案例8：電力系統(tǒng)運行成本控制

案例8：電力系統(tǒng)運行成本控制

一、案例正文

為了確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性以及滿足客戶的用電需求,

我們應(yīng)當(dāng)積極推行各種技術(shù)和管理措施使電力生產(chǎn)設(shè)備處于最佳工

作狀態(tài)，達(dá)到電力系統(tǒng)電能成本最低或獨立發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價最低的

運行。

探討電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行，不得不提到能源消耗問題?，F(xiàn)有的能

源系統(tǒng)往往存在利用率低，污染高等問題，而冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以很

大程度上提升能源利用率。

提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行水平是至關(guān)重要的，它不僅能夠帶來可觀

的收益，還能夠促進(jìn)社會發(fā)展。

1.1電力系統(tǒng)運行成本控制概述

1.1.1電力系統(tǒng)運行成本控制的意義

為了提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，我們必須在規(guī)劃設(shè)計和運行控制

兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。在規(guī)劃設(shè)計階段，要認(rèn)真地進(jìn)行男案比較，通過

技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都進(jìn)行全面考量，以確定最佳解決

方案。例如，采用高效低耗的大型發(fā)電設(shè)備，合理選擇輸電和配電網(wǎng)

絡(luò)的電壓等級，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面等。

當(dāng)電力系統(tǒng)建成并開始運營后，它的經(jīng)濟(jì)效益取決于如何進(jìn)行有

效的管理和維護(hù)。例如，合理分配各發(fā)電廠有功功率，合理配置無功

電源，組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運行等。通過降低發(fā)電燃料消耗和網(wǎng)絡(luò)損耗,

我們可以最大限度地降低電力系統(tǒng)的運行成本。

電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力系統(tǒng)運行成本控制的最主要內(nèi)容。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)

調(diào)度是指在保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)運行的前提下，通過有效的市

場化手段，實現(xiàn)電力資源的合理配置和經(jīng)濟(jì)利用，提高電力系統(tǒng)運行

效率，降低電力成本，促進(jìn)電力市場健康發(fā)展的一種調(diào)度方式。電網(wǎng)

經(jīng)濟(jì)調(diào)度主要包括電力市場交易、電力供需平衡調(diào)度、電力成本控制

和優(yōu)化、電力質(zhì)量保障等方面的內(nèi)容。在電力市場化改革的背景下,

電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度已經(jīng)成為電力系統(tǒng)運行的重要組成部分。

電力系統(tǒng)運行成本控制（通常也稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度）效益相當(dāng)巨大，據(jù)

國外資料介紹，甚至能達(dá)到總?cè)剂腺M的8%。由于其牽涉的問題十分

復(fù)雜，以致還難以準(zhǔn)確地計算出它的數(shù)值。但從國內(nèi)外調(diào)度運行經(jīng)驗,

可以得到一個大致的估計：有功功率經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配約可節(jié)省0.5%?

2%的燃料費用；機組經(jīng)濟(jì)組合的效益可達(dá)1%?2.5%；網(wǎng)損修正的效

益可0.05%?0.5%。這些效益的相對值雖然不大，但由于電力系統(tǒng)容

量巨大，日積月累產(chǎn)生的絕對值，卻十分宜人。

我國早期的經(jīng)濟(jì)調(diào)度是以總耗煤量最少為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度控制，而

目前則根據(jù)市場的實際情況，考慮價格因素。只有這樣才能壓低高價

燃料用量，鼓勵用劣質(zhì)煤發(fā)電。特別是建在劣質(zhì)煤產(chǎn)地的坑口電廠,

就地?zé)淤|(zhì)煤發(fā)電，比遠(yuǎn)距離運煤要合理得多。

1.12電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的主要內(nèi)容

（1）研究用戶的用電需求，即進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。負(fù)荷預(yù)測是實現(xiàn)

經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基礎(chǔ)。負(fù)荷預(yù)計得準(zhǔn)確，就可以避免計劃外開機，減少臨

時出力調(diào)整，還可以減少旋轉(zhuǎn)備用容量。負(fù)荷預(yù)計過去靠人工計算,

憑經(jīng)驗修正。現(xiàn)在則用計算機進(jìn)行預(yù)計。特別是電力系統(tǒng)在線經(jīng)濟(jì)調(diào)

度，必須用到短期負(fù)荷預(yù)報，只有用計算機計算才能滿足實時性的要

求。

（2）在進(jìn)行電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度時，需要有發(fā)電機組的經(jīng)濟(jì)特

性曲線，包括機組的耗煤量曲線和耗量微增率曲線，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)濟(jì)

調(diào)度的基礎(chǔ)資料同時，電廠內(nèi)機組的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配也需要考慮這些

曲線，以保證經(jīng)濟(jì)性和效益。如果這些曲線的準(zhǔn)確性不高，將直接影

響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益。因此，編制這些曲線需要精細(xì)的數(shù)據(jù)采集和分析,

以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。

（3）網(wǎng)損經(jīng)濟(jì)特性的研究。電能在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸損失也直接影

響運行費用。各發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中所處的位置不同，因而它們有著

不同的網(wǎng)損微增率。因為網(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流分布有關(guān)，所以網(wǎng)損

微增率的計算是比較復(fù)雜的。

（4）考慮負(fù)荷分配時，如何協(xié)調(diào)電廠發(fā)電經(jīng)濟(jì)性和電廠送電經(jīng)

濟(jì)性。在各個發(fā)電廠之間有功功率的最優(yōu)分配，這需要同時考慮各個

發(fā)電廠本身的經(jīng)濟(jì)性和它們向系統(tǒng)送電的經(jīng)濟(jì)性。這兩個方面有時看

起來是矛盾的，如何權(quán)衡利弊，則需大量精密的計算。

（5）機組優(yōu)化組合。在滿足一天中電力負(fù)荷變化及安全備用的

條件下，制定出全天耗煤量（或費用）最小的火電機組開機計劃，稱為

機組的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)組合。

（6）水電火電經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)。從電力系統(tǒng)運行需要出發(fā)，水電廠擔(dān)

任調(diào)峰最合適。而從水電廠本身看，應(yīng)當(dāng)盡量利用天然來水保持高水

通常這類的極值問題可用拉格朗日乘數(shù)法處理。首先構(gòu)造一個拉

格朗日函數(shù)

C=3⑻+隹⑻+,?+￡〃(？〃)一九⑺+R+,?+4—%)(3)

式中A——引入的拉格朗日乘數(shù)。

為求目標(biāo)函數(shù)B的最小值，將C分別對E，丹，，匕和2求偏導(dǎo),

并令其為零，即

，3C

-

—dE=0,z=l,2,

—

，

、

?，

—dc(4)

：3u=0

I

展開上式可得

dR

姓』。

dPi

(5)

*二。

R+B+…—%=0

則有

、

dBdB?—=2

~dP^~~dR(6)

dPm

上式就是等耗量微增率準(zhǔn)則，即當(dāng)機組的耗量微增率相等時，全

廠總耗量最小。

1.22系統(tǒng)中各火電廠之間的經(jīng)濟(jì)分配

如果某些火電廠是建在同一個地方，例如煤礦坑口火電廠群，則

完全可以看成是一個有很多機組的巨型電廠。而各廠之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷

分配，完全和上述廠內(nèi)機組之間負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配相同。電力系統(tǒng)中不同

地理位置的發(fā)電廠與系統(tǒng)之間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)不同，這影響了它們增發(fā)有

功功率所引起的網(wǎng)損大小。有些發(fā)電廠靠近負(fù)荷中心，它們增發(fā)的有

功功率引起的網(wǎng)損比較??；而有些發(fā)電廠離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，增發(fā)的有

功功率引起的網(wǎng)損比較大。因此，在對電網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配時，不

能僅僅依據(jù)各機組（或各電廠）的耗量微增率是否相等來分配負(fù)荷,

還需要考慮網(wǎng)損修正，才能更符合實際情況。

計及網(wǎng)損的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配條件（稱協(xié)調(diào)方程式）為

dBi1dB?1dBin1

*8"一灰、6"——2[MP—"（7）

一西一西一醞

式中B---第i發(fā)電廠耗煤量，，=1,2,??.,〃?；

Pi---第i發(fā)電廠的輸出功率，i=l,2,?.,“；

AP----系統(tǒng)總網(wǎng)損。

系統(tǒng)總網(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)接線、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及潮流分布有關(guān)，即與各節(jié)點

有功注入功率、無功注入功率、有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、電壓幅值及相

角都有關(guān)。因此總網(wǎng)損是隨時都在變化的量，計算很復(fù)雜，但網(wǎng)損總

值可達(dá)總有功功率的10%,經(jīng)濟(jì)調(diào)度中不能不加以考慮。

也稱為第i發(fā)電廠的網(wǎng)損微增率。其物理意義是：在系統(tǒng)其他發(fā)

朋

電廠輸出功率不變的條件下，第，?發(fā)電廠增加單位有功功率時，所引

起的網(wǎng)損增加值。一個發(fā)電廠離負(fù)荷中心越遠(yuǎn)，則該廠的網(wǎng)損微增率

就越大。

經(jīng)過網(wǎng)損修正以后，網(wǎng)損微增率高的發(fā)電廠輸出功率就受到抑制,

而網(wǎng)損微增率低的發(fā)電廠則可適當(dāng)增加輸出功率，這樣總網(wǎng)損會有所

減少而節(jié)約一些燃料，但并非網(wǎng)損越低越好。如果僅僅考慮減少網(wǎng)損，

可能會讓發(fā)電廠只考慮本地負(fù)荷，而不考慮全系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行。這種

情況下，那些建在燃料產(chǎn)地的火電廠，由于離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，增加的

有功功率需要經(jīng)過長距離輸送，導(dǎo)致網(wǎng)損較大，但是如果不充分利用

這些發(fā)電廠，會導(dǎo)致系統(tǒng)的總成本增加，因為運輸燃料等成本也需要

考慮。因此，需要綜合考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和網(wǎng)損等因素，進(jìn)行合理的

發(fā)電負(fù)荷分配和運行調(diào)度。例如就地燃用劣質(zhì)煤發(fā)電的坑口火電廠所

安裝的一般都是經(jīng)濟(jì)性能好的大機組；而負(fù)荷中心的火電廠運煤距離

遠(yuǎn)、煤價貴，且多為建廠較久的中小機組，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能不好。如按

上述方案，讓這些中小機組多發(fā)滿發(fā)而坑口電廠的大機組輸出功率卻

受到限制，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性自然不會好。只有既考慮機組本身的經(jīng)濟(jì)性，

又計及了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，這樣求得的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配，才真正是最

經(jīng)濟(jì)的。

網(wǎng)損是由有功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和無功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸兩方

面所引起的。如單獨調(diào)整無功電流而使網(wǎng)損有所降低，一般是不會使

煤耗明顯上升的。因此，用調(diào)整無功分布的方法降低網(wǎng)損，很有經(jīng)濟(jì)

意義。

123.水火電廠之間有功功率負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

水火電聯(lián)合調(diào)度是指將水電站和火電站的運行計劃相結(jié)合，通過

調(diào)度水電站蓄水、發(fā)電，使水電站在盡量利用水能的前提下，配合火

電站共同滿足電網(wǎng)的負(fù)荷需求。通過水火電聯(lián)合調(diào)度，可以充分發(fā)揮

水電和火電各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運行C同

時，水火電聯(lián)合調(diào)度也是提高電力系統(tǒng)利用水資源的有效途徑，對于

保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)等方面也具有積極意義。它們的有功功

率經(jīng)濟(jì)分配，除滿足負(fù)荷需要和受發(fā)電設(shè)備的限制外，還要滿足水電

廠發(fā)電用水的規(guī)定。一方面水電廠應(yīng)盡可能承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，使火

電廠和核電廠輸出功率平穩(wěn)，減少機組啟停次數(shù)，從而降低耗煤量且

有利于安全；另一方面，又應(yīng)當(dāng)盡量維持高水頭運行，因為用同樣水

量，在高水頭時能發(fā)出更多電能。對無需與火電廠協(xié)調(diào)的水電系統(tǒng)，

或按計劃發(fā)電的水電廠，經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)則是發(fā)電用水量最少、棄水

量最少、水電售電價值最大等。

水火電混合電力系統(tǒng)有功功率經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實用計算方法有協(xié)調(diào)

方程法、動態(tài)規(guī)劃法、網(wǎng)絡(luò)潮流規(guī)劃法和應(yīng)用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論法。

對于不變水頭水電廠和火電廠聯(lián)合調(diào)度問題，仍然可采用拉格朗

日乘數(shù)法處理。為此需要引入水煤換算系數(shù)人7的物理意義是在發(fā)

出同樣電功率的條件下，與lm3水相當(dāng)?shù)拿旱馁|(zhì)量⑴。產(chǎn)值的大小是

變化的。例如工作水頭高時，Im?水量發(fā)出的電能多，代替的多，水

的價值高，/值大，反之，則產(chǎn)值小。止匕外./值的選取應(yīng)使給定的水

量在指定的運行周期內(nèi)正好全部用完，所以又與給定的日用水量有關(guān)。

將水電廠的耗水量微增率乘以相當(dāng)于把水換成了煤，把水電

廠轉(zhuǎn)化為等效的火電廠，而耗水量微增率就化為等效火電廠的耗煤量

微增率。這樣就可以套用火電廠之間經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配時的等微增率準(zhǔn)則,

從而得到了水火電廠聯(lián)調(diào)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配公式(詳細(xì)的推求仍需采

用拉格朗日乘數(shù)法)，即

江二%

(8)

dPTdPH

式中PT——火電廠的有功負(fù)荷；

B——火電廠耗煤量；

PH——水電廠的有功負(fù)荷；

W-----水電廠耗水量；

y——水煤換算系數(shù)；

2一一拉格朗日乘數(shù)。

1.3電力系統(tǒng)無功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

131.等耗微增率準(zhǔn)則

從理論上講，無功功率的產(chǎn)生和消耗都不需要能源。但是無功功

率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，卻要引起有功功率損耗，即

△P=[(/+Q2)/0]R(9)

式中便一一線損；

P,Q——通過該線路的有功功率和無功功率；

R一一該線路電阻

在電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，除了要考慮有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，還

要合理地調(diào)整無功電源的數(shù)量和分布，以實現(xiàn)系統(tǒng)中無功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)

分配。因為無功電源的數(shù)量和分布對電力系統(tǒng)的無功功率流分配有很

大影響，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能效。因此，在經(jīng)濟(jì)調(diào)度中需要綜合考

慮有功和無功負(fù)荷的分配，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定和高效運行。

無功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配所要達(dá)到的目標(biāo)，即為網(wǎng)絡(luò)總有功損耗△尺最小。

以網(wǎng)絡(luò)總有功損耗A尺最小為目標(biāo)函數(shù)，仍然采用拉格朗日乘數(shù)

法處理，可以得出使有功網(wǎng)損最小的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則，即

照=幽=...=空=%(10)

7

GQdQ2dQt?

式中Aft——網(wǎng)絡(luò)總有功損耗；

0——第，個無功功率電源的無功功率；

2一一網(wǎng)損微增率。

如果再計及系統(tǒng)無功網(wǎng)損的影響，得出網(wǎng)損修正方程式為

-1_.

6Qtd\Q-"(11)

dQ,

式中\(zhòng)Q——系統(tǒng)無功網(wǎng)損；

\卜-嚕)無功功率網(wǎng)損修正系數(shù)。

計算最小有功網(wǎng)損時首先要計算出潮流分布。在計算中，平衡節(jié)

點的有功功率一部分用于平衡總網(wǎng)損，因此減少網(wǎng)損就意味著平衡節(jié)

點的有功功率也要相應(yīng)減少。通過多次反復(fù)試探計算，最終得到各節(jié)

點的無功功率分布，使得總網(wǎng)損最小。

1.32等網(wǎng)損微增率計算方法

電網(wǎng)網(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)接線、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及潮流分布有關(guān)，即與各節(jié)點的

有功功率、無功功率、有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、電壓幅值和相角都有關(guān)

系，其計算量很大。在實際經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，計算網(wǎng)損及其微增率一般有

潮流法、常數(shù)法、5系數(shù)法等。這三種方法在計算時間和計算精度上

相差很大。

（1）潮流法。針對每次發(fā)電廠輸出功率的變化，立即對新的潮

流方式進(jìn)行計算，得到新狀態(tài)下的網(wǎng)損及其微增率。潮流法計算時間

最長，但精度最高。

（2）常數(shù)法。針對每次發(fā)電廠輸出功率的變化，采用固定的網(wǎng)

損微增率。此微增率是由一個或幾個相近潮流方式歸納出來的。常數(shù)

法計算精度差，但時間短。

（3）8系數(shù)法。針對發(fā)電廠輸出功率變化，用8系數(shù)計算網(wǎng)損

及其微增率，是一種較好的計算方法，其計算精度接近潮流法，而計

算時間接近常數(shù)法。所謂B系數(shù)，就是電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣元素丫=G+jB中

的虛部可以利用一個或幾個潮流方式歸納出來，存于數(shù)據(jù)庫中。

當(dāng)現(xiàn)有的無功功率電源不能滿足無功功率經(jīng)濟(jì)分配的要求，或系

統(tǒng)無功功率不足，無法維持正常電壓水平時，就需增添無功功率電源。

由此可見，無功功率經(jīng)濟(jì)分配比有功功率經(jīng)濟(jì)分配還要復(fù)雜一些。

1.4電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行是指在滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提下,

以最小的成木和最高的效益為目標(biāo)，對電力系統(tǒng)進(jìn)行運行調(diào)度和管理

的過程。降低電力系統(tǒng)運行成本，除了最大限度地降低發(fā)電燃料消耗

外，還要合理配置無功功率電源，減少網(wǎng)絡(luò)損耗，組織變壓器的經(jīng)濟(jì)

運行等。

降低網(wǎng)損的技術(shù)措施大體可分為建設(shè)性措施和運行性措施兩大

類。建設(shè)性措施是指新建任務(wù)。電力網(wǎng)絡(luò)時，為提高運行經(jīng)濟(jì)性采取

的措施，以及為降低網(wǎng)損對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造的措施；運行性的措施

則是指在已運行的電網(wǎng)中為降低網(wǎng)損采取的各種技術(shù)措施。運行性措

施具有經(jīng)一般不需增加設(shè)備和資金的投入，應(yīng)優(yōu)先考慮。

141.提高用戶的功率因數(shù)減小功率損耗

在一條電阻為E的輸電線上，輸送相同有功功率P,對應(yīng)于不同

的功率因數(shù)，產(chǎn)生的有功功率損耗值不同。若功率因數(shù)由cos的提高到

cos?,則線路有功功率損耗下降率為

/\2

△2%=1X100%（12）

（COS82）

提高用戶的功率因數(shù)，首先應(yīng)提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)，其次是

增設(shè)無功功率補償裝置。

（1）提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)

負(fù)荷的自然功率因數(shù)指負(fù)荷在沒有任何無功補償措施的情況下,

負(fù)荷的有功功率和視在功率之間的比值。在電力系統(tǒng)負(fù)荷中，異步電

動機是系統(tǒng)中主要需要無功功率的負(fù)荷。它所需無功功率可表示為

Q=Qo+（&=Q。+（QN—Q。）尸2（13）

式中片——異步電動機額定有功功率；

Q。——勵磁無功功率；

Qv----異步電機額定負(fù)荷入運行時異步電動機所需的無功功

率；

P——電動機的機械負(fù)荷；

P—電動機的受載系數(shù)。

欲提高負(fù)荷的功率因數(shù)，首先，選擇異步電動機容量時應(yīng)盡量接

近其所帶來的機械負(fù)荷，避免電動機空載運轉(zhuǎn)。其次，大容量的用戶

應(yīng)盡量使用同步電動機，并使其過激運行，向系統(tǒng)發(fā)出無功功率，從

而提高負(fù)荷的功率因數(shù)。如果是線繞式異步電動機，可以將轉(zhuǎn)子繞組

通以直流勵磁，將其改作同步機運行。此外，變壓器也是電力網(wǎng)中消

耗無功功率較多的設(shè)備，應(yīng)合理地配置其容量。這些技術(shù)措施可以有

效地提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)。

（2）增設(shè)無功功率補償裝置

在電力系統(tǒng)中，為了提高功率因數(shù)和降低無功功率的損失，可以

在低壓母線上設(shè)置無功功率補償裝置。這些裝置包括調(diào)相機和電容器,

通過并聯(lián)連接到母線上，來為負(fù)荷提供所需的無功功率。這樣可以提

高負(fù)荷的功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)中輸送的無功功率，從而減少系統(tǒng)的網(wǎng)

損。

設(shè)置無功補償應(yīng)綜合考慮以下原則：

經(jīng)濟(jì)性原則：在保證電力系統(tǒng)安全可靠的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)最優(yōu)

的無功補償方案。

技術(shù)可行性原則：確保無功補償設(shè)備能夠正常工作，并滿足系統(tǒng)

的技術(shù)要求和性能指標(biāo)。

實用性原則：無功補償設(shè)備應(yīng)符合使用和維護(hù)的實際需要，具有

良好的可操作性和可維護(hù)性。

靈活性原則：無功補償設(shè)備應(yīng)具備靈活性，能夠根據(jù)系統(tǒng)運行情

況和需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以滿足系統(tǒng)的變化需求。

可靠性原則：無功補償設(shè)備應(yīng)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，能夠

在長期運行過程中保持良好的工作狀態(tài)，減少故障率和維修頻次。

1.42改變電力網(wǎng)的運行方式（環(huán)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)功率分布）

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)或兩端電壓相等的兩端供電網(wǎng)絡(luò)中，功率的分布取決

于各線段的阻抗。在圖2」所示的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中有

s、=sg+z：）+sz（14）

乙+

這種沒有外施任何調(diào)節(jié)和控制手段的功率分布稱功率的自然分

布。但通常這種自然功率分布不能使網(wǎng)絡(luò)的有功損耗最小。

圖1環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

下面推導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)有功損耗最小時的功率分布。圖1所示網(wǎng)絡(luò)的有功

損耗為

u'Ui

斤+5R4（R—E）,（QLQ/，）2R,（E+A—A）2+（0,+Q,R15

U&u%Ui

電網(wǎng)中有功功率損耗最小的條件為

攀。(16)

=0

~dQ(17)

于是有

等==1AR+(H-E)R2+(E+*A)R]=O(18)

dP\Ulf

警=3[RRI+(A-8)R2+(2+R-A)R3]=()(19)

為U方

解上列方程，可得電網(wǎng)內(nèi)有功損耗最小時的功率分布為

D+尺3)+RR3

R+&+R3(20)

\固(凡+凡)+2%

O\=----------------------

Ri+R?+/?3

合并表示為

S]=Sb(R2+R3)+ScRa(21)

R+4+R3

上式說明，當(dāng)環(huán)網(wǎng)內(nèi)功率按照各段電阻分布來分配有功功率，那

么就可以達(dá)到最小的有功功率損耗。這種功率分布方式被稱為經(jīng)濟(jì)功

率分布。對于電阻網(wǎng)絡(luò)或各線段的X/R比值相等的均一網(wǎng)絡(luò)來說，自

然的功率分布就是最小化有功損耗的經(jīng)濟(jì)分布；但是對于非均一網(wǎng)絡(luò)

來說，線路的不均一性越大，功率損耗也會越大。

但是，可以采取以下措施，將非均一網(wǎng)絡(luò)自然功率分布變?yōu)榻?jīng)濟(jì)

分布，以減少電網(wǎng)功率損耗。

1）在環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)中，可以通過安裝混合型加壓調(diào)壓變壓器（也

稱縱橫調(diào)壓變壓器）來產(chǎn)生附加電動勢和相應(yīng)的循環(huán)功率，通過適當(dāng)

調(diào)節(jié)附加電動勢的大小和相位，可以使功率分布接近于經(jīng)濟(jì)分布。如

圖2所示。

圖2在環(huán)網(wǎng)中裝設(shè)調(diào)壓變壓器

2）在兩端供電網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)整兩端電源電壓，改變循環(huán)功率的大小,

可使功率分布等于或接近于功率損耗最小的分布

3）在網(wǎng)絡(luò)中對X/H比值特別大的線段，進(jìn)行中聯(lián)電容器補償，以

改善網(wǎng)絡(luò)的不均一性。

4）當(dāng)以限制短路電流或滿足繼電保護(hù)動作選擇性要求為目的，而

選擇環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行點時，開環(huán)地點應(yīng)盡可能兼顧使開環(huán)后的功率分布

產(chǎn)生的功率損耗最小。

1.4.3.適當(dāng)提高高壓電網(wǎng)的運行電壓水平

電網(wǎng)運行時，線路和變壓器等電氣設(shè)備的絕緣所容許的最高工作

電壓，一般不超過額定電壓的10%o在不超過上述規(guī)定的條件下，應(yīng)

盡量提高電網(wǎng)運行電壓水平，以降低功率損耗和電能損耗。

在電網(wǎng)的額定電壓范圍內(nèi)，變壓器的鐵芯損耗與電壓的平方成正

比。如果要提高電網(wǎng)的運行電壓，最好調(diào)整變壓器的分接頭，以避免

鐵芯損耗的增加。如果加壓變壓器的電壓超過變壓器分接頭的額定電

壓，變壓器的銅損雖然減少了，但磁通密度增加導(dǎo)致鐵芯損耗也增加

了，降低了節(jié)約能源的效果。因此，為了最大程度地降低變壓器的總

損耗，應(yīng)該根據(jù)電網(wǎng)電壓的變化來調(diào)整變壓器的分接頭。

1.4.4.變壓器的經(jīng)濟(jì)運行

變壓器的經(jīng)濟(jì)運行包括兩個方面：合理選擇變壓器容量和合理選

擇變壓器的數(shù)量。對于容量的選擇，需要根據(jù)實際負(fù)荷情況選擇合適

的變壓器容量，以充分利用變壓器的性能，避免過剩容量導(dǎo)致浪費。

對于變壓器數(shù)量的選擇，在一些變電站中通常安裝兩臺同容量的變壓

器來提高供電的可靠性。根據(jù)負(fù)荷的變化，可以適當(dāng)改變投入運行變

壓器的臺數(shù)，以減少功率損耗。

當(dāng)n臺同容量、同型號的變壓器并聯(lián)運行時，總的功率損耗為

A?C

A/V(，O=HA^+—(―)2(22)

nSN

式中AR)一一變壓器的空載損耗；

Aft一一變壓器的短路損耗；

SN一—變壓器的額定容量。

當(dāng)〃T臺變壓器并聯(lián)運行時，總的功率損耗為

ADC

Aft(?-1)=(?-l)Aft+—尸(23)

n-\SN

由上式可見，變壓器鐵芯損耗與臺數(shù)成正比，繞組損耗卻與臺數(shù)

成反比。當(dāng)變壓器輕載運行時，繞組損耗所占比重相對減小，鐵芯損

耗的比重相對增大。在某一負(fù)荷下，減少運行變壓器的臺數(shù)，就能降

低總功率損耗。

當(dāng)0-時，〃臺變壓器并聯(lián)運行與"1臺變壓器并聯(lián)運行

時有功損耗等。此時變電站的負(fù)荷功率，稱為臨界功率，即

Scr=SN(〃-1)—(24)

V

由圖3可見，當(dāng)S>5“時，宜投入〃臺變壓器并聯(lián)運行；S<弘時，

可減少為〃-1臺并聯(lián)運行。

圖3變壓器功率損耗與投入臺數(shù)的關(guān)系

145.調(diào)整用戶的負(fù)荷曲線

調(diào)整用戶的負(fù)荷曲線是指通過調(diào)節(jié)用戶的用電行為、采用智能控

制技術(shù)等手段，改變用戶負(fù)荷隨時間的變化趨勢，使其負(fù)荷曲線更加

平緩和穩(wěn)定，以減少電網(wǎng)負(fù)荷波動和峰谷差，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)

濟(jì)性。

1.5含生物質(zhì)能的冷熱聯(lián)動系統(tǒng)

現(xiàn)有的能源系統(tǒng)往往都是單獨規(guī)劃、單獨運行，導(dǎo)致能源利用率

低，污染高。而冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)(combinedcoolingheatingand

power,CCHP)可以進(jìn)行能源互補，收集余熱進(jìn)行供冷和供熱，減少能

量損失。并且風(fēng)力、光伏發(fā)電并網(wǎng)時可能會導(dǎo)致棄風(fēng)、棄光，會危害

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，且發(fā)電設(shè)備增加了發(fā)電的成本；水力發(fā)電則

需要合適的季節(jié)、地理位置。生物質(zhì)能由于其種類豐富、技術(shù)多樣的

特性與穩(wěn)定、環(huán)保、對地理位置要求低的特點，已被廣泛應(yīng)用。

15LCCHP系統(tǒng)設(shè)備數(shù)學(xué)模型

本文中構(gòu)建的CCHP系統(tǒng)利用天然氣內(nèi)燃機和燃?xì)廨啓C對天然

氣、生物質(zhì)氣燃燒發(fā)電，并回收發(fā)電后的余熱來供暖和制冷，架構(gòu)圖

如圖4所示。

下面對系統(tǒng)主要功能設(shè)備分別進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及建立約束條件。

天然氣內(nèi)燃機的數(shù)學(xué)模型為

PGE,e=7GE昆E,〃g(25)

PGEJI=嗯EPGE,ng(26)

P^1<(27)

式中:PG%、所為發(fā)電、產(chǎn)熱功率；慍、限為發(fā)電、產(chǎn)熱效率；

尼加為天然氣消耗功率。

燃?xì)廨啓C的數(shù)學(xué)模型及約束為

PGT,C—HGTFGTJ^(28)

PGTM=唯TPGT.(29)

P鐘一PGT^<(30)

式中：%%為發(fā)電、產(chǎn)熱功率；慍、龍『為發(fā)電、產(chǎn)熱效

率；生7夙為生物質(zhì)氣消耗功率。

燃?xì)忮仩t的數(shù)學(xué)模型及約束為

=

FGBJI嚷B88,g(31)

nx

P^<PGB,h<p^(32)

式中：PGBJI、尸G8,g為產(chǎn)熱、耗氣功率，其中R機g=昆8,"&+PGB,bg；噓B

為產(chǎn)熱效率。

電制冷機數(shù)學(xué)模型為

Q鏟=Gc蹬(33)

式中：Q鏟是輸出制冷功率；嚶是制冷消耗的電功率；CM是制

冷系數(shù)。

吸收式制冷機的數(shù)學(xué)模型為

QAC=CACQIC(34)

式中：QAC為輸出制冷功率；Qh為制冷消耗的熱功率；Cc為制

冷系數(shù)。

由圖4可知，系統(tǒng)中機組設(shè)備處于運行狀態(tài)時，系統(tǒng)電能、天然

氣、熱能和冷能的功率平衡約束關(guān)系為

Pe,t+PGT,C+PGE,C~~PEC=L(35)

%r,h+PGRJI+%E,h-QAC=Lh(36)

PgJ—PGB,g+PcE,ng+1(37)

Q徽+QAC=L(38)

式中：2r為購電功率；為，時段購氣功率。

儲電

------電網(wǎng)絡(luò)

------天然氣網(wǎng)絡(luò)PGQ+PGTX

------熱網(wǎng)絡(luò)電制冷機

------冷網(wǎng)絡(luò)

余

熱

回

收

系

統(tǒng)

儲熱

圖4含生物質(zhì)能的CCHP系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.5.2.系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化策略的研究函數(shù)

傳統(tǒng)運行策略采用“以熱定電"(followingthethennalload,FTL)

或“以電定熱"(followingtheelectricload,FEL)方式。本文中CCHP

系統(tǒng)在基本的供能機組外還增加了生物質(zhì)能的部分。本文中CCHP系

統(tǒng)架構(gòu)，重新設(shè)定了FTL及FEL兩種控制策略。

(l)FTL-l：生物質(zhì)能全部用于發(fā)電。

(2)FTL-2：生物質(zhì)能全部用于供熱。

(3)FTL-3：生物質(zhì)能既用于發(fā)電，也用來供熱。

(4)FEL-1：生物質(zhì)能全部用于發(fā)電。

(5)FEL-2：生物質(zhì)能全部用于供熱。

(6)FEL-3：生物質(zhì)能既用于發(fā)電，也用來供熱。

根據(jù)查詢某地實際天然氣價格、生物質(zhì)氣補貼價格和電價，將某

地區(qū)夏、冬季和過渡季典型日的負(fù)荷需求為研究對象,負(fù)荷需求如織5

所示。

1500

000

W500

(a)夏季典型日負(fù)荷需求

600

500

3400

第300

5200

100

(b)冬季典型日負(fù)荷需求

600

500

蕓400

露300

與200

100

(c)過渡季典型日負(fù)荷需求

圖5日負(fù)荷需求

通過上述生物質(zhì)能供能作用的運行策咯，分別對夏季、冬季和

過渡季三種典型日的負(fù)荷需求進(jìn)行分析。

(1)夏季典型日

表1夏季典型口不同運行策略結(jié)果對比

運行策略綜合成本CZ/元

FTL-1126600

FTL-2108460

FTL-3106910

FEL-I165780

FEL-2256060

(a)供熱改備運行功率

I500

50()

()5IO152025

忖間/h

VA

/I

粉

音

之

閭

圖6各設(shè)備運行功率

(2)冬季典型日

表2冬季典型日不同運行策略結(jié)果對比

運行策略綜合成本CZ/元

FTL-I123600

FTL-2124550

FTL-3118840

FEL-1220650

FEL-2257150

FEL-3220680

45

4

(5H

3

3

(5H

2

2(5M

b

1

15

3

2