电力系统电源规划课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,华北电力大学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华北电力大学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华北电力大学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华北电力大学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华北电力大学,第三章,电力系统电源规划,刘宗歧 教授,1,第三章 1,概况,1,您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。,概况,2,您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。,概况,3,您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。,+,+,+,整体概况,概况1+整体概况,纲要,第一节 概述,第二节 发电的电力电量平衡和可靠性概念,第三节 发电容量的概率模型和负荷模型,第四节 发电系统的裕度计算（检修计划）,第五节 互联发电系统的可靠性,第六节 随机生产模拟的基本概念,华北电力大学,纲要第一节 概述华北电力大学,第一节 概述,一、概述,二、确定合理的电源结构的原则和做法,三、合理确定各种电厂在系统工作中的地位,四、各类发电站的特性,华北电力大学,第一节 概述一、概述华北电力大学,一、概述,电源结构就是指在电力系统中各种类型的电厂之间的发展比例。,电力系统电源,凝汽式燃煤火电厂,热电,厂,水电,厂,常规电源,新兴电源,抽水,蓄能水电站,地热,潮汐电站,风能,核能电站,华北电力大学,一、概述电源结构就是指在电力系统中各种类型的电厂之间的发展比,影响电源结构的因素,受各地区动力资源储量及开发条件等制约。,电力系统中电、热负荷增长速度和分布情况对各种资源的开发有很大影响。,各种电源本身的技术经济指标的影响。,华北电力大学,影响电源结构的因素 受各地区动力资源储量及开发条件等制约。,二、确定合理的电源结构的原则和做法,在确定电力系统电源结构时，应该遵循我国电力建设的有关方针政策，在以煤炭为基础的常规能源中，优先发展水电，核电积极起步和建设的方针。,华北电力大学,二、确定合理的电源结构的原则和做法在确定电力系统电源结构时，,电源规划中，合理的选择各类电源的做法：,根据负荷预测的结果，确定各规划水平年电力系统所需要的总装机容量；,根据规划区内动力资源情况和负荷分布情况、可能发展速度及增长需要，选择具备建主电厂条件的电厂厂址。,要优先确定下那些具有防洪、灌溉、航运等综合利用的水利枢纽用来发电的容量，对于现有的有条件扩建的电厂，应在技术经济比较的基础上确定其合理的扩建规模；以及根据热负荷情况确定的热电厂的容量。,华北电力大学,电源规划中，合理的选择各类电源的做法：根据负荷预测的结果，确,三、合理确定各种电厂在系统工作中的地位,由于各类电厂的工作特性不同，因而他们在日负荷曲线上所承担的任务也不同。我们将电源也对应的分为三类即承担基荷的电源、承担腰荷的电源以及承担峰荷的电源。,华北电力大学,三、合理确定各种电厂在系统工作中的地位由于各类电厂的工作特性,峰荷电源 腰荷电源,（1）抽水蓄能水电 （6）不完全年调节水电,（2）燃气输机组 （7）经济性较高的火电,（3）日调节水电,（4）多年调节水电,（5）不经济火电,基荷电源,（8）经济性较高的火电 （9）热电厂,（10）核能电厂 （11）径流式水电,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,（8）,（9）,（10）,（11）,P,6,12,18,24,t(h),0,各类电源在负荷曲线中的工作位置,华北电力大学,P6121824t(h)0各类电源在负荷曲线中的工作位置华北,四、各类发电站的特性,按照发电站的工作状况，可以分为：,基荷发电站：核电站、大型凝汽式电站、径流式水电站等；,腰荷发电站：中型凝汽式电站，部分水电站；,峰荷发电站：水电站、抽水蓄能电站、小型凝汽式电站、燃汽轮机电站等。,华北电力大学,四、各类发电站的特性按照发电站的工作状况，可以分为：华北电,1、火电站,火电站,背压式机组,抽压式机组,凝气式火电站,（燃煤式火电站）,供热式火电站,（热电站）,按汽轮机分,华北电力大学,1、火电站火电站背压式机组抽压式机组凝气式火电站供热式火电站,火电站的运行特性,火电站的出力与发电量比较稳定。,火电站有最小技术出力的限制。,火电站机组启动技术复杂，且需耗费大量的燃料、电、化学水。,此外，火电站负荷的调节非常缓慢,高温高压火电机组不宜经常启停，且只宜承担系统基荷，并在接近满负荷下运行。中温中压火电机组在必要时可担任腰荷或峰荷变动，但不经济。,华北电力大学,火电站的运行特性 火电站的出力与发电量比较稳定。华北电力大,2、水电站,1）坝式（见图3-1-5）,坝后式水电站：厂房建在坝下游，不承受上游水压，高坝,河床式水电站：厂房成为挡水建筑的一部分，低坝获取水头,图3-1-5 坝式水电站,(a)坝式水电站 (b)河床式水电站,1抬高后的水位；2原河；3坝；4厂房,水力发电是利用天然水流的水能来生产电能，其发电功率与河流的落差及流量有关。根据开发河段的水文、地形、地质等自然条件，水电站可分为以下三类,坝式水电站往往形成较大的水库，因而能进行流量调节（径流调节）。发电出力能比较好地符合电力系统的要求,当不能形成径流调节所需的较大水库时，则只能按天然流量发电，称为径流式水电站。,华北电力大学,2、水电站1）坝式（见图3-1-5）图3-1-5 坝式水电站,图3-1-6 引水式水电站,(a)无压引水式水电站 (b)有压引水式水电站,1引水道；2原河；3能坡线；4厂房,2）引水式（见图3-1-6）,无压引水式水电站：,沿岸修筑坡降平缓的明渠或无压隧道来集中落差,有压引水式水电站：,用有压隧道或管道来集中落差,引水式水电站不会形成水库，多为径流式水电站。,华北电力大学,图3-1-6 引水式水电站2）引水式（见图3-1-6）引水式,3）混合式（见图3-1-7）,图3-1-7 混合式水电站,1坝；2引水道；3厂房；4能坡线,大部分混合式水电站可以进行径流调节。,河段,ABC,有落差,H,AC,。BC,段上不宜建坝，但,落差,H,BC,可以利用。,华北电力大学,3）混合式（见图3-1-7）图3-1-7 混合式水电站大部,水电站的运行特性,水电站最突出的运行特性是其出力和发电量随天然径流量的情况而变化。,水电站有时还可能由于水头太低，使水轮发电机达不到其额定出力。,水电站的另一特点是启停机迅速方便。,水电站适合在电力系统担任调峰和调频任务。,水电站的运行费用几乎与生产的电量无关。,华北电力大学,水电站的运行特性水电站最突出的运行特性是其出力和发电量随天然,3、核电站,图3-1-8 核电站的构成,1压水反应堆；2堆芯；3控制棒传动装置；4一次回路；5冷却剂桌；6蒸汽发生器；,7二次回路；8加压器；9反应堆安全壳；10高压气缸；11低压气缸；12发电机；,13脱水器；14冷却水；15冷凝器；16冷凝水泵；17给水加热器；18给水泵；19给水加热器；,华北电力大学,3、核电站图3-1-8 核电站的构成华北电力大学,核电站的运行特性,核电站的主要优点是核燃料以少胜多,核电站需要连续地以额定功率运行，在电力系统中总是分担基荷。,在有核电站的电力系统中需要设置较大的发电机组备用容量，并要求有抽水蓄能机组进行调峰配合。,核电站在缺少能源且交通运输紧张的地区无疑具有广阔的发展前景。,华北电力大学,核电站的运行特性核电站的主要优点是核燃料以少胜多 华北电力大,4、抽水蓄能电站,按其运行周期可以分为：,日抽水蓄能：,以日为运行周期；,周抽水蓄能：,以周为运行周期；,季抽水蓄能：,将汛期多余水量抽蓄到上水库里，供枯水期增加发电量。,日抽水蓄能电站的工作情况,华北电力大学,4、抽水蓄能电站按其运行周期可以分为：日抽水蓄能电站的工作情,抽水蓄能电站功能,运行灵活、可靠，主要用来调峰填谷,担任系统备用容量,担任系统调频任务,担任调相任务,使水电站更好地发挥综合利用效益,华北电力大学,抽水蓄能电站功能 运行灵活、可靠，主要用来调峰填谷华北电力大,第二节 发电的电力电量平衡和可靠性概念,一、发电系统的电力电量平衡,二、发电系统的可靠性指标,22,第二节 发电的电力电量平衡和可靠性概念一、发电系统的电力电量,一、发电系统的电力电量平衡,电力系统的基本任务是可靠而经济地向用户提供高质量的电能。与其它工业相比，电力工业突出的特点是电能的生产、输送及消费同时进行，其产品难以贮存。因此，电力系统的可靠性就显得特别重要。,发电系统可靠性的考虑是以,确定性原则,为基础的。,应用最广的准则是：发电系统的装机容量不应小于系统电力负荷的最大功率再加上它的一个固定百分数。,发电系统的可靠性主要取决于机组容量与负荷的平衡情况,23,一、发电系统的电力电量平衡电力系统的基本任务是可靠而经济地向,用公式可表示以上准则为：,或者,其中,上式称为电力平衡方程式,24,用公式可表示以上准则为：,电力平衡的目的,确定系统所需要的发电设备容量,确定各类发电站的建设规模及装机进度,确定与其它电力系统联网的合理性,25,电力平衡的目的 确定系统所需要的发电设备容量25,备用容量,备用容量,：某时刻电力系统的装机容量（除去停用停机的机组容量）与该时刻系统负荷之差，又称净备用容量。,特别注意,：年最大负荷时的备用容量，这是系统备用水平的重要标志。,备用容量分为：检修备用、运行备用、事故备用和负荷备用四类。,检修备用,：为发电厂设备计划检修而设置的备用；,运行备用,：为抵偿计划或非计划的出力降低而设置的备用；,事故备用,：为保证发电设备发生强迫停运时不停止供电而设置的备用；,负荷备用,：为抵偿实际负荷超过预测负荷而设置的备用；,检修备用和运行备用统称,计划备用,；事故备用和负荷备用统称,非计划备用,。,26,备用容量备用容量：某时刻电力系统的装机容量（除去停用停机的机,备用容量,备用容量的选择方法：,百分数法,：按照年最大负荷的某一百分数作为备用容量，一般是1520%；,百分数+最大单机容量法,：按照年最大负荷的某一百分数+系统最大单机容量作为备用容量，一般是年最大负荷的10%+最大单机容量；,一般取上述两个方案中的大者。,概率法,：利用概率方法求发电系统的可靠性，由可靠性指标确定备用容量。,27,备用容量备用容量的选择方法：27,备用容量,利用概率方法选择系统的备用容量比以前的方法更为合理，原因是：,概率法既考虑了年最大负荷，又考虑了负荷曲线的影响；,概率法考虑了各种机组不同的故障率和修复率的影响，因为机组的故障率和修复率随机组的类型和容量不同有很大的差异，这些是上述方法所没有考虑的因素。,28,备用容量利用概率方法选择系统的备用容量比以前的方法更为合理，,电量平衡,当电力系统中水电机组比重较大时，除电力平衡外，还要求逐年逐月进行电量平衡，其主要目的是：,1）确定各代表水文年系统中各电站的发电量或发电设备利用小时数；,2）确定水电站电量的利用程度，论证水电站装机容量的合理性；,3）确定与其它电力系统交换电量的情况。,29,电量平衡当电力系统中水电机组比重较大时，除电力平衡外，还要求,电量平衡方程式,30,电量平衡方程式 30,有时也将上式转化为月平均出力及月平均负荷功率的形式，在其两端除以一月小时数（730h），得,31,有时也将上式转化为月平均出力及月平均负荷功率的形式，在其两端,当系统中水电比重很大，或遇丰水期时，水电站的电量可能出现利用不充分的情况，这时就应该估算弃水电量。,对于水电比重较大的系统，水电站的水文情况对电力系统运行及电力电量平衡有较大的影响。此时，需要考虑几种有代表性的水文条件进行电力电量平衡。,32,当系统中水电比重很大，或遇丰水期时，水电站的电量可能出现利用,二、发电系统的可靠性指标,衡量发电系统可靠性的主要判据是供电的充分性。,即在计及发电机组随机停运后，系统运行容量满足负荷功率的情况。,当裕度小于零时，发电系统就出现电力不足并被迫减少供电。发电系统可靠性分析就是以这个基本概念为基础的。,33,二、发电系统的可靠性指标衡量发电系统可靠性的主要判据是供电的,（一）电力不足概率（LOLP）,电力不足概率是指发电系统裕度小于零的概率,34,（一）电力不足概率（LOLP）电力不足概率是指发电系统裕度小,电力不足期望值LOLE,用停电时间表示的可靠性指标,计算LOLE两种方法：,以年的365个日最大负荷组成的曲线进行计算，单位为天/年,用日负荷曲线计算，365日可以形成8760h的负荷曲线，单位为h/年,35,电力不足期望值LOLE 用停电时间表示的可靠性指标35,（二）电量不足期望值（EENS）,电量不足期望值是指在研究周期内由于供电不足造成用户停电所损失电量的期望值,式中 为裕度 的确切概率，设T为研究周期，则可转换成,36,（二）电量不足期望值（EENS）电量不足期望值是指在研究周,（三）频率及持续时间（FD）,停电的频率为发电系统裕度小于零的频率,停电持续时间的定义为,37,（三）频率及持续时间（FD）停电的频率为发电系统裕度小于零,第三节 发电容量的概率模型和负荷模型,一、发电机组的可靠性模型,二、电力负荷的可靠性模型,38,第三节 发电容量的概率模型和负荷模型一、发电机组的可靠性模型,一、发电机组的可靠性模型,从可靠性观点出发，所有的发电机组在其寿命期内由于各种技术原因都可能随机地被迫停运，然后通过修复重新投入运行，如此循环不已。,发电机组寿命过程,发电机组状态图,为运行时间，,为故障停运时间，这里,n,为在寿命期内的故障次数。,1、基本概念,39,一、发电机组的可靠性模型从可靠性观点出发，所有的发电机组在其,与元件可靠性密切相关的参数：,平均无故障工作时间MTTF,平均修复时间(简称修复时间)MTTR,平均故障间隔时间MTBF,有了以上参数，即可建立描述发电机组可靠性的上述状态图,40,与元件可靠性密切相关的参数：平均无故障工作时间MTTF40,运行状态的概率亦称为有效度，用A表示,发电机组停运状态概率亦称无效度，用 表示,发电机组无效度通常叫强迫停运率（FOR）,41,运行状态的概率亦称为有效度，用A表示41,转移率 修复率 故障率,单位时间内从一状态转移到另一个状态的次数叫做转移率，它与某个状态的平均滞留时间有关，且为其倒数。从运行状态到停运状态的转移率(故障率，向下转移率)为,单位时间内从停运状态转移到运行状态的次数叫修复率(向上转移率),发电机组在单位时间内发生故障的次数称为故障频率,42,转移率 修复率 故障率单位时间内从一状态转移到另一个状态的次,由前两式可推导得,上式表明，发电机组的故障频率等于故障概率与故障状态向运行状态的转移率的乘积。,43,由前两式可推导得43,归纳推导得,元件某一状态出现的频率等于该状态的确切概率与向其它状态总转移率的乘积。,44,归纳推导得元件某一状态出现的频率等于该状态的确切概率与向其它,小结,1)上述讨论都针对发电机组是两状态的情况，关于多状态发电机组的情况在以后章节还要介绍；,2)发电机组的计划检修也属停运状态，但属于确定性事件，不在上述讨论范围内，将在后续章节中介绍；,3)以上公式及概念同样适用于任何两状态元件，如变压器、输电线等。,45,小结1)上述讨论都针对发电机组是两状态的情况，关于多状态发,2、机组可靠性模型,这里所谓发电机组可靠性模型是指一台或多台发电机组各种容量状态的概率和频率表，通常称为,发电机组的停运表,。,发电机组的可用容量 ，强迫停运率FOR ，修复时间 ，修复率,，,运行容量,（MW）,停运容量,（MW）,确切概率,累计概率,确切概率,累积概率,增量概率,0,1,0,0,46,2、机组可靠性模型这里所谓发电机组可靠性模型是指一台或多台发,由强迫停运率求出发电机组运行的概率(有效度),在停运表中,累计概率：,修复率：,确切概率,：,47,由强迫停运率求出发电机组运行的概率(有效度)47,累积频率,发电机组的停运表中更感兴趣的是累积频率。,累积频率由增量频率求出，增量频率可直接由元件的状态图计算,48,累积频率 发电机组的停运表中更感兴趣的是累积频率。48,对单台发电机组来说，由状态图可得到运行状态的增量频率,同理，停运状态下的增量频率,以上两个增量频率的绝对值相等。在求得增量频率以后，不难求出累积频率。,49,对单台发电机组来说，由状态图可得到运行状态的增量频率49,二、电力负荷的可靠性模型,为了分析发电系统的可靠性，必须建立电力负荷的可靠性模型。,从电力平衡观点来看，负荷可以看成是负的发电机组容量，因此可用停运表的形式给出各负荷功率出现的概率和频率。,50,二、电力负荷的可靠性模型为了分析发电系统的可靠性，必须建立电,51,51,52,52,定义,负荷由小功率向大功率转移应定义为向下转移，反之为向上转移。,设负荷功率 ，在某一点出现的时间 ，当下一时间负荷升高(向大功率方向转移时),向上转移率：,向下转移率：,该点的概率：,53,定义负荷由小功率向大功率转移应定义为向下转移，反之为向上转移,由增量频率定义有,同理，当下一时间负荷降低时,所以，负荷在任何一个状态的增量频率的绝对值恒等于 ，而与其出现的时间 无关。,负荷 的总增量频率为,负荷 的累积频率为,54,由增量频率定义有54,第四节 发电系统的裕度计算（检修计划,）,一、发电系统裕度表的形成,二、发电机组的检修计划,55,第四节 发电系统的裕度计算（检修计划）一、发电系统裕度表的形,一、发电系统裕度表的形成,发电系统是由一些发电机组和负荷构成的，本节讨论由发电机组停运表及负荷停运表形成发电系统裕度表的原理及算法。,前提：假定各元件的状态是相互独立的。,56,一、发电系统裕度表的形成发电系统是由一些发电机组和负荷构成的,设已知元件,a、b,的停运表，其确切概率为,设步长为 ，则有,这里 ，分别为,a，b,元件的容量，为停运容量。,为了简便起见，在不至引起误会的情况下我们将用i代表 ，用j代表 。,57,设已知元件a、b的停运表，其确切概率为57,假设这两个元件,a、b,组成一个等效元件,c,。依独立性假定，元件,a,在状态 和元件,b,在状态 的确切概率应为,按增量频率定义，增量频率可表示为,58,假设这两个元件a、b组成一个等效元件c。依独立性假定，元件a,并联系统可靠性,两个元件相互联结为一个元件时，通常有两种组合形式，我们称为元件的并联和串联。发电系统可靠性的分析计算只涉及元件的并联组合，因此以下首先讨论元件并联组合时的计算公式。,图3-4-2 元件的并联组合,（a）发电机组（b）变压器（c）输电线路（d）机组和负荷,59,并联系统可靠性两个元件相互联结为一个元件时，通常有两种组合形,确切概率,两个元件并联组合时，组合元件的停运容量等于两元件停运容量之和。故c在 的确切概率可表示为,或,60,确切概率两个元件并联组合时，组合元件的停运容量等于两元件停运,累计概率,结合确切概率,或,61,累计概率61,累积频率,增量频率表达式,62,累积频率增量频率表达式62,累积频率,或者采取另一种形式,以上累积概率和累积频率公式是元件并联组合计算的基本公式，又称卷积公式。,利用这几个公式就可以由发电机组的停运表和负荷的停运表逐步形成整个发电系统的停运表。,63,累积频率或者采取另一种形式63,二、发电机组的检修计划,发电机组的检修计划是电力系统生产规划及生产模拟的重要组成部分。,目的是周期性地安排机组的预防性检修，使设备经常保持良好的技术状态，减少故障、延长寿命，从而提高电力系统运行可靠性与经济性。,检修计划的安排可以采用等备用法或者等风险度法。,64,二、发电机组的检修计划发电机组的检修计划是电力系统生产规划及,1、等备用法,等备用原则应使各周检修机组额定容量加上系统的峰荷之后尽可能相等。,为此可将最大机组安排在备用最大的周进行检修。,此法安排检修计划的出发点是使研究周期内各时段的备用尽可能相等，使系统在各时段具有大致相同的可靠性。这种方法是比较粗略的，具体如下,65,1、等备用法等备用原则应使各周检修机组额定容量加上系统的峰荷,二、发电机组的检修计划,电力系统的所有电气设备，在运行一段时间后都需要进行维护和检修，以保证电气设备在良好的状态下运行。,发电设备的维护和检修一般分为大修和小修。当发电设备进行维护和检修时，其发电容量已经属于不可用，从而使系统的备用容量减少，往往导致系统可靠性的降低。如果可靠性降低过大，则需要装设额外的检修备用容量来避免因系统可靠性过度降低而引起的停电。,另外，通过合理的安排机组的检修计划可以改善系统的可靠性水平。常见的一种安排方法力图使系统的风险度拉平，所以称为等风险度法。,66,二、发电机组的检修计划电力系统的所有电气设备，在运行一段时间,一、系统的风险,特征系数m,为了说明系统的,可靠性（或称风,险度）与备用容,量间的关系，提,出了系统的风险,特征系数的概念。,系统的风险特征,系数的定义可以,用下图来说明。,67,一、系统的风险67,在半对数坐标纸上做出系统的停运容量模型中积累概率与停运容量（反映系统的备用容量）的关系曲线如图所示。此关系曲线近似一条直线，可以用经过a、b两点的一条直线来拟合。,取一段拟合直线作为斜边做一直角三角形，使与纵坐标平行的直角边两端点的坐标值（积累概率）相差,e,（,e=2.7182818,）倍，则与横坐标平行的直角边的长度,m,就是系统的风险特征系数值。因此系统的风险特征系数的定义是：,当系统容量模型中积累概率变化,e,倍时所对应停运容量变化的,MW,（兆瓦）值。,68,在半对数坐标纸上做出系统的停运容量模型中积累概率与停运容量（,二、发电机组的检修计划,当系统的停运容量超过系统备用容量时，必将发生负荷缺电，造成停电故障，此种故障的概率即系统的风险度，实际上就是系统容量模型中的积累概率。所以该曲线又表明了系统风险度与系统备用容量之间的关系，所以因此系统的风险特征系数又可以定义为：,使系统的风险度增大e倍时，所对应系统备用容量降低的MW数（或者说所允许系统负荷增大的MW数）,。,系统的风险特征系数,m,值的大小，反映了系统风险度对备用容量（或负荷）变化的灵敏度，系统的风险特征系数,m,值愈小，愈灵敏,69,二、发电机组的检修计划当系统的停运容量超过系统备用容量时，必,二、发电机组的检修计划,系统的风险特征系数m可以直接根据系统容量模型求得。,拟合直线可以用下式表示：,其中：x停运容量，MW；,Ax对应停运容量x的积累概率；,m系统的风险特征系数；,B,常数，与,a,、,b,两点的位置有关。,70,二、发电机组的检修计划系统的风险特征系数m可以直接根据系统容,二、发电机组的检修计划,设a、b两点的停运容量分别为 ，对应的积累概率分别为 。则,两式相除，可得,71,二、发电机组的检修计划设a、b两点的停运容量分别为,二、发电机组的检修计划,系统的风险特征系数,m,为,a,、,b,两点的选择与系统的风险水平有关，实用中选择 分别在,0.1,和,0.0004,左右，因为在欧美等国家一般规定风险水平为,0.1,天,/,年左右已经可以满足安排计划检修之用。,72,二、发电机组的检修计划系统的风险特征系数m为 72,二、发电机组的检修计划,例：某系统容量模型中,a,、,b,两点的参数如下：,则该系统的系统的风险特征系数,m,为,73,二、发电机组的检修计划例：某系统容量模型中a、b两点的参数如,二、发电机组的检修计划,二、发电设备的有效载荷容量Ce,如果保持系统的可靠性水平（或风险度）不变，考察一台发电设备究竟应带多少负荷，这需要提出发电设备的有效载荷容量的概念。,如果发电系统的装机容量保持不变，则随负荷的不断增大，因设备故障而导致负荷停电的风险度必然随之不断增大，下图说明了系统风险度与负荷的关系。,74,二、发电机组的检修计划二、发电设备的有效载荷容量Ce74,75,75,二、发电机组的检修计划,图中，假设此系统在4000MW负荷时的系统风险度为规定的可靠性水平0.1。,当新投入一台容量为600MW、强迫停运率为0.05的发电设备时，如果系统负荷仍保持4000 MW不变，则因系统的备用容量增大而使系统的风险度下降至0.005左右。,此时若维持系统风险度为原来的水平,0.1,，系统负荷只能增加到,4362MW,，即投入一台,600MW,机组后，为了维持系统的风险度不变，只允许系统负荷增加,362MW,，这里的,362MW,就是这台,600MW,机组的有效载荷容量。,76,二、发电机组的检修计划图中，假设此系统在4000MW负荷时的,二、发电机组的检修计划,发电设备有效载荷容量的实质：当系统新投入一台容量为C的设备后，系统总装机容量增大C，为保持系统的可靠性水平不变，只有从容量C中扣除部分容量Y作为维持系统风险度不变所需要的备用容量增量，而只允许系统负荷增加Ce=C-Y，Ce就称该发电设备的有效载荷容量。,发电设备的有效载荷容量,Ce,可以用下式计算：,77,二、发电机组的检修计划发电设备有效载荷容量的实质：当系统新投,二、发电机组的检修计划,其中：C新投入发电设备的容量，MW；,r新投入发电设备的强迫停运率；,m系统的风险特征系数。,因为某台发电设备的有效载荷容量,Ce,是可用来带负荷而又不影响系统风险度的值，所以在等风险度法安排机组的检修计划时，完全可以把被检修设备的有效载荷容量,Ce,作为负荷来看待，将它叠加在系统的负荷曲线上，用以修正负荷模型。,78,二、发电机组的检修计划其中：C新投入发电设备的容量，MW；,二、发电机组的检修计划,三、系统的等值负荷L,eq,所谓系统的等值负荷是指将某一段时间间隔内的变动负荷用一恒定的负荷来代替，而用此等值负荷计算出这段时间的风险度与用原负荷计算结果相同。,可以证明，系统的等值负荷,L,eq,可用下式计算：,79,二、发电机组的检修计划三、系统的等值负荷Leq79,二、发电机组的检修计划,其中：称为负荷Li的相对风险度；,Leq为系统的等值负荷；,Lmax为等值间隔内的最大负荷；,n为等值间隔内的负荷个数；,m为系统的风险特征系数。,通常等值负荷可以分为周等值负荷、旬等值负荷等，如可以将一年,365,个日最大负荷等值为,52,个周等值负荷或,36,个旬等值负荷。,80,二、发电机组的检修计划其中：,二、发电机组的检修计划,四、等风险度法安排机组的检修计划,在介绍了系统的风险特征系数、发电设备的有效载荷容量和系统的等值负荷等概念后，即可按等风险度法安排机组的检修计划。,等风险度法安排机组的检修计划，就是先计算出某段时间（如一年）内的周等值负荷或旬等值负荷，然后把该段时间内需要检修设备的有效载荷容量,Ce,作为负荷来看待，将它叠加在系统的等值负荷图上。,81,二、发电机组的检修计划四、等风险度法安排机组的检修计划81,二、发电机组的检修计划,检修计划的安排有两种：固定安排和灵活安排。,固定安排是指某些设备由于种种原因而必须固定在某段时间进行的安排（如水电厂安排在枯水季节检修等）。此种安排比较简单，只需在等值负荷图上的对应位置叠加上该发电设备的有效载荷容量Ce即可，并应优先安排。,灵活安排是指根据等风险度原则，在任意适当时间间隔灵活进行的安排。这是等风险度法安排机组的检修计划的主要内容，下面加以介绍。,82,二、发电机组的检修计划检修计划的安排有两种：固定安排和灵活安,二、发电机组的检修计划,提供某段时间内系统必须要进行检修的设备参数，包括设备容量 、强迫停运率 、检修周期（通常取周或旬的整数倍）等；,计算需要检修的发电设备的有效载荷容量 ；,排列要检修发电设备的安排次序。排序方法有以下几种：,按照发电设备的有效载荷容量从大到小排列；,按照发电设备的有效载荷容量与检修周期的乘积从大到小排列；,按照检修周期从长到短排列。,83,二、发电机组的检修计划提供某段时间内系统必须要进行检修的设,二、发电机组的检修计划,尽管安排次序不同，但最终的计算结果基本一致。,计算该段时间的,周等值负荷或旬等值负荷，并作出等值负荷图；,按照安排次序在等值负荷图上逐台安排检修计划。具体安排的方法是首先在等值负荷图上找出等值负荷最小的时间间隔（一周或一旬），安排第一台设备的检修，并将该发电设备的有效载荷容量,Ce,叠加在该时间间隔的等值负荷图上，得到修正后的等值负荷图。,84,二、发电机组的检修计划尽管安排次序不同，但最终的计算结果基本,二、发电机组的检修计划,如果该设备的检修周期恰好是一周（或一旬），则该台设备的检修计划安排完毕。如果该设备的检修周期是几周（或几旬），则在安排完第一个时间间隔后，便应在该时间间隔的左右找出等值负荷较小一侧的时间间隔安排该设备检修的第二个时间间隔，然后在已经安排的两个时间间隔的左右在找出等值负荷较小一侧安排该设备检修的第三个时间间隔，依次类推直到将该台发电设备的检修周期安排完为止。,如此往复，直到将所有要检修的发电设备安排完毕。,85,二、发电机组的检修计划如果该设备的检修周期恰好是一周（或一旬,二、发电机组的检修计划,因为每次安排完检修计划的同时，将等值负荷图都进行修正，所有要检修的发电设备安排完毕后，修正后的等值负荷图将趋于拉平，所以称其为等风险度法。,例：有,5,台发电设备必须在,8,周内安排检修，这,5,台发电设备的检修参数如下：,86,二、发电机组的检修计划因为每次安排完检修计划的同时，将等值负,二、发电机组的检修计划,运用系统等值负荷的计算方法求得的,8,周等值负荷如图所示：,87,二、发电机组的检修计划运用系统等值负荷的计算方法求得的8周等,二、发电机组的检修计划,假设系统的风险特征系数m=100MW，试用等风险度法安排机组检修计划。,解：根据已知,5,台发电设备的检修参数及系统的风险特征系数，可以计算各发电设备的有效载荷容量为：,88,二、发电机组的检修计划假设系统的风险特征系数m=100MW，,二、发电机组的检修计划,根据等风险度法安排机组检修计划的方法，排列机组安排检修的顺序依次为,1,、,2,、,3,、,4,和,5,，则第一台机组的检修计划安排如下：,89,二、发电机组的检修计划根据等风险度法安排机组检修计划的方法，,二、发电机组的检修计划,即第一台机组的检修计划安排在第,58,周进行。第二台机组的检修计划安排如下：,90,二、发电机组的检修计划即第一台机组的检修计划安排在第58周,二、发电机组的检修计划,即第二台机组的检修计划安排在第,4,周进行。第三台机组的检修计划安排如下：,91,二、发电机组的检修计划即第二台机组的检修计划安排在第4周进行,二、发电机组的检修计划,即第三台机组的检修计划安排在第,58,周进行。第四台机组的检修计划安排如下：,92,二、发电机组的检修计划即第三台机组的检修计划安排在第58周,二、发电机组的检修计划,即第四台机组的检修计划安排在第,23,周进行。第五台机组的检修计划安排如下：,93,二、发电机组的检修计划即第四台机组的检修计划安排在第23周,二、发电机组的检修计划,即第五台机组的检修计划安排在第,3,周进行。,5,台发电设备的检修计划为：,94,二、发电机组的检修计划即第五台机组的检修计划安排在第3周进行,等备用法缺点,在安排检修计划时只考虑了各时段的最大负荷，并未反映各时段负荷的实际分布情况。,从可靠性观点来看，由于发电机组可能随机停运，因此发电机组的容量并不等于其承担负荷的能力。,95,等备用法缺点在安排检修计划时只考虑了各时段的最大负荷，并未反,2、等风险度法,定义：从提高系统可靠性的原则出发，比较严格地安排检修计划的方法应使研究周期内各时段的LOLP尽可能相等。,等风险度法安排检修计划的计算流程如下图。,96,2、等风险度法 定义：从提高系统可靠性的原则出发，比较严格地,等风险度法的流程图,该流程没有考虑制定检修计划时的约束条件，如检修活动的连续性约束、检修能力的约束等,97,等风险度法的流程图该流程没有考虑制定检修计划时的约束条件，如,第五节 互联发电系统的可靠性,98,第五节 互联发电系统的可靠性98,互联的必要性,当两个或多个发电系统通过联络线互联时，由于负荷的错峰效应和备用容量共享等原因，供电的可靠性可以得到显著提高。因此，系统互联已成为提高发电系统可靠性的重要手段。,99,互联的必要性当两个或多个发电系统通过联络线互联时，由于负荷的,元件串联组合,互联系统的可靠性分析应考虑联络线的容量限制及其随机故障。在这种情况下，系统元件之间的关系已不限于并联组合。,图 3-5-1元件的串联组合,(a)发电机和线路 (b)线路和变压器 (c)线路和断路器,100,元件串联组合互联系统的可靠性分析应考虑联络线的容量限制及其随,前提假定,两个元件a,b串联组合，组合元件C的停运容量取决于a、b中停运容量的最大者，即,假定元件a，b的,可用容量相等,，即,或,101,前提假定两个元件a,b串联组合，组合元件C的停运容量取决,累积概率,为使组合元件C的停运容量小于Xk,串联两元件的停运容量必须都小于Xk。依独立性假定，有,又,得,即为串联组合元件的累积概率公式,102,累积概率为使组合元件C的停运容量小于Xk,串联两元件的停运容,累积频率,由累积概率公式可以得到串联组合元件的累积频率公式为,以下用数学归纳法来证明该式。,103,累积频率由累积概率公式可以得到串联组合元件的累积频率公式为1,归纳证明,串联组合元件的增量频率可表示为,104,归纳证明串联组合元件的增量频率可表示为104,当 时，,在 时，结论成立；,假设当 时，结论都成立，即,由增量频率定义知,代入到增量频率公式右端整理即得,证毕！,105,当 时，在,当两串联组合元件可用容量不等时，应首先使两元件停运表的离散点数一致。,假设 ，此时应将元件a停运表中离散点数由 减少到 。为此，应去掉元件a停运表中从0到 的各项，并令,106,当两串联组合元件可用容量不等时，应首先使两元件停运表的离散点,树支型互联发电系统可靠性,如图互联系统，若用算符 和 分别代表并联组合和串联组合运算，则可按以下顺序求出互联后系统B对系统A的等效支援发电机组的停运表,互联发电系统,107,树支型互联发电系统可靠性 如图互联系统，若用算符 和 分,将等效支援机组 的停运表与系统A的裕度表再并联组合，就可得到系统互联后发电系统A的裕度表，从中即可分析互联后的可靠性指标。,形成B系统向A系统支援的等效发电机组停运表；,将支援等效发电机组并入系统A；,计算相关可靠性指标。,108,将等效支援机组 的停运表与系统A的裕度表再并联组合，就可,第六节,电源规划的随机模型和随机生产模型,一、随机生产模拟的基本概念,二、等效电量函数法,109,第六节电源规划的随机模型和随机生产模型一、随机生产模拟的基本,一、随机生产模拟的基本概念,等效持续负荷曲线(ELDC)是随机生产模拟技术的重要概念。它把发电机组的随机停运和随机负荷模型结合在一起，成为随机生产模拟的核心。,110,一、随机生产模拟的基本概念等效持续负荷曲线(ELDC)是随机,随机生产模拟的主要目的,按电力系统各发电机组的经济优先顺序安排其运行，计算各发电机组发电量的期望值；,对于水电机组或抽水蓄能机组，应按给定的发电量寻找其运行位置以充分利用水力资源；,计算电力系统的可靠性指标:电力不足概率(LOLP)和电量不足期望值 (EENS)。,111,随机生产模拟的主要目的 按电力系统各发电机组的经济优先顺序安,112,112,持续负荷曲线,横坐标表示系统的负荷，纵坐标表示持续时间，T为研究周期，根据具体情况可以是年、月、周等。曲线上任何一点(x，t)表示系统负荷大于或等于x的持续时间为t，即,系统负荷大于或等于x的概率,系统负荷总电量,系统负荷平均值,T 除两端,T 除两端,113,持续负荷曲线横坐标表示系统的负荷，纵坐标表示持续时间，T为研,等效持续负荷曲线,等效持续负荷曲线是把发电机组的随机故障影响当成等效负荷对原始持续负荷曲线不断修正的结果。当发电机组故障时，系统的等效负荷就要增大。,等效持续负荷曲线的形成,114,等效持续负荷曲线等效持续负荷曲线是把发电机组的随机故障影响当,图中 是原始持续负荷曲线，它是系统中所有发电机组应承担的负荷。,设第一台发电机组首先带负荷，其容量为 ，强迫停运率为 。,当这台发电机组处于运行状态时，它和其它发电机组应承担的负荷用 表示。,当发电机组1故障停运时，所表示的负荷应由除去发电机组i以外的其它发电机组承担,。,发电机组1和其它机组共同承担了向右平移了 的负荷，如图中 所示。,115,图中 是原始持续负荷曲线，它是系统中所有发电机组应承担,发电机组1的强迫停运率为 正常运行的概率为 ，所以，考虑发电机组1的随机停运影响以后，系统的持续负荷曲线应由下式表示,即为发电机组1的随机停运与持续负荷曲线的,卷积公式,，其结果就是考虑该机组随机停运因素以后系统的等效持续负荷曲线。,116,发电机组1的强迫停运率为 正常运行的概率为,应该注意，等效持续负荷曲线 的最大负荷比 大 ，而总负荷电量增加了 ，如图中阴影部分所示。可以证明，这里的正好等于发电机组1由于故障而少发的电量。一般来说，,第i台发电机组的卷积公式,为,，,分别为发电机组i的容量及强迫停运率，,117,应该注意，等效持续负荷曲线 的最大负荷比,在发电机组逐个卷积过程中，等效持续负荷曲线也在不断变化，最大等效负荷在不断增大。,设系统中共n台发电机组，其容量为 。当全部机组卷积运算结束后，等效持续负荷曲线为 最大等效负荷 如图,此时,系统电力不足概率,系统电量不足期望值,118,在发电机组逐个卷积过程中，等效持续负荷曲线也在不断变化，最大,建立了等效持续负荷曲线概念以后，就可以进一步研究随机生产模拟的过程。,随机生产模拟需要的原始资料包括负荷资料和发电机组的技术经济数据。,负荷数据主要用来形成研究期间的原始持续负荷曲线及年最大负荷曲线，后者主要用来安排发电机组的检修计划。,为了简单起见，以下讨论假定电力系统只包含火电机组，且检修计划已知，因此参与运行的发电机组已全部确定。,119,建立了等效持续负荷曲线概念以后，就可以进一步研究随机生产模拟,随机生产模拟的步骤,处理负荷资料，形成原始持续负荷曲线。,确定发电机组带负荷的优先顺序。,按带负荷顺序安排发电机组运行，计算其发电量。,修正等效负荷曲线。,按照式LOLP和EENS公式计算系统可靠性指标。,根据各发电机组的发电量计算系统燃料消耗量并进行发电成本分析。,进行其它特殊问题研究，如制定燃料采购、运输及贮存计划、研究系统扩建发电机组的合理性与必要性等等。,120,随机生产模拟的步骤 处理负荷资料，形成原始持续负荷曲线。12,小结,利用递归卷积计算公式进行随机生产模拟时计算量很大，这是目前国内外随机生产模拟很少直接采用这种方法的根本原因。,但是，这个方法引出的等效持续负荷曲线以及递归卷积运算等都是随机生产模拟的基本概念，其它算法都是在这个基础上发展起来的。,121,小结利用递归卷积计算公式进行随机生产模拟时计算量很大，这是目,二、等效电量函数法(EEF),在电力系统可靠性分析中，电量不足期望值这个指标日益受到重视，因此在整个随机生产模拟中电量是关键的变量。,EEF基本思想,：先求出电力系统在不同负荷水平需要的电量(即形成电量函数)，并在考虑发电机组故障时直接修正各负荷水平所需的电量(即修正等效电量函数)，就可以非常方便地完成随机生产模拟的计算。,122,二、等效电量函数法(EEF)在电力系统可靠性分析中，电量不足,电量函数,研究周期T内系统持续负荷曲线为,相应的持续负荷曲线的概率分布为,把x轴按步长 分段，定义一个离散的电量函数,式中,尖括弧表示取不大于 的整数，E(J)相应于从x到 这一段负荷曲线下的面积，,即该段负荷对应的电量或电量的期望值。,123,电量函数 研究周期T内系统持续负荷曲线为式中123,若系统最大负荷为 ，则对应的离散变量值为,等效电量函数是把发电机组停运影响考虑在内的电量函数。在递归卷积计算中，发电机组随机停运的影响是用修改等效持续负荷曲线ELDC的方法来考虑的。,在这里我们用发电机组停运的影响来修正等效电量函数。,124,若系统最大负荷为 ，则对应的离散变量值为124,等效电量函数,设原始持续负荷曲线的概率分布为 ，对应的电量函数为 ，设在安排完第i-1台发电机组运行以后得到等效持续负荷曲线 ,对应的等效电量函数为 。,现在安排第i台的，容量为 ，强迫停运率为 。则其等效负荷曲线为,125,等效电量函数 设原始持续负荷曲线的概率分布为 ，对应,等效电量函数法的卷积计算公式,式中,应根据所有发电机组容量的最大公约数选择，故 为整数,几何解释,、,分别与图中面积abcd及abgh对应，而面积abghy与 相对应。,126,等效电量函数法的卷积计算公式 式中 应根据所有发电,第i台机组的发电量,现将积分区间,按,分为,段，并分段求积分，,为了求发电机组i,的发电量，只要将离散点 到 之间的等效电量函数值之,和乘以概率 即可,127,第i台机组的发电量现将积分区间按分为段，并分段求积分，为了,为进一步理解等效电量函数法，可从另一角度推导上式。,事实上，在安排第t台发电机组运行以后，前i台发电机组带了区间 的负荷。这时，系统尚未满足的负荷电量应为,机组i的发电量,128,为进一步理解等效电量函数法，可从另一角度推导上式。机组i的发,电量不足期望值,设电力系统共有n台发电机组，则知 为该系统的电量不足期望值,电量不足期望值也可以该章第三节的方法逐步递推求出，但当机组台数较多时，这种算法可能导致较大的舍入误差。,129,电量不足期望值设电力系统共有n台发电机组，则知 为该系统,系统电力不足概率,系统电力不足概率LOLP的计算方法需借助于等效持续负荷曲线 来说明。,右图表示 右端尾部的情况。,设系统总运行发电机容量为,则LOLP值与图中线段AB对应。,右端尾部,130,系统电力不足概率系统电力不足概率LOLP的计算方法需借助于等,是一个单调下降的连续曲线，所以LOLP应大于其右侧 邻域内任意一点的函数值，从而也大于该区间内函数的平均值,同理，LOLP应小于其左侧 邻域内任意一点函数值，从而也小于该区间内函数的平均值,131,是一个单调下降的连续曲线，所以LOLP应大于其右侧,小结,上面两个平均值公式表明离散的等效电量函数 中包含着各分段累积概率值的信息，如果有必要可用差分法估算出 各点的函数值。,当只要求计算LOLP时，由其上下限的平均值就可以得到令人满意的估计值,132,小结上面两个平均值公式表明离散的等效电量函数 中,等效电量函数流程图,133,等效电量函数流程图133,第七节 电力市场化对电源规划的影响,一、市场化对电力系统规划的影响,二、市场条件下电源规划的方法,134,第七节 电力市场化对电源规划的影响一、市场化对电力系统规划的,电力市场体制的现状,包括中国在内的许多国家，其电力系统从发展之初就形成了一种受监管的一体化垄断经营模式。这种模式按地域建立起垄断性的集发电、输电、配电和售电为一体的资产体系和垂直管理体制。这种模式通常由一家“电力公司”垄断一个或数个地域的电力的生产、输送、分配和销售。这种垄断模式在电力工业的发展过程中曾经发挥了非常重要的作用，它促进了大型发电厂和大电网的建设，使电力工业得到了迅猛的发展。并且由于发、输、配、售各环节的一体化管理经营，在理论上能够有效的实现规划、建设、生产和运营的协调发展。,自上世纪70年代开始，传统的、自上而下的、垂直一体的电力生产体制开始受到极大的挑战，其投资效率低、经济效率低和运营效益低等弊端逐渐暴露，电力工业又开始探讨向市场竞争的回归。美国麻省理工学院的P.Joskow教授首先对电力工业放松监管问题进行了研究，而英国率先拉开了电力工业市场化改革的序幕，其后世界上许多国家和地区陆续对电力体制进行了历史性的变革，电力行业的运营模式发生了根本性的变化。,135,电力市场体制的现状包括中国在内的许多国家，其电力系统从发展之,一、市场化对电力系统规划的影响,在垄断的电力体制发展中，电力系统规划工作是指令性的、是至高无上重要的；政府及电力相关部门严格按照上级部门制定的规划建设电源与电网，下级没有必要也没有动力去考虑市场需求等因素的变化；而市场经济下规划的作用显然不可能再是指令性的，电源、电网建设不但要考虑需求的变化，并且由于各企业参与者都是独立自主、自负盈亏的个体，电力建设项目的决策也成为分散的；参与市场的众多投资者皆有权利决定在资助范围内进行规划，这就打乱了电力规划的整体性。,136,一、市场化对电力系统规划的影响在垄断的电力体制发展中，电力系,在统一的电力运行管理体制中，规划是全局的规划，是在系统各运行部门互相配合的基础之上进行的；而市场化的电力体制下，由于利益的关系，电力系统各运行部门之间的信息互通较之以前有所减弱，电源规划和电网规划分别由电源运行部门和电网运行部门分别独立进行，削弱了电源规划和电网规划的互相配合及协调，增加了规划工作的不确定性，这些不确定性包括由于各方竞争与合作带来的不确定性、电网规划的信息不能事先得知所带来的不确定性以甚至法规和政策的不确定性。在统一的电力运行管理体制中，由于电价的相对稳定性，规划工作很少考虑电价的作用；但在市场条件下，电价很难在一段相当长的时期中保持稳定；由于电价直接涉及到参与市场各方的经济利益，并且由于市场机制的作用，电价的作用在市场中起着举足轻重的作用，未来的负荷需求、系统的运行方式等必然要经受电价的调整作用，因此规划中也必须将电价的影响考虑在内。,137,在统一的电力运行管理体制中，规划是全局的规划，是在系统各运行,提问与解答环节,Questions and answers,138,提问与解答环节138,结束语,CONCLUSION,感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边，来自于您的声音是对我们最大的鼓励和帮助，大家在填写评估表的同时，也预祝各位步步高升，真心期待着再次相会！,139,结束语CONCLUSION感谢参与本课程，也感激大家对我,谢谢聆听,THANK YOU FOR LISTENING,演讲者：,XX,时间：,202X.XX.XX,140,谢谢聆听140,