[科普中国]-电力系统经济调度

简介

电力系统经济调度是指在满足安全和电能质量的前提下，合理利用能源和设备，以最低的发电成本或燃料费用保证对用户可靠地供电的一种调度方法。电力系统经济调度的发展可划分为两个阶段，20世纪60年代以前为经典经济调度，60年代以后为现代经济调度。

20世纪初提出了并列运行机组间负荷分配问题，早期所提是按机组效率和经济负荷点的原则，实际并未达到最优。30年代初期提出按等微增率分配负荷，至1934年从理论上证明了它是最优准则2。

输电损失对经济负荷分配有一定的影响，但在没有计算机的年代涉及到网络计算是一个困难问题。40年代初提出了用各发电厂出力表示的网损公式极大地减少了网损及其微增率的计算50年代初提出了发电与输电的协调方程式。

水火电联合调度也是最早提出的经济调度问题之一，直到50年代初才提出定水头水电站的水火电协调方程式，50年代末期进一步提出了变水头水电站的水火电协调方程式。

等微增率、发电抽电协调(网损修正)和水火电协调奠定了经济调度的理论与实践的基础，但由于当时受到计算工具的限制(曾使用过负荷经济分配计算机和模拟计算机)难以考虑网络上的安全限制，这一时期称为经典经济调度阶段。60年代以后，数字计算机和最优化技术引入电力系统。经济调度随之发展到一个新阶段.

最有代表性的是20世纪60年代初期提出的最优潮流，它有两个概念性发展，即统一考虑经济性与安全性和统一考虑有功功率与无功功率的调度，这是一个典型的非线性规划问题，计算上的困难妨碍了实用化进程，80年代中期最优潮流计算技术已趋成熟，实用进程仍然缓俊，这一时期主要实用的是基于简化棋型和线性规划技术的有功安全约束调度。

动态规划在60年代初期推动了水火电经济调度的进展，在60年代中期较好地解决了机组经济组合的理论与实用问题70年代大系统分解协调理论进一步完善了水火电调度理论，80年代初期采用网络流规划在解决变水头、梯级和抽水蓄能电站的优化调度问题中.显示出很大的优越性。

80年代末电力系统经济调度，可归纳为经济调度模型、短期调度计划、长期运行计划和实时发电控制等四个方面1。

经济调度模型将电力系统经济特性和安全特性转化为数学表达式。

（1）火电机组模型。锅炉、汽轮机和发电机合称为机组，其经济特性主要是耗热量-出力曲线、耗热微增率-出力曲线和起动耗热量一停机时间曲线。有时将耗热量转换为燃料量或费用。

（2）网络模型。经典经济调度按简化网络模型(B系数)用各电厂出力计算网损及其徽增率.而现代电力系统经济调度应用完整的网络模型直接计算各支路潮流和网损。

（3）水电机组模型。水轮机(有时包括引水管路)和发电机合称为机组，其经济特性是各工作水头下的耗水量-出力曲线和耗水微增率-出力曲线，在变水头水电站调度中往往将出力化为耗水量和水头(或存水量)的函数。

（4）水电站水库模型。主要是上游水库的水位-库容曲线，抽水蓄能电站还要表达下游水库的水位-库容曲线，梯级调度进一步要表达各级水库之间的联系。

(5)负荷模型。经典经济调度应用系统总负荷，现代经济调度应用各母线负荷。当电能不足的情况下将各负荷分为可中断、可控制和不可中断、不可控制等几类。

(6)料供应模型。表示燃料产地、运输、贮存、混合及发电各环节中的费用和限制2。

短期调度计划未来数小时、一日、一周或数周的发电计划。

（1）火电调度计划。火电部分逐时段的经济调度计划，在满足系统负荷和安全约束条件下使发电费用降至最低，为了核电厂运行的安全与经济，多使其带基本负荷并尽量减少其出力波动。

（2）机组经济组合。确定某一周期旧或周)内各时段机组起停计划，在满足负荷、备用、机组、系统和环境等约束条件下。使整个周期发电和起动费用（或成本）降至最低。

（3）水火电调度计划。在水火电联合系统中。对某周期中各时段进行负荷经济分配，除满足负荷及其他限制条件外，还要满足各水电站发电用水条件，使整个周期内系统总发电费用（或成本）降至最低。根据系统情况可分为定水头、变水头、梯级和抽水蓄能等类型的水电站的调度。纯水电系统的经济调度目标为:发电用水量最少、弃水最最少、售电价值最高或购电费用最少等。

（4）燃料约束调度。在发电调度计划中考虑某些发电厂在调度周期内(日或周)消耗规定的燃料量或发出规定的电量。

（5）交换功率计划。确定某一周期内各时段与其他系统(或公司)交换电能计划.满足某些约束(如功率或电量限制)条件下获得最大经济效益。

长期运行计划周期为数周、数月或数年，时段为数日、周或月的运行计划。根据系统发电与输电设备、负荷、来水和燃料情况预测，编制设备检修和资源利用计划。使计划周期内总发电成本降至最低。

(1)检修计划。编制一年或数年发电设备检修计划应考虑设备状态和检修周期，备件、维修、人力和机修场地的可能性及时间上的配合(如枯水期检修水电机组，丰水期检修火电机组，补充核燃料时检修核电机组)。

（2）长期水火电计划、也称水库调度计划，即提出一年或数年内逐周逐月的发电用水策略，考虑负荷，来水和姗料供应情况的不确定性，维持电力系统运行成本的期望值最低。对纯水电系统目标函数为:保证电能供应，销售过剩电能获利最大，不足电能外购费用最少或限制负荷损失最小等。

(3)长期交换计划。确定与其他系统(或公司)长期最优交换电能策略(或合同)，通常按季度确定购销电量。

(4)长期燃料计划。确定一年或数年内逐周或逐月的然料购买、运输、存储和消费计划(或合同)，使计划周期内发电燃料费用最少。

实时发电控制按秒或分控制各机组出力和联络线功率。考虑系统运行的安全、质量和经济性(包括机组升降出力速度限制)。

(1)实时经济调度。某时刻分配已运行机组的出力.在满足系统负荷的条件下使发电费用最少。主要考虑机组经济特性、厂用电、燃料费用和网损等因素。有时考虑维护费、可中断负荷和可控负荷。

(2)运行备用调度。确定运行机组起停及出力分配不仅要满足系统预计负荷、还要满足负荷随机变化、负荷预报误差和发电设备的非计划停运。备用分为旋转备用和冷备用两类。

(3)安全约束调度。调整各机组出力(或起停)，解除支路潮流过负荷。

（4）环境调度。也称防污染调度。即在经济调度中考虑将各发电厂对环境污染(二氧化硫等)保持在允许程度内。

电力系统经济调度内容已归入到能量管理系统之中，其应用过程是先建立数据库，再由长期至短期实施计划、调度和控制，经济调度数据库包括火电机组、电力网、水电机组、水库和燃料等方面的经济与安全模型与参数;每年（或季）根据负荷、来水、燃料和设备情况的预测，编制下一年度（或季）的检修、水库、交换电量和燃料计划;每日根据负荷、发电用水、燃料、交换电量和机组情况的预测(或计划)。编制次日调度计划，包括机组组合和火电调度计划，必要时还要进行水火电协调、燃料约束、交换功率和安全约束调度;实时发电控制力图实现日调度计划规定的机组出力和联络线功率，对非预想的变化计算新的调度计划，并根据具体情况进行备用、安全约束和环境污染方面的修正。

在20世纪50-60年代中国几个容量较大的电力系统就开展了经济调度工作，曾进行过机组微增曲线编制、网损修正β系数计算、火电调度计划和水火电协调计划等工作，并研制过经济负荷分配计算机和模拟机。由于受计算工具的限制和缺电形势的影响，70年代经济调度工作停潜了一段时间。80年代初引入计算机后。许多电力系统开始用计算机不同程度开展经济调度工作，例如编制日计划，其内容包括负荷预侧、火电经济调度计划、机组经济组合、网损修正、水火电协调、梯级调度、安全约束调度和燃料约束调度等。进一步的工作是开发完整的能量管理系统和实现发电控制，并加强基础资料工作3。