電氣工程基礎(chǔ)大學(xué)第五章電力系統(tǒng)負(fù)荷

1、電氣工程基礎(chǔ)大學(xué)第五章電力系統(tǒng)負(fù)荷學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握電力系統(tǒng)負(fù)荷和負(fù)荷曲線的基本概念、分類及其特點(diǎn)； 理解年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax的基本概念和作用； 了解用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定方法； 了解電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性和模型電力系統(tǒng)負(fù)荷 電力系統(tǒng)在某一時(shí)刻各類用電設(shè)備消耗功率的總和 按照消耗功率類型分類：有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷、視在負(fù)荷 按照可靠性分類：一類負(fù)荷、二類負(fù)荷、三類負(fù)荷電力系統(tǒng)負(fù)荷 按照消耗功率的性質(zhì)分類：按照消耗功率的性質(zhì)分類： 用電負(fù)荷：用戶的用電設(shè)備在某一時(shí)刻消耗功率的總和稱為用電負(fù)荷。 供電負(fù)荷：用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)損耗的功率（也稱線損負(fù)荷）稱為供電負(fù)荷。 發(fā)電負(fù)荷：供電負(fù)荷加上發(fā)

2、電廠本身所消耗的功率（也稱發(fā)電廠廠用電負(fù)荷）稱為發(fā)電負(fù)荷。電力系統(tǒng)負(fù)荷 根據(jù)用戶在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的部門分類：根據(jù)用戶在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的部門分類： 工業(yè)用電負(fù)荷 農(nóng)、林、牧、漁、水利用電負(fù)荷 建筑業(yè)用電負(fù)荷 交通運(yùn)輸、郵電通信用電負(fù)荷 商業(yè)、飲食、供銷、倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)用電負(fù)荷 城鄉(xiāng)居民生活用電負(fù)荷電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線 電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線：以電力系統(tǒng)負(fù)荷為縱坐標(biāo)，以時(shí)間（一般以小時(shí)為單位）為橫坐標(biāo)繪制的表征電力系統(tǒng)負(fù)荷隨時(shí)間變化的曲線 曲線在兩坐標(biāo)軸之間所包容的面積表示該段時(shí)間內(nèi)用電設(shè)備的用電量（或供電量、發(fā)電量）電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線 按照負(fù)荷類型分類：有功負(fù)荷曲線、無(wú)功負(fù)荷曲線、視在負(fù)荷曲線 按照時(shí)間分類：日負(fù)荷曲線、年

3、負(fù)荷曲線等 上述分類的組合日負(fù)荷曲線 尖峰負(fù)荷 低谷負(fù)荷 最大負(fù)荷Pmax 最小負(fù)荷Pmin 基本負(fù)荷 日平均負(fù)荷 負(fù)荷率 最小負(fù)荷系數(shù)240241PdtPavmax/ PPkavmmaxmin/ PP240WPdtd日用電量年最大負(fù)荷曲線年持續(xù)負(fù)荷曲線 按一年內(nèi)系統(tǒng)負(fù)荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小時(shí)數(shù)依次排列繪制而成 安排發(fā)電計(jì)劃、可靠性估算 全年耗電量hkWPdtA87600年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax 如果用戶始終保持最大負(fù)荷值Pmax運(yùn)行，經(jīng)過(guò)Tmax小時(shí)后所消耗的電能恰好等于全年的實(shí)際耗電量，則稱Tmax為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。87600maxmaxmax1PdtPPAT87600maxma

4、xPdtATP年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax Tmax在一定程度上反應(yīng)了實(shí)際負(fù)荷在一年內(nèi)的變化程度。如果負(fù)荷曲線較為平坦，則Tmax值較大；反之，則Tmax值較小 統(tǒng)計(jì)表明，對(duì)于各類負(fù)荷的Tmax值，大體在一定的范圍內(nèi)年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax負(fù)荷類型年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax （h）屋內(nèi)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(nóng)業(yè)排灌用電1000 1500Tmax應(yīng)用示例 對(duì)規(guī)劃的新用戶，可以先查出Tmax 根據(jù)用戶規(guī)模（如工廠年產(chǎn)量），（根據(jù)單位產(chǎn)品的耗電量）估算用戶全年用電量 根據(jù)全年用電量和Tma

5、x計(jì)算出Pmax 根據(jù)Pmax設(shè)計(jì)向該用戶供電的一次系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷 通過(guò)負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用來(lái)按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各組成元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷。 計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定得是否合理，直接影響到電器和導(dǎo)線的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。 目前比較普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的方法有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法兩種。三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定tHcsstK KPP netHstKK K cnesPK PsNPP用電設(shè)備組名稱需要系數(shù)Kne最大容量設(shè)備臺(tái)數(shù)ncostan大批和流水作業(yè)生產(chǎn)的熱加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)0.30.450.651.17大批和流水作業(yè)生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)0.20.2550.5

6、1.73小批和單獨(dú)生產(chǎn)的冷加工機(jī)床電動(dòng)機(jī)0.160.250.51.73通風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)及電動(dòng)發(fā)電機(jī)組電動(dòng)機(jī)0.750.8550.80.75連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械和鑄造車間造型機(jī)械（連鎖的）0.650.750.750.88鍋爐房機(jī)修、機(jī)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(dòng)連續(xù)裝料的電阻爐設(shè)備0.60.710.951.33非自動(dòng)連續(xù)裝料的電阻爐設(shè)備0.60.710.950.33實(shí)驗(yàn)室用的小型電熱設(shè)備（電阻爐、干燥箱等）0.710低頻感應(yīng)電爐0.650.71.02高頻感應(yīng)電爐0.80.870.57電焊機(jī)、縫焊機(jī)0.350

7、.61.33對(duì)焊機(jī)、鉚釘加熱機(jī)0.350.71.02自動(dòng)弧焊變壓器0.50.42.29單頭手動(dòng)弧焊變壓器0.350.352.68多頭手動(dòng)弧焊變壓器0.70.90.352.68單頭弧焊電動(dòng)發(fā)電機(jī)組0.350.61.33多頭弧焊電動(dòng)發(fā)電機(jī)組0.70.90.750.38生產(chǎn)廠房及辦公室、試驗(yàn)場(chǎng)所照明0.8110變電站、倉(cāng)庫(kù)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(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定tanccQP22cccSPQ( 3cos )ccNIPU設(shè)備容量設(shè)備容量 的計(jì)算的計(jì)算 用電設(shè)備組的設(shè)備容量 ，不包括備用設(shè)備容量在內(nèi)，且與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。 對(duì)一般

8、長(zhǎng)期連續(xù)工作制得用電設(shè)備組，設(shè)備容量就是銘牌額定容量； 對(duì)反復(fù)短時(shí)工作制的用電設(shè)備組，設(shè)備容量就是將設(shè)備在某一暫載率下的銘牌額定量統(tǒng)一換算到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)暫載率下的功率。暫載率 所謂暫載率，為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值 同一設(shè)備，在不同的暫載率下，其出力是不同的。在計(jì)算負(fù)荷時(shí)，必須考慮到設(shè)備容量所對(duì)應(yīng)的暫載率，而且要按規(guī)定的暫載率對(duì)設(shè)備容量進(jìn)行統(tǒng)一換算0100%() 100%gwgwgwtTttt設(shè)備容量設(shè)備容量 的計(jì)算的計(jì)算 對(duì)電焊機(jī)組，要統(tǒng)一換算到=100% 時(shí)的設(shè)備容量 對(duì)吊車電動(dòng)機(jī)組，要統(tǒng)一換算到 =25%時(shí)的設(shè)備容量100coscossNNNNPSS252sNNNNPPP多

9、組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定 確定擁有多組（設(shè)有n組）用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此，在確定低壓干線上或低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，可結(jié)合具體情況計(jì)入一個(gè)同時(shí)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(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定cciPKPcciQKQ22cccSPQ( 3)ccNISU單相設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算單相設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算 在具有單相用電設(shè)備的三相系統(tǒng)中，不論三相負(fù)荷平衡與否，也不論單相設(shè)備是接于相電壓還是線電壓，都應(yīng)該以三相線路中最大負(fù)荷相的相電流來(lái)確定計(jì)算

10、負(fù)荷，以滿足所選擇的設(shè)備和導(dǎo)線安全運(yùn)行的要求單相設(shè)備接于相電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算單相設(shè)備接于相電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算3ssmPP單相設(shè)備接于線電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算單相設(shè)備接于線電壓時(shí)的負(fù)荷計(jì)算3ssPP單相設(shè)備接于各個(gè)線電壓或既有接于線電單相設(shè)備接于各個(gè)線電壓或既有接于線電壓又有接于相電壓的負(fù)荷計(jì)算壓又有接于相電壓的負(fù)荷計(jì)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

11、.00.890.840.80.720.640.5-1.27 -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(jí)計(jì)逐級(jí)計(jì)算法算法 各級(jí)負(fù)荷計(jì)算中，凡多組計(jì)算負(fù)荷相加（分有功和無(wú)功兩部分），都要依組數(shù)多少，考慮乘以同時(shí)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(jì)算負(fù)荷確定計(jì)算負(fù)荷 將供電區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備的總?cè)萘?

12、（不計(jì)備用設(shè)備容量）乘上一個(gè)需要系數(shù) ，就得到供電區(qū)域的有功計(jì)算負(fù)荷工廠類別需要系數(shù)功率因數(shù)年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)（h）汽輪機(jī)制造0.380.88鍋爐制造0.270.73柴油機(jī)制造0.320.74重型機(jī)械制造0.350.793700機(jī)床制造0.20.653200重型機(jī)床制造0.320.713700工具制造0.340.653800量具刀具制造0.260.603800電機(jī)制造0.330.652800石油機(jī)械制造0.450.78電線電纜制造0.350.733500電氣開(kāi)關(guān)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(chǎn)量估算企業(yè)計(jì)算負(fù)荷按年產(chǎn)量估

13、算企業(yè)計(jì)算負(fù)荷按年產(chǎn)值估算企業(yè)計(jì)算負(fù)荷按年產(chǎn)值估算企業(yè)計(jì)算負(fù)荷AaWymaxTWPycBbWymaxTWPyc電力系統(tǒng)負(fù)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(fù)荷特性并建立其數(shù)學(xué)模型。將電力系統(tǒng)網(wǎng)覆蓋的廣大地區(qū)內(nèi)難以勝數(shù)的電力用戶合并為數(shù)量不多的負(fù)荷，分接在不同地區(qū)不同電壓等級(jí)的母線上。每一個(gè)負(fù)荷都代表一定數(shù)量的各類用電設(shè)備及相關(guān)的變配電設(shè)備的組合，這樣的組合就稱為綜合負(fù)荷。各個(gè)綜合負(fù)荷功率大小不等，成分各異。一個(gè)綜合負(fù)荷可能代表一個(gè)企業(yè)，也可能代表一個(gè)地區(qū)。電力系統(tǒng)負(fù)荷特性及模型 綜合負(fù)荷的功率一般是要隨系統(tǒng)的運(yùn)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

14、線或數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為負(fù)荷特性。負(fù)荷特性包括動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性。 動(dòng)態(tài)特性反映電壓和頻率急劇變化時(shí)負(fù)荷功率隨時(shí)間的變化規(guī)律。 靜態(tài)特性則代表穩(wěn)態(tài)下負(fù)荷功率與電壓和頻率的關(guān)系電力系統(tǒng)負(fù)荷特性及模型 當(dāng)頻率維持額定值不變時(shí)，負(fù)荷功率與電壓的關(guān)系稱為負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性。 當(dāng)負(fù)荷端電壓維持額定值不變時(shí)，負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系稱為負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。電力系統(tǒng)負(fù)荷特性及模型 負(fù)荷模型是指在電力系統(tǒng)分析計(jì)算中對(duì)負(fù)荷特性所作的物理模擬或數(shù)學(xué)描述。 對(duì)負(fù)荷模型本身的分類方法很多，例如，從模型是否反映負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性來(lái)看，可以分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。顯然，靜態(tài)模型是代數(shù)方程式，而動(dòng)態(tài)模型則是微分方程式。用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷

15、靜態(tài)電壓用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)電壓特性特性22(/)(/)()LNPLNPLNPNPLPLPPP a UUb UUcP a Ub Uc22(/)(/)()LNQLNQLNQNQLQLQQQa UUb UUcQa Ub Uc1PPPabc1QQQabc負(fù)荷的有功和無(wú)功功率都由三個(gè)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(fù)荷相對(duì)應(yīng)的功率；第三部分為恒功率分量用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)頻率用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)頻率特性特性 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性也可以用類似的多項(xiàng)式表示用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)特性用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)特性 當(dāng)電壓和頻率都在額定值附近小幅度變化時(shí)，還可以對(duì)靜態(tài)特性作線性化處理(1)LNpuPPkU(1)LNquQQkU(1)LNpfPPkf(1)LNqfQQkf用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)特性用多項(xiàng)式表示的負(fù)荷靜態(tài)特性 需要同時(shí)考慮電壓和頻率的變化時(shí)(1)(1)LNpupfPPkUkf(1)(1)LNquqfQQkUkf用指數(shù)形式表示的負(fù)荷靜態(tài)特性用指數(shù)形式表示的負(fù)荷靜態(tài)特性(/)LNLNPP UU(/)LNLNQQUU(/) (1)L