電力系統經濟調度

電力系統經濟調度是指在滿足安全和電能質量的前提下，合理利用能源和設備，以最低的發電成本或燃料費用保證對用戶可靠地供電的一種調度方法。電力系統經濟調度的發展可劃分為兩個階段，20世紀60年代以前為經典經濟調度，60年代以後為現代經濟調度。

基本介紹

• 中文名：電力系統經濟調度
• 外文名：Economic dispatch of power system
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 發展階段：經典經濟調度-現代經濟調度
• 目的：保證對用戶可靠地供電

簡介

電力系統經濟調度是指在滿足安全和電能質量的前提下，合理利用能源和設備，以最低的發電成本或燃料費用保證對用戶可靠地供電的一種調度方法。電力系統經濟調度的發展可劃分為兩個階段，20世紀60年代以前為經典經濟調度，60年代以後為現代經濟調度。

20世紀初提出了並列運行機組間負荷分配問題，早期所提是按機組效率和經濟負荷點的原則，實際並未達到最優。30年代初期提出按等微增率分配負荷，至1934年從理論上證明了它是最優準則。

輸電損失對經濟負荷分配有一定的影響，但在沒有計算機的年代涉及到網路計算是一個困難問題。40年代初提出了用各發電廠出力表示的網損公式極大地減少了網損及其微增率的計算50年代初提出了發電與輸電的協調方程式。

水火電聯合調度也是最早提出的經濟調度問題之一，直到50年代初才提出定水頭水電站的水火電協調方程式，50年代末期進一步提出了變水頭水電站的水火電協調方程式。

等微增率、發電抽電協調(網損修正)和水火電協調奠定了經濟調度的理論與實踐的基礎，但由於當時受到計算工具的限制(曾使用過負荷經濟分配計算機和模擬計算機)難以考慮網路上的安全限制，這一時期稱為經典經濟調度階段。60年代以後，數字計算機和最最佳化技術引入電力系統。經濟調度隨之發展到一個新階段.

最有代表性的是20世紀60年代初期提出的最優潮流，它有兩個概念性發展，即統一考慮經濟性與安全性和統一考慮有功功率與無功功率的調度，這是一個典型的非線性規劃問題，計算上的困難妨礙了實用化進程，80年代中期最優潮流計算技術已趨成熟，實用進程仍然緩俊，這一時期主要實用的是基於簡化棋型和線性規劃技術的有功安全約束調度。

動態規劃在60年代初期推動了水火電經濟調度的進展，在60年代中期較好地解決了機組經濟組合的理論與實用問題70年代大系統分解協調理論進一步完善了水火電調度理論，80年代初期採用網路流規劃在解決變水頭、梯級和抽水蓄能電站的最佳化調度問題中.顯示出很大的優越性。

80年代末電力系統經濟調度，可歸納為經濟調度模型、短期調度計畫、長期運行計畫和實時發電控制等四個方面。

經濟調度模型

將電力系統經濟特性和安全特性轉化為數學表達式。

（1）火電機組模型。鍋爐、汽輪機和發電機合稱為機組，其經濟特性主要是耗熱量-出力曲線、耗熱微增率-出力曲線和起動耗熱量一停機時間曲線。有時將耗熱量轉換為燃料量或費用。

（2）網路模型。經典經濟調度按簡化網路模型(B係數)用各電廠出力計算網損及其徽增率.而現代電力系統經濟調度套用完整的網路模型直接計算各支路潮流和網損。

（3）水電機組模型。水輪機(有時包括引水管路)和發電機合稱為機組，其經濟特性是各工作水頭下的耗水量-出力曲線和耗水微增率-出力曲線，在變水頭水電站調度中往往將出力化為耗水量和水頭(或存水量)的函式。

（4）水電站水庫模型。主要是上游水庫的水位-庫容曲線，抽水蓄能電站還要表達下游水庫的水位-庫容曲線，梯級調度進一步要表達各級水庫之間的聯繫。

(5)負荷模型。經典經濟調度套用系統總負荷，現代經濟調度套用各母線負荷。當電能不足的情況下將各負荷分為可中斷、可控制和不可中斷、不可控制等幾類。

(6)料供應模型。表示燃料產地、運輸、貯存、混合及發電各環節中的費用和限制。

短期調度計畫

未來數小時、一日、一周或數周的發電計畫。

（1）火電調度計畫。火電部分逐時段的經濟調度計畫，在滿足系統負荷和安全約束條件下使發電費用降至最低，為了核電廠運行的安全與經濟，多使其帶基本負荷並儘量減少其出力波動。

（2）機組經濟組合。確定某一周期舊或周)內各時段機組起停計畫，在滿足負荷、備用、機組、系統和環境等約束條件下。使整個周期發電和起動費用（或成本）降至最低。

（3）水火電調度計畫。在水火電聯合系統中。對某周期中各時段進行負荷經濟分配，除滿足負荷及其他限制條件外，還要滿足各水電站發電用水條件，使整個周期內系統總發電費用（或成本）降至最低。根據系統情況可分為定水頭、變水頭、梯級和抽水蓄能等類型的水電站的調度。純水電系統的經濟調度目標為:發電用水量最少、棄水最最少、售電價值最高或購電費用最少等。

（4）燃料約束調度。在發電調度計畫中考慮某些發電廠在調度周期內(日或周)消耗規定的燃料量或發出規定的電量。

（5）交換功率計畫。確定某一周期內各時段與其他系統(或公司)交換電能計畫.滿足某些約束(如功率或電量限制)條件下獲得最大經濟效益。

長期運行計畫

周期為數周、數月或數年，時段為數日、周或月的運行計畫。根據系統發電與輸電設備、負荷、來水和燃料情況預測，編制設備檢修和資源利用計畫。使計畫周期內總發電成本降至最低。

(1)檢修計畫。編制一年或數年發電設備檢修計畫應考慮設備狀態和檢修周期，備件、維修、人力和機修場地的可能性及時間上的配合(如枯水期檢修水電機組，豐水期檢修火電機組，補充核燃料時檢修核電機組)。

（2）長期水火電計畫、也稱水庫調度計畫，即提出一年或數年內逐周逐月的發電用水策略，考慮負荷，來水和姍料供應情況的不確定性，維持電力系統運行成本的期望值最低。對純水電系統目標函式為:保證電能供應，銷售過剩電能獲利最大，不足電能外購費用最少或限制負荷損失最小等。

(3)長期交換計畫。確定與其他系統(或公司)長期最優交換電能策略(或契約)，通常按季度確定購銷電量。

(4)長期燃料計畫。確定一年或數年內逐周或逐月的然料購買、運輸、存儲和消費計畫(或契約)，使計畫周期內發電燃料費用最少。

實時發電控制

按秒或分控制各機組出力和聯絡線功率。考慮系統運行的安全、質量和經濟性(包括機組升降出力速度限制)。

(1)實時經濟調度。某時刻分配已運行機組的出力.在滿足系統負荷的條件下使發電費用最少。主要考慮機組經濟特性、廠用電、燃料費用和網損等因素。有時考慮維護費、可中斷負荷和可控負荷。

(2)運行備用調度。確定運行機組起停及出力分配不僅要滿足系統預計負荷、還要滿足負荷隨機變化、負荷預報誤差和發電設備的非計畫停運。備用分為旋轉備用和冷備用兩類。

(3)安全約束調度。調整各機組出力(或起停)，解除支路潮流過負荷。

（4）環境調度。也稱防污染調度。即在經濟調度中考慮將各發電廠對環境污染(二氧化硫等)保持在允許程度內。

電力系統經濟調度內容已歸入到能量管理系統之中，其套用過程是先建立資料庫，再由長期至短期實施計畫、調度和控制，經濟調度資料庫包括火電機組、電力網、水電機組、水庫和燃料等方面的經濟與安全模型與參數;每年（或季）根據負荷、來水、燃料和設備情況的預測，編制下一年度（或季）的檢修、水庫、交換電量和燃料計畫;每日根據負荷、發電用水、燃料、交換電量和機組情況的預測(或計畫)。編制次日調度計畫，包括機組組合和火電調度計畫，必要時還要進行水火電協調、燃料約束、交換功率和安全約束調度;實時發電控制力圖實現日調度計畫規定的機組出力和聯絡線功率，對非預想的變化計算新的調度計畫，並根據具體情況進行備用、安全約束和環境污染方面的修正。

在20世紀50-60年代中國幾個容量較大的電力系統就開展了經濟調度工作，曾進行過機組微增曲線編制、網損修正β係數計算、火電調度計畫和水火電協調計畫等工作，並研製過經濟負荷分配計算機和模擬機。由於受計算工具的限制和缺電形勢的影響，70年代經濟調度工作停潛了一段時間。80年代初引入計算機後。許多電力系統開始用計算機不同程度開展經濟調度工作，例如編制日計畫，其內容包括負荷預側、火電經濟調度計畫、機組經濟組合、網損修正、水火電協調、梯級調度、安全約束調度和燃料約束調度等。進一步的工作是開發完整的能量管理系統和實現發電控制，並加強基礎資料工作。