2023电力负荷特性和计算分析

电力负荷特性和计算分析1第一节负荷曲线与特性分析一、电力系统负荷的构成 机、电热电炉、整流设备、照明设备等几大类。不同行业中这些用电设备占的比重也不同。表6—1所示是几种工业部门用电设备比重的统计。 将各工业部门消费的功率与农业、交通运输和市政生活消费的功率相加就可得到电力系统的综合用电负荷。综合用电负荷加网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率因而称作电力系统的供电负荷供电负荷再加各发电厂本身消费的功率——统中各发电机应发出的功率，称作电力系统的发电负荷。2第一节负荷曲线与特性分析表6－1几种工业部门用电设备比重的统计注（1）比重按功率计。（2）照明设备的比重很小，未统计在内。3第一节负荷曲线与特性分析二、用电设备的工作制 我国低压电器行业采用了IEC34－1八种工作制中的三种，即长期连续工作制S1、短时工作制S2和断续周期工作制S3。（1）长期工作制S1在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备达到热平衡的工作条件。这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定，如通风机、水泵、空气压缩机、电炉和照明等。4第一节负荷曲线与特性分析（2）短时工作制S2设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会能使设备冷却到环境温度值。如金属切削机床用的辅助机械（横梁升降、刀架快速移动装置等）、水闸用电机等，这类设备的数量很少。（3）断续周期工作制S3这类工作制的用电设备周期性的工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过10min 使设备既不能在一个工作时间内升温到定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度，如电焊机和电梯电动机等设备。断续周期工作制的用电设备可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表征其工作性质。 5第一节负荷曲线与特性分析负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用表示 tg tgtgt0 T式中T—工作周期；tg—工作周期内的工作时间；t0—工作周期内的停歇时间。6第一节负荷曲线与特性分析三、负荷曲线 负荷曲线推移而变化的曲线。 供的全部特性。 荷曲线用等效的阶梯曲线来代替。7第一节负荷曲线与特性分析 有功功率负荷曲线行十分有用电力系统的设计生产主要是建立在预测的有功负荷曲线的基础之（一）日负荷曲线日负荷曲线表示一天24h内负荷变化的情况如图61所示此曲线可用于决定系统的日发电量。8第一节负荷曲线与特性分析9第一节负荷曲线与特性分析（二）年最大负荷曲线 （三）年负荷持续曲线 10第一节负荷曲线与特性分析图6－2年最大负荷曲线11第一节负荷曲线与特性分析图6－3年负荷持续曲线12第一节负荷曲线与特性分析四、负荷曲线的特征指标分析 规律。从工厂来说，可以合理地、有计电时间，从而降低负荷高峰，填补负荷低谷这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，调整负荷既提高了供电能力也是节电的措施之一。 从负荷曲线上还可以求得一些有用的参数。13第一节负荷曲线与特性分析上的最低点，见图6 3。全年消耗的电量AY为8760Y 0 dt全日消耗的电量AD为24D0 dt14第一节负荷曲线与特性分析年最大负荷利用小时数TmaxT WPmaxPmax平均负荷PavPav

8760 24负荷率，平均负荷与最大负荷的比值有功负荷率无功负荷率

PavPmaxQav

Qmax15第二节负荷计算的方法 所谓计算负荷备性质、容量等条件的情况下，按照一负荷。它包括有功计算负荷、无功计算电流等内容。 求计算负荷的这项工作称作为负荷计算。16第二节负荷计算的方法 17第二节负荷计算的方法一、计算负荷的意义 “计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。际变动负荷产生的最大热效应相等。所以根据计算负荷来选择导线及设备，在实际运行中它们的最高温升就不会超过容许值。 通常我们把根据半小时（30min）的平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为备的依据。18第二节负荷计算的方法二、确定计算负荷的系数 比较、分析大量的负荷曲线，又可以发现同一类型的工业企业（或同一类型车间、设备）1、需要系数Kd 在设备额定功率PN已知的条件下，只要实测统计出用电设备组（车间、全厂）的计算负荷Pca，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现30min的最大负荷就可以求出需要系数Kd，定义如下：K ＝Nd 量 N19第二节负荷计算的方法2、利用系数KU利用系数可定义为：K＝Nu 量 N3K有功同时系数：

KP

Pcam无功同时系数：

KQ

i1m QcamQcaii120第二节负荷计算的方法4、形状系数KZ形状系数可定义为K

PcaPzPav附加系数5、 Kf附加系数附加系数可定义为Kf

PmPav21 考虑到在变配电系统中，并不是所有用电一、计算负荷的估算法 22（一）单位产品耗电量法已知企业的生产量n及每一单位产品电能消耗量W,可先求出企业年电能需要量Wn。Wn于是可以求得最大有功功率如下：P Wnmax Tmax式中Tmax—年最大有功负荷利用小时数 23（二）车间生产面积负荷密度法当已知车间生产面积负荷密度指标ρ（单位为kW/m2）时，车间的平均负荷按下式求得P av P 式中A—车间生产面积。24二、求计算负荷的方法（一）对单台电动机 供电线路在30min负荷即计算负荷为Pca

N

PNM式中PNM－电动机的额定功率；ηN－电动机在额定负荷下的效率。 25第三节工厂供电负荷的统计计算示例（二）多组用电设备的负荷计算多组用电设备求计算负荷的常用方法如下：1、需要系数法用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下：⑴将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。⑵查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。Pca1

Kd1PN1

Kd2PN222Qca122

tan

Qca2

tan2于是

Qca

Qcai

Sca ca caP用需要系数法求车间或全厂计算负荷时，需要在P各级配电点乘以同期系数。 262、形状系数法用形状系数法求计算负荷的具体步骤如下：⑴将用电设备分组，求出各用电设备组的总额定容量。⑵查出各组用电设备的利用系数及对应的功率因数。Pav1

KuPN

Pav2

Ku2PN2QavPav

Pav

tanPavi

QavQav

tan2Qavi⑶求负荷的有效值PcaPca

Kz

~

Qca

KzQav

(1.05~1.1)QavSca

2 2PQca caPQ用第2种方法求计算负荷不需要乘以同期系数。 27 《民用建筑电气设计规范》对负荷计算方法的选取原则做了如下规定： （1）施工图阶段，宜采用需要系数法。对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。 （2）悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线、配电所的负荷计算。 （3）殊时，宜采用二项式系数法，一般用于支干线、配电屏（箱）的负荷计算。28一、计算负荷的估算 在民用建筑的方案设计阶段，必须对建筑内电力负荷进行估算，估算的准确与否，直接关系到建筑的变配电系统总体方案，变压器台数1、负荷密度法2、单位指标法291、负荷密度法 数据对所设计系统的计算负荷进行估算的一种方法。其估算有功功率Pca的公式为：

S1000式中P0—单位面积功率（负荷密度），W/m2；S—建筑面积，m2。30 使用负荷密度法估算的计算负荷是否准确，完全取决于单位面积功率P0的准确应综合考虑多方面的因素。（1）建筑物的性质（2）空调的形式（3）照明负荷312、单位指标法 单位指标法与负荷密度法基本相同是根据已有的单位用电指标来估算计算P PeNca 1000式中Pe—单位用电指标，如W/户，W/人，W/床；N—单位数量，如户数，人数，床数。32二、按需要系数法确定计算负荷 用需要系数法是简单可行的。1、按需要系数法确定计算负荷的公式有功计算负荷

P

KdPN无功计算负荷

Qca

tan视在功率计算负荷计算电流

Sca I

2 2PQca caPQScaNca 3UN33

—需要系数；PN —用电设备组的设备容量总和，kW；tanψ—该用电设备组功率因数角的正切值；UN —额定线电压，kV。342、三相用电设备组计算负荷的确定（1）用电设备分组不同性质的用电设备，其功率因数、需要系数可能是不同的。因此在使用需要系数法确定计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按类型统一分组，并取用不同的需要系数，再根据各组用电设备的功率因数，对各组的计算负荷进行计算。在使用需要系数法分组求计算负荷时，可能会出现有的设备组设备台数很少，这种情况下如不做一些特殊的考虑，仍简单地选用需要系数，可能会造成计算结果偏小，从而设计结果不合理的问题。针对这一问题，《民用建筑电气设计规范》做出了相应规定，即对用电设备进行分组计算时，若该组用电设备的台数少于等于三台时计算负荷等于其设备功率的总和，而不再考虑需要系数；若用电设备在三台以上时，其计算负荷应通过计算确定，即要考虑需要系数。35（2）单组用电设备计算负荷的确定Pca

KdPNQca

tanS P2Q2ca ca caI ScaNca 3UN36（3）单相用电设备计算负荷的确定 1）只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍；2）只有线间负荷时，单台时等效三相负荷取线间负荷的3倍；多台时等效三相负荷取最大线间负荷的

3倍加上次线间最大负荷的（3 3）倍； 3）既有线间负荷又有相间负荷时，应先将线间负荷换算3倍作为等效三相负荷。373、多组用电设备计算负荷的确定 （又叫参差系数或混合系数）。多组用电设备计算负荷的计算公式如下：Pca

K

nni

Pcai

Qca

K

nni1

Pcai

taniS P2Q

I ScaNca ca N

ca 3U式中Pcai—第i组用电设备的计算负荷；tanψi—第i组用电设备功率因数角的正切值。 38第五节负荷预测简介 负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经包括电力需求预测和电能需求预测两部分内容。 配电系统新增容量的大小；电能预测决定发电设备的类型(如调峰机组、基荷机组等)。 停、检修、以及确定系统的旋转备用容量。 理系统（EMS）等高级应用软件中起着非常重要的作用。负荷预测是一项重要的基础性工作。39第五节负荷预测简介一、负荷及负荷预测的种类对负荷类型的划分有许多种不同的方法。 按照全社会用电情况分为第一、第二、第三产业和居民用电4大类； 按照行业类别将负荷细分为8类，即农林40第五节负荷预测简介负荷预测的种类 一种可分为长期负荷预测(数年－数十年的负荷预测)；中期负荷预测(1月－1年的负荷预测，用于水库调度、机组检修、交换计划、燃)；短期负荷预测(1日－1周的负荷预测，用于编制调度计划)；(未来1h以内的负荷预测，其中5－10s的负荷预测用于质量控制；1－5min的负荷预测，用于安全监视；10－60min的负荷预测用于预防控制和紧急状态处理)。41第五节负荷预测简介负荷预测的种类 另一种可分为长期负荷预测(20年以上)；年负荷预测；月负荷预测；日负荷预测；周负(10－60min)；超短期负荷预测(5－10s或1－5min)。 42第五节负荷预测简介 可知性原理、可能性原和系统性原理。 不、条件性、时间性和同一时间不同条件下的多方案性。 43第五节负荷预测简介二、负荷预测的步骤(1)明确负荷预测的内容和要求。 合理的预测内容和预测指标。(2)调查并搜集资料。 要尽可能全面、细致地收集所需要的资料，避免用臆想的数据去填补负荷预测数学模型中所缺少的资料。(3)基础资料分析。 对收集的大量信息去伪存真，提高关键数据的可信度。(4)经济发展预测。掌握经济发展对电力需求的影响。44第五节负荷预测简介 这方面要重点关注国家增加投入、扩大内需、结构调整、通货紧缩、企业经营状况及深化改革等因素。(5)选取预测模型、确定模型的参数。(6)负荷预测。 几个可能的、较为可靠的预测方案。(7)结果审核。 正。(8)准备滚动负荷预测。积累资料，为下个年度的滚动负荷预测做好准备。45第五节负荷预测简介1、常规单一的负荷预测方法：(1)专家预测法(2)类比法对具有相似研究特征的事件进行对比分析和预测如新开发区的建设无历史经验可以借鉴，此时可用类比法预测负荷的发展。(3)主观概率预测法对不能做实验或实验成本太高、无法接受的方案请若干专家估计特定事件发生的主观概率，然后综合得出该事件的概率。46第五节负荷预测简介(4)单耗法该方法需做大量细致的调研工作，对短期负荷预测效果较好。(5)负荷密度法已知某地区的总人口(总建筑面积或土地面积)，按每人平均用电量(即用电密度)计算该地区的年用电量。(6)比例系数增长法假定负荷按过去比例增长，预测未来的发展。(7)弹性系数法47第五节负荷预测简介2、负荷预测的新技术(1)趋势外推预测技术电力负荷虽有随机、不确定的一面，但却有明显的变化和发展趋势。根据各行业负荷变化的规律，运用趋势外推技术进行负荷预测能够得到较为理想的结果。外推法有线性趋势预测、对数趋势预测、二次曲线趋势预测、多项式趋势预测、季节型预测和累计预测等方法。外推法的优点是只需要历史数据、所需的数据量较少。缺点是如果负荷出现变动，会引起较大的误差。(2)负荷回归模型预测技术根据以往负荷的历史资料，用数理统计中的回归分析方法对变量的观测数据统计分析，确定变量之间的相关关系，从而实现负荷预测的目的。回归模型有一元线性回归、多元线性回归、非线性回归等回归预测模型。其中，线性回归可用于中期负荷预测。48第五节负荷预测简介(3)时间序列预测技术实际问题中，多数预测目标的观测值构成的序列表现为广义平稳的随机序列或可以转化为平稳的随机序列。依据这一规律建立和估计产生实际序列的随机过程模型，并用它进行负荷预测。时间序列负荷预测方法有一阶自回归、n阶自回归、自回归与移动平均ARMA(n，m)预测等。这些方法的优点是所需历史数据少、工作量少；缺点是没有考虑负荷变化的因素只适用于负荷变化比较均匀的短期预测的情况。(4)灰色预测技术概率统计追求大样本量，必须先知道分布规律、发展趋势，而时间序列法只致力于数据拟合、对规律性的处理不足。以灰色系统理论为基础的灰色预测技术，可在数据不多的情况下找出某个时期内起作用的规律，建立负荷预测的模型。该方法适用于短期负荷预测，而且处于研究和实用化阶段。49第五节负荷预测简介(1)优选组合预测技术优选组合预测技术有两层含义：一是从几种预测方法得到的结果中选取适当