第2章电力系统的负荷素材

1第二章电力系统的负荷2负荷的分类和基本定义⑴分类①综合负荷②供电负荷③发电负荷3⑵定义综合负荷：电力系统用户用电设备所消耗电功率的总和。供电负荷：综合负荷和电力网功率损耗之和。发电负荷：供电负荷与厂用电之和。综合负荷电力网的功率损耗供电负荷厂用电发电负荷42.1负荷的表示方法电力系统的负荷有功负荷（有功功率）无功负荷（无功功率）有功功率的定义？5无功功率的定义？把电能转换为其他能量（机械能、光能、热能等）并在用电设备中真实消耗掉的功率。6并不做功，只是用来完成电磁能量的相互交换所需的功率。为什么存在无功负荷?7一、负荷功率三相负荷PUPIabc8复数功率*PPPSUIQPSjP0PUPI向量图βα固定轴-α*PI9二、负荷曲线描述某一段时间内用电负荷大小随时间变化规律的曲线。cosUIPsinUIQ10年负荷曲线①按功率性质有功负荷曲线无功负荷曲线②按时间日负荷曲线月负荷曲线季负荷曲线负荷曲线的分类11③按负荷范围用户负荷曲线地区电网负荷曲线电力系统负荷曲线实际中只能得到离散时间的实测（或估计）值，因此一般用折线法或阶梯法描绘。12折线法负荷曲线阶梯法负荷曲线（一）日有功负荷曲线131)峰谷差2)日用电量Ad日最大负荷Pmax和日最小负荷Pmin的差值。日有功负荷曲线所围成的面积。dA241240dkkktPtP⑴日负荷曲线的定义:描述一天24小时内负荷随时间变化规律的曲线。日最大负荷、日最小负荷、峰荷、腰荷和基荷143)日平均负荷PavmaxavmPPkA.负荷率kmavP24dA241240241d241kkktPtP15km、值愈小，表明负荷波动愈大，发电机的利用率愈差。km和愈大，负荷特性愈好。采用“削峰填谷”等措施，尽量使得km、趋近于1。B.最小负荷系数maxminPP16⑵日负荷曲线的作用安排日发电计划确定各发电厂的发电任务及系统的运行方式计算用户日用电量等17（二）年负荷曲线年最大负荷曲线年持续负荷曲线18⑴年最大负荷曲线的定义描述一年内每月（或每日）最大有功负荷随时间变化情况的曲线。19⑵年最大负荷曲线的作用制订发电设备的检修计划。检修机组应尽量安排在负荷量小的时段；为新建或扩建电厂的容量提供依据。20⑶年持续负荷曲线的定义按一年内系统负荷数值的大小及其累计小时数顺序由大至小排列而成的曲线。⑷年持续负荷曲线的作用①安排发电计划及进行可靠性估计。21②计算用户全年的耗电量A87600dtPA22⑸最大负荷利用时间Tmax87600maxd1tPPmaxTmaxPA23表2-1各类用户的TmaxTmax（h）负荷类型户内照明及生活用电单班制企业用电两班制企业用电三班制企业用电农灌用电2000~30001500~22003000~45006000~70001000~1500242.2负荷特性与模型⑴负荷特性的定义反映负荷功率随系统运行参数(电压U或频率f）的变化而变化规律的曲线或数学表达式。负荷特性静态特性动态特性25⑵负荷特性的主要研究方法实测法辨识法①实测法需要大量的测点，且测点的电压变化要求大于±10％。实测中变化频率也相当困难。26实测法的难度较大，一般不使用这种方法。②辨识法将负荷当成一整体，根据现场采集的测量数据，确定负荷模型的结构，然后辨识所采集的数据得出模型所需参数。27常用的辩识方法最小二乘法卡尔曼滤波法非线性递归滤波法⑶负荷模型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。28一、负荷的静态特性反映电压和频率缓慢变化时负荷功率变化的特性。),(PfUFP),(QfUFQ29负荷静态特性常用近似模型电力系统的潮流计算频率稳定、电压稳定分析计算无功优化补偿等分析计算多项式幂函数恒定阻抗负荷静态模型的使用范围30(一)多项式负荷静态特性NNNQNQ2NQNNNNPNP2NPNNN)/d()/d(1)/d()/d(1ffffQQCUUBUUAQQffffPPCUUBUUAPPff负荷的电压特性负荷的频率特性31负荷静态模型系数的意义AP、BP、CPAQ、BQ、CQ若不计负荷的频率特性32NNNQNQ2NQNNNNPNP2NPNNN)/d()/d(1)/d()/d(1ffffQQCUUBUUAQQffffPPCUUBUUAPPffQNQ2NQNPNP2NPNCUUBUUAQQCUUBUUAPP331------等效恒定阻抗负荷2------等效恒定电流负荷3------等效恒定功率负荷QNQ2NQNPNP2NPNCUUBUUAQQCUUBUUAPP12334思考题？1.当P、Q、U均为额定值时，AP、BP、CP，AQ、BQ、CQ之间的关系如何？2.怎样得到恒定阻抗、恒定电流、恒定功率的负荷特性？35(二)幂函数式负荷静态特性fUNNNPPffUUPPfUNNNQQffUUQQ电压特性系数频率特性系数36电压特性系数的物理含义当负荷功率和频率均为额定值时，功率对电压的变化率，即N)/(d)/(dNNUffUUPPPN)/(d)/(dNNUffUUQQQ37频率特性系数的物理含义当负荷功率和电压均为额定值时，功率对频率的变化率，即N)/(d)/(dNNfUUffPPPN)/(d)/(dNNfUUffQQQ38负荷特性常用幂函数形式表示因为幂函数式中的幂系数PU、QU、Pf、Qf比多项式中的各系数AP、BP、CP、AQ、BQ、CQ容易确定。39(三)恒定阻抗式负荷静态特性RfLRUP222)2(πPU＝QU＝2)2()2()2(222222fLfLRUXfLRUQπππ由幂函数形式可得40)2()2()2()2(222222222fLfLRUXfLRUQRfLRUPππππfUfUNNNNNNQQPPffUUQQffUUPP（1）（2）恒定阻抗幂函数41对于感性阻抗，当系统频率偏差很小时，可得有功、无功频率特性系数分别为fQN)/(d)/(dNNUUffPPfP222)2()2(2fLRfLππ2sin212cosN)/(d)/(dNNUUffQQ2cos42对于容性阻抗，同理可得2UUQP2cos1fP2cosfQ43恒定阻抗模型最简单，可大大提高分析计算的速度，但与实际情况的误差较大。通常只在负荷容量小、端电压波动不大、精确度要求不高的情况下使用。44思考题？试证明P24的式（2-19）~（2-22）45二、负荷的动态特性反映电压和频率急剧变化时负荷功率变化的特性。),dd,dd,dd,,(pfUtftUfUP),dd,dd,dd,,(pfUtftUfUQ46负荷动态特性分析电力系统综合负荷的主要成分是异步电动机。异步电动机的动态特性机械暂态过程机电暂态过程电磁暂态过程47异步电动机的等值电路UssjXRrjXmmjXRsRr]j///()j[()j(jrrmmssXsRXRXRXRZ总等值阻抗I48异步电动机的电压方程为ZIXsRXRXRIU]}j///()j[()j{(rrmmss异步电动机从系统吸收的有功功率P和无功功率Q分别为？49GURXRURZURIP2222222BUXXRUXZUXIQ2222222等值电纳等值电导50转差率s00s2----异步电动机转子稳态运行角速度211----异步电动机转子角速度s1511-----异步电动机的惯性时间常数2-----异步电动机的电磁转矩3-----异步电动机的机械转矩异步电动机的运动方程JTtddeMmM12352电磁转矩Me2Ncrcrmax2UUssssMMee2-----与Memax对应的临界转差率。121-----U等于UN时的最大电磁转矩53机械转矩Mm1-----负荷率2-----与转速无关的部分力矩,即静止力矩])1)(1([0sKMm1233-----与机械转矩特性有关的系数54若不计静止力矩0mKM标幺值当转速偏差较小时)(000mmMM12551-----异步电动机的稳态机械转矩2-----线性化机械转矩特性系数综合负荷动态模型异步电动机负荷模型恒定阻抗负荷模型(其比例可取为总负荷的25％~35％)562.3电力系统中的谐波由于负荷的非线性使电压和电流波形产生畸变，出现各种谐波分量，谐波亦称为电力网中的“垃圾”。谐波的含量是衡量电能质量的重要指标之一。57一、主要的谐波参数1、含有谐波的电压和电流11)sin(2)(nnntnUtu11)sin(2)(nnntnIti基波角频率初相角58已知变化周期为T的电流i（t）的大小，其有效值I如何求得？TttiTI02d)(1ttnItItITInnTd)]sin(2)2sin(2)sin(2[121021211125921202d)(sin21nnTnIttnIT)(0)dsin()sin(411102nmttmItnITmmnTn根据三角函数的正交性可知60含有谐波的i（t）和u（t）的有效值只和所含各次谐波的有效值有关，而与它们的相位无关。非正弦周期量的最大值和有效值之间已不存在的关系122232221nnnIIIIII122232221nnnUUUUUU261三次谐波初相角与基波相同三次谐波初相角与基波相反622、谐波分析中常用的若干特征量⑴谐波含量①谐波电压含量22HnnUU②谐波电流含量22HnnII63⑵谐波总畸变率谐波含量与基波分量的比值的百分数，用THD表示。①电压总畸变率%100THD1HUUU%100THD1HIII②电流总畸变率64第n次谐波的电压含有率为%100HR1UUUnn⑶谐波含有率某次谐波的有效值与基波有效值的比值，记为HR。同理，可得第n次谐波的电流含有率。653、含有谐波时的有功功率和功率因数⑴有功功率PPTttituT0d)()(1nnnnIUcosnnP166当n在第一、第四象限时，Pn为正，表示负荷吸收有功功率，为谐波负载。1-----n为n次谐波电流落后于n次谐波电压的相位角。当n在第二、第三象限时，Pn为负，表示负荷发出有功功率，成为谐波源。67⑵功率因数SPcos如何计算？P可能会小于它的基波功率P1，即用户可以将所吸收的一部分基波功率转化为谐波功率，反馈到电网。68这里的已经不是任何一次谐波电压和电流之间的相位差。含有谐波时的视在功率MnnNnnIUS121269AP------有功电能表的读数（kWh）实际工程中含有谐波的功率因数如何计算？2Q2PP)()(cosAAA12AQ------无功电能表的读数（kva