電力系統(tǒng)工程基礎

第五章電力系統(tǒng)負荷第一節(jié)電力系統(tǒng)負荷及負荷曲線第二節(jié)用電設備計算負荷的確定第三節(jié)電力系統(tǒng)負荷特性及模型第一節(jié)電力系統(tǒng)負荷及負荷曲線一、電力系統(tǒng)負荷的基本概念及其分類二、電力系統(tǒng)負荷曲線的基本概念及其分類三、電力系統(tǒng)日負荷曲線四、年負荷曲線和年最大負荷利用小時數(shù)一、電力系統(tǒng)負荷的基本概念及其分類電力系統(tǒng)負荷：分類：按消耗功率的性質(zhì)：分用電負荷、供電負荷、發(fā)電負荷按供電可靠性分：一類負荷、二類負荷、三類負荷根據(jù)用戶在國民經(jīng)濟中的部門分：工業(yè)用電負荷農(nóng)、林、牧、漁、水利用電負荷建筑業(yè)用電負荷交通運輸、郵電通信用電負荷商業(yè)、飲食、供銷、倉儲業(yè)用電負荷城鄉(xiāng)居民生活用電負荷二、電力系統(tǒng)負荷曲線的基本概念及其分類

電力系統(tǒng)負荷曲線分類：按時間分類：日負荷曲線： 日平均負荷曲線日負荷持續(xù)曲線 年負荷曲線歷年負荷曲線其他，如：周負荷曲線，年持續(xù)負荷曲線等按用電特性分類：指根據(jù)部門分類的用戶負荷曲線三、電力系統(tǒng)日負荷曲線

負荷曲線除了用來表示負荷功率隨時間變化的關系外，還可用來計算用戶取用電能的大小，在某一時間t內(nèi)用戶所取用的電能A為該時間內(nèi)用戶的有功功率P和t的乘積。因此，在一晝夜內(nèi)用戶所消耗的總電能為：四、年負荷曲線和年最大負荷利用小時數(shù)年負荷曲線的用途：

年最大負荷利用小時數(shù)Tmax

如果用戶始終保持最大負荷值Pmax運行，經(jīng)過Tmax小時后所消耗的電能恰好等于全年的實際耗電量，則稱Tmax為年最大負荷利用小時數(shù)。

Tmax=A/Pmax=第二節(jié)用電設備計算負荷的確定

一、三相用電設備組計算負荷的確定

二、單相用電設備組計算負荷的確定

三、供電系統(tǒng)各個部分計算負荷的確定

一、三相用電設備組計算負荷的確定目前比較普遍采用的確定計算負荷的方法，有需要系數(shù)法和二項式系數(shù)法。下面介紹需要系數(shù)法。1．基本公式用電設備組的有功計算負荷應為：令，則得按需要系數(shù)法確定得三相用電設備組有功計算負荷（單位用kW）的公式：式中，——需要系數(shù)，一般小于1。2．設備容量Ps的計算對一般長期連續(xù)工作制的用電設備組，設備容量就是銘牌額定容量；對反復短時工作制的用電設備組，設備容量就是將設備在某一暫載率下的銘牌額定量統(tǒng)一換算到一個標準暫載率下的功率。所謂暫載率，為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用ε表示，即：

⑴對電焊機組，要統(tǒng)一換算到時的設備容量，其設備容量為:(2)對吊車電動機機組，要統(tǒng)一換算到時的設備容量，其設備容量為:3．多組用電設備計算負荷的確定確定擁有多組（設有n組）用電設備的計算負荷時，應適當考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此，在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結(jié)合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)）。對于低壓干線，可取；對于低壓母線，用電設備組計算負荷直接相加來計算時，可取。

二、單相用電設備組計算負荷的確定除了廣泛應用三相設備外，還有各種單相設備，如電焊機、電爐、電燈等。單相設備接在三相電路中，應盡可能的均衡分配，使三相負荷盡可能地平衡。1．單相設備接于相電壓時的負荷計算2．單相設備接于同一線電壓時的負荷計算

3．單相設備接于各個線電壓或既有接于線電壓又有接于相電壓的負荷計算：接于線電壓的有功設備容量PAB、PBC、PCA換算為接于相電壓的有功設備容量PA、PB、PC的公式為：式中，PAB-A、PBC-B、PCA-C、PCA-A、PAB-B、PCB-C均為有功容量換算系數(shù)，查表5-3可得換算系數(shù)。

容量換算系數(shù)功

率

因

數(shù)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接于線電壓的單相設備容量換算為接于相電壓的單相設備容量的換算系數(shù)

接于線電壓的無功設備容量QAB、QBC、QCA換算為接于相電壓的無功設備容量的算式與有功設備容量的換算算式相類似。

三、供電系統(tǒng)各個部分計算負荷的確定為了選擇供電系統(tǒng)的電氣設備和導線電纜，必須計算供電系統(tǒng)各個部分的計算負荷，其方法如下。1．按逐級計算法確定計算負荷:各級負荷計算中，凡多組計算負荷相加（分有功和無功兩部分），都要依組數(shù)多少，考慮乘以同時系數(shù)。組數(shù)越少，同時系數(shù)越接近于1。圖5-5供電系統(tǒng)中各部分計算負荷的說明圖2．

按需要系數(shù)法確定計算負荷將供電區(qū)域內(nèi)用電設備的總?cè)萘縋s（不計備用設備容量）乘上一個需要系數(shù)Kne，就得到供電區(qū)域的有功計算負荷Pc。供電區(qū)域的需要系數(shù)的高低，不僅與用電設備的工作性質(zhì)、設備臺數(shù)、設備效率和供電系統(tǒng)的損耗等因素有關，而且與負荷的生產(chǎn)性質(zhì)、工藝特點、生產(chǎn)人員的技術熟練程度和勞動組織等因素有關。

工廠類別需要系數(shù)功率因數(shù)年最大負荷利用小時數(shù)（h）汽輪機制造0.380.88

鍋爐制造0.270.73

柴油機制造0.320.74

重型機械制造0.350.793700機床制造0.20.653200重型機床制造0.320.713700工具制造0.340.653800量具刀具制造0.260.603800電機制造0.330.652800石油機械制造0.450.78

電線電纜制造0.350.733500電氣開關制造0.350.753400儀器儀表制造0.370.813500滾珠軸承制造0.280.75300表5-4部分制造企業(yè)的需要系數(shù)、功率因數(shù)及年最大負荷利用小時數(shù)

3．按年產(chǎn)量或年產(chǎn)值估算企業(yè)計算負荷⑴

按年產(chǎn)量估算。將企業(yè)全年生產(chǎn)量乘上單位產(chǎn)品耗電量，就得到企業(yè)全年耗電量；求得全年耗電量后，除以企業(yè)的年最大負荷利用小時，就可求得企業(yè)的計算負荷。⑵按年產(chǎn)值估算。與上述按年產(chǎn)量估算的方法完全相似。將年產(chǎn)值乘上單位產(chǎn)值耗電量在除以企業(yè)的年最大負荷利用小時，就可求得企業(yè)的計算負荷。

4．供電系統(tǒng)的功率因數(shù)、無功補償及補償后負荷的計算按上述方法確定出供電系統(tǒng)的計算負荷后，就可估算出其平均功率因數(shù)。有：

對于已正式投產(chǎn)一年以上的供電系統(tǒng)來說，其平均功率因數(shù)可根據(jù)過去一年的電能消耗量來計算：電力系統(tǒng)對高壓供電和低壓供電系統(tǒng)的平均功率因數(shù)都有一定的要求，如果達不到這個要求，則必須采用人工補償措施，普遍采用的無功補償措施是裝設移相電容器。

要使平均功率因數(shù)由提高到，則必須裝設補償無功功率的電容器容量為。如果按計算負荷計算，則電容器的容量應為如果按計算負荷計算，則電容器的容量應為：或圖5-6功率因數(shù)的提高與無功功率、視在功率的關系第三節(jié)電力系統(tǒng)負荷特性及模型一、基本概念二、負荷的靜態(tài)特性及模型

三、負荷的動態(tài)特性及模型

一、基本概念負荷是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，分析電力系統(tǒng)在各種狀態(tài)下的特性必須研究系統(tǒng)的負荷特性并建立其數(shù)學模型。

綜合負荷的功率一般是要隨系統(tǒng)的運行參數(shù)（主要是電壓和頻率）的變化而變化的，反映這種變化規(guī)律的曲線或數(shù)學表達式稱為負荷特性。負荷特性包括動態(tài)特性和靜態(tài)特性。

二、負荷的靜態(tài)特性及模型1．用多項式表示的負荷靜態(tài)電壓特性和頻率特性將負荷的靜態(tài)特性用數(shù)學公式表述出來，就是負荷的靜態(tài)數(shù)學模型。不計頻率變化，負荷吸收的功率與節(jié)點電壓的關系一般用如下的二次多項式表示：

其中的系數(shù)應滿足：上式表明負荷的有功和無功功率都由三個部分組成，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，代表與恒電流負荷相對應的功率；第三部分為恒功率分量。負荷的靜態(tài)頻率特性也可以用類似的多項式表示。當電壓和頻率都在額定值附近小幅度變化時，還可以對靜態(tài)特性作線性化處理，將負荷表示為：

和：需要同時考慮電壓和頻率的變化時，也可以采用:

2．用指數(shù)形式表示的負荷靜態(tài)電壓特性將負荷的靜態(tài)電壓特性在穩(wěn)態(tài)運行點附近表示成指數(shù)形式，當不計頻率變化的影響時，即為：對于綜合負荷，其中指數(shù)α的取值通常在0.5-1.8；指數(shù)β的值隨節(jié)點不同變化很大，典型值約為1.5-6。當同時計及頻率變化的影響時，可表示為：注意：當所涉及的節(jié)點電壓幅值變化范圍過大時，采用靜態(tài)模型將會使計算誤差過大

。常用的處理方法是在不同的電壓范圍采用不同的模型參數(shù)，或者當電壓低于0.3～0.7時程序?qū)⒇摵珊唵翁幚沓珊愣ㄗ杩埂?/p>

三、負荷的動態(tài)特性及模型當電壓以較快的速度大范圍變化時，采用負荷靜態(tài)模型將帶來較大的計算誤差。研究表明，對那些對負荷模型敏感的節(jié)點，必須采用動態(tài)模型。由于負荷的動態(tài)特性主要由感應電動機的暫態(tài)特性