电力系统潮流计算

课程目标 口通过潮流计算、电力系统运行原理的学习，了解电力潮流分布、电力系统调度运行对市场交易的影响，有助于加深对电力市场尤其是电力现货市场交易原理的认识。通过本门课程学习，帮助学员达成以下目标： 了解电力系统潮流的概念和潮流计算的基本过程；对潮流分布如何影响市场交易结果的过程有更深入的认识：了解电力系统中的有功功率分布简化计算的方法。 了解电力系统需求预测的基本内容及市场化背景下电力需求预测的影响：熟悉电力系统平衡的概念和实现功率平衡的基本方法，涵盖有功、无功平衡两个方面内容。 了解传统调度模式以及市场环境下发电计划编制的差异，中长期和日前发电计划编制的基本原理，对计划向市场转变过程中，系统运行管理、决策机制的变化有初步的了解。 了解实时发电计划的编制原理，电力系统实时控制的必要性和方法。 目录 电力系统潮流计算的基本原理 电力系统的平衡 发电计划编制的基本原理 电力系统实时运行与控制 电力系统潮流计算的基本原理 电力系统基本概念 口电压：水位，决定系统功率传输能力，伏特V口电流：水流，决定系统功率传输流量，安培A有功：货物，单位时间传输的能量，瓦特W、kW口无功：水体，承载能量传输，乏Var口功率：流速，单位时间流过的量，瓦特W口电量：总量，功率的积累值，兆瓦时，MWh口电阻：阻力，有功传输的阻碍和损耗电抗：礁石，无功传输的阻碍和损耗 有功、无功、电压幅值、相角 电力系统潮流计算的基本原理 1、潮流计算潮流概述 电力系统潮流的概念表征电功率在电力网络中传输分布的整体情况。内容包括：电力网络中的各个节点注入电功率、各个输电传输通道（包括线路、断面）的传输功率与损耗，以及各个网络节点的电压幅值和相角等基本情况。 借助电力系统潮流计算，可以直观判断网络中各个设备元件的负载水平如何，电网运行是否安全稳定。 电力系统潮流计算的基本原理 1、潮流计算潮流方程解法 已知：电力网络的元件参数及其连接关系，各节点负荷的有功、无功需求，机组的有功功率输出，以及部分机组的无功功率或者电压数值 求解：系统中全部母线节点的电压，网络中的功率分布，以及功率损耗 交流潮流法 直流潮流法 M简化前提条件 优点：计算精确，考虑无功分布、损耗分布的情况； 》缺点：非线性难以处理，求解速度慢。 应用场景：在发电计划优化和现货市场出清过程中，关注的是系统有功潮流分布，不需要计算节点电压幅值。 ：电抗（X）>>电阻（R)·节点电压~1·支路两端的相角差～0 AP = P, -P = P, -VEV(G, cos0, + B, sino,)= 040, =O- -0, =O. -vZV(G, sin 0, -B, cos0,)=0 特点：化简为求解线性方程组对计算精度要求不高，求解速度快。 电力系统潮流计算的基本原理 潮流分布对市场交易的影响电力系统稳定与断面安全约束 电力系统稳定的概念一一根据电力系统的安全稳定运行的要求，需要对系统的静态安全、静态稳定、暂态稳定、动态稳定、电压稳定、频率稳定、短路电流进行计算与分析，据此检验电网的安全稳定水平，优化电网规划方案，提出保证系统安全稳定运行的控制策略和提高系统稳定水平的措施 电力系统潮流计算的基本原理 2潮流分布对市场交易的影响一电力系统稳定与断面安全约束 ■根据《电力系统安全稳定导则》要求 》在电力系统的正常运行方式下（含计划检修方式），所有设备均应不过载、电压不越限，系统中任一元件（发电机、线路、变压器、母线）发生单一故障时，应能保持系统安全稳定运行。 中华人民共和国电力行业标准DL. 755 2001 N-1原则：任一元件无故障或因故障断开，应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在充许范围内。 断面：是电网的薄弱环节，对某些相关性较强的设备、元件的功率需要进行综合控制，元件组合称为断面 例：如果仅考线路传输限额，假设单线的传输限额为30MW，机组P1出力不能达到60MW。 N-1断面一一为满足N-1原则而设置的安全约束断面称之为N-1断面 如果假设甲乙线N-1断面限额为30MW，机组P1出力仅能保持在30MW. 电力系统潮流计算的基本原理 2潮流分布对市场交易的影响潮流分布的影响分类 对发电安排的影响由于某些机组对关键线路或断面的潮流分布影响较大，要求这部分机组的出力必须维持在一定水平范围内，以避免线路或断面的潮流越限。因此产生了部分必开、必停机组，以及部分机组群出力的上、下限约束。 口例：负荷需求为100MW，由于输电线路达界，P1、P3只能共发出80MW，额外需要P2发电，所以为了满足供需实时平衡，P2机组为必开机组。 但是：P2机组的最小技术出力为60MWP1机组的最小技术出力为50MWP3机组的最小技术出力为30MW 所以：P1为必停机组 电力系统潮流计算的基本原理 2.潮流分布对市场交易的影响潮流分布的影响分类 对出清电量的影响一一影响各机组的中标电量，如果潮流分布达到了某一线路、断面的限额要求，可能使得部分报价低的机组发电量不能中标，改而调用负荷中心区域的机组，会抬高调度的总成本。 P1机组的送出能力最多只能达到80MW，剩余20MW需由P2机组提供调度总成本为： 100MW的负荷应该尽量由P1发电机提供；调度总成本为：100MW*200元/MWh=20000元。 有安全约束 无安全约束 电力系统潮流计算的基本原理 2、潮流分布对市场交易的影响一潮流分布的影响分类 对出清价格的影响一一在采用节点电价的定价模式下，达界线路、断面有影响的节点价格中，会产生不为零的阻塞分量，导致不同节点的电价不同。送入受阻地区的节点电价较高，送出受阻地区的节点电价较低。P发电80MWP发电20MW 场景（2）中，如果电力市场采用节点边际定价机制，将导致P1机组所在节点和负荷所在节点的电价中，产生不为0的阻塞分量，最终算得的影子价格不为0，那么就会进一步影响最终出清电价 潮流分析在市场交易组织的作用 为节点电价出现差异提供解释，监控市场合理的价格为中标量价的差异提供解释，保障和验证市场交易结果的客观和准确性；量化评估不同主体的发、用电情况对电网运行经济性、可靠性的影响；帮助合理设计市场机制，保障市场交易的公平性。 电力系统潮流计算的基本原理 3、潮流方程的简化应用月一有功灵敏度系数 电力系统潮流计算的基本原理 3、潮流方程的简化应用一一有功灵敏度系数 发电转移分布因子（GSDF）-表达某一节点的有功注入增加一个单位（同时，平衡节点的有功注入减少一个单位）时，引起该线路上传输有功变化的数值，也简称有功灵敏度系数。 线路潮流可以表示为如下形式： “有功灵敏度”线性表达机组、负荷所在节点的注入有功功率大小对各断面、线路传输功率的影响，从而使得出清模型直接求解的结果，近似满足电网安全约束的要求。 在发电计划优化和现货市场出清过程中，避免非线性化的电网安全约束表达式带来的计算求解难题。 电力系统潮流计算的基本原理 有功灵敏度的计算与应用示例一一计算过程和物理意义 举例灵敏度系数的计算和应用 已知：3节点网络的线路电抗如图，节点1作为平衡节点，节点2注入功率2MW，节点3的注入功率为-4MW，如何分析网络中的功率分布？ 步骤1：电网中存在平衡节点，一般是具有较强的调节能力的发电机所在的节点，不考虑其对潮流分布的影响，平衡节点接地 步骤2：选择某一节点的注入1个单位功率，其它节点的注入功率为0可以分析各支路的功率分布 4、有功灵敏度的计算与应用示例一一计算过程和物理意义 步骤3：根据灵敏度系数计算支路的传输功率： 线路L12传输功率：PL12=P2(-6/7)+P3*(-2/7)=-4/7线路L13传输功率：PL13=P2*(-1/7)+P3*(-5/7)=18/7线路L23传输功率：PL23=P2(1/7)+P3*(-2/7)=10/7 目录 电力系统潮流计算的基本原理 电力系统的平衡 发电计划编制的基本原理 电力系统实时运行与控制 、电力系统的平衡 1、电力需求预测 口电力需求预测的基本概念 口一般称为负荷预测，是指根据系统的运行特性、增容决策、自然条件与社会影响等诸多因数，在满足一定精度要求的条件下，确定未来某特定时刻或时段的负荷数据口 电力需求预测包括电力预测和电量预测两个方面，电力预测是针对各个时段内负荷需求容量的预测，电量预测是针对某一时段内的电量需求的预测。 未启动现货交易前 启动现货交易后 口需要对各个节点的电量需求、电力需求准确预测。因现货市场出清以成本最小/社会福利最大化为目标，预测结果既影响全网的功率平衡，也影响线路/断面潮流约束是否达界的判断，从而影响市场的出清量、价。 口对全网的电量需求、电力需求预测相对准确即可，根据实际情况将电量需求分摊至每一台机组，通过三公调度节能发电调度的模式完成发电计划编制和执行。 电力系统的平衡 1、电力需求预测 电力需求预测的必要性 准确的负荷预测，可以帮助经济合理地安排电网运行方式，安排机组的开停机方式，保持电网安全稳定，减少不必要的旋转储备容量，提高经济效益和社会效益。 最大/最小负荷峰谷差23平均负荷 从时间尺度上看，包括年度、月度（周度）、日前、实时负荷预测结果，负荷预测数值与真实负荷之间的偏差，一般会随着运行时间点的迫近越来越小，发电计划也会在不同时间尺度上予以调整。 》从地理分布来看，包括全网系统负荷的预测，也包括各个母线节点的负荷预测，当全网负荷预测值与所有母线负荷预测值不等时，需要对母线负荷预测结果进行调整 、电力系统的平衡 1、电力需求预测 备用容量的分类一负荷预测值与真实的负荷需求可能存在偏差，需要预留一定的负荷备用；为应对实时运行中可能发生的故障引起的有功缺额，需要预留一定的事故备用。根据备用容量调节速率的快慢，主要分为旋转备用、非旋转备用；根据备用容量调节的方向，分为正备用、负备用。 负荷备用 负备用 旋转备用 事故备用 正备用 在运机组最大技术出力扣除机组计划出力，表征系统应对有功缺额的调节能力 在运机组计划出力扣除最小技术出力，表征系统应对有功过剩的调节能力。 指平衡电力系统中发电和输电设备发生故障时，保证正常容量所需设置的发电容量; 用于平衡瞬间负荷波动与负荷预计偏差的在线资源，应全部为旋转备用提供。 已经接在母线上，随时准备带上负荷的发电侧备用容量； 、电力系统的平衡 2、电力电量平衡 电力电量平衡的概念一一电力系统的平衡涵盖两个方面的内容：电力平衡，各个运行时点的电力供给需求相等；电量平衡，一定时段范围内的电量供给、需求的平衡。 电力电量平衡的重要性 是市场交易组织、编制发电计划的前提，也是评估电力系统辅助服务需量的依据。在遵循电网安全稳定运行、清洁能源消纳等原则下，维持电力电量平衡也是市场交易组织和发电计划编制需要满足的基本前提；电力电量平衡也是评估电力辅助服务（比如调峰、运行备用）是否满足要求的依据； 是保障发电容量的充裕性，确保正常的市场竞争关系是的必要条件。保障发电容量的充裕性，需要确认发电容量是否满足不同时段变化的用电需求，以及全部时段内的发电总量满足总的用电需求，供需紧缺程度直接影响到电力市场的竞争关系，因此要避免供需不平衡导致的市场失衡等现象。 电力系统的平衡 2、电力平衡瞬时平衡 实时运行阶段的有功平衡一电力系统频率控制 由于负荷需求具有随机性和波动性，无论如何，机组出力的调节与负荷需求的波动总会产生有功功率的偏差如下： 有功功率的偏差 P发电+ LP发电=P厂用+P负荷+P网损+△P负荷 、电力系统的平衡 2、电力平衡高峰平衡 实时运行阶段的有功平衡一一备用容量调用 如果实时运行过程中，与预测负荷相比实际用电发生大幅的增长，或电力系统发生故障（并网机组跳闸）会导致系统的有功平衡发生较大幅度的缺口，此时仅通过快速响应的调频容量不能满足系统有功