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1、 电力系统经济运行及管理 刘敦楠 第四讲水电厂经济运行 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 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 1水力发电厂基础知识 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
2、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 一 能源结构的特点 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 集中能量阶段 输入能量阶段 转换能量阶段 输出能量阶段 1水力发电厂基础知识 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
3、 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 少雨季节发电量少甚至停发电 1水力发电厂基础知识 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 厂房和挡水坝并排建在河床中 共同挡水 1 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 河床
4、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 三门峡水电站 三门峡 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 1 堤坝式水电厂 坝后式 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 无压引水式水电站 2 引水式水电厂 无压引水式电厂 有压引水式水电站 2 引水式水电厂 有压引水式电厂 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
5、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 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 3 抽水蓄能电厂 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 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 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 不等约束条件有 Pmin Pi
6、 Pmax Qmin Qi Qmax 目标函数 发电厂总的耗水量为 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使L函数有极值的必要条件为 展开后写成 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 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
7、额定容量发电时 耗水量分别为Qh1 245m2 s Qh2 310m2 s 1 求电厂负荷为120MW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 解 1 先求两台机组的微增率 根据等微增率准则 因P1 P2 120MW解两方程式 得 P1 78MW P2 42MW 2 2水电机组间的经济调度 2 两台机耗量特性的交点 也就是水耗量相同点 是选择运行方案的转折点 所以求出交点的功率就能得知什么情况下采用2号机更经济 由两条耗量特性建立方程式 0 01P2 1 2P 25 0 015P2 1 5P 10简化成 P2 60P 3000 0解方程式可得 P 3
8、2 45MW由耗量特性可知 2号机耗量特性在0 32 45MW之间低于1号机耗量特性 因此负荷在0 32 45MW时调用2号机最经济 2 2水电机组间的经济调度 2 3水 火电厂间的经济功率分配 电力系统往往不仅有火电厂 也包含有水电厂 火电厂发电一般不受燃料的约束 而水电厂发电却受到在一定时间内允许用水量的限制 允许用水量一方面取决于由水文情况决定的水库来水量 另一方面取决于下游工业 农业的用水要求 这两者均与天气情况 季节变化有密切关系 一年中有丰水期和枯水期 枯水期允许使用的水量少 丰水期允许使用的水量大 总之在一定的时期段内 如一天 一周或一个月 可用于发电的水量是一定的 只有在洪峰期
9、 用水才不限 水 火电厂间的经济功率分配问题的原则 在满足系统负荷需要及保证电能质量的条件下 在限定的时间内充分 合理利用允许使用的水量发电 使得系统消耗的燃料最少或是运行费用最低 设系统中有n个火电厂 m个水电厂 火电厂的耗量特性以Fi P 表示 水电厂的耗量特性以Qj P 表示 其中i 1 2 n j l 2 m 功率平衡方程式可写成 改写成能量平衡方程得到 2 3水 火电厂间的经济功率分配 另一个等约束条件是 暂且不顾及不等约束条件 目标函数应是燃料耗量最小 这是一个求泛函条件极值问题 一般需用变分方法求解 但用分段法处理后 可做为求一段函数条件极值来处理 可用拉格朗日乘数法解决 2 3
10、水 火电厂间的经济功率分配 求解得 式中为在 tk时间段火电厂的微增率 为水电厂j在 tk时间段火电厂的微增率 称为水煤换算系数 它不是一个常数 是随着允许用水量的多少而变化 丰水期小 枯水期大 2 3水 火电厂间的经济功率分配 等微增原则水电厂与火电厂之间只是按水电厂微增率再乘以 j后分配 所以整个系统仍可视为按等微增准则进行分配 具体进行分配计算时 由于 j事先未知 首先需要设定一个初值 j 初值选取时在枯水期可以取较大值 丰水期取较小值 第二步做分配计算 求出各水电厂不同时段的负荷 第三步根据求出的水电厂的负荷计算出T时间内的用水量Wj k 并与允许的用水量Wj比较 若成立 则结束计算
11、否则需对 j进行修正 若Wj k Wj则增大 j 然后返回第二步重新计算 否则减小 j 重新从第二步计算 直到上式成立为止 2 3水 火电厂间的经济功率分配 例题 已知电力系统中只有一个火电厂 一个水电厂火电厂的耗量特性为 F 3 0 3PG 0 0015PG2 t h 水电厂的耗量特性为 Q 5 PGH 0 002PGH2 m2 s 水电厂日用水量恒定为W 1 5 107m2系统日负荷曲线如图火电厂容量为900MW水电厂容量为400MW 求在给定的用水量下 水 火电厂间的有功功率经济分配方案 2 3水 火电厂间的经济功率分配 解 由负荷曲线可知 0 8h及18 24h负荷为600MW 8 1
12、8h负荷为1000MW 各厂的微增率为 根据等微增率准则 首先设定 j l代入求解 在0 8及18 24h 2 3水 火电厂间的经济功率分配 在8 18h将上述计算结果代回到水电厂耗量特性验算用水量 0 8及18 24h 用水量Q1 5 PGH 0 002PGH2 211 46 m2 s W1 211 46 10 3600 10657584m28 18h用水量Q2 5 PGH 0 002PGH2 549 5 m2 s W2 549 5 10 3600 19782000m2 2 3水 火电厂间的经济功率分配 全天总用水量W W1 W2 10657584 19782000 30439584m2因W
13、 1 5 107m2需增加 j的值重新计算 多次重复计算 最后分配方案为 j 1 47在0 8及18 24h 在8 18h 2 3水 火电厂间的经济功率分配 计及电力网功率损耗时 等约束条件改为 以及不等式约束条件为 对火电厂对于水电厂 2 3水 火电厂间的经济功率分配 网损的考虑 目标函数 设定拉格朗日乘数 k k 1 2 s 及 j j 1 2 m 后列写出拉格朗日函数 可以得到目标函数具有极小值的条件 网损微增率 2 3水 火电厂间的经济功率分配 网损的考虑 某发电公司拥有三台发电机组 它们的成本函数如下所示 机组A 机组B 机组C 假设利用这三台机组为350MW的负荷供电 那么该发电公司应当如何调度才能最小化发电成本 谢谢
