电力负荷特性和计算分析说课材料.ppt

第六章 电力负荷特性和计算分析1第一节 负荷曲线与特性分析w一、电力系统负荷的构成w 电力系统的总负荷就是系统中千万个用电设备消费功率的总和它们大致分为异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备等几大类w 不同行业中，这些用电设备占的比重也不同表61所示是几种工业部门用电设备比重的统计w 将各工业部门消费的功率与农业、交通运输和市政生活消费的功率相加就可得到电力系统的综合用电负荷综合用电负荷加网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率，因而称作电力系统的供电负荷供电负荷再加各发电厂本身消费的功率厂用电，为系统中各发电机应发出的功率，称作电力系统的发电负荷2第一节 负荷曲线与特性分析表61 几种工业部门用电设备比重的统计 注 （1）比重按功率计 （2）照明设备的比重很小，未统计在内3第一节 负荷曲线与特性分析w（2）短时工作制S2 设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升，而在两个工作周期之间的间歇又很长，能使设备冷却到环境温度值如金属切削机床用的辅助机械（横梁升降、刀架快速移动装置等）、水闸用电机等，这类设备的数量很少w（3）断续周期工作制S3 这类工作制的用电设备周期性的工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过10min，使设备既不能在一个工作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度，如电焊机和电梯电动机等设备。

断续周期工作制的用电设备可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表征其工作性质5第一节 负荷曲线与特性分析 负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用 表示式中 T工作周期； tg工作周期内的工作时间； t0工作周期内的停歇时间6第一节 负荷曲线与特性分析w三、负荷曲线w 负荷曲线是指在某一时间段内描绘负荷随时间的推移而变化的曲线w 按负荷性质可绘制有功和无功的负荷曲线；按负荷持续时间可绘制日、月和年的负荷曲线；按负荷在电力系统内的地点可绘制个别用户、电力线路、变电所、发电厂乃至整个地区、整个系统的负荷曲线将这几方面负荷曲线综合在一起就可表明负荷曲线发与供的全部特性w 有的负荷曲线是按一定时间为间隔绘制出来的但是逐点描绘的负荷曲线为依次连续的折线，不适于实际应用为了计算简单起见，往往将逐点描绘的负荷曲线用等效的阶梯曲线来代替 7第一节 负荷曲线与特性分析w 有功功率负荷曲线对电力系统的运行十分有用，电力系统的设计生产主要是建立在预测的有功负荷曲线的基础之上的以下介绍几种典型的负荷曲线w（一）日负荷曲线 日负荷曲线表示一天24h内负荷变化的情况，如图61所示，此曲线可用于决定系统的日发电量。

8第一节 负荷曲线与特性分析9第一节 负荷曲线与特性分析w（二）年最大负荷曲线w 可根据典型日负荷曲线间接制成，表示从年初到年终的整个1年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化情形，如图62所示w（三）年负荷持续曲线w 年负荷持续曲线是不分日月先后的界限，只按全年的负荷变化，根据各个不同的负荷值在一年中的累计持续时间而重新排列组成的，即反映了工厂全年负荷变动与负荷持续时间的关系,如图63所示10第一节 负荷曲线与特性分析图62 年最大负荷曲线11第一节 负荷曲线与特性分析图63 年负荷持续曲线12第一节 负荷曲线与特性分析w四、负荷曲线的特征指标分析w 分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律从工厂来说，可以合理地、有计划地安排车间、班次或大容量设备的用电时间，从而降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，调整负荷既提高了供电能力，也是节电的措施之一w 从负荷曲线上还可以求得一些有用的参数13第一节 负荷曲线与特性分析w（1）年最大负荷Pmax，负荷曲线上的最高点，见图63w（2）年最小负荷Pmin，负荷曲线上的最低点，见图63w（3）全年消耗的电量AY为 全日消耗的电量AD为14第一节 负荷曲线与特性分析（4）年最大负荷利用小时数Tmax w（5）平均负荷Pav（6）负荷率，平均负荷与最大负荷的比值有功负荷率无功负荷率15第二节 负荷计算的方法w 所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一定的方法和规律，通过计算确定的电力负荷。

它包括有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流、尖峰电流等内容w 求计算负荷的这项工作称作为负荷计算 16第二节 负荷计算的方法w 根据长期观察所测得的负荷曲线可以发现：对于同一类型的用电设备组、同一类型车间或同一类企业，其负荷曲线具有相似的形状因此，典型负荷曲线就可作为负荷计算时各种必要系数的基本依据利用这种系数，根据工厂所提供的用电设备容量、将其变换成电力设备所需要的假想负荷计算负荷w 用此计算负荷选择供电系统中的导线和电缆截面积，确定变压器容量，为选择电气设备参数、整定保护装置动作值以及制定提高功率因素措施等提供了依据17第二节 负荷计算的方法w一、计算负荷的意义w “计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷计算负荷产生的热效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等所以根据计算负荷来选择导线及设备，在实际运行中它们的最高温升就不会超过容许值w 通常我们把根据半小时（30min）的平均负荷所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为“计算负荷”，并作为按发热条件选择电气设备的依据 18第二节 负荷计算的方法w二、确定计算负荷的系数w 比较、分析大量的负荷曲线，又可以发现同一类型的工业企业（或同一类型车间、设备）的负荷曲线，均有大致相似的形状。

从中可发现数值较相近的系数w1、需要系数Kdw 在设备额定功率PN已知的条件下，只要实测统计出用电设备组（车间、全厂）的计算负荷Pca，即在典型的用电设备组负荷曲线上出现30min的最大负荷Pmax，就可以求出需要系数Kd ，定义如下： 19第二节 负荷计算的方法2、利用系数KU 利用系数可定义为：3、同时系数有功同时系数： 无功同时系数： 20第二节 负荷计算的方法4、形状系数KZ 形状系数可定义为5、附加系数Kf 附加系数可定义为 21第三节 工厂供电负荷的统计计算示例w 考虑到在变配电系统中，并不是所有用电设备都同时运行，即使同时运行的设备也不一定每台都达到额定容量，因此不能用简单地把所有用电设备的容量相加的方法来确定计算负荷w一、计算负荷的估算法w 在作设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，车间或企业的年平均有功功率和无功功率往往可按下述方法估算22第三节 工厂供电负荷的统计计算示例w（一）单位产品耗电量法 已知企业的生产量n及每一单位产品电能消耗量W,可先求出企业年电能需要量Wn于是可以求得最大有功功率如下： 式中 Tmax年最大有功负荷利用小时数 23第三节 工厂供电负荷的统计计算示例w（二）车间生产面积负荷密度法w 当已知车间生产面积负荷密度指标（单位为kW/m2）时，车间的平均负荷按下式求得 式中 A 车间生产面积。

24第三节 工厂供电负荷的统计计算示例w二、求计算负荷的方法w（一）对单台电动机w 供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为式中 PNM电动机的额定功率； N电动机在额定负荷下的效率 25第三节 工厂供电负荷的统计计算示例w（二）多组用电设备的负荷计算 多组用电设备求计算负荷的常用方法如下：w 1、需要系数法 用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下： 将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量 查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数于是 用需要系数法求车间或全厂计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数 26第三节 工厂供电负荷的统计计算示例w2、形状系数法w 用形状系数法求计算负荷的具体步骤如下： 将用电设备分组，求出各用电设备组的总额定容量 查出各组用电设备的利用系数及对应的功率因数 求负荷的有效值Pca 用第2种方法求计算负荷不需要乘以同期系数 27第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w 在民用建筑设计中常用的负荷计算方法有负荷密度法、单位指标法、需要系数法和二项式系数法等民用建筑电气设计规范对负荷计算方法的选取原则做了如下规定：w （1）在方案阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图阶段，宜采用需要系数法。

对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法w （2）用电设备台数较多，各台设备用电容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线、配电所的负荷计算w （3）用电设备台数较少，各台设备用电容量相差悬殊时，宜采用二项式系数法，一般用于支干线、配电屏（箱）的负荷计算28第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w一、计算负荷的估算w 在民用建筑的方案设计阶段，必须对建筑内电力负荷进行估算，估算的准确与否，直接关系到建筑的变配电系统总体方案，变压器台数、容量的选择，以及配电设备、开关、导线的选择等，对建筑的投资预算影响很大目前，我们习惯使用的负荷估算方法有负荷密度法和单位指标法w 1、负荷密度法w 2、单位指标法29第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w1、负荷密度法w 所谓负荷密度法就是根据国家的电力政策、建筑物的性质、负载的性质等多方面的因素，使用对已竣工工程的数据进行分析统计后确定的单位面积功率（负荷密度）数据，对所设计系统的计算负荷进行估算的一种方法其估算有功功率Pca的公式为：式中 P0单位面积功率（负荷密度），W /m2； S建筑面积，m230第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w 使用负荷密度法估算的计算负荷是否准确，完全取决于单位面积功率P0的准确程度。

因此，在选择确定单位面积功率时，应综合考虑多方面的因素w （1）建筑物的性质w （2）空调的形式w （3）照明负荷31第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w2、单位指标法w 单位指标法与负荷密度法基本相同，是根据已有的单位用电指标来估算计算负荷其有功计算负荷的计算公式为：式中 Pe单位用电指标，如W/户，W/人，W/床； N单位数量，如户数，人数，床数32第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w二、按需要系数法确定计算负荷w 在工程初步设计和施工图设计阶段，一般采用需要系数法确定照明负荷和动力负荷对于民用建筑采用需要系数法是简单可行的w 1、按需要系数法确定计算负荷的公式有功计算负荷无功计算负荷视在功率计算负荷计算电流33第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w式中 Kd 需要系数；w PN 用电设备组的设备容量总和，kW；w tan该用电设备组功率因数角的正切值；w UN 额定线电压，kV 34第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w2、三相用电设备组计算负荷的确定w（1）用电设备分组w 不同性质的用电设备，其功率因数、需要系数可能是不同的因此在使用需要系数法确定计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按类型统一分组，并取用不同的需要系数，再根据各组用电设备的功率因数，对各组的计算负荷进行计算。

w 在使用需要系数法分组求计算负荷时，可能会出现有的设备组设备台数很少，这种情况下如不做一些特殊的考虑，仍简单地选用需要系数，可能会造成计算结果偏小，从而设计结果不合理的问题针对这一问题，民用建筑电气设计规范做出了相应规定，即对用电设备进行分组计算时，若该组用电设备的台数少于等于三台时，计算负荷等于其设备功率的总和，而不再考虑需要系数；若用电设备在三台以上时，其计算负荷应通过计算确定，即要考虑需要系数35第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w（2）单组用电设备计算负荷的确定 单组用电设备计算负荷的公式为：36第四节 建筑配电负荷的统计计算示例w（3）单相用电设备计算负荷的确定w 民用建筑电气设计规范中规定：“单相负荷应均匀分配到三相上当单相负荷的总容量小于计算范围内三相对称负荷总容量的15时，全部按三相对称负荷计算；当超过15时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相对称负荷相加”等效三相负荷可按下列方法计算：w 1）只有相负荷时，等效三相负荷取最大相负荷的3倍；w 2）只有线间负荷时，单台时等。