第三章 电力系统负荷

1第三章电力系统的负荷的运行特性及数学模型2一、电力系统负荷的基本概念及分类电力系统负荷：指电力系统在某一时刻各类用电设备消耗功率的总和。包括：异步电动机、同步电动机、整流设备、电热设备和照明设备等。分类：有功负荷（kW)、无功负荷(kvar)、视在负荷(kVA);综合特性31、根据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。考虑：电力网损耗的功率（线损负荷）供电负荷：用电负荷+线损负荷的功率，即：电力系统中各发电厂应提供的负荷。考虑：发电厂本身所消耗的功率（发电厂用电负荷）发电负荷：供电负荷+发电厂用电负荷42、按供电可靠性分类：一类负荷：煤矿、大型医院；大型冶炼厂，军事基地；国家重要机关，城市公用照明等。供电方式：应由两个独立电源供电。有特殊要求的一类负荷，两个独立电源应该来自不同的变电站。注：若一级负荷容量不大，可采用蓄电池组、自备发电机等作为备用电源，也可从临近单位独立供电系统中引出低压作为第二个独立电源。独立电源：任意一个电源故障或停电检修时，不影响其他电源供电。5二类负荷：这类负荷供电中断，将造成大量停产，局部地区交通受阻，大部分城市居民生活被打乱。供电方式：采用双回线供电。当两回线路有困难时，允许由同一路专线供电。注:对重要的二类负荷，其双回线应取自不同的变压器，也可由两个独立电源供电。三类负荷：对其供电方式无特殊要求。6二、负荷的表示方法E三相负荷PUPIa相b相c相1、负荷功率：用复功率或电流表示7★向量图0PUPIP*I0PUPIP*I容性负荷感性负荷★负荷功率的计算方法PPPIUS82、负荷曲线按功率性质★负荷曲线的分类★负荷曲线的定义按时间按负荷范围9折线法负荷曲线阶梯法负荷曲线101、日负荷曲线★主要参数的计算综合日有功负荷曲线11成都市电价成本表执行电价单位：元/kwh用电类别电压等级平水期（5月、11月）丰水期（6—10月）渴水期（12月、1—4月）11：00—19：007：00—11：0019：00—23：0023：00—7：0011：00—19：007：00—11：0019：00—23：0023：00—7：0011：00—19：007：00—11：0019：00—23：0023：00—7：00居民生活1kv以下0.4657000.4657000.2295000.4657000.4657000.1510000.4657000.4657000.2295001—110kv以下0.4557000.4557000.2245000.4557000.4557000.1510000.4557000.4557000.224500非居民照明1kv以下0.7602001.1901600.3302401.0755041.0755040.3015760.9035201.4194720.3875681—10kv以下0.7452001.1661600.3242401.0539041.0539040.2961760.8855201.3906720.38036835—110KV以下0.7302001.1421600.3182401.0323041.0323040.2907760.8675201.3618720.373168商业用电1kv以下0.8362001.3117600.3606401.1849441.1849440.3289360.9947201.5653920.4240481—10kv以下0.8212001.2877600.3546401.1633441.1633440.3235360.9767201.5365920.41684835—110KV以下0.8062001.2637600.3486401.1417441.1417440.3181360.9587201.5077920.409648非工业、普通工业1kv以下0.6652001.0381600.2922400.9387040.9387040.2673760.7895201.2370720.3419681—10kv以下0.6502001.0141600.2862400.9171040.9171040.2619760.7535201.2082720.33476835—110KV以下0.6352001.9901600.2802400.8955040.8955040.2565760.7801001.1794720.327568大工业1—10kv0.5332000.8269600.2394400.7486240.7486240.2198560.6311200.9836320.27860835—110kv以下0.5182000.8029600.2334400.7270240.7270240.2144560.6131200.9548320.271408110KV0.5032000.7789600.2274400.7054240.7054240.2090560.5951200.9260320.264208220KV以上0.4882000.7549600.2214400.6838240.6838240.2036560.5771200.8972320.25700812电力系统日用电量：240241dkkktPPdtA日平均负荷：)(hkWA240a24124PdtAPdv负荷率：maxPPkavm最小负荷系数：maxminPP132、年负荷曲线年最大负荷曲线★年最大负荷曲线作用a、制订发电设备的检修计划。b、为新建或扩建电厂的容量提供依据。RSPPPmax14★年持续负荷曲线年持续负荷曲线作用安排发电计划及进行可靠性估计。87600)(dttPAmaxmaxPAT15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2000~30001500~22003000~45006000~70001000~1500maxmaxTPA16电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测。最大负荷功率预测：确定电力系统发电设备及输变电设备的容量。负荷电量预测：为了选择适当的机组类型和合理的电源结构以及确定燃料计划等。负荷曲线预测：可为研究电力系统的峰值、抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行提供数据支持。17•负荷预测根据目的的不同可以分为超短期、短期、中期和长期：•①超短期负荷预测是指未来1h以内的负荷预测，在安全监视状态下，需要5～10s或1～5min的预测值，预防性控制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。•②短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测，分别用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等，对短期预测，需充分研究电网负荷变化规律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、日类型等和短期负荷变化的关系。•③中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定机组运行方式和设备大修计划等。•④长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段内的负荷预测，主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对电力负荷的需求，所作的电网改造和扩建工作的远景规划。对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政策等的影响。18•根据国家计委基础〔2001〕2668号文精神，三峡电站汛期以承担基荷与腰荷电力供应为主，在枯水期承担一部分峰荷电力供应任务•水电运行受来水限制比较多，而电站装机是有限的枯水期，电站担任调峰是可以利用富余的机组、有限的水量，而且水电机组调峰性能非常好，可以减少火电调峰的效率损失，达到电力系统总体效率最高的目的。丰水期，电站来水多，为避免弃水电量损失，所以要尽量利用发电容量尽可能的利用来水，此时就没有富余调峰容量了，需要靠火电或抽水蓄能调峰，这样尽管火电调峰有效率损失，但是利用了廉价的水能发电，电力系统总体效率依然可以提高。19电力系统典型负荷1、电动机负荷（消耗电能约占全国总用电量的60%～70%）2、照明负荷（消耗电能约占全国总用电量的8%）3、电加热负荷（电阻加热、电弧加热、感应加热、电子束加热、介电加热、等离子体加热）4、电气化铁道（电力机车牵引负荷由直流电动机拖动，其电源由交流系统经单相整流而来，它在交流供电侧产生含量较大的谐波。由于牵引变电所的变压器三相电流不平衡，在其一次侧基波负序电流较大，其具有波动性大和沿线分布广的特点因此电气化铁路是影响面较大的干扰负荷。）单相工频（50赫）25千伏交流制20牵引变电所的功能是将三相的110KV高压交流电变换为两个单相27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网（额定电压为25KV）供电，牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。该两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐磨的分相绝缘器。21三、负荷特性与模型1、基本概念负荷是电力系统的一个重要组成部分，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。综合负荷的功率一般要随着系统的运行参数（主要是电压和频率）变化而改变，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。负荷特性包含有静态特性和动态特性。22负荷静态特性),(PfUFP),(QfUFQ负荷动态特性),dd,dd,dd,,(pfUtftUfUP),dd,dd,dd,,(pfUtftUfUQ缓慢变化急剧变化23★实测法测量复杂，要求高，难度较大。2、研究方法负荷电压特性和频率特性24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。★辨识法辨识常用方法最小二乘法卡尔曼滤波法非线性递归滤波法253、负荷静态特性及模型),(PfUFP),(QfUFQ★用多项式表示的负荷静态特性QQ2QNQNQ2NQNPP2PNPNP2NPNCUBUAQCUUBUUAQQCUBUAPCUUBUUAPPLLLLLL将负荷的静态特性用数学公式表达出来，就是负荷的静态数学模型。不计频率变化，负荷吸收的功率与节点电压的关系如下：26★幂函数形式表示的负荷静态特性N)/(d)/(dNNfUUffPPPfUNNNPPffUUPPfUNNNQQffUUQQN)/(d)/(dNNUffUUPPPN)/(d)/(dNNUffUUQQQ注意：当涉及的节点电压幅值变化范围过大时，采用静态模型将会使误差过大，常采用的方式是在不同电压范围内采用不同的模型参数，或者当电压低于0.3-0.7时程序将负荷简单处理成恒定阻抗。N)/(d)/(dNNfUUffQQQ27★恒定阻抗式负荷静态特性RfLRUP222)2(π)2()2()2(222222fLfLRUXfLRUQπππ恒定阻抗模型最简单，但误差较大，通常在负荷容量小，精度要求不高的情况下使用。28),dd,dd,dd,,(pfUtftUfUP),dd,dd,dd,,(pfUtftUfUQ4、负荷动态特性及模型计及电压和频率从一种状态到另一种状态时负荷急剧变化的中间过程，称为负荷的动态特性。29当电压以较快速度大范围变化时，采用负荷静态模型将带来较大的计算误差。研究表明，对那些负荷模型敏感的节点，必须采用动态模型。负荷的动态特性主要由异步电动机的暂态特性决定。30转差率s00ssRrjXmmjXRr1RssIUsjXrR异步电动机的等值电路★异步电动机机械暂态过程中的负荷动态特性31电动机转子的运动方程：memaJTTTdtdST忽略电磁暂态过程时，异步电动机的电磁转矩可以表示为：2)(2LNLcrcreMaxemUUssssTT异步电动机的机械转矩与机械负载有关，通常是电机转速的函数。常用