电力系统优化运行01

电源模型-水电厂
q-P曲线
dq dp
-p曲线
电源模型-水电厂
• 水电厂输入输出曲线的获得 方法：
1.对水轮发电机进行动力特性试 验，得到非顶水头下的q-P， 从而拟合 2.根据制造厂提供的水轮机模型 试验资料，引水管设计资料， 发电机效率特性资料，算出综 合运行曲线，然后计算q-P曲 线
水轮机综合特性曲线
2
电源模型-水电厂
• 水库模型 dV (t ) i (t ) q (t ) (t ) dt
V (t ) i (t ) q(t ) (t )
水库蓄水量 来水量 放水量 溢漏水量
V (t ) s h(t )
电源模型-水电厂
• 流域模型 一条河流上多个水电厂形成“水耦合系统” 建立流域模型的一般原则： 1.梯级水电厂群
梯级水电厂群
多耦合水系统
电源模型-水电厂
• 水电厂运行的约束条件：
Pmin P Pmax qmin q (t ) qmax q
min
q (t ) (t ) q
max
Vmin V (t ) Vmax
q(t )dt Q
0
t
电力系统优化运行 -第一讲
于娜 副教授 电气工程学院
绪论
• 电力系统的特点
– – – – – 结构复杂而庞大 功率实时平衡 电能不能大量存储 过渡过程迅速且转移能量大（30万kW/s） 电力与国民经济各部门密切联系
电力系统的飞速发展
21世纪 数字电力时代 大电网时代
小电网时代
1882—
孤立发电时代
• 燃料输入-输出功率特性F-P
– 微增费用特性
• 微增输入与输出
– 单位费用特性：
dF -P dP
F • 平均单位费用输入-输出 P
P
电源模P
曲线
电源模型-火电厂
耗量特性（F-P）通常用二次曲线近似表示：
F aP2 bP c 模型获取方法
• 方法一：机组的效率试验确定，准确，操作复杂，费用高。 • 方法二：由机组的运行记录确定：需要准确测量输入的燃料， 需要长时间保持机组有功功率不变。 • 方法三：厂商提供。依赖单位对制造厂的数据，还需要修正。
绪论
• 电力系统优化运行在电力系统分析中的位置 （按时间长短）
– – – – – – – 电力系统规划：（以年为单位，数年或数十年） 检修计划：（以年月为单位） 机组组合或联络线调度：（以周或日为单位） 动态经济调度或负荷经济分配：（日内各时段） 最优潮流：（单个时段，15分钟或30分钟） AGC，AVC，电压无功控制和负荷频率控制： 机电暂态过程和电磁暂态过程：（暂态过程 ）
dVt (t ) i (t ) e a l 1 ql 1 (t l 1 ) ql (t ) l (t ) dt q0 (t ) 0 (l 1, n)
2.多耦合水系统
dVt (t ) a j j il (t ) j e q j (t j ) q j (t ) j (t ) dt jRl q0 (t ) 0 (l 1, n)
电源模型-水电厂
•有效水头模型 上游水位
下游水位 蓄水式电厂 毛水头 有效水头
H 0 y yL
H H0 H y yL H
H aq2
电源模型-水电厂
下游水位近似写成：
y y0 (q )

：溢漏水量
有效水头计算公式：
H (t ) y(t ) [ y0 q(t ) aq (t ) (t )]
电源模型-核电厂
• 核电厂的输入输出特性 会计核算
电源模型-水电厂
• 蓄水水电厂 • 抽水蓄能电厂
电源模型-水电厂
• 蓄水式电厂 1.水轮发电机组输入输出特性
qH P 102
• P：输出功率 • q：放水量 • H：高度
a1G 2 a2G a3 P 2 a4 P a5 0 102 G
• 标准蒸汽量与电功率毛输出之间的关系反映了汽轮发电机组的效 率 • 燃料热量与标准蒸汽量之间的关系反映了锅炉的热效率 • 毛功率与净上网功率之间反映了厂用电率
电源模型-火电厂
总费用F与电功率毛输出P’之间的关系称为输入毛输出关系 去除厂用电，得到 输入-净输出关系 • 三种输入输出关系
– 费用特性
• 燃油、燃煤、燃气电厂 • 核电厂
电源输入输出模型
– 水电厂：
• 蓄水式水电厂 • 径流式水电厂 • 抽水蓄能水电厂 电源输入输出模型+水库模型 整个流域中多个水电厂相互 关系模型
电源模型-火电厂
• 火电厂的输入输出特性
燃料热当量－（锅炉）－高温高压蒸汽量－（汽轮机） －机械能 －（发电机组） －电能－（厂用电） －输送电网
• 课程主要内容
–最优化方法 –负荷经济分配，机组组合 –最优潮流
第一部分电力系统优化运行中的 电源模型
电源模型
• 出于不同的研究目的，电力系统分析中 对电源、电网和负荷这三部分所采用的 模型各有不同（如电力系统稳态分析、 暂态分析、高电压等研究）。
电源模型
• 电源的分类
– 火电厂（热力电厂）：
– 经济方面：任何一个行业都要考虑经济性
• • • • 经济负荷分配可节省燃料0.5-1.5% 机组组合的效益为1-2.5% 网损修正效益为0.05%-0.5% 以京津唐为例
优化类型 负荷经济分配 机组经济组合 网损修正 节约煤量% 0.80% 1.0% 0.05% 年节煤量(吨标煤) 84000 105000 5183 折算成费用(万/年) 285 356 17.6
绪论
• 我国电力系统经济调度的发展概况
– 50年代：京津唐、东北按煤耗微增率原则调度 – 60年代末-70年代：网损修正、水火电经济分 配调度 – 80年代：许多电网实现计算机研究调度计划 – 90年代：安全约束动态经济调度的研究实施 – 2006年：倡导节能调度
绪论
• 经济运行分类
–火电厂经济运行： –水电站经济运行： –核电厂经济运行： –电网经济运行 ： –配电系统经济运行：
电源模型-水电厂
• 经济运行常用多项式模型：
q cij P H
i i 0 j 0
k
T
j
• 简化模型
» Climn-Kirchayer模型
q k (a0 a1H a2 H )(b0 b1P b2 P )
2 2
» Hamilton-Lamont模型
q (b0 b1P b2 P2 )(a0 a1H a2 H 2 )H
绪论
年度系统 规划
月度运行 计划
日前市场 经济调度
实时调度
<15min
不同时间尺度的电力系统优化问题
绪论
• 电力系统优化运行的主要内容
– 有功优化
• • • • 负荷经济分配 动态经济调度 最优潮流 机组组合
– 无功优化
• 无功负荷优化分配 • 无功补偿装置优化配置
– 网络重构（配电网）
绪论
• 电力系统优化运行的意义
我国电力一次系统情况简介
• 基本形成了500KV 和330KV的骨干网 架 • 大电网已覆盖全部 城市和大部分农村 • 以三峡为中心的全 国联网工程开始启 动 • 进入远距离、超高 压、跨地区输电阶 段
绪论
• 电力系统优化运行基本概念
– 所谓经济运行就是在保证电力生产安全、优 质和满足客户用电需求的条件下，采用各种 技术措施和管理措施，提高系统电能质量和 输送效率，尽量降低能源消耗或者生产成本。 – 电力系统优化运行，又称为电力系统优化调 度，电力系统经济运行或经济调度。
– 可持续发展：节能减排
绪论
• 电力系统经济运行研究的发展过程
1.经典经济调度（20世纪60年代以前 ） 20世纪20年代：负荷分配问题 30年代：等微增率 40年代：考虑网损的协调方程 50年代：发电与输电的协调方程 2.现代经济调度（20世纪60年代以前） 60年代：最优潮流（非线性问题） 80年代线性，线性规划 80年代后