电力系统负荷

1、第三章第三章 电力系统负荷运行特性及数学模型电力系统负荷运行特性及数学模型n电力系统的负荷与负荷曲线电力系统的负荷与负荷曲线n负荷特性负荷特性负荷概述负荷概述1、负荷的组成、负荷的组成n电力系统负荷（电力系统综合用电负荷）电力系统负荷（电力系统综合用电负荷）n电力系统供电负荷电力系统供电负荷n电力系统发电负荷电力系统发电负荷2、负荷的单位、负荷的单位n W，KW，MW，GW；VA，KVA，MVA发电厂所生产的电能，除了一小部分在传输和分配过程中损失外，全部供给了用户，所有用户所使用的功率(有功功率与无功功率)叫做电力系统负荷。3、负荷的分类负荷的分类n按用电设备按用电设备-异步电动机、同步电动

2、机、电热异步电动机、同步电动机、电热装置、整流装置、照明设备等装置、整流装置、照明设备等n按用户性质按用户性质-工业负荷、农业负荷、交通运输工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷、市政及生活用电等业负荷、市政及生活用电等n按用户的重要程度按用户的重要程度-一级负荷、二级负荷、三一级负荷、二级负荷、三级负荷级负荷n按负荷的工作特点按负荷的工作特点-连续性负荷、间断性负荷、连续性负荷、间断性负荷、冲击负荷等冲击负荷等n按负荷的构成范围按负荷的构成范围-电网负荷、地区性负荷、电网负荷、地区性负荷、小区负荷、单个负荷等小区负荷、单个负荷等3-1负荷的描述负荷的描述-负荷曲线负荷曲线n负荷曲线负荷曲线n日负

3、荷曲线日负荷曲线n年（最大）负荷曲线年（最大）负荷曲线n年持续负荷曲线年持续负荷曲线1、典型日负荷曲线、典型日负荷曲线2、负荷曲线的描述、负荷曲线的描述 日负荷曲线日负荷曲线 峰荷峰荷- -P Pmaxmax腰荷腰荷基荷基荷谷荷谷荷-P-Pminmin平均负荷平均负荷-P Pav av 年负荷曲线年负荷曲线总耗电量总耗电量-W W负荷率负荷率-k-km m最小负荷系数最小负荷系数-以日负荷曲线为例说明：以日负荷曲线为例说明：dtPWPdav24024124maxPPkavmmaxminPPdtPWd240 t/h t/月00PP(kw)(kw)242016128412108642BA装机容量新

4、增容量机组检修 Pmax Pmin基荷腰荷谷荷峰荷3、各类负荷年利用小时数（、各类负荷年利用小时数（Tmax） 负荷类型 Tmax /h户内照明及生活用电一班制企业用电二班制企业用电三班制企业用电农灌用电 20003000 15002200 30004500 60007000 100015004、负荷曲线对电力系统运行的作用负荷曲线对电力系统运行的作用n日负荷曲线日负荷曲线-是安排日发电计划和确是安排日发电计划和确定系统运行方式的重要依据定系统运行方式的重要依据n年负荷曲线年负荷曲线-是安排发电设备检修计是安排发电设备检修计划和制定发电机组或发电厂的扩建或划和制定发电机组或发电厂的扩建或新建计

5、划提供依据新建计划提供依据。3-2、负荷特性与负荷模型、负荷特性与负荷模型1、负荷特性、负荷特性 n 综合负荷的功率随系统的运行参数（主要综合负荷的功率随系统的运行参数（主要电电压与频率压与频率）的变化而变化，反映这种变化规律）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。包含的曲线或数学表达式称为负荷特性。包含动态动态特性特性与与静态特性静态特性。静态特性又分为静态电压特。静态特性又分为静态电压特性（频率不变时）与静态频率特性（电压不变性（频率不变时）与静态频率特性（电压不变时）。一般通过实测确定。下面是某综合负荷时）。一般通过实测确定。下面是某综合负荷的静态特性曲线。的静态

6、特性曲线。某综合负荷的静态特性曲线。某综合负荷的静态特性曲线。负荷的静态特性负荷的静态特性,PqPFU fQF U f负荷的动态特性负荷的动态特性n计及运行状态从一种状态变化到另一种状计及运行状态从一种状态变化到另一种状态时负荷急剧变化的中间过程态时负荷急剧变化的中间过程 。, , ,pqdfdUdUPU fdtdtdfdfdUdUQU fdtdtdf异步电动机负荷特性异步电动机负荷特性*aJaemPdTMMMdtsKMm11电力系统综合负荷电力系统综合负荷n电力系统综合负荷可以简单地表示为一个电力系统综合负荷可以简单地表示为一个静态（不旋转）负荷与一台等值异步电动静态（不旋转）负荷与一台等值

7、异步电动机的组合。机的组合。二、负荷综合特性模型二、负荷综合特性模型-对负荷特对负荷特性的物理模拟或数学描述性的物理模拟或数学描述n1恒定阻抗模型恒定阻抗模型 n2多项式模型多项式模型 n3幂函数模型幂函数模型1.恒定阻抗模型恒定阻抗模型n模型简单，结果与真实情况有较大差别，模型简单，结果与真实情况有较大差别，使用时注意场合。使用时注意场合。n一般用在负荷端电压变化不大、负荷容量一般用在负荷端电压变化不大、负荷容量小、且精度要求不高的场合小、且精度要求不高的场合2多项式模型多项式模型2211pppqqqpppqqqPa Ub UcQa Ub Ucabcabc n电压的静态特性常用电压的静态特性

8、常用二次项二次项表示：表示： P=PN ap(V/VN)2+bp(V/VN)+cp Q=QNaq(V/VN)2+bq(V/VN)+cq 其中，其中，VN为额定电压，为额定电压，PN、QN为额定电压下为额定电压下的有功功率与无功功率，各系数由实际的电压静的有功功率与无功功率，各系数由实际的电压静态特性用最小二乘法拟合得到。并且有：态特性用最小二乘法拟合得到。并且有： ap+ bp +cp=1 aq+ bq +cq=1 n当电压与频率都在额定值附近微小变化时，可以当电压与频率都在额定值附近微小变化时，可以作作线性化处理线性化处理。 P=PN(1+kpvV) 或或 P=PN(1+kpf f) Q=Q

9、N(1+kqvV) 或或 Q=QN(1+kqf f)n同时考虑电压和频率变化时可以采用同时考虑电压和频率变化时可以采用 P=PN(1+kpvV) (1+kpf f) Q=QN(1+kqvV) (1+kqf f)其中其中V =（V-VN）/VN f =（f - fN ）/ f N3幂函数模型幂函数模型uuppqqppufufPUQUddppddn本课程中的负荷模型只作本课程中的负荷模型只作简化处理简化处理。 n潮流计算时潮流计算时，负荷用恒定功率，负荷用恒定功率n短路计算时短路计算时，含源阻抗支路或恒定阻，含源阻抗支路或恒定阻抗支路。抗支路。n稳定计算时稳定计算时，恒定阻抗或不同比例的，恒定阻抗

10、或不同比例的恒定阻抗与异步电动机的组合。恒定阻抗与异步电动机的组合。补充：负荷预测概述补充：负荷预测概述-电力部门一项十分重要的基础工作电力部门一项十分重要的基础工作n长期负荷预测长期负荷预测n中、短期负荷预测中、短期负荷预测n超短期负荷预测超短期负荷预测n负荷预测的方法，如弹性系数法、回归法、神负荷预测的方法，如弹性系数法、回归法、神经网络、模糊数学等。经网络、模糊数学等。n负荷预测与许多因素相关联，如所在负荷预测与许多因素相关联，如所在地区的规地区的规模、人口、经济水平、负荷结构、地理位置、模、人口、经济水平、负荷结构、地理位置、气候条件、人们生活习惯、电价政策气候条件、人们生活习惯、电价

11、政策等等。等等。补充补充:工业及民用负荷配电系统工业及民用负荷配电系统 配电系统配电系统分为分为:TN, IT, TT系统三种。系统三种。负荷在电网中如何接入？负荷在电网中如何接入？ TN系统。系统。 电源有一点（通常是中性点）直接接电源有一点（通常是中性点）直接接地，负荷側的建筑物电气装置的外露导电地，负荷側的建筑物电气装置的外露导电部分通过保护线与该接地点连接的系统。部分通过保护线与该接地点连接的系统。1、几种配电方式、几种配电方式a) TN-S系统。整个系统中保护线系统。整个系统中保护线PE与中性线与中性线N是分开的，见下图是分开的，见下图电源接地极N3L2L1LPE 外露导电部分 外露

12、导电部分三相负荷中性线（地线、零线）保护接地变压器的“地”“三相五线制”b) TN-C系统。整个系统中保护线系统。整个系统中保护线PE与中性线与中性线N是合一的，见下图。是合一的，见下图。PENL32L1LN PEPE电源接地极 外露导电部分 外露导电部分单相负荷“三相四线制”c) TNCS系统。整个系统中有一部分系统。整个系统中有一部分保护线保护线PE与中性线与中性线N是合一的，见下图。是合一的，见下图。 外露导电部分电源接地极PENPEN3L2L1LPEN 外露导电部分 TT系统系统电源有一点（通常是中性点）直接接地，装置电源有一点（通常是中性点）直接接地，装置的外露导电部分接至电气上与电

13、源接地点无关的外露导电部分接至电气上与电源接地点无关的接地极的系统。见下图。的接地极的系统。见下图。 L1L2L3N电源接地极PE 外露导电部分 IT系统系统电源与地绝缘或通过阻抗连接，而装置的外电源与地绝缘或通过阻抗连接，而装置的外露导电部分则接地的系统。如图。露导电部分则接地的系统。如图。电源接地极L1L2L3 外露导电部分PE阻抗“三相三线制”2、各种配电系统的适用范围、各种配电系统的适用范围n在一般三相负荷基本平衡、有专职电工负责的在一般三相负荷基本平衡、有专职电工负责的工业厂房，可采用工业厂房，可采用TN-C系统。系统。n单相试验负荷较大和有可控硅负荷的科研试验单相试验负荷较大和有可

14、控硅负荷的科研试验单位，宜采用单位，宜采用TN-S系统。系统。n附设有或附近有变电所的高层建筑采用附设有或附近有变电所的高层建筑采用TN-S系统。系统。n计算机房或电子设备厂房，当设备本身未指定计算机房或电子设备厂房，当设备本身未指定接地形式时，宜接地形式时，宜TN-S、 TN-C或或TT系统。系统。n负荷小而分散的农村低压电网宜采用负荷小而分散的农村低压电网宜采用TT系统。系统。n在火灾和爆炸危险厂房宜采用在火灾和爆炸危险厂房宜采用TT、IT或或TN-S系系统。统。n本单位自设变压器供电的民用建筑，可采用本单位自设变压器供电的民用建筑，可采用TN-C-S系统。系统。n对不间断供电要求的场所，

15、如矿山、井下等。对不间断供电要求的场所，如矿山、井下等。宜采用宜采用IT系统。系统。3接地系统的接地装置接地系统的接地装置 接地装置、跨步电压与接触电压接地装置、跨步电压与接触电压 接地装置。埋入地中的导体（如角钢、接地装置。埋入地中的导体（如角钢、钢管等）称为接地装置，与总接地端子钢管等）称为接地装置，与总接地端子或接地母线、接地线构成接地系统。当或接地母线、接地线构成接地系统。当有故障电流或雷电流流过接地装置时，有故障电流或雷电流流过接地装置时，接地电流在地中的扩散如图。接地电流在地中的扩散如图。kbUdrrjcUU=IRUr=f(r)I跨步电压。人体两脚间的电压，如图中跨步电压。人体两脚

16、间的电压，如图中Ukb。接触电压。人体单手触摸处电压，如图中接触电压。人体单手触摸处电压，如图中Ujc。n当接电流一定时，接地电阻愈大，电位愈高，当接电流一定时，接地电阻愈大，电位愈高，当它高到超过接地物体（如变压器的外壳）的当它高到超过接地物体（如变压器的外壳）的绝缘时，它将危及电气设备的绝缘及人身安全绝缘时，它将危及电气设备的绝缘及人身安全（跨步电压与接触电压增大）。因此，只有降（跨步电压与接触电压增大）。因此，只有降低接地电阻，才能降低危险电压。低接地电阻，才能降低危险电压。 接地装置的接地电阻要求接地装置的接地电阻要求 按我国现行标准，接地装置的接地电阻最大允许值按我国现行标准，接地装置的接地电阻最大允许值如下。如下。n接地电阻最大允许值接地电阻最大允许值 335KV配变电所高、低压共用接地系统配变电所高、低压共用接地系统4； 335KV线路杆、塔在居民区的接地系统线路杆、塔在居民区的接地系统30； PE或或PEN线的重复接地线的重复