电力系统规划课件六

第三章

电力系统生产模拟生产模拟的研究内容

模拟未来发电系统的运行，以确定在未来一个时间段的发电运行费用（生产成本）包括：燃料费用发电运行与维修(O&M)费用发电启动费用

生产模拟的分类确定性生产模拟随机生产模拟—考虑发电机的随机停运第三章生产模拟生产模拟的应用系统规划研究：对方案求研究时段内的年运行费（将运行费与新设备投资相加，贴现）燃料预算：为燃料购买决策（1~5年）购电及售电分析：评价向其它公司购电或售电的可能的好处供电成本研究：建立供电成本→电价分析负荷管理研究、系统运行策略（开停机，检修）第三章生产模拟3.1确定性生产模拟

3.1.1

负荷需求的表示生产费用由一年中所有负荷造成，用小时负荷模型-----负荷曲线在较不详细的模拟中，为方便分析，负荷曲线用持续负荷曲线替代第三章生产模拟t```PPt

图3-1a.负荷曲线图3-1b.持续负荷曲线第三章生产模拟3.1.2发电机组特性输入燃料与输出功率关系曲线横坐标为出力的百分数纵坐标为输入燃料BTU：BritishThermalUnit

1BTU=252卡热耗微增率曲线为热耗曲线的导数特点：随功率增大，每隔一定功率，热耗微增率有一急剧增加（对应新开一阀门，增加额外能量）热耗微增率稳定值呈阶梯状增加平均热耗曲线平均热耗=燃料输入/功率输出特点：低输出段，由于空载损耗的存在，平均热耗较高。随输出功率增加，平均热耗减小图3-2发电机特性曲线3.1.3发电机组的启、停由于存在峰谷差，在低谷时必须停运部分机组从经济角度考虑：停哪些机组、什么时间停、第二天什么时间启动必须考虑可靠性机组启停停的经济济考虑基本原则则：最少台数数的机组组运行，，可得到到最经济济效果！平均运行行成本=燃料价价格×平平均热耗耗＋O&M图3-3发电机成本曲线机组启停停计划的的约束1）可靠性性考虑——有足够够的备用用在线旋转转备用--由所所有运行行机组承承担快速启动动备用——燃汽轮轮机、水水电2）运行制约机组最少运行时间间准则—增加峰荷荷附近时机组投运运数机组最少停运时间间准则—增加谷荷荷时机组投运数3）地区保护—每每个地区最少需投投入的机组，由负荷、、传输容量、可靠靠性等决定多台机备用与少量量机组备用差别：考虑到发电机的爬爬坡速度，多台机机备用优于少量机机组备用。例如：1000MW负荷由11台机组组供电，每台100MW，对大幅度功率响应应率为2%/分，，若其中10台机组组满负荷运行，一一台旋转备用，则则该系统提供20MW/10分钟备用(一台机爬坡坡，速度慢)；若11台机都以90.9MW运行，11台机每每机都有2%/分分的旋转备用，该该系统提供100MW/10分钟备用（11台机同同时爬坡，速度快快）快速旋转备用与旋旋转备用差别：1）启动可能不成功，，故是不太可靠的的备用2）对电气暂态，，反应不一样，连连接在系统的机组组，在调速机控制制下，响应是瞬时时的。模拟机组启停算法法1。将可投入机组组按机组满负荷时时运行费用美元/MWh排队，形成优先次次序表；2。地区保护准则则由每个电厂必须须投运机组模拟，，重排优先次序表表，将必须投运机机组放在最前面；；3。按负荷曲线和和优先次序表定每每小时最少投运机机组，同时：机组的连续运行容容量应满足负荷要要求；机组的最大额定容容量应满足负荷加加旋转备用要求；；4。按最最少停运运时间进进行检查查，如违违反，则则违反的的机组在在违反的的时间段段内投运运。例3.1按按表中数数据计算算机组的的启停顺顺序（备备用率要要求10%，地地区保护护准则要要求市内内电厂和和河边电电厂各一一台机全全投）表3.1负荷荷数据表3.2机组组数据解：1））按美元元/MWh做出优先先次序表表2）按地地区保护护准则修修改上表表，将河河流2、、城市1放在最最前面考虑地区区保护准准则后的的优先次次序表183）对每个负负荷投入入最少数数量，同同时满足足：∑连续运运行额定定容量≥≥负荷投运机组组∑最大额额定容量量≥负荷荷+旋转转备用投运机组组机组初步步启停机机计算4）检查查机组启启停计划划是否满满足最少少停运时时间约束束：停停运时时间＜最最少停运运时间考虑机组组最少停停运时间间可见第4台机不不满足，，该机组组在早上上2点至至6点必必须保持持运行机组启动动台数时段

负荷（MW）要求启动台数发电机连续容量10AM-2PM1790920002PM-6PM1500717006PM-10PM12005130010PM-2AM1100412002AM-6AM900412006AM-10AM1500717003.1.4火火电机组组的调度度机组启停停计划决决定哪些些机组在在线运行行，机组组调度计计划确定定每台机机组需承承担负荷荷机组调度度的目的的：根据据机组运运行成本本特性，，调整每每台机组组发电实实现机组调度度还应考考虑输电电损失（（占总发发电量1~2%）2）经济济调度模模型系统每小小时总运运行费用用：功率平衡衡方程约约束其中：经济调度度模型（（续）化成无约约束优化化模型：：上式对每每台发电电机出力力Pn求偏导，，可求得得调度条条件第一项为为机组n发出更多多功率的的微增发发电费用用，第二项为为机组n网损修正正系数，，其分母母后两项项为微增增输电损损失，上式表明明：当系系统中每每台机组组的微增增发电费费用与其其网损修修正系数数的乘积积相等时时，系统统达到最最佳经济济性实用中，，网损修修正系数数在1.0～1.1之之间，近近似表示示3）在生生产模拟拟中模拟拟经济机机组调度度生产模拟拟模拟一一个月或或一年较较长时间间段，比比在线调调度模拟拟精度要要求低（（每小时时误差累累计，相相抵消））网损修修正系系数用用常数数替代代微增热热耗为为一系系列阀阀点间间的水水平线线，微微增电电能成成本也也为一一系列列阀点点间的的水平平线在生产模拟拟中模拟经经济机组调调度算法对给定时间间进行机组组启停计划划，决定运运行机组对所有在线线机组的最最低功率点点功率相加加对所有在线线机组，将将其阀的负负载部分按按微增成本本从小到大大排序，画画出微增成成本与系统统发电量关关系曲线图图在上图中中标出所所需系统统发电量量（等于于负荷需需求）任何在负负荷需求求线左侧侧的功率率线的机机组，都都将带负负荷；每每台机组组在负荷荷线左侧侧的功率率加其最最低功率率点负荷荷为该机机组应带带负荷。。机组调度度计算图图示例3.2小时时负荷需需求为525MW，忽略输电电损失，，两台投投运机组组为海滨滨1和城城市1。。试计算算燃料费费用。表3.3机组组功率段段数据解：1））最低功功率=200+100=300MW2）按微增成成本美元元/MWh排负荷段段的次序序机组段段数微微增增成本分分段段容量分分段段调度累累积功率率最小值300海滨110.5×10=5.05050350城市110.55×9.5=5.2255050400海滨120.5×11=5.5100100500海滨130.5×12=6.05025525城市120.55××11=6.055005253）最低低费用=2300×0.5+1200×0.55=1810美元/h分段的费费用=5.0×50+5.225×50+5.5×100+6.0×25=1211.25美元/h总燃料费费用=1810+1211.25=3021.25美美元/h3.1.5水水电机机组的调调度一、特点：水电通常常受能量量限制，，与火电电调度方方法不同同水电燃料料费用很很小，首首先被调调度（安安排使用用）水电分三三种：径径流式水水电、有有一定调调节能力力带水库库的水电电、抽水水储能水水电二、径流流水力发发电以每小时时为基础础，直接接修改负负荷无旋转备备用三、有水水库的水水电一般以月月为基础础模拟，，具有以以下特性性：一个月的的电量已已知可发出最最大容量量已知可发出最最小容量量已知允许有旋旋转备用用直接修改改负荷曲曲线水库水电电一般用用来调峰峰，在它它未达最最大容量量时，可可提供旋旋转备用用安排水库水电电调峰图示：四、抽水储能能水电（PHG）特点PHG需要上下两级级水库，在低低谷时从下水水库抽水，高高峰时放水发发电，效率一一般60%几几。为制定PHG的经济运行表，需需要：1。一周内按小时时顺序的负荷及旋旋转备用要求2。可用于发电的的火电机组及优先先顺序表3。可以由PHG承担旋转备用，假假定原来不要求PHG发电安排PHG发电步骤1。制定按小时顺顺序的火电启停计计划，此时PHG不发电，但可担任任旋转备用2。计算火电机组组的成本，安排从从低到高的运行段段3。安排PHG高峰时发电，低谷谷时抽水，分别计计算费用，若发电电成本高于抽水成成本时（要考虑效效率），经济上是是合算的表3.4按火电电成本制定抽水储储能水电运行表例3。有7台机机组，其中3台必必须投运，成本函函数见表。假设抽抽水储能水电容量量400MW，具有1200MWh的蓄水库，整个循循环效率66.7%，试安排PHG发电并论证经济上上是否合理当PHG发电时，它取代其其他机组。PHG的价值是其取代的的机组的运行成本本(红线）；发电成本是根据火火电成本函数求得得的当PHG处于抽水工况时，，它消耗功率。其其成本为供给PHG抽水用电的费用用；由于PGH效率66.7，，故抽水成本是根据据火电成本函数数除0.667求得（兰线）右下图为日负荷荷曲线转90°°PGH在16点发电200MWPGH在4-6点抽水水用300MW图3-6按负负荷曲线安排PHG发电发电成本大于抽抽水成本，经济上合算。右图为在峰荷增增加PGH发电，谷荷抽水水至经济性极限限的图示（多发发电，多抽水））。再增加PGH的应用时间，只只会增加费用图3-7PHG安排的经济极限限PHG安排的经济极限限原则：发电安排排在峰荷，抽水安排在谷荷荷3.1.6年年发电生产模模拟程序原理框框图习题3.1：：用表3.2中中的数据，确定定按下列负荷的的启停机计划，假定海滨电厂至至少有一台机需需全部时间投运运。旋转备用要要求50MW加70%负荷小时负荷（MW）10AM-2PM15002PM-6PM17506PM-10PM181010PM-2AM13502AM-6AM8506AM-10AM12503.2随机生生产模拟随机生产模拟考考虑了发电机的的随机停运、负负荷的随机波动动等情况，对生生产成本估算更更合理准确随机生产模拟可可同时给出发电电系统可靠性指指标：LOLP，EENS随机生产模拟分类完全的状态列举举法

概率卷积积法

半不变量量法

等效电量量函数法……模型简述1）发电机强强迫停运率率q，q=停运时间/总时时间，可可用率p，p=1-q

2）负荷---用持持续负荷曲线表表示

3）网络络---不考虑虑输电限制3.2.1完完全的状态列举举法基本原理：1）将发电机以以经济指标排序序，形成排序表表2）给发电机按按排序表顺序带带负荷，考虑发发电机强迫停运运率、考虑各种种可能出现的状状态组合3）计算各种组组合出现概率、、各发电机发出出电量例3.4负负荷200MW，时间1小时，3台发电机。计计算每台发电机机发电量及费用用。机组最最小功率最最大功率率q（（美圆/MWh）A01000.115B01000.225C01000.2540联络线02000.080解：1)为满足200MW负荷，列出全部部的发电组合状状态2)计算各状态态发生概率3)计算各状态态对应费用表3.2.1发电机数据

状态的调度（MWh）运行机组状态概率ABCTie合计美圆

A,B,C,Tie0.54100100002004000A,B,Tie0.18100100002004000

A,C,Tie0.135100010002005500B,C,Tie0.06010010002006500A,Tie0.045100001002009500B,Tie0.020100010020010500C,Tie0.0150010010020012000Tie0.00500020020016000

期望的调度90802192004910完全状态列举法法生产费用成本本解费用=0.54×4000+0.18×4000+····=4910P1=（1-0.1）×（1-0.2）××（1-0.25）×1=0.54P5=（1-0.1）×0.2×0.25=0.045SB=(0.54+0.18+0.06+0.02)××100=803.2.2概概率卷积法一、等效持续负负荷曲线等效持续负荷曲曲线（ELDC）把发电机组的随随机停运和随机机负荷模型结合合在一起，是随随机生产模拟的的核心。持续负荷曲线曲线上任一点（（x,t）表示系统负荷≥≥x的持续时间；用T除上式，得P=f(x)=F(x)/TP可以看作负荷≥≥x的概率。图3.9持持续负荷曲线线Ct—总装机容量LOLP—电力不足概率EENS—电量不足概率LOLP=tL/T=f(Ct)总电量：等效持续负荷曲曲线把发电机故障等等效负荷对原始始负荷曲线的的修正当一台发电机停停运时，负荷应应由除去该机组组后系统中其它它所有机组承担担。可等效地地看作该该机组与与系统中中其它所所有机组组共同承承担了向向右移该该机组容容量的负负荷曲线线。pxmx0c1p0c1xmx等效持续续负荷曲曲线（续续一）设第一台机运运行。运行状态负荷荷为停运状态负荷荷为相当于平移C1，考虑停运的等等效持续负荷荷曲线为：第一台机组发电量1）基荷xb不变，峰荷增增加C12）阴影部分面积积为考虑强迫迫停运机组1少带的电量量将n台机组全部加加入后：1）2）可见：即使发发电机装机容容量大于总负负荷，系统LOLP和EENS依然不为零。。推广到第i台机组：等效持续负荷荷曲线（续二二）随机生产模拟拟流程二、分段发电电机组处理1）生产模拟拟中，常将发发电机分段处处理：同一台机，各各段煤耗微增增率不同最小技术出力力限制2）方法：发发电机分段容容量，根据各各段经济指标标，分别安排排运行3）问题：安安排同一台机机的后面段运运行时，应消消除前面段的的强迫停运的的影响—反卷卷积计算设第i+1台发电机组与与前面已安排排的机组b为同一机组的的不同分段，，在安排第i+1台机时已形成成等效持续负负荷曲线写成递归形式式：也可写成另一一种形式：为没考虑机组组b影响的前i-1台机的BLDC，或消除了机组组b影响的前i台机的BLDC的求取—反卷卷积推导：