電力電量平衡

電力系統電力和電量的供需平衡。又稱電力系統運行模擬，用於研究各類電站在電力系統中優化運行方式及分系統間功率的優化交換，從而核定各方案的容量和電量效益。它是制定電力規劃、設計和運行計劃的重要組成部分 ^[1]  。

包括電力平衡和電量平衡兩部分，這兩部分是相輔相成的有機的整體。研究內容按時間長短可分為日(周)平衡和年平衡。日(周)平衡的時段單位常用1h或數小時，年平衡的時段單位常用月、周或數月。研究對象可分為:①工作容量平衡，②檢修容量平衡③備用容量平衡 ^[2]  。

根據系統負荷，水文和參加平衡的電站容量的隨機性，，電力系統電力電量平衡可分為確定型和隨機型兩種。

(1)確定型。按系統電力負荷、備用容量均為已知，水電站的水文為確定型。其平衡的條件是，在各時段系統容量和能量均應滿足負荷要求(含廠用電和輸電損失)。

(2)隨機型。電力負荷按隨機變量處理，水電站的水文按隨機型考慮(有時為了簡化，水文按確定型考慮)。系統各電站參加平衡的機組數(或容量)，決定於其強迫停運率，為機組因故障強迫停運時間與強迫停運時間加運行時間之和的比值)。從概率的意義上説，系統的用電不可能完全滿足，故模型的目標函數應按系統失負荷概率，為系統有效發電容量不能滿足負荷要求的概率)和所失負荷的重要性，計入與所失負荷相應的費用的數學期望值。

確定型較簡單直觀，但不夠嚴密。隨機型較嚴密，但作量大 ^[3]  。

電力電量平衡，一般按下述條件進行。

(1)系統電力負荷應為主網受端的用電負荷，不包括電站的廠用電和專用輸電線的線損，這部分廠用電及線損，應在電力電量平衡中計入。

(2)系統工作容量平衡、檢修容量平衡和備用容量平衡應當作一個整體，結合進行。各類容量應能相互轉化。

(3)與設計保證率相應的設計枯水年的電力電量平衡，確定電站的容量效益。電量效益則應對各種可能的水文情況進行電力電量平衡，求得其相應的數學期望值。

(4)對分為若干區的較大的電力系統。電力電量平衡應包括各分區間的功率交換 ^[1]  。

應在滿足以下約束條件的前提下，使系統總費用最小。

（1）對確定型的電力電量平衡，系統電站的容量和能量均應滿足系統容量(含工作容量、備用容量和檢修容量)和能量的需求;在考慮廠用電和專用線損的前提下，水、火電站和抽水蓄能電站均應保證其能量的平衡。

（2）火電廠的機組出力應不小於其技術最小出力。

（3）水電站出力應儘可能滿足強制基荷的要求，若不可能滿足時，應計入因此引起的附加費用。

（4）各類電站參加平衡的容量，應扣除由於不良工況而引起的不能發出的受阻容量 ^[1]  。

其內容包括檢修容量、工作容量、備用容量平衡及其優化方法。

(1)檢修容量平衡。系統內每台機組均需定期分別安排連續的大修時間。在中國規劃設計中，每台機組年平均大修時間，水電站常用1個月，火電廠常用1.5個月。系統中每台機組的容量乘以每年所需的大修歷時，叫機組所需的檢修面積。機組檢修應首先利用系統負荷季節性下降部分，安排檢修，若負荷季節性下降部分不敷檢修時，應增加火電容聳。根據水電站的特性，水電站的機組檢修季節應避開汛期和負荷大的月份，宜安排在汛末。火電機組則宜安排在汛期。在常規計算中，即可根據上述原則，逐台安排機組檢修，直至安排完所有機組為止。優化計算，可用純整數規劃的方法解決，即以0-1變量描述機組的檢修計劃，0為不檢修，1為檢修。目標函數可用系統總費用最小或電力系統平均裝機容量為最小，但計算工作量很大。另一種方法是搜索法，其優點是速度快，且其結果也接近最優。在宏觀規劃中，常用較粗略的方法，即在每個電站的裝機容量中，扣除其每年應檢修的份額，如水電站按每年檢修1個月計，即扣除其容量的1/12後進行平衡。

(2)工作容量平衡。一年中各月，以日或周為代表進行平衡。所有各電站扣除廠用電和專用線損後的主網受端各小時出力(含功率交換)之和，應等於主網受端相應各小時的負荷。

日或周的平衡，常規算法用切負荷的方法，逐個電站進行平衡。當一個電站平衡完畢，將該電站已分配的負荷及電量累積曲線有關部分切去，形成新的負荷曲線和電量累積曲線，據此再進行下一個電站的平衡。按經濟原則，水電站不耗燃料，故應首先利用其容量和電量，最先引入，進行平衡，水電站中各電站的次序則可任意安排。其次引入火電廠，火電廠中各電廠，則應以燃料費用(含廠用電及線路損失)從小到大的次序進行平衡。由於抽水蓄能電站只進行二次能源的加工，並且在加工過程中要損失一部分能量，故應安排在最後引入。抽水蓄能各電站，則應以綜合效率從大到小的次序引入，進行平衡。

各類電站工作容量的平衡有不同的方法:①水電站按徑流調節計算得到的月平均出力，換算成工作日(周)的能量，按充分利用其容量和電量的原則，進行平衡。②火電廠則從電量累積曲線的原點起按其工作容量向上安排其工作位置。應校核是否滿足技術最小出力的其他要求，若不能滿足，則應按後進先出的原則，減少已引入電站在負荷低谷時的出力，使之滿足。③抽水蓄能電站應分別進行發電和抽水工況的平衡，發電能量不應大於抽水能量乘其綜合效率的積。

(3)備用容量平衡。其中包括事故備用容量和負荷備用容量的平衡。用於確定型的電力電量平衡，需遵循如下的原則:

①系統所有電站總備用容量之和，應大於等於系統需要的備用容量。

②水電站所擔負的備用容量，應有足夠的庫容保證水電站的備用能量。若水電站主要備用庫容設在上游水庫，則還應在本梯級設置緩衝庫容，以保證當上遊電站下泄的備用水量到達本電站前的用水需要。

③火電廠所擔負的備用容量，應不大於機組最大出力與技術最小出力之差值，並應有備用燃料。

④長引水道電站，應少擔負或不擔負備用容量。

(4）優化方法。常用電力電量平衡的模擬模型，多為線性規劃模型。較嚴格的方法是將水電站(羣)的補償徑流調節計算，與系統電力電量平衡在同一個模型中進行，這樣可使水電站(羣)的水庫調度的優化與電力電量平衡的優化，有機地結合起來。模擬模型對系統工作容量的平衡，均將系統負荷按自大至小排序，化為負荷歷時曲線(台階狀的負荷)。為了減少非零元素，常用“Z替代法”處理，即將電站在各時段所擔負的負荷，換算為與相鄰“台階”的差值。優化方法可考慮火電廠的非線性煤耗特性，可同時解決各電站在系統中的最優運行方式、分系統間的錯峯(即各分系統最大負荷非同時出現)和最優的功率交換 ^[3]  。