及穩(wěn)定性的要求。雙邊模式一般不單獨(dú)存在，而是與Pool模式共存，組成存在雙邊合同的聯(lián)營(yíng)體模 l是各國(guó)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式的趨勢(shì)。在雙邊合同的聯(lián)營(yíng)體模式下，用戶與發(fā)可是通過(guò)電力中心進(jìn)行電能，或直接簽訂雙邊合同進(jìn)行。實(shí)際市場(chǎng)的運(yùn)行調(diào)度分兩全網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃；而后考慮雙邊合同的影響，由ISO判斷全網(wǎng)安全可靠性是否得到滿足，若不滿足，ISO則要求電力中心或合同雙方對(duì)進(jìn)行修改。ISO向所有市場(chǎng)提供與電力中心的機(jī)組或用戶則按照結(jié)算價(jià)格進(jìn)行結(jié)算。易市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、實(shí)時(shí)（平衡）市場(chǎng)幾種。2）與市場(chǎng)：是合約的，是一種權(quán)力的。一方面，中心將通過(guò)日前電能市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)制定大致可行的最優(yōu)計(jì)劃，網(wǎng)公司可以有計(jì)劃地組織電力生產(chǎn)和，確保系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，為電力用戶下面簡(jiǎn)要介紹日前市場(chǎng)的模型和算法。其他市場(chǎng)的模型和算法請(qǐng)參閱有關(guān)各發(fā)電機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算的購(gòu)電費(fèi)用FB最低。NFM C0M

時(shí)段電量可用功率替代，下同)；i為機(jī)組序號(hào)，i=1，2，…，N；N為機(jī)組總數(shù)；C0M為電網(wǎng)邊際成本；C