电力系统工程基础

第五章电力系统负荷第一节电力系统负荷及负荷曲线第二节用电设备计算负荷的确定第三节电力系统负荷特性及模型第一节电力系统负荷及负荷曲线一、电力系统负荷的基本概念及其分类二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类三、电力系统日负荷曲线四、年负荷曲线和年最大负荷利用小时数一、电力系统负荷的基本概念及其分类电力系统负荷：分类：按消耗功率的性质：分用电负荷、供电负荷、发电负荷按供电可靠性分：一类负荷、二类负荷、三类负荷根据用户在国民经济中的部门分：工业用电负荷农、林、牧、渔、水利用电负荷建筑业用电负荷交通运输、邮电通信用电负荷商业、饮食、供销、仓储业用电负荷城乡居民生活用电负荷二、电力系统负荷曲线的基本概念及其分类

电力系统负荷曲线分类：按时间分类：日负荷曲线： 日平均负荷曲线日负荷持续曲线 年负荷曲线历年负荷曲线其他，如：周负荷曲线，年持续负荷曲线等按用电特性分类：指根据部门分类的用户负荷曲线三、电力系统日负荷曲线

负荷曲线除了用来表示负荷功率随时间变化的关系外，还可用来计算用户取用电能的大小，在某一时间t内用户所取用的电能A为该时间内用户的有功功率P和t的乘积。因此，在一昼夜内用户所消耗的总电能为：四、年负荷曲线和年最大负荷利用小时数年负荷曲线的用途：

年最大负荷利用小时数Tmax

如果用户始终保持最大负荷值Pmax运行，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为年最大负荷利用小时数。

Tmax=A/Pmax=第二节用电设备计算负荷的确定

一、三相用电设备组计算负荷的确定

二、单相用电设备组计算负荷的确定

三、供电系统各个部分计算负荷的确定

一、三相用电设备组计算负荷的确定目前比较普遍采用的确定计算负荷的方法，有需要系数法和二项式系数法。下面介绍需要系数法。1．基本公式用电设备组的有功计算负荷应为：令，则得按需要系数法确定得三相用电设备组有功计算负荷（单位用kW）的公式：式中，——需要系数，一般小于1。2．设备容量Ps的计算对一般长期连续工作制的用电设备组，设备容量就是铭牌额定容量；对反复短时工作制的用电设备组，设备容量就是将设备在某一暂载率下的铭牌额定量统一换算到一个标准暂载率下的功率。所谓暂载率，为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示，即：

⑴对电焊机组，要统一换算到时的设备容量，其设备容量为:(2)对吊车电动机机组，要统一换算到时的设备容量，其设备容量为:3．多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组（设有n组）用电设备的计算负荷时，应适当考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此，在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况计入一个同时系数（又叫参差系数或混合系数）。对于低压干线，可取；对于低压母线，用电设备组计算负荷直接相加来计算时，可取。

二、单相用电设备组计算负荷的确定除了广泛应用三相设备外，还有各种单相设备，如电焊机、电炉、电灯等。单相设备接在三相电路中，应尽可能的均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。1．单相设备接于相电压时的负荷计算2．单相设备接于同一线电压时的负荷计算

3．单相设备接于各个线电压或既有接于线电压又有接于相电压的负荷计算：接于线电压的有功设备容量PAB、PBC、PCA换算为接于相电压的有功设备容量PA、PB、PC的公式为：式中，PAB-A、PBC-B、PCA-C、PCA-A、PAB-B、PCB-C均为有功容量换算系数，查表5-3可得换算系数。

容量换算系数功

率

因

数0.350.40.50.60.650.70.80.91PAB-A，PBC-B，PCA-C1.271.171.00.890.840.80.720.640.5PAB-B，PBC-C，PCA-A-1.27-0.1700.110.160.20.280.360.5qAB-A，qBC-B，qCA-C1.050.860.80.380.30.220.09-0.05-0.29qAB-B，qBC-C，qCA-A1.631.441.160.960.880.80.670.530.29表5-3接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的单相设备容量的换算系数

接于线电压的无功设备容量QAB、QBC、QCA换算为接于相电压的无功设备容量的算式与有功设备容量的换算算式相类似。

三、供电系统各个部分计算负荷的确定为了选择供电系统的电气设备和导线电缆，必须计算供电系统各个部分的计算负荷，其方法如下。1．按逐级计算法确定计算负荷:各级负荷计算中，凡多组计算负荷相加（分有功和无功两部分），都要依组数多少，考虑乘以同时系数。组数越少，同时系数越接近于1。图5-5供电系统中各部分计算负荷的说明图2．

按需要系数法确定计算负荷将供电区域内用电设备的总容量Ps（不计备用设备容量）乘上一个需要系数Kne，就得到供电区域的有功计算负荷Pc。供电区域的需要系数的高低，不仅与用电设备的工作性质、设备台数、设备效率和供电系统的损耗等因素有关，而且与负荷的生产性质、工艺特点、生产人员的技术熟练程度和劳动组织等因素有关。

工厂类别需要系数功率因数年最大负荷利用小时数（h）汽轮机制造0.380.88

锅炉制造0.270.73

柴油机制造0.320.74

重型机械制造0.350.793700机床制造0.20.653200重型机床制造0.320.713700工具制造0.340.653800量具刀具制造0.260.603800电机制造0.330.652800石油机械制造0.450.78

电线电缆制造0.350.733500电气开关制造0.350.753400仪器仪表制造0.370.813500滚珠轴承制造0.280.75300表5-4部分制造企业的需要系数、功率因数及年最大负荷利用小时数

3．按年产量或年产值估算企业计算负荷⑴

按年产量估算。将企业全年生产量乘上单位产品耗电量，就得到企业全年耗电量；求得全年耗电量后，除以企业的年最大负荷利用小时，就可求得企业的计算负荷。⑵按年产值估算。与上述按年产量估算的方法完全相似。将年产值乘上单位产值耗电量在除以企业的年最大负荷利用小时，就可求得企业的计算负荷。

4．供电系统的功率因数、无功补偿及补偿后负荷的计算按上述方法确定出供电系统的计算负荷后，就可估算出其平均功率因数。有：

对于已正式投产一年以上的供电系统来说，其平均功率因数可根据过去一年的电能消耗量来计算：电力系统对高压供电和低压供电系统的平均功率因数都有一定的要求，如果达不到这个要求，则必须采用人工补偿措施，普遍采用的无功补偿措施是装设移相电容器。

要使平均功率因数由提高到，则必须装设补偿无功功率的电容器容量为。如果按计算负荷计算，则电容器的容量应为如果按计算负荷计算，则电容器的容量应为：或图5-6功率因数的提高与无功功率、视在功率的关系第三节电力系统负荷特性及模型一、基本概念二、负荷的静态特性及模型

三、负荷的动态特性及模型

一、基本概念负荷是电力系统的一个重要组成部分，分析电力系统在各种状态下的特性必须研究系统的负荷特性并建立其数学模型。

综合负荷的功率一般是要随系统的运行参数（主要是电压和频率）的变化而变化的，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。负荷特性包括动态特性和静态特性。

二、负荷的静态特性及模型1．用多项式表示的负荷静态电压特性和频率特性将负荷的静态特性用数学公式表述出来，就是负荷的静态数学模型。不计频率变化，负荷吸收的功率与节点电压的关系一般用如下的二次多项式表示：

其中的系数应满足：上式表明负荷的有功和无功功率都由三个部分组成，第一部分与电压平方成正比，代表恒定阻抗消耗的功率；第二部分与电压成正比，代表与恒电流负荷相对应的功率；第三部分为恒功率分量。负荷的静态频率特性也可以用类似的多项式表示。当电压和频率都在额定值附近小幅度变化时，还可以对静态特性作线性化处理，将负荷表示为：

和：需要同时考虑电压和频率的变化时，也可以采用:

2．用指数形式表示的负荷静态电压特性将负荷的静态电压特性在稳态运行点附近表示成指数形式，当不计频率变化的影响时，即为：对于综合负荷，其中指数α的取值通常在0.5-1.8；指数β的值随节点不同变化很大，典型值约为1.5-6。当同时计及频率变化的影响时，可表示为：注意：当所涉及的节点电压幅值变化范围过大时，采用静态模型将会使计算误差过大

。常用的处理方法是在不同的电压范围采用不同的模型参数，或者当电压低于0.3～0.7时程序将负荷简单处理成恒定阻抗。

三、负荷的动态特性及模型当电压以较快的速度大范围变化时，采用负荷静态模型将带来较大的计算误差。研究表明，对那些对负荷模型敏感的节点，必须采用动态模型。由于负荷的动态特性主要由感应电动机的暂态特性