第9章_电力系统的负荷

1、O 图9-1第9章结构图 第9章电力系统的负荷 今天，我们将进入电力系统负荷的学习 主要对图9-1所示内容进行讲解。 9- 1 电力系统负荷 一 负荷定义 电力系统的负荷就是系统中千万个用电设备消费功 率的总和。 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总 和就是电力系统负荷 （综合用电负荷） ，它是把不同地区、 不同性质的所有用户的负荷加起来而得到的。 电力系统中的主要用电设备包括异步电动机、同步 电动机、电热装置、整流装置和照明设备等。不同的行 业中，这些用电设备的比重也不同。 二 负荷分类 1 按物理性能划分 有功负荷：指电能转换为其它能量，并在用电设备 中真实消耗掉的能量，如照明设备

2、，单位为 kW。 无功负荷：在电能输送和转换过程中，需要建立磁 场而消耗的动能，它仅完成电磁能量的相互转换，并不 做功，因而称为“无功” ，如电动机、变压器和整流装置 等，单位为 kvar。 2 按电能划分 a 综合用电负荷 指工业、交通运输业、农业、市政生活等各方面消 耗的功率之和。根据用户的性质，用电负荷又可以分为 工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电 负荷等。 b 供电负荷 综合用电负荷加上电力网的功率损耗就是各发电厂 应该供给的功率，称为电力系统的供电负荷。 c 发电负荷 供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率，就是各 发电厂应该发出的功率，称为电力系统的发电负荷。 9- 2

3、 负荷曲线 实际的系统负荷是随时间、季节、气候变化的，其 变化规律可以用负荷曲线来描述。 按负荷种类可以分为有功功率负荷和无功功率负荷 曲线；按时间长短可以分为日负荷和年负荷曲线，按描 述的负荷范围可分为个别用户、电力线路、变电所、发 电厂以至整个系统的负荷曲线。上述三种特征相结合， 就确定了某一种特定的负荷曲线，如电力系统的有功功 率日负荷曲线。 下面介绍最常用的电力系统有功日负荷曲线、有功 年最大负荷曲线以及年持续负荷曲线 。 一 日负荷曲线 1 基本概念 电力系统负荷在一天 24 小时内变化的规律称为日 负荷曲线，如图 9-2 所示。 日负荷曲线中最大值 Pmax 称为日最大负荷 /尖峰

4、负荷 / 峰荷。 日负荷曲线中最小值 Pmin 称为日最小负荷 / 谷荷。 为了方便计算，实际上常把连续变化的曲线绘制成 阶梯形。 P/GW 5 4 3 2 1 Pmin Pmax (9-1) (9-2) (9-3) 04812162024 t/h 图9-2日负荷曲线 2日平均负荷 有功功率日负荷曲线所包的面积即为电力系统日用 电量Wd，即 24 Wd0 Pdt 因此日平均负荷Pav为 Wd1 24 Pav 0 Pdt 2424 0 为了说明负荷曲线的起伏特性，常引用两个系数来 (9-4) 描述，即负荷率km和最小负荷系数a。 k m ax 负荷率km越小表明负荷曲线起伏大， 发电机的利用 率

5、较差。 这两个系数不仅用于日负荷曲线，也可用于其它时 间段的负荷曲线。 3用途 日负荷曲线对电力系统的运行非常重要，它是安排 日发电计划和确定系统运行方式的重要依据。 二年负荷曲线 在制定电力系统规划时，不仅需要了解日负荷变化 规律，而且还要了解一年或更长时间的最大负荷变化和 增长的规律。因此，年最大负荷曲线也就被提出。 1年最大负荷曲线 把一年内每月（或每日）的最大负荷抽取出来按年绘 成曲线，描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷 其中年末最大负荷大于年初最大负荷的部分为年增 长；低谷时段常用于安排发电设备的检修。 用来安排发电设备的检修计划，同时也为制订发电 机组或发电厂的扩建或新建计划

6、提供依据。 2年持续负荷曲线 a基本概念 按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序 排列而绘制成的曲线称为年持续负荷曲线，如图9-4所 示。 在安排发电计划和进行可靠性估算时，常用到这种 曲线。 Ppi a X- P2 d I P3 1 1 1 1 1 1 v e * ti 1 - 1 t2 I II t3 08760 t/h 图9-4年持续负荷曲线 b用途 由年持续负荷曲线可以进行安排发电计划、进行可 靠性评估、负荷预测（短期、中期、长期）等工作。 无功功率负荷曲线不如有功功率曲线那样用得普 遍，只是在进行系统无功功率平衡时才予以注意。 c最大负荷利用小时数 根据年持续负荷曲线可以确定系

7、统负荷的全年耗电 量为 8760 0 Pdt (9-5) 如果负荷始终等于最大值Pmax，经过Tmax小时后所 消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称Tmax为最 大负荷利用小时数，即 max W Pmax 1 Pmax 8760 0 Pdt (9-6) 利用Tmax可以近似估算用户的全年耗电量 三负荷曲线的作用 1运行方式的安排 2对设备用电安全的监视 3无功功率统计和无功功率平衡 4电网损失的统计 5负荷预测 9- 3 负荷特性与负荷模型 电力系统中每一个变电所供电的众多用户常用一个 等值负荷 P+jQ 表示，称为综合负荷。一个综合负荷包括 的范围随所研究的问题而定，例如着重研究电力系统

8、中 110kV 及以上电压等级的电力网时，可将 110kV 变电所 二次侧母线的总供电功率用一个综合负荷表示。因此综 合负荷可能代表一个企业，或一个工业区、一个城市甚 至一个广大地区的总用电功率。各个综合负荷功率大小 不等，成分各异。 综合负荷的功率一般随系统的运行参数 （主要是电 压和频率 ）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数 学表达式称为负荷特性。 一 负荷特性 电力系统负荷特性是指负荷功率随电压或频率变 化而变化的规律。 负荷特性包括静态特性和动态特性两类。 电压与频率缓慢变化时（稳态）负荷功率与负荷端 母线电压或频率的关系为静态特性。 负荷端母线电压或频率在急剧变化过程中负荷功率

9、 与电压或频率的关系为动态特性。 当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系 称为负荷的电压静态特性。 当负荷端电压维持额定值不变时，负荷功率与频率 的关系称为负荷的频率静态特性。 二 负荷模型 1 概念 负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性 所作的物理模拟(等值电路)或数字描述。 由于不同综合负荷包含的各种负荷成分所占的比 例可能差异很大，而在不同时刻、不同季节及在不同气 象条件下，同一个综合负荷的各种负荷成分的比例也是 变化的，所以要建立一个实用而准确的综合负荷模型是 相当困难的，这是迄今尚未很好解决的一个问题。 通常将综合负荷模型分为动态模型和静态模型。 动态模型描述电压和频率急

10、剧变化时， 负荷有功和 无功功率随时间变化的动态特性，它可表示为 P FP(t,V,f,dV/dt,df /dt, ) (9-7 Q FQ(t,V, f,dV /dt,df /dt, ) (9-7 由于负荷中异步电动机的比例相当大， 所以负荷的 功率不仅与电压 V、频率f有关，而且与电压、频率的变 化速度有关。 如何建立综合负荷动态特性的数学关系式， 至今仍然是一个困难的问题。 综合负荷的静态模型描述有功和无功功率稳态值 与电压及频率的关系，可表示为 (9-8) P FP(V, f ) Q FQ(V, f ) 称为负荷的静态特性。 综合负荷的电压和频率静态特性，可以根据各个基 本负荷成分的静态特性方程式或实测曲线用统计方法综 合起来得到，或者实际测量。课本中提供了一种多项式 的用电压静态特性表示的综合负荷模型的计算。 综合负荷用静态特性表示的模型用于电力系统正常 稳态工况的计算，也可用于电压和频率变化缓慢的暂态 过程计算。 2 常用模型 在短路和稳定计算中，负荷常用等值电路表示，最 常用的综合负荷等值电路有：含源等值阻抗（或导纳） 支路，恒