[科普中国]-电力电量平衡

简介电力系统电力和电量的供需平衡。又称电力系统运行模拟，用于研究各类电站在电力系统中优化运行方式及分系统间功率的优化交换，从而核定各方案的容量和电量效益。它是制定电力规划、设计和运行计划的重要组成部分1。

内容和对象包括电力平衡和电量平衡两部分，这两部分是相辅相成的有机的整体。研究内容按时间长短可分为日(周)平衡和年平衡。日(周)平衡的时段单位常用1h或数小时，年平衡的时段单位常用月、周或数月。研究对象可分为:①工作容量平衡，②检修容量平衡③备用容量平衡2。

类型根据系统负荷，水文和参加平衡的电站容量的随机性，，电力系统电力电量平衡可分为确定型和随机型两种。

(1)确定型。按系统电力负荷、备用容量均为已知，水电站的水文为确定型。其平衡的条件是，在各时段系统容量和能量均应满足负荷要求(含厂用电和输电损失)。

(2)随机型。电力负荷按随机变量处理，水电站的水文按随机型考虑(有时为了简化，水文按确定型考虑)。系统各电站参加平衡的机组数(或容量)，决定于其强迫停运率，为机组因故障强迫停运时间与强迫停运时间加运行时间之和的比值)。从概率的意义上说，系统的用电不可能完全满足，故模型的目标函数应按系统失负荷概率，为系统有效发电容量不能满足负荷要求的概率)和所失负荷的重要性，计入与所失负荷相应的费用的数学期望值。

确定型较简单直观，但不够严密。随机型较严密，但作量大3。

电力电量平衡的条件电力电量平衡，一般按下述条件进行。

(1)系统电力负荷应为主网受端的用电负荷，不包括电站的厂用电和专用输电线的线损，这部分厂用电及线损，应在电力电量平衡中计入。

(2)系统工作容量平衡、检修容量平衡和备用容量平衡应当作一个整体，结合进行。各类容量应能相互转化。

(3)与设计保证率相应的设计枯水年的电力电量平衡，确定电站的容量效益。电量效益则应对各种可能的水文情况进行电力电量平衡，求得其相应的数学期望值。

(4)对分为若干区的较大的电力系统。电力电量平衡应包括各分区间的功率交换1。

电力电量平衡的原则应在满足以下约束条件的前提下，使系统总费用最小。

（1）对确定型的电力电量平衡，系统电站的容量和能量均应满足系统容量(含工作容量、备用容量和检修容量)和能量的需求;在考虑厂用电和专用线损的前提下，水、火电站和抽水蓄能电站均应保证其能量的平衡。

（2）火电厂的机组出力应不小于其技术最小出力。

（3）水电站出力应尽可能满足强制基荷的要求，若不可能满足时，应计入因此引起的附加费用。

（4）各类电站参加平衡的容量，应扣除由于不良工况而引起的不能发出的受阻容量1。

电力电量平衡计算其内容包括检修容量、工作容量、备用容量平衡及其优化方法。

(1)检修容量平衡。系统内每台机组均需定期分别安排连续的大修时间。在中国规划设计中，每台机组年平均大修时间，水电站常用1个月，火电厂常用1.5个月。系统中每台机组的容量乘以每年所需的大修历时，叫机组所需的检修面积。机组检修应首先利用系统负荷季节性下降部分，安排检修，若负荷季节性下降部分不敷检修时，应增加火电容耸。根据水电站的特性，水电站的机组检修季节应避开汛期和负荷大的月份，宜安排在汛末。火电机组则宜安排在汛期。在常规计算中，即可根据上述原则，逐台安排机组检修，直至安排完所有机组为止。优化计算，可用纯整数规划的方法解决，即以0-1变量描述机组的检修计划，0为不检修，1为检修。目标函数可用系统总费用最小或电力系统平均装机容量为最小，但计算工作量很大。另一种方法是搜索法，其优点是速度快，且其结果也接近最优。在宏观规划中，常用较粗略的方法，即在每个电站的装机容量中，扣除其每年应检修的份额，如水电站按每年检修1个月计，即扣除其容量的1/12后进行平衡。

(2)工作容量平衡。一年中各月，以日或周为代表进行平衡。所有各电站扣除厂用电和专用线损后的主网受端各小时出力(含功率交换)之和，应等于主网受端相应各小时的负荷。

日或周的平衡，常规算法用切负荷的方法，逐个电站进行平衡。当一个电站平衡完毕，将该电站已分配的负荷及电量累积曲线有关部分切去，形成新的负荷曲线和电量累积曲线，据此再进行下一个电站的平衡。按经济原则，水电站不耗燃料，故应首先利用其容量和电量，最先引入，进行平衡，水电站中各电站的次序则可任意安排。其次引入火电厂，火电厂中各电厂，则应以燃料费用(含厂用电及线路损失)从小到大的次序进行平衡。由于抽水蓄能电站只进行二次能源的加工，并且在加工过程中要损失一部分能量，故应安排在最后引入。抽水蓄能各电站，则应以综合效率从大到小的次序引入，进行平衡。

各类电站工作容量的平衡有不同的方法:①水电站按径流调节计算得到的月平均出力，换算成工作日(周)的能量，按充分利用其容量和电量的原则，进行平衡。②火电厂则从电量累积曲线的原点起按其工作容量向上安排其工作位置。应校核是否满足技术最小出力的其他要求，若不能满足，则应按后进先出的原则，减少已引入电站在负荷低谷时的出力，使之满足。③抽水蓄能电站应分别进行发电和抽水工况的平衡，发电能量不应大于抽水能量乘其综合效率的积。

(3)备用容量平衡。其中包括事故备用容量和负荷备用容量的平衡。用于确定型的电力电量平衡，需遵循如下的原则:

①系统所有电站总备用容量之和，应大于等于系统需要的备用容量。

②水电站所担负的备用容量，应有足够的库容保证水电站的备用能量。若水电站主要备用库容设在上游水库，则还应在本梯级设置缓冲库容，以保证当上游电站下泄的备用水量到达本电站前的用水需要。

③火电厂所担负的备用容量，应不大于机组最大出力与技术最小出力之差值，并应有备用燃料。

④长引水道电站，应少担负或不担负备用容量。

(4）优化方法。常用电力电量平衡的模拟模型，多为线性规划模型。较严格的方法是将水电站(群)的补偿径流调节计算，与系统电力电量平衡在同一个模型中进行，这样可使水电站(群)的水库调度的优化与电力电量平衡的优化，有机地结合起来。模拟模型对系统工作容量的平衡，均将系统负荷按自大至小排序，化为负荷历时曲线(台阶状的负荷)。为了减少非零元素，常用“Z替代法”处理，即将电站在各时段所担负的负荷，换算为与相邻“台阶”的差值。优化方法可考虑火电厂的非线性煤耗特性，可同时解决各电站在系统中的最优运行方式、分系统间的错峰(即各分系统最大负荷非同时出现)和最优的功率交换3。