电力系统经济运行及管理第四讲
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少甚至停发电
水力发电厂
水力发电厂分类
– 堤坝式水电厂 – 引水式水电厂 – 抽水蓄能水电厂
水力发电厂
（1）堤坝式水电厂: • 在河床上游修建拦河坝，将水积蓄起来，抬高上
游水位，形成发电水头的方式称为堤坝式。分为： – 河床式 – 坝后式
（1）堤坝式水电厂——河床式
1) 河床式
厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水。
无压引水式电厂
无压引水式水电站
(2) 引水式水电厂
有压引水式电厂
有压引水式水电站
（3）抽水蓄能电厂
• 抽水蓄能电厂是一类特殊形式的水电厂。 • 在电力系统中，它既是电源(发电厂)，又是负荷
(用电设备)。 • 具有高、低两个水池与压力引水建筑物相连，抽
水蓄能水电厂的厂房位于低水池处，大多配备可 逆式水轮机和可逆式发电机。
(1)求电厂负荷为1 20MW时，两台机如何经济分配负荷。
(2)当一台机运行时，电厂负荷在什么范围内采用2号机最经济。
2.2 水电机组间的经济调度
[解] (1)先求两台机组的微增率：
根据等微增率准则：
dQ1 dP1
0.02P1
1.2
dQ2 dP2
0.03P2 1.5
0.02P1 1.2 0.03P2 1.5
（1）堤坝式水电厂——河床式
• 河床式水电厂多建在 平原地区河流中下游、 河床纵向坡度较平缓 的河段上。
（1）堤坝式水电厂——河床式
西津水电站
（1）堤坝式水电厂——坝后式
坝后式：
当水头较大时， 厂房本身抵抗不 了水的推力，将 厂房移到坝后， 由大坝挡水。 适合于高、中水 头的情况。
（1）堤坝式水电厂——坝后式
2.1 等微增率准则
• 根据耗量微增率曲线：
2.2 水电机组间的经济调度
• 已知某水电厂有两台机组，其耗量特性如下： Q1＝0.01P2+1.2P+25 ，Q2＝0.015P2+1.5P+10
每台机组的额定容量均为100MW,当按额定容量发电时，耗水量分别为 Qh1=245m2/s ,Qh2＝310m2/s。
第4讲 水电厂经济运行
• 1. 水电厂基础知识 • 2. 水电厂内经济运行 • 3. 水火电联合经济调度 • 4. 梯级水电厂的协调调度
2.1 水电厂等微增率准则
• 电厂内各机组的发电功率之和应与总的电厂负荷 相等，所以等约束条件为：
n
不等约束条P件h 有P：1 P2 Pn i1 Pi
Pmin≤Pi≤Pmax．
• 控制洪水泛滥 • 提供灌溉用水 • 改善河流航运 • 有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发
展旅游业及水产养殖。
1 水力发电厂基础知识
• 水力发电的劣势
– 生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植 物的影响等。
– 经济风险：需筑坝移民等，基础建设投资大 – 发电不确定性：降水季节变化大的地区，少雨季节发电量
因 解两方程式，得：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱP1+P2＝120MW
P1＝78MW， P2＝42MW
i1
使L函数有极值的必要条件为：
L
F
( Ph
n i 1
Pi )
0
展开后写成：
Pi Pi
Pi
F (F1 F2 ...Fi ... Fn ) Fi
Pi
Pi
Pi
n
(Ph Pi )
i1
Pi
F1 F2 Fn
P1 P2
Pn
• 该条件表明：按各机组微增率相等的原则分配发电机发电功率，能源消 耗就最小，故称为等微增率准则。如果结果也能满足不等约束条件，则 为最优分配方案
能）生物质能等 • 新能源：核能、燃料电池等 • 绿色电力：利用太阳能、地热能、风能、生物质能发电
1 水力发电厂基础知识
能量转换过程 • 水能（势能）→机械能（动能）→电能
1 水力发电厂基础知识
输入能量阶段
集中能量阶段
输出能量阶段
转换能量阶段
1 水力发电厂基础知识
• 水力发电优势
– 清洁：水能为可再生能源，基本无污染。 – 经济：运营成本低，效率高，技术成熟； – 可再生：取之不尽、用之不竭 – 社会效益
Qmin≤Qi≤Qmax。
• 目标函数——发电厂总的耗水量为：
n
F F1(P1) F2 (P2 ) Fn (Pn ) Fi (Pi )
i 1
求目标函数的最小值，在数学上是求多元函数的条 件极值。
2.1 等微增率准则
• 只考虑等约束条件，应用拉格朗日乘数法求解，可列写出拉格朗日方程
n
L F (Ph Pi ), 其中待定系数 称拉格朗日乘数
电力系统经济运行及管理
第四讲 水电厂经济运行 刘敦楠
课程大纲
• 第1讲 电力系统基础 • 第2讲 电力市场下的经济运行 • 第3讲 火电厂经济运行 • 第4讲 水电厂经济运行 • 第5讲 核电、风电及新能源电厂经济运行 • 第6讲我国电网互联及调度现状 • 第7讲中长期经济调度 • 第8讲 短期、超短期调度与AGC控制 • 第9讲 调峰、调频、备用优化及辅助服务 • 第10讲 负荷控制与需求侧管理 • 第11讲 节能调度、低碳调度与智能调度 • 第12讲 智能电网与电力系统灾变防治
（3）抽水蓄能电厂
抽水蓄能电站 是以水体为储 能介质，起调 节作用。 主要解决电力 系统的调峰问 题。
广州抽水蓄能发电站 装机容量为2400MW(8×300MW)
水电厂特点
• 受自然条件限制 • 结构简单，辅机数量少 • 不消耗燃料 • 启停方便，易于调整 • 提供重复装机容量 • 没有环境污染
三 门 峡
三门峡水电站
（1）堤坝式水电厂——坝后式
举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18200MW。
(2) 引水式水电厂
• 在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地方，修 建引水渠道造成水头，然后用压力水管把水引入置于 河段下游的水电厂。
• 一般不需修坝或只修低堰。
(2) 引水式水电厂
第4讲 水电厂经济运行
• 1. 水电厂基础知识 • 2. 水电厂经济运行 • 3. 水火电联合经济调度 • 4. 梯级水电厂的协调调度
1 水力发电厂基础知识
（一）能源结构的特点
• 一次能源：无需加工或转换即可利用。如：煤 • 二次能源：一次能源经加工转换成可利用的能。如：电能、热能 • 常规能源：化石燃料和水能 • 再生能源：如太阳能、水能、风能、地热能、海洋能（潮夕能、波浪能、温差
水力发电厂
水力发电厂分类
– 堤坝式水电厂 – 引水式水电厂 – 抽水蓄能水电厂
水力发电厂
（1）堤坝式水电厂: • 在河床上游修建拦河坝，将水积蓄起来，抬高上
游水位，形成发电水头的方式称为堤坝式。分为： – 河床式 – 坝后式
（1）堤坝式水电厂——河床式
1) 河床式
厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水。
无压引水式电厂
无压引水式水电站
(2) 引水式水电厂
有压引水式电厂
有压引水式水电站
（3）抽水蓄能电厂
• 抽水蓄能电厂是一类特殊形式的水电厂。 • 在电力系统中，它既是电源(发电厂)，又是负荷
(用电设备)。 • 具有高、低两个水池与压力引水建筑物相连，抽
水蓄能水电厂的厂房位于低水池处，大多配备可 逆式水轮机和可逆式发电机。
(1)求电厂负荷为1 20MW时，两台机如何经济分配负荷。
(2)当一台机运行时，电厂负荷在什么范围内采用2号机最经济。
2.2 水电机组间的经济调度
[解] (1)先求两台机组的微增率：
根据等微增率准则：
dQ1 dP1
0.02P1
1.2
dQ2 dP2
0.03P2 1.5
0.02P1 1.2 0.03P2 1.5
（1）堤坝式水电厂——河床式
• 河床式水电厂多建在 平原地区河流中下游、 河床纵向坡度较平缓 的河段上。
（1）堤坝式水电厂——河床式
西津水电站
（1）堤坝式水电厂——坝后式
坝后式：
当水头较大时， 厂房本身抵抗不 了水的推力，将 厂房移到坝后， 由大坝挡水。 适合于高、中水 头的情况。
（1）堤坝式水电厂——坝后式
2.1 等微增率准则
• 根据耗量微增率曲线：
2.2 水电机组间的经济调度
• 已知某水电厂有两台机组，其耗量特性如下： Q1＝0.01P2+1.2P+25 ，Q2＝0.015P2+1.5P+10
每台机组的额定容量均为100MW,当按额定容量发电时，耗水量分别为 Qh1=245m2/s ,Qh2＝310m2/s。
第4讲 水电厂经济运行
• 1. 水电厂基础知识 • 2. 水电厂内经济运行 • 3. 水火电联合经济调度 • 4. 梯级水电厂的协调调度
2.1 水电厂等微增率准则
• 电厂内各机组的发电功率之和应与总的电厂负荷 相等，所以等约束条件为：
n
不等约束条P件h 有P：1 P2 Pn i1 Pi
Pmin≤Pi≤Pmax．
• 控制洪水泛滥 • 提供灌溉用水 • 改善河流航运 • 有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发
展旅游业及水产养殖。
1 水力发电厂基础知识
• 水力发电的劣势
– 生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植 物的影响等。
– 经济风险：需筑坝移民等，基础建设投资大 – 发电不确定性：降水季节变化大的地区，少雨季节发电量
因 解两方程式，得：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱP1+P2＝120MW
P1＝78MW， P2＝42MW
i1
使L函数有极值的必要条件为：
L
F
( Ph
n i 1
Pi )
0
展开后写成：
Pi Pi
Pi
F (F1 F2 ...Fi ... Fn ) Fi
Pi
Pi
Pi
n
(Ph Pi )
i1
Pi
F1 F2 Fn
P1 P2
Pn
• 该条件表明：按各机组微增率相等的原则分配发电机发电功率，能源消 耗就最小，故称为等微增率准则。如果结果也能满足不等约束条件，则 为最优分配方案
能）生物质能等 • 新能源：核能、燃料电池等 • 绿色电力：利用太阳能、地热能、风能、生物质能发电
1 水力发电厂基础知识
能量转换过程 • 水能（势能）→机械能（动能）→电能
1 水力发电厂基础知识
输入能量阶段
集中能量阶段
输出能量阶段
转换能量阶段
1 水力发电厂基础知识
• 水力发电优势
– 清洁：水能为可再生能源，基本无污染。 – 经济：运营成本低，效率高，技术成熟； – 可再生：取之不尽、用之不竭 – 社会效益
Qmin≤Qi≤Qmax。
• 目标函数——发电厂总的耗水量为：
n
F F1(P1) F2 (P2 ) Fn (Pn ) Fi (Pi )
i 1
求目标函数的最小值，在数学上是求多元函数的条 件极值。
2.1 等微增率准则
• 只考虑等约束条件，应用拉格朗日乘数法求解，可列写出拉格朗日方程
n
L F (Ph Pi ), 其中待定系数 称拉格朗日乘数
电力系统经济运行及管理
第四讲 水电厂经济运行 刘敦楠
课程大纲
• 第1讲 电力系统基础 • 第2讲 电力市场下的经济运行 • 第3讲 火电厂经济运行 • 第4讲 水电厂经济运行 • 第5讲 核电、风电及新能源电厂经济运行 • 第6讲我国电网互联及调度现状 • 第7讲中长期经济调度 • 第8讲 短期、超短期调度与AGC控制 • 第9讲 调峰、调频、备用优化及辅助服务 • 第10讲 负荷控制与需求侧管理 • 第11讲 节能调度、低碳调度与智能调度 • 第12讲 智能电网与电力系统灾变防治
（3）抽水蓄能电厂
抽水蓄能电站 是以水体为储 能介质，起调 节作用。 主要解决电力 系统的调峰问 题。
广州抽水蓄能发电站 装机容量为2400MW(8×300MW)
水电厂特点
• 受自然条件限制 • 结构简单，辅机数量少 • 不消耗燃料 • 启停方便，易于调整 • 提供重复装机容量 • 没有环境污染
三 门 峡
三门峡水电站
（1）堤坝式水电厂——坝后式
举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18200MW。
(2) 引水式水电厂
• 在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地方，修 建引水渠道造成水头，然后用压力水管把水引入置于 河段下游的水电厂。
• 一般不需修坝或只修低堰。
(2) 引水式水电厂
第4讲 水电厂经济运行
• 1. 水电厂基础知识 • 2. 水电厂经济运行 • 3. 水火电联合经济调度 • 4. 梯级水电厂的协调调度
1 水力发电厂基础知识
（一）能源结构的特点
• 一次能源：无需加工或转换即可利用。如：煤 • 二次能源：一次能源经加工转换成可利用的能。如：电能、热能 • 常规能源：化石燃料和水能 • 再生能源：如太阳能、水能、风能、地热能、海洋能（潮夕能、波浪能、温差