电力系统分析-孟祥萍-PPT课件第6章

1、第6章 电力系统的经济运行,本章提示 6. 1 电力系统的负荷和负荷曲线 6. 2 电力系统有功功率负荷的经济分配 6.3 电力网中的电能损耗 6.4 降低电力网电能损耗的措施 小 结,电力系统常用负荷曲线的意义； 等微增率准则； 最大负荷损耗时间法计算电力网的电能损耗； 常用的降低网损措施。,本章提示,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,6.1.1 负荷分类 6.1.2 负荷曲线,电力系统的负荷是指电力系统所有用电设备消耗功率的总和(电力系统的综合用电负荷)。,负荷定义,6.1.1 负荷分类,负荷分类,负荷按物理性能划分,有功负荷,无功负荷,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,有功负荷：是指电能

2、转换为其它能量，并在用电设备中真实消耗掉的能量。单位千瓦（kW）,6.1.1 负荷分类,无功负荷：在电能输送和转换过程中，需要建立磁场而消耗的动能，它仅完成电磁能量的相互转换，并不做功，因而称为“无功” 。单位千乏（kvar）,综合用电负荷：指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。,负荷按电能可分为:,供电负荷：电力系统的综合用电负荷加上网损，即发电厂供出的负荷，称为电力系统的供电负荷。,发电负荷：供电负荷再加上发电厂厂用电就是发电机应发出的功率，称为发电负荷。,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,负荷曲线： 表示电力系统的负荷随时间变化的规律的曲线。,按描述的负荷范围可分为用户

3、的负荷、地区的负荷以及电力系统的负荷曲线。,6.1.2 负荷曲线,按时间长短可分为日负荷和年负荷曲线；,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,有功日负荷曲线,表明电力负荷在一天24小时内随时间的变化情况,有功日负荷曲线,阶梯形有功日负荷曲线,是安排日发电计划，确定各发电厂任务,确定系统运行方式等的重要依据。,有功日负荷曲线,日负荷曲线的最大值称为日最大负荷（峰荷） 最小值称为日最小负荷（谷荷）,日平均负荷为,负荷率反映负荷曲线的起伏情况：,负荷率小表明负荷曲线起伏大，发电机的利用率较差,日负荷曲线下的面积就是负荷一天所消耗的电能。即：,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,把一年内每月（或每日）的最大

4、负荷抽取出来绘成曲线，称为年最大负荷曲线,有功年最大负荷曲线,图6.3有功年最大负荷曲线,这条曲线主要用来安排发电设备的检修计划，同时也为制订发电机组或发电厂的扩建计划提供依据。,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,图中斜线的面积代表检修机组容量和检修时间的乘积。,年持续负荷曲线,按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序而绘制的。,年持续负荷曲线包围的面积，即为负荷全年的耗电量，为：,年持续负荷曲线,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,如果负荷始终等于最大值，经过 小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称 为最大负荷使用时间，也叫最大负荷利用小时数。,年持续负荷曲线,不同性质的用户、不

5、同的生产班次， 值不同，根据电力系统的运行经验，各类负荷的的 数值有一个大致的范围，如表所示。,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,各类用户的最大负荷利用小时数,6.1 电力系统的负荷和负荷曲线,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,6.2.1 发电机组的耗量特性 6.2.2 等微增率准则 6.2.3 火电厂间有功功率负荷的经济分配 6.2.4 计及网损时水、火电厂间有功功率 负荷的经济分配,电力系统在保证有功功率平衡的基础上，各类发电厂的发电机所应分担的功率，应该按技术经济特性合理地分配。,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,各系统负荷在较小的范围内频繁变化时，系统中各发电机通过频率的一

6、次调整，均应承担负荷的变化；,当负荷变化范围稍大时，在主调频厂进行频率的二次调整后，仍应保证基载厂按原来分配的经济合理的功率运行；,当负荷变化范围较大时，系统调度应采取有效措施，使各基载厂按重新分配的经济合理的功率运行。,火电厂的经济分配=如何正确地安排各机组的发电功率，使得总的燃料消耗量最少。 只考虑有功功率对燃料的影响。,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,发电机组在单位时间内，消耗的能源与发出的有功功率的关系称为机组的耗量特性，耗量特性常以曲线表示。,火电机组的耗量特性,水电机组的耗量特性,6.2.1 发电机组的耗量特性,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,火电机组的耗量特性,耗

7、量微增率曲线,耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入与输出之比称为比耗量 。 耗量特性曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微增率,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,6.2.2 等微增率准则,两台机组为例,有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷有功功率的前提下，单位时间内消耗的能源最少。,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,设两台机组的耗量特性分别为 和 ，负荷 为 ，忽略网损，燃料消耗量和输出功率不受限制。 即在满足等式约束 的条件下， 使目标函数 为最小。,用拉格朗日乘数法求解,建立拉格朗日函数,极值条件,等微增率准则,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,6.2.3

8、火电厂间有功功率负荷的经济分配,不计网损,多个火电厂之间有功功率负荷经济分配的等微增率准则,不等式约束条件,有功功率值越限时，按其限值（上限或下限）分配负 荷，剩余功率在其他机组间重新按等微增率准则分配,计及网损,等式约束条件,拉格朗日函数,极值条件,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,计及网损,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,例6.1：同一发电厂内两套发电设备共同供电， 它们的耗量特性及有功功率上下限分别为 F12.50.25PG10.0014PG12（T/h） F25.00.18PG20.0018PG22（T/h） 试求：当时，负荷的最优分配方案。,6.2 电力系统有功功率负荷

9、的经济分配,6.2.4 计及网损时水、火电厂间有功功率负荷的经济分配,火电厂发电一般不受燃料的约束，水电厂发电受到在一定时间内允许用水量的限制。 因此，水、火电厂间的经济功率分配是指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。,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,计及网损时，水、火电厂有功功率负荷经济分配的条件，即协调方程式为:,6.2.4 计及网损时水、火电厂间有功功率负荷的经济分配,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,例6.2系统中有水、火电厂各一个，并联运行，火电厂的燃料消耗特性同水电厂的耗水量特性为 设水电厂

10、给定的日用水量， 系统的日负荷曲线为 08时 负荷为450MW 818时 负荷为850MW 1824时 负荷为450MW 求火电厂容量为800MW，水电厂容量为500WM时，在给定的日用水量条件下，水、火电厂的经济功率分配。（忽略网损）,6.2 电力系统有功功率负荷的经济分配,6.3电力网中的电能损耗,6.3.1电力网电能损耗和网损率 6.3.2电力网中电能损耗的计算方法,在给定的时间（日、月、季或年）内，系统中所有发电厂的总发电量同厂用电量之差，称为供电量。,网损率是衡量电力系统运行经济性的一项重要指标。,6.3.1电力网电能损耗和网损率,所有送电、变电和配电环节损耗的电量，称为电力网的损耗

11、 电量。简称网损。,在同一时间内，电力网损耗电量占供电量的百分比，称为 电力网的网损率，即,输电线路和变压器中的电能损耗可分为两部分：,变动的电能损耗：在元件电阻上产生的电能损耗，这部分损耗与通过元件的功率有关,6.3.2电力网中电能损耗的计算方法,固定的电能损耗：与施加于元件的电压有关的变压器铁芯损耗和线路 产生电晕消耗的电量，如忽略电压变化对铁芯损耗的影响，忽略电晕消耗的电量，这部分损耗可看作是固定的。,变动的电能损耗的计算，通常有两种常用的方法，即最大负荷损耗时间法和等值功率法。,6.3电力网中的电能损耗,最大负荷损耗时间法,一段时间t内，线路电阻中的电能损耗为,线路向一个集中负荷供电.

12、,式中，S的单位为KVA，U的单位为KV。 若时间 则 为一天的电能损耗； 若 则 为全年的电能损耗。,6.3电力网中的电能损耗,最大功率损耗时间 的意义,设如果面积 与一矩形面积相等，并令矩形的高等于 ，则矩形的底用 表示，电能损耗可表示为,最大负荷损耗时间法,线路向一个集中负荷供电.,6.3电力网中的电能损耗,称为最大负荷损耗时间，也叫最大功率损耗时间， 其意义为：线路中输送的功率一直为最大负荷功率 ，在 小时内的电能损耗恰等于线路全年的实际电能损耗。,最大功率损耗时间 的意义,最大负荷损耗时间法,线路向一个集中负荷供电.,6.3电力网中的电能损耗,表6.2最大负荷利用小时 与最大负荷损耗

13、时间 的关系,6.3电力网中的电能损耗,最大负荷损耗时间法,线路上有几个集中负荷时,线路总的电能损耗等于各线段电能损耗之和，即,图6.10有3个集中负荷的供电网络,式中: 分别为线路各段的最大负荷功率； 分别为各线段的最大负荷损耗时间。,6.3电力网中的电能损耗,线路上有几个集中负荷时,如果已知各点负荷的最大负荷利用小时数 ，各点最大负荷同时出现，则,最大负荷损耗时间法,6.3电力网中的电能损耗,说明：,输电线路变动的电能损耗的计算，同样适用于变压器; 即变压器的电能损耗为:,如果电网中接有n台同容量的变压器并联运行时, 则在一年中的电能损耗为,最大负荷损耗时间法计算电能损耗,由于 值的确定是

14、近似的，准确度低,一般用于电网的规划阶段。 对于已运行电网的电能损耗计算,常采用等值功率法。,6.3电力网中的电能损耗,6.3 有一电力网负荷曲线如图所示，已知 ，R=12，平均功率因数 ,试用最大功率损耗时间法计算一年内的电能损耗。,例6.3的电力网负荷曲线,6.3电力网中的电能损耗,例6.4 变电所低压母线上的功率为40MW， . 试求线路及变压器中全年的电能损耗。线路和变压器的参数如下： 线路（每回）： 变压器（每台）：,例6.4的输电系统及其等值电路,6.3电力网中的电能损耗,6.4 降低电力网电能损耗的措施,6.4.1 提高负荷的功率因数 6.4.2 提高电力网运行的电压水平 6.4

15、.3 改变电力网的运行方式 6.4.4 对原有电网进行技术改造,电力网的电能损耗不仅耗费一定的动力资源，而且占用部分发电设备容量。 因此降低网损是电力企业提高经济效益的一项重要任务。,6.4 降低电力网电能损耗的措施,电力网的电能损耗计算公式。,电力系统的负荷中，异步电动机占相当大的比重，它所需的无功功率与有功功率的关系为:,异步电动机所需的无功功率由两部分组成:,受载系数降低，使得功率因数降低。,第一部分是建立磁场所需的空载无功功率，约为 的6070，与受载系数无关； 第二部分为绕组漏抗中消耗的无功功率，与受载系数的平方成正比。,6.4.1 提高负荷的功率因数,6.4降低电力网电能损耗的措施

16、,提高负荷的功率因数的措施：,使异步电动机与所拖动的机械功率配套，避免“大马拉小车”的现象。,同步电动机代替异步电动机，（因为同步电动机不仅可以不需要系统供给无功功率，还可以运行在过励磁状态向系统发出无功功率，从而提高负荷的功率因数）。,6.4降低电力网电能损耗的措施,电力网运行时，应尽量提高运行电压水平，以降低功率损耗和电能损耗。,对于变压器，提高电力网的运行电压，变压器绕组中的铜损减小，但是，铁损就相应地增加。,对于变压器的铁损在网络总损耗中所占比重小于50的电力网，适当提高电力网的运行电压可以降低网损， 对于变压器铁损所占比重大于50的电力网，情况正好相反，此时宜适当降低运行电压，如61

17、0KV的农村配电网络。,6.4.2 提高电力网运行的电压水平,6.4降低电力网电能损耗的措施,闭式网的经济功率分布,没有施加任何调节和控制手段，由线路阻抗决定的功率分布，称自然功率分布。,6.4.3 改变电力网的运行方式,图6.13 环形网络,6.4降低电力网电能损耗的措施,网络的有功损耗为：,6.4.3 改变电力网的运行方式,图6.13 环形网络,闭式网的经济功率分布,当闭式网内功率按各段电阻分布时，电网内有功功率损耗最小，这样的功率分布，称为经济功率分布。,电网内功率损耗最小时的功率分布为:,6.4.3 改变电力网的运行方式,使网络有功损耗最小的条件为：,闭式网的经济功率分布,闭式网的经济

18、功率分布,对于均一网，网络内的自然功率分布就等于经济分布。,在环形网络中，装设混合型加压调压变压器（也叫纵横调压变压 器）,对于非均一电网，可以采取以下措施，将自然功率分布变为经济分布，使得电网内功率损耗最小。,在闭式网内装设并联电容器，调整电力网的电抗，,在以限制短路电流或满足继电保护动作选择性要求为目的选择开环运行点时，应尽可能兼顾到使开环后的功率分布产生的功率损耗最小。,6.4降低电力网电能损耗的措施,组织变压器的经济运行,变压器的经济运行主要是指：合理选择变压器容量，合理选择变压器的台数等。 当n台同容量、同型号的变压器并联运行时，总的功率损耗为,n1台并联运行时，总的功率损耗为,图6.15变压器功率损耗与投入台数的关系,6.4降低电力网电能损耗的措施,组织变压器的经济运行,当 时，n台变压器并联运行与n1台变压器并联运行时有功损耗相等，此时变电所的负荷功