第六章__電力系統(tǒng)的負荷特性和負荷計算

1、第六章第六章 電力系統(tǒng)的負荷特性和負荷計算電力系統(tǒng)的負荷特性和負荷計算第一節(jié)第一節(jié) 負荷曲線與特性分析負荷曲線與特性分析一、電力系統(tǒng)負荷的構(gòu)成電力系統(tǒng)負荷的構(gòu)成 電力系統(tǒng)的總負荷就是系統(tǒng)中千萬個用電設(shè)備消費功率的總和。它們大致分為異步電動機、同步電動機、電熱電爐、整流設(shè)備、照明設(shè)備等幾大類。 不同行業(yè)中，這些用電設(shè)備占的比重也不同。表61所示是幾種工業(yè)部門用電設(shè)備比重的統(tǒng)計。 將各工業(yè)部門消費的功率與農(nóng)業(yè)、交通運輸和市政生活消費的功率相加就可得到電力系統(tǒng)的綜合用電負荷。綜合用電負荷加網(wǎng)絡(luò)中損耗的功率為系統(tǒng)中各發(fā)電廠應(yīng)供出的功率，因而稱作電力系統(tǒng)的供電負荷。供電負荷再加各發(fā)電廠本身消費的功率廠用

2、電，為系統(tǒng)中各發(fā)電機應(yīng)發(fā)出的功率，稱作電力系統(tǒng)的發(fā)電負荷。二、用電設(shè)備的工作制二、用電設(shè)備的工作制 我國低壓電器行業(yè)采用了IEC341規(guī)定的八種工作制中的三種，即長期連續(xù)工作制S1、短時工作制S2和斷續(xù)周期工作制S3。1、長期工作制S1 在恒定負載（如額定功率）下連續(xù)運行相當長時間，可以使設(shè)備達到熱平衡的工作條件。這類工作制的用電設(shè)備長期連續(xù)運行，負荷比較穩(wěn)定，如通風機、水泵、空氣壓縮機、電爐和照明等。 2、短時工作制S2 設(shè)備在額定工作電流恒定的一個工作周期內(nèi)不會達到允許溫升，而在兩個工作周期之間的間歇又很長，能使設(shè)備冷卻到環(huán)境溫度值。如金屬切削機床用的輔助機械（橫梁升降、刀架快速移動裝置等

3、）、水閘用電機等，這類設(shè)備的數(shù)量很少。3、斷續(xù)周期工作制S3 這類工作制的用電設(shè)備周期性的工作、停歇，反復運行，而且工作和停歇的時間都很短，周期一般不超過10min，使設(shè)備既不能在一個工作時間內(nèi)升溫到額定值，也不能在一個停歇時間內(nèi)冷卻到環(huán)境溫度，如電焊機和電梯電動機等設(shè)備。斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備可用“負荷持續(xù)率”（又稱暫載率）來表征其工作性質(zhì)。 負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用 表示Tttttggg0式中 T工作周期； tg工作周期內(nèi)的工作時間； t0工作周期內(nèi)的停歇時間。三、負荷曲線三、負荷曲線 負荷曲線是指在某一時間段內(nèi)描繪負荷隨時間的推移而變化的曲線。 按負荷

4、性質(zhì)可繪制有功和無功的負荷曲線；按負荷持續(xù)時間可繪制日、月和年的負荷曲線；按負荷在電力系統(tǒng)內(nèi)的地點可繪制個別用戶、電力線路、變電所、發(fā)電廠乃至整個地區(qū)、整個系統(tǒng)的負荷曲線。將這幾方面負荷曲線綜合在一起就可表明負荷曲線發(fā)與供的全部特性。 有的負荷曲線是按一定時間為間隔繪制出來的。但是逐點描繪的負荷曲線為依次連續(xù)的折線，不適于實際應(yīng)用。為了計算簡單起見，往往將逐點描繪的負荷曲線用等效的階梯曲線來代替 。 有功功率負荷曲線對電力系統(tǒng)的運行十分有用，電力系統(tǒng)的設(shè)計生產(chǎn)主要是建立在預測的有功負荷曲線的基礎(chǔ)之上的。 幾種典型的負荷曲線：1、日負荷曲線 日負荷曲線表示一天24h內(nèi)負荷變化的情況，如圖61所示

5、，此曲線可用于決定系統(tǒng)的日發(fā)電量。2、年最大負荷曲線 可根據(jù)典型日負荷曲線間接制成，表示從年初到年終的整個1年內(nèi)的逐月（或逐日）綜合最大負荷的變化情形，如圖62所示。圖62 年最大負荷曲線3、年負荷持續(xù)曲線 年負荷持續(xù)曲線是不分日月先后的界限，只按全年的負荷變化，根據(jù)各個不同的負荷值在一年中的累計持續(xù)時間而重新排列組成的，即反映了工廠全年負荷變動與負荷持續(xù)時間的關(guān)系,如圖6-3所示。圖63 年負荷持續(xù)曲線8760maxmax0APdtPT四、負荷曲線的特征指標分析 分析負荷曲線可以了解負荷變動的規(guī)律。從工廠來說，可以合理地、有計劃地安排車間、班次或大容量設(shè)備的用電時間，從而降低負荷高峰，填補負

6、荷低谷，這種“削峰填谷”的辦法可使負荷曲線比較平坦，調(diào)整負荷既提高了供電能力，也是節(jié)電的措施之一。 從負荷曲線上還可以求得一些有用的參數(shù)。1、年最大負荷Pmax，負荷曲線上的最高點，見圖63。2、年最小負荷Pmin，負荷曲線上的最低點，見圖63。3、全年消耗的電量AY為dtPAY87600全日消耗的電量AD為dtPAD2404、年最大負荷利用小時數(shù)Tmax maxmaxYATP5、平均負荷Pav6、負荷率，平均負荷與最大負荷的比值248760DYavAAP1maxPPav1maxQQav有功負荷率無功負荷率第二節(jié)第二節(jié) 負荷計算的方法負荷計算的方法 所謂計算負荷，就是在已知用電設(shè)備性質(zhì)、容量等

7、條件的情況下，按照一定的方法和規(guī)律，通過計算確定的電力負荷。它包括有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流、尖峰電流等內(nèi)容。 求計算負荷的這項工作稱作為負荷計算。 根據(jù)長期觀察所測得的負荷曲線可以發(fā)現(xiàn)：對于同一類型的用電設(shè)備組、同一類型車間或同一類企業(yè)，其負荷曲線具有相似的形狀。因此，典型負荷曲線就可作為負荷計算時各種必要系數(shù)的基本依據(jù)。利用這種系數(shù)，根據(jù)工廠所提供的用電設(shè)備容量、將其變換成電力設(shè)備所需要的假想負荷計算負荷。 用此計算負荷選擇供電系統(tǒng)中的導線和電纜截面積，確定變壓器容量，為選擇電氣設(shè)備參數(shù)、整定保護裝置動作值以及制定提高功率因素措施等提供了依據(jù)。一、計算負荷的意義一、

8、計算負荷的意義1、電力負荷：用戶所有用電設(shè)備所需電功率之和。2、計算負荷：在已知用電設(shè)備性質(zhì)、容量、暫載率等條件的基礎(chǔ)上，按照一定的方法和規(guī)律，通過計算確定的電力負荷。 “計算負荷”是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個假定負荷。計算負荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)需和實際變動負荷產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。所以根據(jù)計算負荷來選擇導線及設(shè)備，在實際運行中它們的最高溫升就不會超過容許值。 通常我們把根據(jù)半小時（30min）的平均負荷所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為“計算負荷”，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。3、計算負荷確定之后的意義導線和電纜截面的選擇；變壓器容量的確定；為其它電氣設(shè)備的選擇提供相應(yīng)的參數(shù)；為整定繼

9、電保護動作值提供依據(jù)；為制定提高功率因數(shù)的措施提供依據(jù)。二、確定計算負荷所需要的系數(shù)1、需要系數(shù)Kd 在設(shè)備額定功率PN已知的條件下，只要實測統(tǒng)計出用電設(shè)備組（車間、全廠）的計算負荷Pca，即在典型的用電設(shè)備組負荷曲線上出現(xiàn)30min的最大負荷Pmax，就可以求出需要系數(shù)Kd ，定義如下：maxdNPKP負荷曲線最大有功負荷設(shè)備容量2、利用系數(shù)KU 利用系數(shù)可定義為：avuNPKP負荷曲線平均有功負荷設(shè)備容量3、同時系數(shù)miicacaPPPK1miicacaQQQK1有功同時系數(shù)： 無功同時系數(shù)： K4、形狀系數(shù)KZ 形狀系數(shù)可定義為avcazPPK5、附加系數(shù)Kf 附加系數(shù)可定義為 avmf

10、PPK第三節(jié)第三節(jié) 工廠供電負荷的統(tǒng)計計算示例工廠供電負荷的統(tǒng)計計算示例 考慮到在變配電系統(tǒng)中，并不是所有用電設(shè)備都同時運行，即使同時運行的設(shè)備也不一定每臺都達到額定容量，因此不能用簡單地把所有用電設(shè)備的容量相加的方法來確定計算負荷。 一、計算負荷的估算法 在作設(shè)計任務(wù)書或初步設(shè)計階段，尤其當需要進行方案比較時，車間或企業(yè)的年平均有功功率和無功功率往往可按下述方法估算。 1、單位產(chǎn)品耗電量法 已知企業(yè)的生產(chǎn)量n及每一單位產(chǎn)品電能消耗量W,可先求出企業(yè)年電能需要量Wn。nWWn于是可以求得最大有功功率如下：maxmaxTWPn 式中 Tmax年最大有功負荷利用小時數(shù) 2、車間生產(chǎn)面積負荷密度法

11、當已知車間生產(chǎn)面積負荷密度指標（單位為kW/m2）時，車間的平均負荷按下式求得 APav式中 A 車間生產(chǎn)面積。 二、求計算負荷的方法 1、對單臺電動機 供電線路在30min內(nèi)出現(xiàn)的最大平均負荷即計算負荷為MNNMNcaPPP式中 PNM電動機的額定功率； N電動機在額定負荷下的效率。 2、多組用電設(shè)備的負荷計算 多組用電設(shè)備求計算負荷的常用方法如下： （1）需要系數(shù)法 用需要系數(shù)法求計算負荷的具體步驟如下： 將用電設(shè)備分組，求出各組用電設(shè)備的總額定容量。 查出各組用電設(shè)備相應(yīng)的需要系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù)。111NdcaPKP222NdcaPKP111tancacaPQ222tancacaPQ于

12、是 icacaPPicacaQQ22cacacaQPS 用需要系數(shù)法求車間或全廠計算負荷時，需要在各級配電點乘以同期系數(shù)。 （2）形狀系數(shù)法 用形狀系數(shù)法求計算負荷的具體步驟如下： 將用電設(shè)備分組，求出各用電設(shè)備組的總額定容量。 查出各組用電設(shè)備的利用系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù)。111NuavPKP222NuavPKP111tanavavPQ222tanavavPQiavavPPiavavQQ求負荷的有效值Pca avavzcaPPKP) 1 . 105. 1 (avavzcaQQKQ) 1 . 105. 1 (22cacacaQPS用第2種方法求計算負荷不需要乘以同期系數(shù) 。第四節(jié)第四節(jié) 建筑配電

13、負荷的統(tǒng)計計算示例建筑配電負荷的統(tǒng)計計算示例 在民用建筑設(shè)計中常用的負荷計算方法有負荷密度法、單位指標法、需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法等。 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范對負荷計算方法的選取原則做了如下規(guī)定： （1）在方案階段可采用單位指標法；在初步設(shè)計及施工圖階段，宜采用需要系數(shù)法。對于住宅，在設(shè)計的各個階段均可采用單位指標法。 （2）用電設(shè)備臺數(shù)較多，各臺設(shè)備用電容量相差不懸殊時，宜采用需要系數(shù)法，一般用于干線、配電所的負荷計算。 （3）用電設(shè)備臺數(shù)較少，各臺設(shè)備用電容量相差懸殊時，宜采用二項式系數(shù)法，一般用于支干線、配電屏（箱）的負荷計算。計算負荷估算的意義： 在民用建筑的方案設(shè)計階段，必須對建筑內(nèi)電

14、力負荷進行估算，估算的準確與否，直接關(guān)系到建筑的變配電系統(tǒng)總體方案，變壓器臺數(shù)、容量的選擇，以及配電設(shè)備、開關(guān)、導線的選擇等，對建筑的投資預算影響很大。目前，我們習慣使用的負荷估算方法有負荷密度法和單位指標法。 1、負荷密度法 所謂負荷密度法就是根據(jù)國家的電力政策、建筑物的性質(zhì)、負載的性質(zhì)等多方面的因素，使用對已竣工工程的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計后確定的單位面積功率（負荷密度）數(shù)據(jù)，對所設(shè)計系統(tǒng)的計算負荷進行估算的一種方法。其估算有功功率Pca的公式為：01000caP SP式中 P0單位面積功率（負荷密度），W /m2； S建筑面積，m2。 使用負荷密度法估算的計算負荷是否準確，完全取決于單位面積功

15、率P0的準確程度。因此，在選擇確定單位面積功率時，應(yīng)綜合考慮多方面的因素。 （1）建筑物的性質(zhì) （2）空調(diào)的形式 （3）照明負荷 2、單位指標法 單位指標法與負荷密度法基本相同，是根據(jù)已有的單位用電指標來估算計算負荷。其有功計算負荷的計算公式為：1000NPPeca式中 Pe單位用電指標，如W/戶，W/人，W/床； N單位數(shù)量，如戶數(shù)，人數(shù)，床數(shù)。 二、按需要系數(shù)法確定計算負荷 在工程初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段，一般采用需要系數(shù)法確定照明負荷和動力負荷。對于民用建筑采用需要系數(shù)法是簡單可行的。 1、按需要系數(shù)法確定計算負荷的公式有功計算負荷NdcaPKP無功計算負荷tancacaPQ視在功率計算

16、負荷22cacacaQPS計算電流NcacaUSI32、三相用電設(shè)備組計算負荷的確定（1）用電設(shè)備分組（2）單組用電設(shè)備計算負荷的確定（3）單相用電設(shè)備計算負荷的確定 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：“單相負荷應(yīng)均勻分配到三相上。當單相負荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)三相對稱負荷總?cè)萘康?5時，全部按三相對稱負荷計算；當超過15時，應(yīng)將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相對稱負荷相加”。等效三相負荷可按下列方法計算：只有相負荷時，等效三相負荷取最大相負荷的3倍；只有線間負荷時，單臺時等效三相負荷取線間負荷的 倍；多臺時等效三相負荷取最大線間負荷的 倍加上次線間最大負荷的（ ）倍； 3）既有線間負荷又有相

17、間負荷時，應(yīng)先將線間負荷3333換算為相間負荷，然后各相負荷分別相加，選取最大相負荷乘3倍作為等效三相負荷。 3、多組用電設(shè)備計算負荷的確定 確定擁有多組用電設(shè)備的配電干線或低壓母線上的計算負荷時，應(yīng)適當考慮各用電設(shè)備組最大負荷不同時出現(xiàn)這樣一個因素，可根據(jù)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)）。 多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式如下： niicacaPKP11tanncaca iiiQKP22cacacaQPSNcacaUSI3式中 Pcai第i組用電設(shè)備的計算負荷； tani第i組用電設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。特別專題特別專題典型工業(yè)企業(yè)負荷的計算方法典型工業(yè)企業(yè)負荷的計算方法一

18、、常用負荷計算方法及其特點 目前常用的負荷計算方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、二項式法。需要系數(shù)法計算簡便，對任何性質(zhì)的工業(yè)企業(yè)都適用，也最長用。利用系數(shù)法以平均負荷作為計算依據(jù)，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關(guān)系而得到Kmax ，則Pca= KmaxKuPN。這種方法因求Kmax涉及問題太多，目前已經(jīng)很少采用。二項式法主要適合于機械加工企業(yè)的電力負荷計算。二、前期數(shù)據(jù)處理1、在采用需要系數(shù)法、二項式法求計算負荷時，如果設(shè)備不是S1工作制，則應(yīng)統(tǒng)一換算到暫載率為=25%時的額定容量。 即25NNPP2、當采用利用系數(shù)法時，應(yīng)統(tǒng)一換算到=100%時的額定容量。 即 100NNNPPP三、需要系數(shù)法總方針：從負載端算起，逐級上推，一直到點源進線端為止。1、單臺用電設(shè)備分支線的負荷11( )3cosNNcacaNPPPIAU 某礦山企業(yè)負荷放射分布圖2、確定用電設(shè)備組的計算負荷 將同一級別、負荷曲線大致相近的設(shè)備歸為一組， PN為該組內(nèi)設(shè)備額定功率之和，即有PN= PN，于是有22222222