第五章電力系統(tǒng)負荷

1、第五章電力系統(tǒng)負荷學習目標 掌握電力系統(tǒng)負荷和負荷曲線的基本概念、分類及其特點； 理解年最大負荷利用小時數(shù)Tmax的基本概念和作用； 了解用電設備計算負荷的確定方法； 了解電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)、動態(tài)特性和模型電力系統(tǒng)負荷 電力系統(tǒng)在某一時刻各類用電設備消耗功率的總和 按照消耗功率類型分類：有功負荷、無功負荷、視在負荷 按照可靠性分類：一類負荷、二類負荷、三類負荷電力系統(tǒng)負荷 按照消耗功率的性質分類：按照消耗功率的性質分類： 用電負荷：用戶的用電設備在某一時刻消耗功率的總和稱為用電負荷。 供電負荷：用電負荷加上電力網損耗的功率（也稱線損負荷）稱為供電負荷。 發(fā)電負荷：供電負荷加上發(fā)電廠本身所消耗的

2、功率（也稱發(fā)電廠廠用電負荷）稱為發(fā)電負荷。電力系統(tǒng)負荷 根據用戶在國民經濟中的部門分類：根據用戶在國民經濟中的部門分類： 工業(yè)用電負荷 農、林、牧、漁、水利用電負荷 建筑業(yè)用電負荷 交通運輸、郵電通信用電負荷 商業(yè)、飲食、供銷、倉儲業(yè)用電負荷 城鄉(xiāng)居民生活用電負荷電力系統(tǒng)負荷曲線 電力系統(tǒng)負荷曲線：以電力系統(tǒng)負荷為縱坐標，以時間（一般以小時為單位）為橫坐標繪制的表征電力系統(tǒng)負荷隨時間變化的曲線 曲線在兩坐標軸之間所包容的面積表示該段時間內用電設備的用電量（或供電量、發(fā)電量）電力系統(tǒng)負荷曲線 按照負荷類型分類：有功負荷曲線、無功負荷曲線、視在負荷曲線 按照時間分類：日負荷曲線、年負荷曲線等 上述

3、分類的組合日負荷曲線 尖峰負荷 低谷負荷 最大負荷Pmax 最小負荷Pmin 基本負荷 日平均負荷 負荷率 最小負荷系數(shù)240241PdtPavmax/ PPkavmmaxmin/ PP240WPdtd日用電量年最大負荷曲線年持續(xù)負荷曲線 按一年內系統(tǒng)負荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小時數(shù)依次排列繪制而成 安排發(fā)電計劃、可靠性估算 全年耗電量hkWPdtA87600年最大負荷利用小時數(shù)Tmax 如果用戶始終保持最大負荷值Pmax運行，經過Tmax小時后所消耗的電能恰好等于全年的實際耗電量，則稱Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)。87600maxmaxmax1PdtPPAT87600maxmaxPdtATP年

4、最大負荷利用小時數(shù)Tmax Tmax在一定程度上反應了實際負荷在一年內的變化程度。如果負荷曲線較為平坦，則Tmax值較大；反之，則Tmax值較小 統(tǒng)計表明，對于各類負荷的Tmax值，大體在一定的范圍內年最大負荷利用小時數(shù)Tmax負荷類型年最大負荷利用小時數(shù)Tmax （h）屋內照明及生活用電2000 3000單班制工業(yè)企業(yè)1500 2500兩班制工業(yè)企業(yè)3000 4500三班制工業(yè)企業(yè)6000 7000農業(yè)排灌用電1000 1500Tmax應用示例 對規(guī)劃的新用戶，可以先查出Tmax 根據用戶規(guī)模（如工廠年產量），（根據單位產品的耗電量）估算用戶全年用電量 根據全年用電量和Tmax計算出Pmax

5、 根據Pmax設計向該用戶供電的一次系統(tǒng)計算負荷 通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各組成元件的負荷值，稱為計算負荷。 計算負荷是供電設計的基本依據。計算負荷確定得是否合理，直接影響到電器和導線的選擇是否經濟合理。 目前比較普遍采用的確定計算負荷的方法有需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法兩種。三相用電設備組計算負荷的確定tHcsstK KPP netHstKK K cnesPK PsNPP用電設備組名稱需要系數(shù)Kne最大容量設備臺數(shù)ncostan大批和流水作業(yè)生產的熱加工機床電動機0.30.450.651.17大批和流水作業(yè)生產的冷加工機床電動機0.20.2550.51.73小批和單

6、獨生產的冷加工機床電動機0.160.250.51.73通風機、水泵、空壓機及電動發(fā)電機組電動機0.750.8550.80.75連續(xù)運輸機械和鑄造車間造型機械（連鎖的）0.650.750.750.88鍋爐房機修、機加工、裝配等類車間的吊車（25%）0.10.1530.51.73鑄造車間的吊車（25%）0.150.330.51.73自動連續(xù)裝料的電阻爐設備0.60.710.951.33非自動連續(xù)裝料的電阻爐設備0.60.710.950.33實驗室用的小型電熱設備（電阻爐、干燥箱等）0.710低頻感應電爐0.650.71.02高頻感應電爐0.80.870.57電焊機、縫焊機0.350.61.33對焊

7、機、鉚釘加熱機0.350.71.02自動弧焊變壓器0.50.42.29單頭手動弧焊變壓器0.350.352.68多頭手動弧焊變壓器0.70.90.352.68單頭弧焊電動發(fā)電機組0.350.61.33多頭弧焊電動發(fā)電機組0.70.90.750.38生產廠房及辦公室、試驗場所照明0.8110變電站、倉庫照明0.50.710宿舍、生活區(qū)照明0.60.810室外照明110事故照明110三相用電設備組計算負荷的確定tanccQP22cccSPQ( 3cos )ccNIPU設備容量設備容量 的計算的計算 用電設備組的設備容量 ，不包括備用設備容量在內，且與用電設備組的工作制有關。 對一般長期連續(xù)工作制得

8、用電設備組，設備容量就是銘牌額定容量； 對反復短時工作制的用電設備組，設備容量就是將設備在某一暫載率下的銘牌額定量統(tǒng)一換算到一個標準暫載率下的功率。暫載率 所謂暫載率，為一個工作周期內工作時間與工作周期的百分比值 同一設備，在不同的暫載率下，其出力是不同的。在計算負荷時，必須考慮到設備容量所對應的暫載率，而且要按規(guī)定的暫載率對設備容量進行統(tǒng)一換算0100%() 100%gwgwgwtTttt設備容量設備容量 的計算的計算 對電焊機組，要統(tǒng)一換算到=100% 時的設備容量 對吊車電動機組，要統(tǒng)一換算到 =25%時的設備容量100coscossNNNNPSS252sNNNNPPP多組用電設備計算負

9、荷的確定多組用電設備計算負荷的確定 確定擁有多組（設有n組）用電設備的計算負荷時，應適當考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此，在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結合具體情況計入一個同時系數(shù)（又叫參差系數(shù)或混合系數(shù)）K 低壓干線 低壓母線0 . 19 . 0K0.8 0.9K多組用電設備計算負荷的確定多組用電設備計算負荷的確定cciPKPcciQKQ22cccSPQ( 3)ccNISU單相設備的負荷計算單相設備的負荷計算 在具有單相用電設備的三相系統(tǒng)中，不論三相負荷平衡與否，也不論單相設備是接于相電壓還是線電壓，都應該以三相線路中最大負荷相的相電流來確定計算負荷，以滿足所選

10、擇的設備和導線安全運行的要求單相設備接于相電壓時的負荷計算單相設備接于相電壓時的負荷計算3ssmPP單相設備接于線電壓時的負荷計算單相設備接于線電壓時的負荷計算3ssPP單相設備接于各個線電壓或既有接于線單相設備接于各個線電壓或既有接于線電壓又有接于相電壓的負荷計算電壓又有接于相電壓的負荷計算CAACAABAABAPpPpPABBABBCBBCBPpPpPBCCBCCACCACPpPpPCAACAABAABAQqPqQABBABBCBBCBQqPqQBCCBCCACCACQqPqQ容量換算系數(shù)功 率 因 數(shù)0.350.40.50.60.650.70.80.911.271.171.00.890.

11、840.80.720.640.5-1.27 -0.1700.110.160.20.280.360.51.050.860.80.380.30.220.09-0.05 -0.291.631.441.160.960.880.80.670.530.29AABpBBCpCCApBABpCBCpACApAABqBBCqCCAqBABqCBCqACAq供電系統(tǒng)逐級計逐級計算法算法 各級負荷計算中，凡多組計算負荷相加（分有功和無功兩部分），都要依組數(shù)多少，考慮乘以同時系數(shù)K= 0.8 1。組數(shù)越少， K越接近于1。按需要系數(shù)法按需要系數(shù)法確定計算負荷確定計算負荷 將供電區(qū)域內用電設備的總容量 （不計備用設備容

12、量）乘上一個需要系數(shù) ，就得到供電區(qū)域的有功計算負荷工廠類別需要系數(shù)功率因數(shù)年最大負荷利用小時數(shù)（h）汽輪機制造0.380.88鍋爐制造0.270.73柴油機制造0.320.74重型機械制造0.350.793700機床制造0.20.653200重型機床制造0.320.713700工具制造0.340.653800量具刀具制造0.260.603800電機制造0.330.652800石油機械制造0.450.78電線電纜制造0.350.733500電氣開關制造0.350.753400儀器儀表制造0.370.813500滾珠軸承制造0.280.75300按年產量估算企業(yè)計算負荷按年產量估算企業(yè)計算負荷按

13、年產值估算企業(yè)計算負荷按年產值估算企業(yè)計算負荷AaWymaxTWPycBbWymaxTWPyc電力系統(tǒng)負荷特性及模型 分析電力系統(tǒng)在各種狀態(tài)下的特性必須研究系統(tǒng)的負荷特性并建立其數(shù)學模型。將電力系統(tǒng)網覆蓋的廣大地區(qū)內難以勝數(shù)的電力用戶合并為數(shù)量不多的負荷，分接在不同地區(qū)不同電壓等級的母線上。每一個負荷都代表一定數(shù)量的各類用電設備及相關的變配電設備的組合，這樣的組合就稱為綜合負荷。各個綜合負荷功率大小不等，成分各異。一個綜合負荷可能代表一個企業(yè)，也可能代表一個地區(qū)。電力系統(tǒng)負荷特性及模型 綜合負荷的功率一般是要隨系統(tǒng)的運行參數(shù)（主要是電壓和頻率）的變化而變化，反映這種變化規(guī)律的曲線或數(shù)學表達式稱

14、為負荷特性。負荷特性包括動態(tài)特性和靜態(tài)特性。 動態(tài)特性反映電壓和頻率急劇變化時負荷功率隨時間的變化規(guī)律。 靜態(tài)特性則代表穩(wěn)態(tài)下負荷功率與電壓和頻率的關系電力系統(tǒng)負荷特性及模型 當頻率維持額定值不變時，負荷功率與電壓的關系稱為負荷的靜態(tài)電壓特性。 當負荷端電壓維持額定值不變時，負荷功率與頻率的關系稱為負荷的靜態(tài)頻率特性。電力系統(tǒng)負荷特性及模型 負荷模型是指在電力系統(tǒng)分析計算中對負荷特性所作的物理模擬或數(shù)學描述。 對負荷模型本身的分類方法很多，例如，從模型是否反映負荷的動態(tài)特性來看，可以分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型。顯然，靜態(tài)模型是代數(shù)方程式，而動態(tài)模型則是微分方程式。用多項式表示的負荷靜態(tài)電壓用多項式

15、表示的負荷靜態(tài)電壓特性特性22(/)(/)()LNPLNPLNPNPLPLPPP a UUb UUcP a Ub Uc22(/)(/)()LNQLNQLNQNQLQLQQQa UUb UUcQa Ub Uc1PPPabc1QQQabc負荷的有功和無功功率都由三個部分組成，第一部分與電壓平方成正比，代表恒定阻抗消耗的功率；第二部分與電壓成正比，代表與恒電流負荷相對應的功率；第三部分為恒功率分量用多項式表示的負荷靜態(tài)頻率用多項式表示的負荷靜態(tài)頻率特性特性 負荷的靜態(tài)頻率特性也可以用類似的多項式表示用多項式表示的負荷靜態(tài)特性用多項式表示的負荷靜態(tài)特性 當電壓和頻率都在額定值附近小幅度變化時，還可以對靜態(tài)特性作線性化處理(1)LNpuPPkU(1)LNquQQkU(1)LNpfPPkf(1)LNqfQQkf用多項式表示的負荷靜態(tài)特性用多項式表示的負荷靜態(tài)特性 需要同時考慮電壓和頻率的變化時(1)(1)LNpupfPPkUkf(1)(1)LNquqfQQkUkf用指數(shù)形式表示的負荷靜態(tài)特性用指數(shù)形式表示的負荷靜態(tài)特性(/)LNLNPP UU(/)LNLNQQUU(/) (1)LL