用电管理二用电负荷管理.ppt

第二章用电负荷管理 2 1电力负荷分类及其一般特性 一 电力负荷概念 1 电力负荷 指发电厂或电力系统在某一时刻所承担的某一范围耗电设备所消耗电功率的总和 单位用kw表示 2 分类 1 用电负荷 电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和称为用电负荷 2 线损负荷 电能在传输到用户的过程中 在输配电网中产生的功率和电能损失 与这种损失相对应的发电功率称为线损负荷 3 供电负荷 用电负荷加上同一时刻的线损负荷 即发电厂对外供电时所承担的全部负荷 4 厂用电负荷 电厂在发电过程中要耗用一部分功率和电能 这些厂用电设备消耗的电功率 称为厂用电负荷 5 发电负荷 电网对外担负的供电负荷 加上同一时刻各发电厂的用电负荷 构成电网的全部生产负荷 二 用电负荷分类 1 通用分类 八类 1 农 林 牧 园 水利业 约占总用电负荷的7 左右 2 工业 约占总用电负荷的80 左右 3 地质普查和勘探业 此类负荷用电较少 仅占注用电负荷的0 07 左右 4 建筑业 此类负荷用电较少 约占总用电负荷的0 76 左右 5 交通运输 邮电通信业 约占总用电负荷的1 7 左右 6 商业 公共饮食业 物资供应和仓储业 约占总用电负荷的1 2 左右 7 其他事业单位 约占总用电负荷的3 1 左右 8 城乡居民生活用电 约占总用电负荷的6 2 左右 2 根据国民经济各个时期的政策和季节的要求分类 1 优先保证供电的重点负荷 2 一般性供电的非重点负荷 3 可以暂时限电或停电的负荷 3 根据对供电可靠性的要求不同分类 1 第 类负荷 中断供电时将造成人身伤亡或政治 军事 经济的重大损失 如 发生重大设备损坏 产生大量废品 引起混乱 重要交通枢纽受阻 广播 通信受阻 城市水源中断 环境严重污染等 2 第二类负荷 中断供电时将造成严重减产 停工 局部地区交通阻塞 大部分城市居民的正常生活秩序被打乱等 3 第三类负荷 除第一 二类负荷之外的一般负荷 短时停电造成的损失不大 三 用电负荷构成 1 定义 即是对一定范围 一个地区 个部门 一个企业 一个车间等 用电负荷组成的种类 比重及其相互之间关系的总体表述 称用电负荷构成 简称 用电构成 2 发达国家各自的能源结构及用电构成情况 3 我国1952 1983年期间用电负荷构成工业发达国家 工业用电的比重并不大 而相应的生活 商业用电比重却比较高 四 用电负荷特性 1 负荷曲线负荷曲线是反映负荷随时间变化规律的曲线 它以横坐标表示时间 以纵坐标表示负荷的绝对值 电力负荷曲线表示出用电户在某一段时间内 电力 电量的使用情况 曲线所包含的面积 代表一段时间内用户的用电量 常见的电力负荷曲线有以下几种 1 日负荷曲线 以全日小时数为横坐标 以负荷值为纵坐标绘制而成的曲线 2 日平均负荷曲线 以考核的天数为横坐标 以每天的平均负荷为纵坐标而绘制的负荷曲线 3 负荷持续曲线 某一时间段内 负荷大小和持续时间的关系 主要作用 掌握某负荷值的持续小时数 4 年负荷曲线 以全年的时间为横坐标 以考核时间段的负荷为纵坐标绘制而成的曲线 有功功率日负荷曲线 年负荷曲线年持续负荷曲线 年最大负荷曲线 年持续负荷曲线 2 负荷率 规定时间内的平均负荷与最大负荷之比的百分数 目的 衡量在规定时间内负荷变动的情况 以及考核电气设备利用的程度 企业日负荷率的最低指标值 连续工作制 0 95三班制 0 85二班制 0 6一班制 0 3 1 工业用电负荷待性 与行业特点 季节因素 有联系 年负荷变化 一般是比较稳定的 但不同地区 不同行业也有一些显著差别 季负荷变化 一股是季初较低 季末较高 月负荷变化 一般是上旬较低 中旬较高 在生产任务饱满的工矿企业 往往是下旬负荷高于中旬 而生产任务不足的企业 有时中旬用电较多 月底下降 日负荷变化 日负荷变化起伏最大 一般一天内会出现早高蜂 午高蜂和晚高蜂三个高蜂 中午和午夜后两个低谷 2 农 林 牧 渔 水利业用电负荷待性 受季节影响较大 受气候影响较大 用电负荷不稳定 农副加工用电季节性影响同样明显 3 城乡居民生活用电负荷特性 在一日内变化大 季节变化对居民用电负荷的影响大 2 2用电负荷计算 一 计算负荷概念 1 计算负荷 通常按发热条件选择供电系统元件而需要计算的负荷功率或负荷电流 称为计算负荷 2 计算步骤 应从计算用电设备开始 然后进行车间变电所 变压器 高压供电线路及总降压变电所 或配电所 等的负荷计算 3 意义 计算负荷确定得是否合理 直接关系到供电系统中各组成元件的选择是否合理 若计算负荷确定过大 将造成投资和有色金属的浪费 而确定过小 又将使供电设备和导线在运行中发生过热问题 引起绝缘过早老化 甚至发生烧毁事故 给国家造成更大损失 因此计算负荷的确定是 项重要而又严谨的工作 4 用电设备分类 1 长时工作制用电设备 是指使用时间较长或连续工作的用电设备 如 多种泵类 通风机 压缩机 输送带 机床 电弧炉 电阻炉 电解设备和某些照明装置等等 2 短时工作制用电设备 是指工作时间甚短而停歇时间相当长的用电设备 如 金屑切削机床辅助机械 横梁升降 刀架快速移动装置等 的驱动电动机 启闭水闸的电动机 3 反复短时工作制用电设备 是指时而工作 时而停歇 如此反复运行的用电设备 如 吊车用电动机 电焊用变压器等 对于第三类反复短时工作制用电设备 为表征其反复短时的特点 通常用暂载率来描述它 即反复短时工作制用电设备的工作周期 是以10min为计算依据 吊车电动机标准暂载率为15 25 40 60 四种 电焊设备标准暂载率为20 40 50 100 四种 5 设备容量确定 设备容量一般是指用电设备的额定输出功率 用或表示 对一般电动机来说 是指铭牌容量 其确定方法如下 1 一般用电设备容量 它包括长时 短时工作制用电设备及照明设备 其设备容量是指该设备上标明的额定输出功率 2 反复短时工作制用电设备容量 反复短时工作制电动机容量的确定 其设备容量是指暂载率为 25 时的额定容量 如 值不为25 则可按下式进行换算 使其变为25 时的额定容量 例 有一台10t桥式吊车 额定功率为40kW 40 试求该设备的设备容量Pn 解 电焊变压器容量的确定 其设备容量Pn是指 100 时的额定容量 当 100 时应进行换算 换算公式为 或 为与相对应的功率因数 6 几个概念说明 1 班平均负荷 是指一个工作班内的平均负荷 即将一个工作班内8h分别测得的负荷值相加 再除以8即可求得 班平均负荷的四种物理量分别是 工作班可能有两班或三班 其中最大负荷班内的平均负荷 则称为最大负荷班的平均负荷 2 半小时最大负荷 是指在一个最大负荷班内以0 5h间隔来计算电气负荷平均值 找出其中某个最大的0 5h平均负荷值 则此值称为半小时最大负荷 通常用此值作计算负荷 故又称计算负荷 按温升选择电气元件时通常采用半小时最大负荷作为计算负荷 计算负荷的四个量分别为 3 尖峰负荷 是指用电设备 或用电设备组 可能通过的最大瞬时负荷 一般用Imax表示 它是为计算线路电压损失和选择继电保护装置的依据 二 确定计算负荷方法 一 需要系数法确定计算负荷 1 单个用电设备的计算负荷 对一般单台电动机来说 铭牌额定功率即为计算负荷 对单个白炽灯 电热炉 电炉等 设备标称容量即为计算负荷 对单台反复短时工作制的用电设备 若吊车电动机的暂载率不是25 电焊变压器的暂载率不是100 则都应下面的公式换算 换算后得到的设备容量 也称额定持续功率 即为计算负荷 2 成组用电设备的计算负荷 1 公式 K0 同时系数 表示在最大负荷时某组工作着的用电设备容量与接于线路中该组全部用电设备总容量的比值 Kf 负荷系数 表示在最大负荷时某组工作着的用电设备实际所需的功率与其设备总容量的比值 用电设备效率 线路效率 接于线路中一组用电设备的总容量 总功率 kW 2 注意事项 首先必须确定设备容量 即需要系数法适用于确定设备台数多 而单台设备容量差别不大的用电设备组的计算负荷 如用电设备台数不多 且单台设备容量差别又很大时 则应采用二项式系数法 需要系数可查表 通过实测统计得到的 若设备台数较少 一般均取给定范围值的上限值 3 例题 3 多组用电设备的计算负荷 1 公式同时使用系数 Kop Koq 各组需用系数不同各组最大负荷出现的时间不同 3 多组用电设备的计算负荷 2 注意 3 例题 例 某厂机修车间低压配电装置对机床 长时间工作制的水泵和通风机以及卷扬机等三组负荷供电 见图2 4 已知机床组有5kW电动机4台 10kW电动机3台 水泵和通风机组有l0kw电动机5台 卷扬运输机组有7kw电动机4台 试确定机修车间的计算负荷 二 二项式系数法确定 1 适用范围 需要系数法 台数多 设备容量差别不大 二项式系数法 台数少 设备容量差别大 其中n台大功率设备对电力负荷变化影响很大 2 二项式系数法基本公式 b和c 二项式系数 用电设备组的设备容量 其中n台最大容量设备的总容量 3 计算 1 用电设备组的计算负荷 2 多组用电设备的计算负荷 注意 表示各组有功附加负荷中的最大值 例 某机修车间380V线路中 接有冷加工机床电动机20台 共50kW 其中较大功率电动机7kW1台 4 5kw2台 2 8kw7台 通风机2台 共5 6kw 电阻炉1台 2kW 试用二项式系数法确定线路上的计算负荷 三 工厂企业总计算负荷确定 1 按全厂需要系数法计算 将全厂用电设备的总设备容量 不计备用设备容量 乘以一个全厂需要系数 就得出全厂的计算负荷 即 各类工厂的需要系数可由有关设计单位根据调查统计的资料 或参考有关设计手册而确定 工厂需要系数的高低 不仅与用电设备的工作性质 设备台数 设备效率和线路损耗等因素有关 而且与工厂的生产性质 工艺特点 生产班制等因素有关 所以此法计算比较租略 2 逐级相加计算法计算工厂总负荷 1 先确定各用电设备的计算负荷 然后计算车间干线和车间变电所低压母线1处的计算负荷 包括电力照明 2 车间变电历低压侧总计算负荷 加上车间变电所变压器2处的损耗功率 得到车间变电历高压侧3处的计算负荷 3 所有车间变电所高压侧的计算负荷 加上厂区高压配电线4的损耗功率 就得到工厂总降压变电所低压侧5处的计算负荷 4 工厂总降压变电所低压侧的计算负荷 加上主变压器6的损耗功率 便得到总降压变电所高压侧7处的计算负荷 即为全厂进线处的总计算负荷 相关计算 1 变压器功率损耗计算 变压器的有功损耗 变压器的无功损耗 2 电力线路功率损耗计算 3 接单耗确定计算负荷 2 4负荷预测 一 概念 1 定义 在充分考虑一些重要的系统运行特性 增容决策 自然条件与社会影响的条件下 研究或利用一套系统地处理过去与未来负荷的数学方法 在满足一定精度要求的意义下 确定未来某特定时刻的负荷数值 称为负荷预测 2 核心问题 预测的技术方法 即预测数学模型 3 意义 1 及时掌握负荷的发展趋势 2 搞好电网的安全 经济可靠运行 3 安排好系统的运行方式和计划检修 4 正确贯彻 执行国家各个时期的方针政策 适应各个时期经济发展和社会进步对电力的要求 二 负荷预测的种类 1 按时间分 长期 10年以上 以年为单位 用于发展规划中期 5年左右 以年为单位 用于电力设备建设短期 1年以内 1天以上 以月 周 天或小时为单位 用于制定运行计划 检修计划超短期 1h或0 5h 10min 用于确定电网的运行方式 备用容量 或电力市场的需要2 按行业分 3 按负荷特性分 如最高负荷等三 负荷预测的特点 1 不准确性2 条件性3 时间性4 多方案性 四 负荷预测的方法 一 传统的方法 1 单耗法 用电单耗法一般用于年度计划或近期需用电量预测 2 经验统计法 1 简单平均数法 这种方法是根据过去实际用电量统计资料予以平均化 排除某些偶然性 波动性因素 预测其发展趋势 适用于短期预测 2 加权平均数法 简单平均数法以各期数据参与平均的权数相等进行平均 实际上 后期数据更能反映变化趋势 加权平均数法就是对各期数据以不同的权数 后期权数大 前期权数小 参与平均 可使预测结果更为准确 这种预测法一般适用于近期预测 3 平均增长率法 c 从基年到n年期间的平均增长速度3 回归分析法 1 一元线性回归模型 Y a bX根据一些历史数据 利用最小二乘法原理可求得 二 现在流行的几种方法 1 专家系统法 专家系统 知识库 推理机 知识获取部分和解释界面 2 模糊数学法 3 神经网络法 ANN 优点 自适应性 自学习 4 小波分析法 5 灰色预测法 6 优化组合法等 五 负荷预测的基本程序 1 确定负荷预测目的 制订预测计划 预测计划中要考虑的问题有 准备预测的时期 所需要的历史资料 需多少资料 资料的来源和搜集方法 预测的方法 预测工作完成时间 所需经费来源等等 2 调查资料和选择资料 挑选资料的标准 有关性 可靠性 最新性3 资料整理 1 补缺推算 2 对不可靠的资料加以核实 3 对时间数列中不可比资料加以调整4 对资料的初步分析 1 画出动态折线图和散点图 2 查明异常值的原因 加以处理 3 计算一些统计量5 建立预测模型6 综合分析 确定预测结果7 编写预测报告 交付使用8 负荷预测管理 六 影响负荷预测作用大小的因素1 负荷预测费用的高低2 负荷预测结果的正确性3 负荷预测的时效性4 负荷预测所依据的历史资料其变动规律有无重大变化5 负荷预测期限的长短 2 5电力平衡 一 电力平衡概念 所谓电力平衡是指电力系统所有的有功电源发出的有功功率总和与电网所有用电设备 包括输电线路 所取用的有功功率总和相等 电力系统所有的无功电源发出的无功功率总和与所有用电设备 包括输电线路 所取用的无功功率总和相等 所以电力平衡的内容就是电网的有功功率的平衡和无功功率的平衡 二 电力平衡重要性 电力系统的发电 供电 用电三个环节是同时进行的 如果功率不能保持平衡 既体现了发 供 用三个方面出现失衡 也迅即反映到电能质量上 表现出电压 频率的离开标准值的变化在电力系统中 有功功率的平衡与否直接反映出频率 周波 的变化 而无功功率的平衡与否反映出电压幅值的变化 因此 对频率和电压的调整其实质是使系统的有功功率 无功功率重新进入新的平衡状态 1 有功负荷的频率静态特性 2 电网频率大幅度变化的危害 1 低周波运行的危害性 发电机出力下降 损坏设备 低周波 汽轮机叶片共振 应力 损坏 影响产品的质量和产量 电动机转速 易造成电网瓦解事故 f 发电机励磁机转速 端电压 U 系统瓦解 可靠性 准确性下降 自动化设备可靠性下降 2 频率过高的危害 浪费一次能源 旋转设备机械破坏 3 无功功率平衡及电压调整 1 电力系统的无功电源 同步发电机 并联电容器 线路充电功率 同步调相机 2 系统电压的调整 1 利用发电机进行电压调整 2 利用有载变压器调压 3 利用变压器分接头调压 4 变更电网无功潮流分布进行调压 5 串联补偿调压 调压时应注意问题 满足经济性可靠性和整体性 无功不足引起的电压下降 应考虑无功功率就地平衡 有载调压变压器调压宜应用于无功功率不缺乏的系统 电力电容器来调整系统中无功功率平衡 一般认为最经济可靠 2 6调整负荷 一 调整负荷 1 目的 利用调整用户的用电负荷和用电时间 削峰填谷 提高负荷率 搞好均衡发供电和用电 以充分发挥电力设备的潜力 2 意义 1 对电力系统有利 节约国家对电力工业的建设投资 提高发电设备的热效率 降低发电成本 充分利用水资源 使之不发生弃水状况 增加电力系统运行的安全稳定性和提高电能质量 有利于电力设备的检修工作 2 对广大用户有利 节省用户设备的投资 节省电费支出 3 对市政生活有利 3 调整负荷的内容 调峰 调整电力系统各发电机组在不同时间的发电出力 以适应负荷系统不同时间的需要 调荷 调整用户的用电负荷荷用电时间 4 调整负荷的原则 统筹兼顾 在拟定方案时 既要服从电网的需要 又要考虑用户的可能条件 保证重点 保证重点企业和一级负荷 调整负荷的方案荷方法随不同的电力系统和电源结构而改变 适当照顾职工生活习惯 调整负荷理解为用电时间的改变而不是限制用电量 5 调整负荷的方法 1 日负荷调整的方法 错开上下班时间或变更交接班时间 调整生产班次 增加深夜用电 大设备让峰 严格厂休日管理 采用蓄冷蓄热技术 2 周负荷调整的方法 按行业用电采用轮休制 按供电区域采用轮休制 按行政区管理范围采用轮休制 对大型联合企业采用厂内分厂轮休制 3 年负荷调整的方法 主要通过调整一年一度的停电检修的时间和合理调整生产任务等措施来实现 如在高峰负荷季节 组织一些企业进行设备大修或停产让电 在季节性电能 水电 较多的电网内 用户设备的检修应尽量安排在枯水期 在农业排灌用电比重较大的电网内 工业用户设备的检修尽量安排在排灌季节等 4 其它调整负荷的方法 机动调整负荷 对用电量较大的厂矿企业 在不影响其生产计划的原则下 采取隔日或数天前预报日负荷曲线 由电力系统调度部门统一平衡 另行规定日负荷曲线 厂矿按此曲线使用电力 在系统高峰时间亦可对一部分企业或一部分大容量用电设备进行机动调整 使其及时开停 在某些系统中 个别企业或个别用电设备的开停 可能对电力系统有一定影响 在电力较为充裕但峰谷差较大的地区更有必要掌握一部分机动负荷 使其尽量填满低谷部分 利用电价调整负荷 有些地区对部分企业实行按最大需量计收基本电费 使用负荷越高 缴纳基本电费相应越多 压低负荷平稳用电 就可少缴纳基本电费 用这种方法来鼓励用户压低高峰负荷 有些地区采用峰谷分时电价 即系统高峰负荷时间用一种较高电价 低谷时间用一种较低电价 来促使用户在系统高峰时间少用电 低谷时间多用电 以期达到调荷的目的 利用负荷控制装置来调整负荷 采用负荷控制装置 既可使用户合理的使用电力电量指标 又可压低系统高峰负荷 使电力系统运行更为合理 采用多种经济激励的方法调动用户自行合理调整用电负荷 如 丰 枯季节性电价 负荷率奖惩 功率因数奖惩 可中断负荷电价等 电力负荷控制系统 最早建设和应用的主要目标是为计划经济体制下的计划用电服务 其主要功能是实现 控制到户 限电不拉闸 起着削峰填谷 保证重要用户用电 解决电力不足矛盾的作用 并定义为 电力负荷控制系统是指能够监视和控制地区和用户的用电负荷 电量及时间段的各种技术装备 电力负荷管理系统 是供电企业在用电管理过程中对电力用户负荷进行实时监控和调节的综合管理系统 同时可以实现远方自动化无误差抄表 预购电 防窃电等多种功能 提高电网运行的经济性 安全性 是用电营业管理向现代化方向发展的必要手段 2 7电力负荷管理系统 电力负荷控制的方法 电力负荷管理系统的作用 降低最高负荷 提高负荷率提高电网的运行安全提高配电线路的功率因数提高用电管理现代化管理水平 用电管理信息 远方抄表 防窃电及负荷预测等功能 无线电力负荷管理系统 系统的构成 无线电力负荷管理系统的构成 监控中心站 是电力负荷监控系统运行和管理的指挥中心 主要由数据传输电台 前置工控机 工作站 服务器和打印机等设备组成 控制中心的功能主要包括通信管理功能 系统控制功能 信息管理功能 监控终端站 监控终端站是无线电监控系统的执行端 主要由监控终端机 采集元件 定向天线和工作电源组成 监控终端机按其工作方式可分为两大类 一类是双向终端机 其功能是 采集 处理受控电力用户的运行参量 并根据监控中央站的要求向上传输信息 根据中央站设置的功率和电量定值执行就地闭环控制 随时接受监控中央站指令实现监控系统遥控 根据中央站的要求进行限时通话 一类是单向终端机 它只有下行信息传输通道 没有上行信息传输通道 因此 只能接收监控中央站的指令信息 不能向监控中央站反馈信息 电力负荷系统中央站的构成 电力负荷系统中央站的组成说明 一般由工作站 服务器 前置机和网络部件等组成 工作站 执行用户应用程序 提供各类操作的人机界面 服务器 提供网络共享数据 完成数据库的存储 查询和管理 前置机 提供对信道机的控制 负责通信过程中的数据转换 提供网络与信道的接口 系统的计算机系统模型 数据库系统体系结构采用客户机 服务器体系结构平台 数据库系统可选用和MicrosoftNT集成的MicrosoftSQLSever Oracle8数据库 客户机端可选用Delphi5 VB VC 等在Windows98操作系统下完成应用程序和界面设计 电力负荷管理系统的功能 负荷控制功能 1 遥控跳合闸 2 对当地闭环控制功能 包括功控和电控 的管理 3 下发保电控制投入 解除命令 4 下发剔除控制投入 解除命令 负荷监测功能 1 数据采集功能 2 提供系统按线路或按行业等各种属性的分类负荷曲线 负荷调整功能 1 设置终端运行参数 定值功能 2 召测终端运行参数 定值功能 3 召测终端目前运行状况功能 4 召测终端事件记录功能 5 使终端复位功能 远程抄表功能 通过终端RS 485接口直接从复费率多功能表中读取峰 谷 平时段的有功电量 各时段的最大需量 防窃电功能 通过动态比较电力用户在正常与异常计量情况下模拟量回路与电能计量回路的功率 电流和脉冲 并调用电能表本身防窃电的方法 实现在负荷控制中心主站集中监视和发现用户窃电和计量回路异常 线损计算功能 利用终端的表计数据和SCADA系统提供的数据比较 实时有效计算线损 分析一些故障和特殊情况 负荷预测功能 利用负控系统提供