（电力系统及其自动化专业论文）蒙西电网负荷建模及其影响分析.pdf

华北电力大学硕士或工程硕十学位论文 摘要 本论文围绕蒙西电网中包头、乌海两个地区的负荷建模和稳定性分析开展研究工 作。研究的目的是为了提高蒙西电网的稳定性以及输送功率极限。首先介绍了包头和乌 海地区的负荷调研情况，包括负荷节点的确定、负荷的构成以及各种典型负荷设备的特 性。然后介绍了使用统计综合法迸行负荷建模的具体思路，包括负荷出线和负荷节点的 综合以及对于变压器的处理等。接着提出了使用故障录波数据对所得到的负荷模型进行 校验的可行性。由于蒙西电网包含有大量的低压跳闸装置，因此作者分析了大扰动下低 压跳闸装置对电网稳定性的影响。作者应用单相短时接地故障时故障录波数据对所建模 型进行了校核，证明了模型的正确性。最后把新建的负荷模型运用到b p a 计算当中， 对系统稳定性及包头到乌海断面的极限传输功率进行了仿真分析。仿真结果表明，采用 新建的负荷模型，依据不同的运行方式，包乌断面的极限传输功率可提高1 1 4 一2 9 。 仿真结果还表明，大量的低压跳闸装置在不同运行方式下对电力系统有不同的影响。 关键词：负荷建模，统计综合法，变压器，故障录波数据，低压跳闸，输送功率 a b s t r a c t t h i st h e s i sc a r r i e so u ts t u d i e sa b o u tt h el o a dm o d c l i n go fb a o t o ua n dw u h a ii nm e n g x i e l e c t r i cp o w e rn e t w o r k t h et a r g e to ft h es t u d yi st oe n c h a n c et h es t a b i l i t yo fm e n g x ip o w e r s y s t e ma n di n c r e a s et h et r a n s m i t t i n gp o w e rl i m i t a t i o n f i r s t l y , t h el o a dc o m p o s i n ga n ds o m e t y p i c a ll o a dc h a r a c t e r i s t i c sa r ei n v e s t i g a t e df o rt h el o a di nb a o t o ua n dw u h a i s e c o n d l y , t h e d e t a i l e dm e t h o do fc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c h ，i n c l u d i n gh o wt og a i nt h el o a d m o d e l so nt h el i n ea n db u s ，b o wt od i s p o s et h et r a n s f o r m e r s ，i si n t r o d u c e d t h i r d l y , an e w m e t h o di sd i s c u s s e da n db r o u g h to u t ，w h i c hv e r i f i e st h ec o r r e c t n e s sa n de f f e c t i v i t yo fl o a d m o d e lb yu s i n gt h ed a t af r o mf a u l tr e c o r d i n gd e v i c e t h e r ea r el o t so fl o w v o l t a g et r i pd e v i c e i nm e n g x ir e g i o n ，t h ep a p e rc a r r i e do u ts i m u l a t i o n sa n da n a l y s i so nt h ei n p a c to fl o w - v o l t a g e t r i pd e v i c eu n d e rl a r g ed i s t u r b a n c e s f i n i a l l y , t h en e wl o a dm o d e l sa r eu s e di nt h es i m u l a t i o n i nb p af o ra n a l y s i so fs y s t e ms t a b i l i t y c o m p a r i s i o no ft h es i m u l a t i o nr e s u l t sw i mt h ed a t a p r o v i d e db yf a u l tr e c o r d i n gd e v i c ep r o v e st h a tt h er o o d e l sa l ec o r r e c ta n de f f e c t i v e t h e t r a n s m i s s i o nc a p a b i l i t yb e t w e e nw u h a ia n db a o t o uc a l li n c r e a s e11 4 t o2 9 a c c o r d i n gt o t h eo p e r a t i n gs t a t u s g u o r u i ( p o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f h a r tm i nx i a o k e yw o r d s ：l o a dm o d e l i n g ，c o m p o n e n t b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c h , t r a n s f o r m e r , t h ed a t ao ff a u l tr e c o r d i n gd e v i c e , l o w - v o l t a g et r i pd e v i c e ，t r a n s m i t t i n g p o w e rl i m i t a t i o n 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文蒙西电网负荷建模及其影响分 析，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：型日期： 2 ，7 乒7 r z i g 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位泛文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 期：2 1 1 兰丝! 罗 日 期：芝埤车目y 7 华北电力大学硕上或工程顾i 二学位论文 第一章绪论 1 1 电力系统负荷建模的重要意义 电力负荷作为能量的消耗者，在电力系统的设计、分析与控制中有着重 要的影响。在进行电力系统分析时，不恰当地考虑负荷的模型，会使所得结 果与系统实际情况不相一致，或偏乐观、或偏保守，从而构成系统的潜在危 险或造成不必要的投资。 数字模拟计算已经成为电力系统设计、运行与控制中不可缺少的辅助手 段。而要进行数字模拟计算就需要以主要的电气设备的数学模型作为基础。 长期以来人们对发电系统、配电系统的行为机理进行了大量深入的现场实测 和理论研究，已经得出适应于不同仿真精度需求的数学模型。但是负荷模型 的研究却由于其自身的随机性、分散性、多样性和非连续性等，使得负荷建 模的难度大大增加。因此当前在很多模拟计算中都采用理想化的模型即恒功 率、恒阻抗、恒电流或三者的组合作为综合负荷模型。这种粗糙的负荷模型 与精确的发电和配电模型的严重不协调已经使仿真的精确度和可信度大大 降低。如果在决策时是基于悲观的仿真结果，则会在规划中因为采取不必要 的加强系统结构和反事故的措施造成资金投入的浪费：在运行方面采取保守 的策略来限制功率传输极限则造成设备不能被充分利用的情况。如果决策时 是基于乐观的仿真结果则在规划设计系统结构和反事故措施方面因资金投 入不足造成设计不合理，给以后系统运行的稳定性留下了安全隐患；在运行 方面如果基于乐观的仿真结果则会使系统处于l 临界的危险运行状态而疏于 防范造成不必要的事故。仿真实践表明，负荷模型对电力系统的潮流计算、 小扰动稳定计算、暂态稳定计算、电压稳定计算的结果都有不同程度的影响。 总之，电力负荷是电力系统的重要组成部分，电力系统运行与控制中的 大多数内容都与负荷问题有关。因此负荷建模研究是电力系统分析与控制中 的基础性课题，既具有非常重要的理论意义，又具有十分显著的工程实用价 值。 1 2 电力系统负荷建模方法 当前负荷建模的方法主要归纳为两大类：一类是“统计综合法”，另一 类是“总体测辨法”。 华北电力大学硕士或工程硕士学位论文 1 2 1 总体测辨法 总体测辨法的基本思想是将负荷群看作一个整体，先从现场采集测量数 据，然后确定负荷模型的结构，最后根据现场采集的数据辨识出模型参数。 总体测辨法的优点是：1 、不需要知道各个用户的负荷组成及参数，不 依赖与用户统计资料。2 、在负荷母线处长期装设测量装置，可以根据各个 时刻的测量数据得到相应的负荷特性参数，解决了负荷特性时交性问题。3 、 当负荷组成比较复杂时，仍可以用简单的输入输出模型来描述。 总体测辨法的缺点是：1 、历必需的现场测量工作比较复杂，需要安装 大量的监测设备，投资大。2 、由于大扰动不经常出现，所以监测周期长。3 、 用于低电压、低频率、中长期动态仿真的负荷特性和模型在进行系统辨识的 情况下，负荷特性会发生突变，依靠总体测辨法负荷建模很难捕捉这样的事 故记录。4 、最主要的因为总体测辨法的辨识所加激励波动范围有限，所得 到的模型局限于对单组数据或仅有的几组数据进行详细的描述，缺乏对所有 记录地全部数据地整体分析 由于不同激励辨识出的模型有时差别很大，在负荷模型综合的机理和算 法研究都不成熟今天应用起来有很大的局限性。而建模的目的是为了使用， 是为了仿真计算用上真正反映电力系统负荷特性的模型，提高仿真的精度， 使计算结果更加真实地反映实际电力系统地运行状态。对于上述问题，只能 使用统计综合统计法来解决。 1 2 2 统计综合法 统计综合法的基本思想是将负荷看成个别用户的集合，先将这些用户的 电器分类，并确定各种类型电器的平均特性，然后统计出各类电器所占的比 重，最后综合得出总的负荷模型。在采用这类方法时需要4 种数据资料：l 、 用电设备的平均特性。2 、每个行业的用电设备的比例和组成。3 、各种行业 的组成和容量比例。4 、网络参数。 统计综合法的缺点是：1 、需事先统计大量的用户的负荷组成及其比例 数据。2 、各电器元件的平均特性难以准确确定。 优点是：1 、不依赖现场试验，与实际情况联结比较紧密，易于实用化。 2 ，所得模型直观可靠。3 、由于不需要装设大量的在线监测设备花费的代价 小。4 、模型建立中不会由于激励和扰动的限制，而产生在一种激励和扰动 下正确而在另一种激励下不正确的情况。5 、得到的负荷模型物理概念清晰 易于被现场工作人员理解。 统计综合法负荷建模必须以典型用户用电设备构成情况的调查统计为 基础。基本思路是将综合负荷按行业特性分类，在合理的行业分类前提下， 2 华北电力大学硕士或工程硕：仁学位论文 不同母线供电范围内的相同行业用户，其负荷构成及负荷特性是相近或相似 的。所以负荷建模从行业的平均负荷特性建模展开，最后得到变电站母线的 综合负荷模型。 具体思路如下： 1 、在全网范围内，对所划分的每一类行业用户，选取若干较有代表性 的用户进行调查，确定其用电设备构成状况及各类电器的容量比例： 2 、根据每类用电设备的平均特性( 由实验或典型特性确定) 确定每一 行业用户的行业综合特性； 3 、调查确定变电站( 或母线) 的行业组成及其容量比例，得出所需的 综合负荷模型。 1 3 本文的主要研究内容和方法 1 3 1 研究内容 内蒙地区的地理环境、工业布局、交通状况、能源分布决定了内蒙电网 具有东西跨度大、南北方向窄的狭长型电网结构。功率传送具有清晰的一个 个断面，如乌海与包头间、包头与呼市间、呼市与丰镇间等。这种狭长结构 的网架两侧电气距离大、断面功率交换多、运行方式多样，其稳定问题呈现 出自身的特点。在进行潮流计算与稳定分析时，对模型的准确性提出更高的 要求。近来，随着电力用户产业结构的调整，功率传送的方式在发生变化， 如以前规划的乌海与包头间功率交换为从包头到乌海方向。随着乌海地区部 分高耗能企业的停产和规划电厂的运行，将有大量功率可向包头地区输送。 然而，采用传统模型的计算表明，乌海至包头间极限传输功率仅5 0 万k w 左 右，这与通常双回5 0 0 k v 输电线路所能传送的极限功率相去甚远，这一结果 的得出与负荷模型的不合理选择具有一定关系。传统6 0 电动机、4 0 静特 性显然不符合各负荷节点的实际情况。事实上，内蒙电网的负荷组成中，电 弧炉、中频炉等高耗能负载占有很大比例，这些负载的特性与电动机类负载 完全不同。因而，采用不合理的负荷模型就无法得到正确的结果。因此，内 蒙电网，特别是包头及乌海地区负荷模型的建立已成为迫切需要解决的问题 了。由于内蒙地区的负荷是以大量的工业电气设备为主，因此为了保护这些 工业电气设备装设了很多的低压跳闸装置。而大量的低压跳闸装置对内蒙电 网的稳定性有何影响也是本论文要研究的内容。 通过本项目负荷建模工作和低压跳闸对系统稳定性影响研究的开展，得 到能够正确反映内蒙地区，+ 主要是乌海、包头地区负荷模型，可在实际应用 华北电力大学硕士或工程硕士学位论文 中发挥下述作用： 1 )使计算结果与电网运行的实际状况更为接近。更好地帮助运行人 员分析系统的潮流与稳定状况，安排运行方式； 2 )采用正确模型和进一步的校核计算，分析乌海至包头间输送功率 受限的原因，得到正确的输送功率极限，避免严重的窝电现象； 3 )内蒙电网还在不断发展建设中，正确的负荷模型将在电网规划计 算与校核中发挥重要作用。 由此可见，开展这项研究工作对于提高内蒙电网的传送功率、提高电网 运行的稳定性有着积极意义。研究的成功实施，其经济效益与社会效益将通 过乌海地区大量电能的送出及内蒙电网潮流与稳定计算水平的提高得以体 现。 1 3 2 研究方法 本文的主要研究的技术路线有以下几步： 1 、对包头和乌海地区进行负荷构成情况调研，选取典型负荷并确定 该典型负荷的负荷特性。 2 、确定要研究的乌海和包头地区的负荷节点，并由负荷节点向下寻 找该负荷节点出线的负荷构成。 3 、确定每一条出线的负荷构成，并根据前面所得的行业综合特性， 进行出线上负荷的综合，并得到每一条出线的负荷特性。 4 、把负荷节点下的每一条出线的负荷特性进行综合，最终得到负荷 节点的负荷模型。 5 ，利用已经安装在变电站故障录波仪的部分数据，验证与修改统计 综合法得到的模型。 6 、对蒙西地区大量存在的低压跳闸现象进行了讨论，分析了低压跳 闸对蒙西电网的影响。 7 、将所建模型加入综合分析程序及b p 程序，对典型稳定问题进行 仿真分析，校核模型的准确性。 以上5 、6 、7 点所开展的工作为作者首次提出或采用的方法，是本文工 作的创新所在。 4 华北电力大学硕 或| t 程硕士学位论文 2 1 简介 第二章蒙西电网负荷情况调研分析 内蒙古西部电网是一个以重工业及高耗能企业为主的工业区。高耗能企 业和重工业用电量占整个地区的总用电量的9 0 以上，主要以生产钢铁、电 石、铝材和一些化工产品为主。居民和商业负荷相对来说在整个电网中所占 的比例比较小一般来说不超过1 0 。 整个蒙西地区的仿真计算采用的负荷模型是很早以前就使用的6 0 感 应电动机负荷和4 0 恒功率负荷组成的综合负荷模型，感应电动机的定子漏 抗0 1 8 ，转子漏抗0 1 2 。这种模型与蒙西电网负荷的实际情况相去甚远，因 此在采用这种负荷模型进行仿真计算时，就可能产生比较大的误差，甚至有 可能得出错误的结论。因此我们需要对蒙西电网的实际负荷情况进行详细的 调查，以便于得到更加符合实际的负荷模型。本次调查以包头和鸟海两个地 区为主。 2 2 包头地区调研情况 2 2 1 包头地区负荷概况 截至2 0 0 5 年底包头供电局管辖的2 2 0 k v 线路有3 5 条，总长7 3 9 3 7 公 里，1 1 0 k v 线路6 6 条，总长1 0 2 5 5 1 公里，3 5 k v 线路9 条，总长7 4 7 5 6 公 里。系统内局属的各电压等级的主变压器共8 l 台，总容量5 4 2 0 7 m v a ，其 中有载变压器6 1 台，容量5 0 3 3 5 m v a ，无载2 0 台，容量3 7 9 7 m v a ，配电 线路共1 7 0 条，总长9 9 9 1 8 4 公里，运行配电变压器1 4 6 1 台，运行容量 2 8 9 0 3 m v a ；区变8 3 台，总容量1 1 5 5 5 5 m v a ；箱变3 1 7 座，总容量2 0 2 5 1 m v a 。 截至0 5 年1 2 月包头地区最大供电负荷2 1 2 6 万k w ，最小负荷1 5 6 1 万 k w ，平均负荷1 7 9 1 万。铝业生产的负荷率为9 8 占地区用电负荷的3 0 6 ，高耗能产业的负荷率是9 0 ，占地区用电负荷的1 6 4 。这两种负荷的 发展直接影响着包头地区的负荷率水平，使其平稳或有较大的提高。 0 5 年夏季，地区供电负荷较去年同期平均增长2 5 万，增长率( 2 2 一l o 7 ) 。夏季高峰增长主要是以下方面： 一是高温气候时段，以电气化降温为主流( 主要应该是空调、电扇) 。 华北电力大学硕士或工程硕二学位论文 另外美化环境、文明城市建设，在夏天所有的广场等地方的观赏灯、路灯等 全部打开也占很大的比重。综合夏季用电高峰比正常上升2 。 二是农电负荷的增长，北方地区干旱少雨，气候炎热。造成不同程度的 农电负荷增长。增长率在2 7 一3 0 。 三是地区高耗能负荷。包头地区目前运行的高耗能企业有3 2 户、5 4 台 炉、容量4 3 1 4 0 0 k v a 。其中硅铁2 2 户、3 7 台炉、容量3 1 2 6 0 0 k v a ；电石8 户、1 4 台炉、容量1 1 5 2 0 0 k v a ；硅钙2 户、3 台炉、容量3 6 0 0 k v a 。0 5 年地 区高耗能负荷增长更为突出，负荷的快速增长导致了电网的输变电容量紧张 和负荷中心电压支撑的不足，地区电压低、系统出力短缺，造成分配指标缺 额较大，在限电的情况下，地区高耗能负荷增长2 0 。 2 0 0 5 年底包供有3 9 座变电站装设电容器补偿装置6 8 套，补偿容量 5 2 1 7 m v a r ，投运容量3 1 0 2 m v a r 。5 0 0 k v 变电站安装容量6 0 m v a r ，补偿度 为8 ，2 2 0 k v 变电站安装容量为2 7 2 1 m v a r 补偿度l o 1 ，1 1 0 k v 及以下 变电站安装容量为1 8 9 6 m v a r ，补偿度1 1 0 3 。在高峰负荷时仍存在无功缺 乏的严重现象，无功达不到就地平衡，部分变电站高峰负荷时变压器功率因 数较低，如：沙河、麻池、古城、张家营功率因数达不到0 9 。 2 0 0 5 年2 2 0 k v 主变一次侧平均功率因数达到0 9 1 ，1 1 0 k v 主变一次测功 率因数达到0 9 3 。 2 2 2 包头地区负荷节点情况 根据国家电网的规定一般在仿真计算当中负荷节点都选在1 1 0 k v 及以下 的电压等级的母线上。通过内蒙管网给的“2 0 0 6 年蒙西电网的潮流数据”可 以看出包头地区的负荷节点基本符合这种情况。但是通过对变电站内主接线 图的分析，发现单纯的把1 1 0 k v 的母线作为负荷节点，在有些情况下是不够 的。 以古城变电站为例，在古城变电站中挂有负荷的母线是1 1 0 k v 与1 0 k v ， 这两段母线都是由2 2 0 k v 母线通过变压器来供给功率的，这样一来等于说 1 0 k v 母线上的负荷功率并不是由1 1 0 k v 来供应的而是由2 2 0 k v 供应的，1 0 k v 母线上的负荷就不能归算到1 1 0 k v 母线上，因此最好的方法就是把1 0 k v 母 线也作为一个单独的负荷节点来看待。这样一来古城变就由原有的一个 1 1 0 k v 负荷节点分成1 1 0 k v 和1 0 k v 两个负荷节点来计算。与古城变类似的 变电站还有麻池、兴胜、张家营、沙河、土右这几个变电站。由于希望铝厂 6 华北电力大学硕：e 或工程硕上学位论文 和包头铝厂的2 2 0 k v 直接供给电解铝负荷，因此可以把希望2 2 0 k v 和铝厂的 2 2 0 k v 作为负荷节点。另外由于昆河变的投入，桥西变t 接在昆河变电站与 一电厂的连接线河昆l 回与河昆2 回上，由于昆河与一电厂都是负荷节点， 因此对于判别桥西的负荷属于哪个负荷节点有一定的困难，因此把桥西的 l l o k v 也作为一个独立的负荷节点。 古城2 2 0 k v 图2 - 1 ( a ) 吉城变电站接线简图 包头地区所有负荷节点如表2 1 所示。 表2 一i 包头地区负荷节点列表 福永3 5 k v麻池1 0 k v麻池1 1 0 k v包钢1 i o k 7 古城1 0 k v古城1 1 0 k v固北3 5 k v圄北1 1 0 k v 昆河1 1 0 k v铝厂2 2 0 k v桥西1 1 0 k v沙河1 0 k v 土右1 0 k v土右1 1 0 k v 望海1 1 0 k v 希望2 2 0 k v 兴胜1 1 0 k v 一电厂1 1 0 k v张家营t o k v张家营1 1 0 k v 二电厂2 2 0 k v 红塔1 1 0 k v沙河1 1 0 k v兴胜1 0 k v 2 2 3 包头地区用户负荷情况 对包头地区的负荷调查主要分为3 种：一是对包头地区的各种典型的大 型工业用户的调查( 例如包钢) ，包括对这些用户负荷的负荷构成、负荷量 的大小以及供电线路的组成：二是对包头地区的所有高耗能负荷的具体的统 计。由于包头地区的高耗能负荷主要是由各种电炉组成的，而且每个电炉都 是由专用供电线路供电，因此需要统计所有的电炉和它们的供电专线；三是 7 华北电力大学硕士或工程硕士学位论文 对占包头地区负荷量比较小的城区和周围的农电负荷的统计，包括各条出线 的负荷构成以及负荷量的大小。 2 2 3 1 包头地区典型大用户情况 经过调查包头地区的典型大工业用户主要可以分为三类：一是以电动机 负荷为主包含有少量的静特性负荷，这类用户的电动机负荷经常能达到8 0 以上，这类工业代表是棉纺厂和水泥厂；二是以静特性负荷为主包含有少 量的电动机负荷，静特性负荷往往占整个负荷量的9 5 以上，这类工业的代 表是铝厂和电石厂等化工厂；三是静特性负荷和电动机负荷的比例相差没有 前两种那么大，负荷构成比较复杂的大工业，代表是包钢。下面是对其中的 一些工业的调查结果。 ( 1 ) 包钢：用电量大约4 6 万k w ，以电机负荷为主，其中自发电7 万 k w ，系统供电3 9 万k w ，系统主要通过张家营变的1 1 5 、1 1 6 、1 1 7 、1 1 8 、 1 1 9 线路、桥西变的3 “、3 2 2 、3 1 5 、9 l l 、9 1 2 、9 1 6 、9 2 1 、9 2 4 、麻池变的 1 1 5 、一电厂的1 0 k v 出线和总降变的1 1 l 、1 1 2 、1 1 3 供电。 ( 2 ) 包头铝业：用电量约4 3 万k w ，其中4 7 6 台电解槽占总负荷的9 9 ，其余为电机的动力负荷。主要由古城变的1 2 2 、1 2 3 、1 2 4 、1 2 5 、2 5 1 、 2 5 9 和兴胜变的2 5 3 供电。 ( 3 ) 希望铝业：总用电量约3 2 万，有2 3 0 个电解槽，约3 l 万5 的负 荷，电机负荷占2 ，大约5 0 0 0 一6 0 0 0 k w 。自备希望热电厂，有2 台1 5 5 m w 的发电机组，正常供电2 6 万，系统供电7 8 万。系统供电主要由高新变供 给希望变。 ( 4 ) 一机：是兵工企业，总负荷l 万5 到2 万之间。主要包括1 台2 0 吨的电弧炉( 约1 万负荷) 和一台4 0 0 0 k w 精炼炉。其余为电机负荷。主要 由厂前变的9 1 8 、9 2 8 、9 2 9 和永和1 1 7 供电。 ( 5 ) 二机：用电量约4 5 5 万，包括l 台5 0 吨的电弧炉( 约2 万一3 万的负荷) ，3 台2 0 0 0 一3 0 0 0 k w 的的电弧炉，1 台5 0 0 0 k w 的电弧炉，电机 负荷约2 万。主要由厂前变的9 1 2 、9 1 4 、9 1 6 、9 2 1 、9 2 3 、9 2 5 和沙河1 5 6 供电。 ( 6 ) 2 0 2 厂：用电量约2 万，主要是核工业厂，负荷以生产镁、钙为主， 有4 0 一5 0 个电解槽( 总负荷约1 5 万k w ) ，其余为电机负荷。由麻池1 1 l 和永和1 1 5 供电。 s 华北电力大学硕+ 或工程硕上学位论文 ( 7 ) 二化：以生产化工产品为主， 石炉，每台6 0 0 0 k w 。其余为电机负荷。 9 4 2 、9 4 3 、9 4 6 、9 3 1 0 、3 2 2 供电。 用电量约2 万。主要负荷为3 台电 由轻质9 2 6 、9 1 3 、9 3 6 、9 3 9 、9 4 1 、 ( 8 ) 一化：以生产化工产品为主，用电量约1 0 0 0 0 k w ，负荷很少，工 厂几乎陷于停产状态。由和平变的9 1 1 和南排9 2 4 供电。 ( 9 ) 棉纺：用电量约7 m w ，负荷为电机负荷( 约5 m w ) 和备用照明 负荷( 约2 m w ) 。由厂前变3 1 3 送电。 ( 1 0 ) 新源：以生产电石为主，总负荷约3 万5 ，有3 台电弧炉，单台 1 万k w ，另有约3 0 0 0 k w 的电机负荷。由轻质3 3 l 送电。 ( 1 1 ) 四化：以生产化工产品为主，用电量约1 万多。有9 m w 电炉负 荷和近2 m w 的电机负荷。由轻质3 2 1 、3 4 1 、9 2 7 、9 3 7 、9 4 1 0 送电。 ( 1 2 ) 华业特钢：以生产不锈钢为主的一条龙产业。当前有约6 万负荷， 以电机负荷为主。有矿热炉1 座，1 # 电炉l 座，l f 炉当前未投。最终负荷 总量预计可达2 0 万。2 0 0 6 年将启动一座新的昆都仑变电站给华业特钢供电。 当前负荷由河西3 1 2 、3 2 1 、3 2 2 、3 2 3 、3 2 4 、9 1 2 、9 2 2 、9 1 3 送电。 ( 1 3 ) 西水科技：以生产水泥为主，主要负荷是电机负荷，总用电负荷 7 5 m w 。由轻质变9 1 2 、9 2 5 送电。 ( 1 4 ) 晶牛浮法：以生产玻璃为主。总负荷量约3 m w 。由厂前变9 2 1 0 和沙河变9 1 8 送电。 ( 1 5 ) 吉宇钢铁：总负荷约8 m w 。由张家营9 2 1 和哈业9 1 1 、9 1 2 供电。 其中由于包钢的负荷构成最为复杂，既有电动机负荷又有电弧炉、中频 炉、精炼路等负荷因此重点对包钢进行了调研。 2 2 3 2 包头地区高耗能企业 包头地区的高耗能负荷主要是以硅铁、电石的冶炼为主，主要设备是各 种型号和容量大小的电弧炉，通过对包头地区的电弧炉的数量和容量的统 计，我们可以得出包头地区高耗能企业的用电负荷情况。包头地区的所有高 耗能负荷的基本情况如表2 2 所示。 9 华北电力大学硕上或工程硕士学位论文 表2 - 2 包头地区高耗能负荷情况 站名开关编号用户名称台数容量( k v a ) 8 0 0 0 3 2 l澳海公司38 0 0 0 8 0 0 0 6 3 0 0 3 1 2 东华公司 2 石园变6 3 0 0 6 3 0 0 3 1 3大青山公司2 6 3 0 0 9 1 1 金鹏公司 l6 3 0 0 9 1 4金海公司 l 6 3 0 0 福永变 6 3 0 0 3 1 l 宇天公司 2 6 3 0 0 1 2 5 0 0 3 1 2 国富嘉禾 2 1 2 5 0 0 3 1 3 新金源公司 l1 2 5 0 0 金阳公司 11 2 5 0 0 3 1 4 兴东华宅公司 17 5 0 0 1 2 5 0 0 3 1 5 欧马公司 2 1 2 5 0 0 3 2 1 鑫泰公司 17 5 0 0 3 2 2 银鹿公司 16 3 0 0 3 2 3 广鑫公司 18 0 0 0 3 2 4 宏亮公司 16 3 0 0 3 2 4 金星公司 18 0 0 0 8 0 0 0 3 2 5蒙达公司 2 8 0 0 0 3 3 l 高鑫公司 18 0 0 0 1 2 5 0 0 3 3 l 大洲公司 2 1 2 5 0 0 3 3 2 新榆公司 l8 0 0 0 3 3 3 溶增公司 l1 0 0 0 0 3 3 3 长源公司1 1 0 0 0 0 l o 华北电力大学硕十或工程硕：l ：学位论文 1 2 5 0 0 3 3 5 坤达公司 2 1 2 5 0 0 8 0 0 0 8 0 0 0 3 3 6 三维公司 4 8 0 0 0 8 0 0 0 3 4 1 鑫欣公司 l6 3 0 0 3 4 l 鑫明公司 1 8 0 0 0 8 0 0 0 3 4 2 三维公司 2 8 0 0 0 3 4 3 今朝公司 17 5 0 0 6 3 0 0 3 4 4三磊公司 2 6 3 0 0 8 0 0 0 3 6 4 三维公司 2 8 0 0 0 3 2 l 福音公司 11 2 5 0 0 巴音变9 1 6金源公司i6 3 0 0 9 2 2富玉公司l6 3 0 0 3 1 2 醒狮公司 18 0 0 0 固北变 3 2 2 洪胜公司 l8 0 0 0 莎变3 1 2丰园公司 l8 0 0 0 1 1 2 营城公司 19 0 0 0 美岱变 9 1 4 青峰公司 l4 0 0 0 3 2 2 劈励公司 l6 3 0 0 白云变 9 1 3华鹿公司 1 6 3 0 0 8 0 0 0 轻质变 3 2 2 二化 36 3 0 0 6 3 0 0 1 0 0 0 0 轻质变 3 3 l 新源 31 0 0 0 0 1 0 0 0 0 河西变 3 1 2 华业公司 l1 2 5 0 0 8 0 0 0 忽鸡沟3 2 2 双亿公司 2 8 0 0 0 华北电力大学硕士或工程硕： 学位论文 2 2 3 3 代表性用户一包钢负荷情况 包钢目前有1 7 个主部门。其中动力有5 个厂，分别是供电厂、热电厂、 给水厂、氧气厂、燃气厂。生产有炼钢厂、炼铁厂( 包括烧结厂) 、焦化厂、 选矿厂。生产产品的有无缝钢管厂、轨梁轧钢厂( 包括初轧厂) 、薄板坯连 铸连轧厂、棒材厂、高线厂、带钢厂。再加上一个运输部和一个白云鄂博铁 矿。 全厂的负荷以电机负荷为主，再加上一些精炼炉和中频炉。整个冶炼过 程是采矿选矿烧结焦化炼铁炼钢轧钢生产厂 整个包钢外围有4 个电源点，分别是麻池变、张家营、包头第一热电厂 和桥西变。内部还有包钢热电厂共9 台机组5 万的出力，还有4 组t l 玎( 高 炉燃气余压发电) 约2 万的出力。包钢的综合功率因数约o 9 2 ，全场的电机 数量以异步电动机为主，但是同步电机都是大功率的电机，因此同步电机所 占的负荷比重比较大。 包钢的电力负荷主要是电机和电炉。电机类负荷又分成轧机、风机、水 泵、压缩机、磨机、制氧机等。电炉又有电弧炉、矿热炉、精炼炉和中频炉。 矿热炉归稀土集团现已全部停产而且容量也不大可以忽略不计。中频炉主要 用来冶炼一些合金，容量一般不大。包钢电炉负荷主要是以精炼炉为主，全 厂有5 台大精炼炉。单台最大的是在薄板厂，容量3 5 0 0 0 k v a 。其余是在炼 钢厂的小方培精炼炉，容量1 6 0 0 0 k v a ：南精炼炉，容量1 4 0 0 0 k v a ；北精炼 炉，容量1 4 0 0 0 k v a 。电弧炉主要有4 台，机总厂3 台l 台1 0 吨( 约3 0 0 0 k v a ) 、 l 台3 吨( 约1 0 0 0 k v a ) 、l 台5 吨( 约2 0 0 0 k v a ) ；二厂l 台l o 吨的电炉( 约 3 0 0 0 k v a ) 。中频炉是通过利用改变频率来产生电磁场来冶炼，全厂现有中频 炉3 台，l 台在机总厂、1 台在无缝钢管厂、l 台在二厂，单台容量约2 0 0 k v a 。 轧钢机一般都是冲击性负荷，接有变频调速设备，全厂轧机类负荷约有 7 万。制氧机和空压机都是稳定负荷，一般情况下转速和转矩都稳定，总量 大概有6 万。水泵类负荷也是稳定负荷，恒转矩，总量大概有4 万。风机 类负荷也是稳定负荷，总量约7 万。磨机类负荷主要包括破碎机、棒装磨机 和球状磨机总量约有2 万。 虽然包钢内部由近8 0 个变电站组成的比较大的系统，但是根据系统给 包钢供电的厂站，可以把这8 0 个变电站分成5 个部分，即分别属于一电厂、 麻池、张家营、桥西和8 0 # 变5 个负荷节点。包钢的负荷即是由这5 个负荷 节点给带起来的，所以包钢的所有负荷都可以归算到这5 个负荷节点上。 1 2 华北电力大学硕十或工程硕士学位论文 2 3 乌海地区调研情况 2 3 1 乌海地区负荷概况 截至2 0 0 5 年底，乌海地区电网直接管辖的已投运的2 2 0 k v 线路1 9 条， 总长度6 0 8 5 3 6 公里，1 l o k v 线路2 8 条，总长度2 7 4 5 9 8 公里，3 5 k v 线路 1 6 条，总长度1 4 7 8 0 3 公里。乌海地区共投运直辖2 2 0 k v 变电站5 座，变电 总容量1 4 4 0 m v a ，用户自建2 2 0 k v 变电站l 座，主变l 台，变电总容量 1 5 0 m v a ：1 1 0 k v 变电站1 3 座，变电总容量9 2 5 m v a ：3 5 k v 变电站6 座，总 容量6 2 4 5 m v a 。 2 0 0 5 年，乌海地区电网最大日供电负荷8 9 9 4 m w 。各种负荷所占比例 如表2 3 所示。 表2 - 3 乌海地区各种负荷所占比例 序号类别比例 l居民照明1 3 8 2非居民照明0 5 大共计9 2 5 3 3工 a 优待电价 8 0 4 9 业 b 非优待电价1 2 0 4 4 非普工业 3 0 3 5 商业用电 0 6 3 6 直供农电 0 0 3 7 趸售1 9 8全局1 0 0 由表2 - 4 可以看出，乌海地区负荷构成相对于包头更加单一，因为乌海 不存在像包钢那样的超大电机类负荷，而且除工业负荷外的别的类型负荷更 少，所占得比例更小，并且各个变电站都有比较明确的所供负荷类型。大部 分变电站带的都是电炉和电解类工业负荷；平沟变、老石旦、公乌素带的是 煤矿类负荷；海渤湾变电站、乌达变和甘德尔主要给城区居民供电；乌局电 厂、大漠电厂、苏赫图、黄柏茨农变组成的农电区主要给农电供电。因此乌 海地区的负荷节点更少，结构更简单。 华北电力大学硕士或工程硕+ 学位论文 2 3 2 乌海地区负荷节点情况 由于乌海局的慧通、宝山变都是2 2 0 k v 母线经变压器后直接供给电弧炉 负荷因此可以把这两个站的2 2 0 k v 母线作为负荷节点。同包头地区一样乌海 地区的黄河、五福、伊和站的1 1 0 k v 和3 5 k v 母线也作为单独的负荷节点。 乌海地区的负荷节点列表参见表2 4 。 表2 - 4 乌海地区的负荷节点列表 海渤1 1 0 k v海吉1 1 0 k v黄河3 5 k v黄河1 1 0 k v 慧通2 2 0 k g顺达1 1 0 k v乌达发电厂3 5 k v五福1 1 0 k v 五福3 5 k v伊和3 5 k v 伊和1 1 0 k v伊和2 2 0 k v 2 3 3 乌海地区用户负荷情况 2 3 3 1 乌海地区大用户情况 ( 1 ) 海吉氯碱：以生产化工产品为主，主要负荷是电解负荷，电动机 负荷占整个生产负荷的7 5 ，总负荷量有近1 0 万k w ，由乌达电厂和顺达 变电站供电。 ( 2 ) 黄河化工；以生产化工产品为主，主要电力负荷设备是电弧炉和 电解设备。照明、动力占总负荷的l o 。总负荷量有近2 万k w ，主要是由 乌达、伊和直供。 ( 3 ) 泰达制钠：也是以生产化工产品为主，负荷以恒流和电解负荷为 主，动力、照明负荷不足3 。总负荷量有近l o 万k w ，由乌达和顺达主供。 ( 4 ) 西水水泥厂：有3 万的负荷量其中系统供给1 5 万k w ，主要由哈 图素供给，以电机负荷为主。 ( 5 ) 蒙西水泥厂：有3 万负荷量由新地供给，自带5 台发电机组，最 大可以有4 万出力。 2 3 3 2 乌海地区高耗能企业 乌海地区的高耗能负荷仍然主要是以硅铁、电石等的冶炼为主，主要设 备是各种型号和容量大小的电弧炉，通过对乌海地区的电弧炉的数量和容量 的统计，我们可以得出乌海地区高耗能企业的用电负荷情况。乌海地区的所 有以电弧炉为主的高耗能负荷的基本情况如表2 5 所示。 华北电力大学硕上或1 = 程硕士学位论文 表2 - 5 乌海地区高耗能负荷情况 变压器 站名序号用户名设备编号用户容量k v a变压器容量k v a 台数 l 华炼 1 3 5 11 3 8 0 06 3 0 0 + 7 5 0 02 2 河滨 1 3 5 26 3 0 0l 3浩瀚1 3 5 25 3 0 01 4兴德1 3 5 36 3 0 01 5 乾鑫 1 3 5 4 6 3 0 0 1 6铸诚1 3 5 56 3 0 0 1 7地天泰2 3 5 22 2 5 0 01 0 0 0 0 + 1 2 5 0 02 8 四菱 2 3 5 31 8 8 0 06 3 0 0 + 1 2 5 0 02 9 茂盛 2 3 5 41 2 6 0 06 3 0 0 + 6 3 0 02 l o 宝冠 2 3 5 56 3 0 0l 宝山变l l 勇发 2 3 5 61 2 6 0 0 2 * 6 3 0 02 1 2 永飞 3 3 5 27 5 0 01 1 3 明化 3 3 5 31 7 5 0 01 1 4正旭3 3 5 42 5 0 0 02 1 2 5 0 02 1 5皇冠3 3 5 56 3 0 0 1 1 6 头马3 3 5 56 3 0 0 1 1 7 大田3 3 5 61 2 5 0 0 1 1 8 金星 4 3 5 28 0 0 01 1 9 德润 4 3 5 41 5 0 0 02 * 7 5 0 02 2 0 合兴 4 3 5 11 2 5 0 0l 2 1 泰兴 4 3 5 61 3 5 0 0l 西来峰 2 2丰燕3 5 41 2 6 0 02 * 6 3 0 02 2 3 西龙 3 5 51 3 3 0 06 3 0 0 + 7 0 0 02 2 4西宁i 回3 5 61 2 5 0 0l 西宁i i 回 3 5 81 2 6 0 02 * 6 3 0 02 2 5宝 马 3 5 71 4 3 0 06 3 0 0 + 8 0 0 02 2 6 勇发 3 6 01 8 9 0 03 * 6 3 0 03 2 7 鹏祥 3 6 l1 2 6 0 02 * 6 3 0 02 2 8宝 光 3 6 21 6 0 0 02 * 8 0 0 02 1 5 华北电力大学硕十或工程硕士学位论文 2 9 蒙金 3 6 31 2 6 0 02 * 6 3 0 02 3 0 宝祥 3 6 41 8 8 0 06 3 0 0 + 1 2 5 0 0 2 3 l 东 亚3 5 12 2 6 0 02 * 6 3 0 0 + 1 0 0 0 0 3 3 2 新世纪i 3 5 31 2 6 0 02 * 6 3 0 0 2 地区变 新世纪i i 3 5 41 8 8 0 06 3 0 0 + 1 2 5 0 02 3 3宝山3 5 61 5 0 0 05 0 0 0 + 1 0 0 0 02 3 4 金宇硅 3 5 81 0 0 0 0 2 * 5 0 0 02 金宇硅9 1 0 53 2 0 0 l 3 5兴达 1 5 31 6 5 0 01 乌达变 3 6金城 3 6 01 5 0 0 02 * 7 5 0 02 3 7惹通2 5 5 8 7 5 0 01 0 1 2 5 0 07 3 8海鑫i 回3 5 l 1 9 5 0 07 0 0 0 + 1 2 5 0 02 海鑫i i 回 3 6 01 8 0 0 0l 3 9亚帮 3 5 31 2 6 0 02 * 6 3 0 02 4 0益隆 3 5 51 2 5 0 01 4 1 宏宇 3 5 77 0 0 01 顺达站 4 2 联邦 3 5 47 0 0 0 1 4 3 荣亨 3 5 61 4 0 0 02 * 7 0 0 0 2 4 4 宝石达 3 5 81 0 0 0 0 1 4 5阳熔3 5 8 7 0 0 01 4 6利尔1 5 8 3 6 0 0 02 1 8 0 0 02 4 7金河1 6 03 5 0 0 0 2 1 7 5 0 02 巴音站4 8伊隆 3 5 l3 0 0 0 01 2 5 0 0 +