电气工程基础大学第五章电力系统负荷

1、电气工程基础大学第五章电力系统负荷学习目标 掌握电力系统负荷和负荷曲线的基本概念、分类及其特点； 理解年最大负荷利用小时数Tmax的基本概念和作用； 了解用电设备计算负荷的确定方法； 了解电力系统负荷的静态、动态特性和模型电力系统负荷 电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和 按照消耗功率类型分类：有功负荷、无功负荷、视在负荷 按照可靠性分类：一类负荷、二类负荷、三类负荷电力系统负荷 按照消耗功率的性质分类：按照消耗功率的性质分类： 用电负荷：用户的用电设备在某一时刻消耗功率的总和称为用电负荷。 供电负荷：用电负荷加上电力网损耗的功率（也称线损负荷）称为供电负荷。 发电负荷：供电负荷加上发

2、电厂本身所消耗的功率（也称发电厂厂用电负荷）称为发电负荷。电力系统负荷 根据用户在国民经济中的部门分类：根据用户在国民经济中的部门分类： 工业用电负荷 农、林、牧、渔、水利用电负荷 建筑业用电负荷 交通运输、邮电通信用电负荷 商业、饮食、供销、仓储业用电负荷 城乡居民生活用电负荷电力系统负荷曲线 电力系统负荷曲线：以电力系统负荷为纵坐标，以时间（一般以小时为单位）为横坐标绘制的表征电力系统负荷随时间变化的曲线 曲线在两坐标轴之间所包容的面积表示该段时间内用电设备的用电量（或供电量、发电量）电力系统负荷曲线 按照负荷类型分类：有功负荷曲线、无功负荷曲线、视在负荷曲线 按照时间分类：日负荷曲线、年

3、负荷曲线等 上述分类的组合日负荷曲线 尖峰负荷 低谷负荷 最大负荷Pmax 最小负荷Pmin 基本负荷 日平均负荷 负荷率 最小负荷系数240241PdtPavmax/ PPkavmmaxmin/ PP240WPdtd日用电量年最大负荷曲线年持续负荷曲线 按一年内系统负荷的数值大小及其持续小时数依次排列绘制而成 安排发电计划、可靠性估算 全年耗电量hkWPdtA87600年最大负荷利用小时数Tmax 如果用户始终保持最大负荷值Pmax运行，经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称Tmax为年最大负荷利用小时数。87600maxmaxmax1PdtPPAT87600maxma

4、xPdtATP年最大负荷利用小时数Tmax Tmax在一定程度上反应了实际负荷在一年内的变化程度。如果负荷曲线较为平坦，则Tmax值较大；反之，则Tmax值较小 统计表明，对于各类负荷的Tmax值，大体在一定的范围内年最大负荷利用小时数Tmax负荷类型年最大负荷利用小时数Tmax （h）屋内照明及生活用电2000 3000单班制工业企业1500 2500两班制工业企业3000 4500三班制工业企业6000 7000农业排灌用电1000 1500Tmax应用示例 对规划的新用户，可以先查出Tmax 根据用户规模（如工厂年产量），（根据单位产品的耗电量）估算用户全年用电量 根据全年用电量和Tma

5、x计算出Pmax 根据Pmax设计向该用户供电的一次系统计算负荷 通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各组成元件的负荷值，称为计算负荷。 计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。 目前比较普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式系数法两种。三相用电设备组计算负荷的确定tHcsstK KPP netHstKK K cnesPK PsNPP用电设备组名称需要系数Kne最大容量设备台数ncostan大批和流水作业生产的热加工机床电动机0.30.450.651.17大批和流水作业生产的冷加工机床电动机0.20.2550.5

6、1.73小批和单独生产的冷加工机床电动机0.160.250.51.73通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机0.750.8550.80.75连续运输机械和铸造车间造型机械（连锁的）0.650.750.750.88锅炉房机修、机加工、装配等类车间的吊车（25%）0.10.1530.51.73铸造车间的吊车（25%）0.150.330.51.73自动连续装料的电阻炉设备0.60.710.951.33非自动连续装料的电阻炉设备0.60.710.950.33实验室用的小型电热设备（电阻炉、干燥箱等）0.710低频感应电炉0.650.71.02高频感应电炉0.80.870.57电焊机、缝焊机0.350

7、.61.33对焊机、铆钉加热机0.350.71.02自动弧焊变压器0.50.42.29单头手动弧焊变压器0.350.352.68多头手动弧焊变压器0.70.90.352.68单头弧焊电动发电机组0.350.61.33多头弧焊电动发电机组0.70.90.750.38生产厂房及办公室、试验场所照明0.8110变电站、仓库照明0.50.710宿舍、生活区照明0.60.810室外照明110事故照明110三相用电设备组计算负荷的确定tanccQP22cccSPQ( 3cos )ccNIPU设备容量设备容量 的计算的计算 用电设备组的设备容量 ，不包括备用设备容量在内，且与用电设备组的工作制有关。 对一般

8、长期连续工作制得用电设备组，设备容量就是铭牌额定容量； 对反复短时工作制的用电设备组，设备容量就是将设备在某一暂载率下的铭牌额定量统一换算到一个标准暂载率下的功率。暂载率 所谓暂载率，为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值 同一设备，在不同的暂载率下，其出力是不同的。在计算负荷时，必须考虑到设备容量所对应的暂载率，而且要按规定的暂载率对设备容量进行统一换算0100%() 100%gwgwgwtTttt设备容量设备容量 的计算的计算 对电焊机组，要统一换算到=100% 时的设备容量 对吊车电动机组，要统一换算到 =25%时的设备容量100coscossNNNNPSS252sNNNNPPP多

9、组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负荷的确定 确定拥有多组（设有n组）用电设备的计算负荷时，应适当考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此，在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况计入一个同时系数（又叫参差系数或混合系数）K 低压干线 低压母线0 . 19 . 0K0.8 0.9K多组用电设备计算负荷的确定多组用电设备计算负荷的确定cciPKPcciQKQ22cccSPQ( 3)ccNISU单相设备的负荷计算单相设备的负荷计算 在具有单相用电设备的三相系统中，不论三相负荷平衡与否，也不论单相设备是接于相电压还是线电压，都应该以三相线路中最大负荷相的相电流来确定计算

10、负荷，以满足所选择的设备和导线安全运行的要求单相设备接于相电压时的负荷计算单相设备接于相电压时的负荷计算3ssmPP单相设备接于线电压时的负荷计算单相设备接于线电压时的负荷计算3ssPP单相设备接于各个线电压或既有接于线电单相设备接于各个线电压或既有接于线电压又有接于相电压的负荷计算压又有接于相电压的负荷计算CAACAABAABAPpPpPABBABBCBBCBPpPpPBCCBCCACCACPpPpPCAACAABAABAQqPqQABBABBCBBCBQqPqQBCCBCCACCACQqPqQ容量换算系数功 率 因 数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供电系统逐级计逐级计算法算法 各级负荷计算中，凡多组计算负荷相加（分有功和无功两部分），都要依组数多少，考虑乘以同时系数K= 0.8 1。组数越少， K越接近于1。按需要系数法按需要系数法确定计算负荷确定计算负荷 将供电区域内用电设备的总容量

12、（不计备用设备容量）乘上一个需要系数 ，就得到供电区域的有功计算负荷工厂类别需要系数功率因数年最大负荷利用小时数（h）汽轮机制造0.380.88锅炉制造0.270.73柴油机制造0.320.74重型机械制造0.350.793700机床制造0.20.653200重型机床制造0.320.713700工具制造0.340.653800量具刀具制造0.260.603800电机制造0.330.652800石油机械制造0.450.78电线电缆制造0.350.733500电气开关制造0.350.753400仪器仪表制造0.370.813500滚珠轴承制造0.280.75300按年产量估算企业计算负荷按年产量估

13、算企业计算负荷按年产值估算企业计算负荷按年产值估算企业计算负荷AaWymaxTWPycBbWymaxTWPyc电力系统负荷特性及模型 分析电力系统在各种状态下的特性必须研究系统的负荷特性并建立其数学模型。将电力系统网覆盖的广大地区内难以胜数的电力用户合并为数量不多的负荷，分接在不同地区不同电压等级的母线上。每一个负荷都代表一定数量的各类用电设备及相关的变配电设备的组合，这样的组合就称为综合负荷。各个综合负荷功率大小不等，成分各异。一个综合负荷可能代表一个企业，也可能代表一个地区。电力系统负荷特性及模型 综合负荷的功率一般是要随系统的运行参数（主要是电压和频率）的变化而变化，反映这种变化规律的曲

14、线或数学表达式称为负荷特性。负荷特性包括动态特性和静态特性。 动态特性反映电压和频率急剧变化时负荷功率随时间的变化规律。 静态特性则代表稳态下负荷功率与电压和频率的关系电力系统负荷特性及模型 当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的静态电压特性。 当负荷端电压维持额定值不变时，负荷功率与频率的关系称为负荷的静态频率特性。电力系统负荷特性及模型 负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述。 对负荷模型本身的分类方法很多，例如，从模型是否反映负荷的动态特性来看，可以分为静态模型和动态模型。显然，静态模型是代数方程式，而动态模型则是微分方程式。用多项式表示的负荷

15、静态电压用多项式表示的负荷静态电压特性特性22(/)(/)()LNPLNPLNPNPLPLPPP a UUb UUcP a Ub Uc22(/)(/)()LNQLNQLNQNQLQLQQQa UUb UUcQa Ub Uc1PPPabc1QQQabc负荷的有功和无功功率都由三个部分组成，第一部分与电压平方成正比，代表恒定阻抗消耗的功率；第二部分与电压成正比，代表与恒电流负荷相对应的功率；第三部分为恒功率分量用多项式表示的负荷静态频率用多项式表示的负荷静态频率特性特性 负荷的静态频率特性也可以用类似的多项式表示用多项式表示的负荷静态特性用多项式表示的负荷静态特性 当电压和频率都在额定值附近小幅度变化时，还可以对静态特性作线性化处理(1)LNpuPPkU(1)LNquQQkU(1)LNpfPPkf(1)LNqfQQkf用多项式表示的负荷静态特性用多项式表示的负荷静态特性 需要同时考虑电压和频率的变化时(1)(1)LNpupfPPkUkf(1)(1)LNquqfQQkUkf用指数形式表示的负荷静态特性用指数形式表示的负荷静态特性(/)LNLNPP UU(/)LNLNQQUU(/) (1)L