电力系统经济运行

浅谈电力系统的经济运行
摘要：各类发电厂由于机组规格、设备容量和使用的动力资源的不同从而有不同的技术经济特性，各类发电厂的发电机应分担的功率，应该按技术经济特性来进行合理地分配。

关键词经济运行；等微增率；节约能源；保护环境；电力系统
中图分类号：f407文献标识码： a 文章编号：
电力系统中的发电厂主要有水力发电厂、火力发电厂和核能发电厂这3 类。

电力系统中的各类发电厂应当合理使用水力资源和化石燃料，使整个电网能够在最大经济效率的方式下运行，从而降低电能燃料消耗以及电能输送过程当中的损耗，从而达到降低供电成本。

1发电厂的合理组合
综合考虑各类发电厂的特点，合理地利用动力资源，尽量发挥火电厂高效机组的作用，降低发电成本，并执行国家有关燃料政策，减少化石燃料的使用，以达到保护环境的目的。

一般，为避免火电厂频繁开停机组或增减负荷，应让其承担基本不变的负荷，其中高温高压凝汽式电厂效率高，应优先投入；其次是中温中压凝汽式电厂。

无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率是不可调的，应优先投入。

有调节水库水电厂的可调功率，在丰水期，为防止弃水，应优先投入；而在枯水期，则承担高峰负荷。

核电厂的一次投入大，运行费用低，建成后应尽可能利用，承担基本不变的负荷。

综上所述，为了合理利用国家的动力资源，降低发电成本，必须根据各类发电厂的技术经济特点，恰当分配他们承担的负荷。

各类发电厂承担负荷的大致顺序如图 1，图 2 所示。

2负荷的经济分配
在电力市场条件下，发电厂和电力网将分属不同的利益主体，同一电力系统中许多发电厂也可能分别由多个独立核算单位负责
经营。

由于电能生产的特殊性，电力系统中的发电、输电、配电、用电各环节中仍保持为物理上的统一整体，但在经营方面，参与电能交易的每一方都会追求本身的最大利益，在这种情况下已不可能仅靠行政手段来实施电力系统的经济运行。

在电力市场环境下，将运用经济杠杆，在有关法律法规的指导下，通过电能交易各方的平等有序的竞争和协调，逐步达到社会动力资源的有效利用和电能生产、输送和消费的优化分配。

图1水电厂丰水期日负荷图图2水电厂枯水期日负荷图
图 1，图 2 中，a 为水电厂的不可调功率；b 为水电厂的可调功率；c 为热电厂；d 为核电厂；e 为高温高压凝汽式火电厂；
f 为中温中压凝汽式火电厂。

2.1多个火电厂间负荷的经济分配
假定有 n 个火电厂，其燃料消耗特性分别为 f2（pg1），f2（pg2），…，fn（pgn），系统的总负荷为 pld，网络损耗为 pl，任一发电厂的有功功率和无功功率都不应该超出它的上、下限，即 pgmin≤pgi≤pgimax；qgimin≤qgi≤qgimax；各节点的电
压也必须维持在 vimin≤vi≤vimax。

在计算发电厂有功功率负荷经济分配时，这些不等式约束条件可以暂不考虑，待算出结果后，再进行检验。

系统负荷在 n 个发电厂间的经济分配问题可以表达为，在满足：的条件下，使目标函数的取值为最小。

此问题是多元函数求条件极值的问题，可以用拉格朗日乘数法求解。

因此，首先构建拉格朗日函数：
参数称为拉格朗日乘子。

拉格朗日函数 l 取极值的条件为：由于每个发电厂的燃料消耗只是该厂输出功率的函数，因此可得：
这就是多个火电厂间计及有功功率损耗时负荷经济分配的等微增率准则，这个条件决定的负荷分配是最经济的。

由于实际问题本身性质，所以可知拉格朗日函数 l 的最小值一定存在，并且最小值就在等微增率准则确定的极值点处取的。

若求得有功功率越出某一发电厂的上、下限，则按其限制（上、下限）分配负荷，然后再对其余的发电厂分配剩下的负荷功率。

2.2水、火电厂间有功功率负荷的经济分配
当能源消耗受限制时有功功率负荷的最优分配问题，在实践中可理解为有功功率负荷在火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问题。

由于水电厂的运行受到给定运行周期内总发电用水量的限制，因此水、火电厂最优运行目标是：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水、火电厂的负荷，使总燃料（煤）耗量为最小。

设系统中有 n 个火电厂，m 个水电厂，在指定的运行时间
t 内系统的负荷 pld（t）已知，第 j 个水电厂的发电用水量为 wj，火电厂的耗量特性为 fi（phi），水电厂的耗量特性为 wj（psj），计及有功损耗 pl（t）时，水、火电厂间负荷经济分配的目标是，在满足约束条件：
值为最小。

这是一个求泛函条件极值问题，一般需用分段法求解，用分段法处理后，仍可用拉格朗日乘数法来解决此类问题。

把计算时间 t 分成 s 小段，每一个小的时间段内看成各发电厂的有功功率和负荷功率都不变，则约束条件与目标函数可写成：应用拉格朗日乘数法列出拉格朗日方程：
则拉格朗日函数 l 取得极小值的条件为：
由于条件（1，2，3，4）对任意δt 都成立，所以经济分配条件为：
这就是计及网损时，多个火、水电厂负荷经济分配的条件。

其中γj为水煤换算系数；把水电厂的水耗量乘以γj，就相当于把水换成煤，水电厂就成了等值的火电厂，然后就可以套用火电厂间负荷分配的等微增率准则。

2.3无功功率负荷的经济分配
无功功率在网络中传送会产生有功功率损耗，电力网的电能损耗不仅耗费一定的能源，而且占用一部分发电设备容量。

因此，降低网损也是电力系统经济运行的一项重要任务。

电力系统的经济运行，首先是要求各发电厂间进行有功负荷的经济分配。

在有功负
荷分配确定的前提下，调整各电源之间的负荷分布，使有功网损达到最小，这就是无功功率负荷经济分布的目标。

网络中的所有有功功率损耗可表示为所有节点注入功率的函数：pl=pl（p1,p2…pn，q1，q2，…，qn）此外，有功功率损耗还可表示为：
由上式可见，无功功率在网络中的输送影响有功功率的损耗。

进行无功负荷经济分布时，除平衡机以外，所有发电机的有功功率都已确定，各节点负荷的无功功率也是已知的，
待求的是节点无功电源的功率。

假定这些无功电源接于节点1，2，3，…，m，其出力和节点电压的变化范围：qgmin≤qgi≤qgmax，vimin≤vi≤vimax；在计算过程中，必须检验这些条件，最后结果可能是一部分电源按等微增率准则进行分配，另一部分按限制或调压要求分配无功负荷。

无功负荷经济分配问题的数学表达式，在满足等式：的条件下，使 pl达到最小。

其中 ql为网络的无功功率损耗。

应用拉格朗日乘数法，构造拉格朗日函数：
则拉格朗日函数 l 取极小值的条件为：
得到无功功率经济分布的条件：
这是等微增率准则在无功功率负荷经济分配中的具体应用，当各无功功率电源点的网损微增率相等时，网损达到最小；借此进一步提高了电力企业的经济效益。

3结论
负荷在火力发电厂间进行分配时，当机组的能耗微增率相等时，总的能耗将达到最小；在水、火电厂联合运行的系统中，可以通
过水煤换算系数γ将水电厂折合成等值的火电厂，然后就像火电厂一样进行负荷的分配。

对每一水电厂γ值的选取应该使该水电厂在制定运行周期内的给定用水量恰好用完；在有功负荷分布已确定的前提下，调整各无功电源的微增率相等时，网络的有功损耗将达到最小。

通过等微增率准则确定的系统的有功功率和无功功率的最优分布，可以实现系统中各种发电厂的合理组合以及充分利用清洁能源，节约化石能源的目标，这样既能节约发电成本，又能保护环境，能够实现在保证优质供电的条件下，尽量降低供电成本，达到电力系统的经济运行的目标。

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