1、第六章第六章 電力系統的負荷特性和負荷計算電力系統的負荷特性和負荷計算第一節第一節 負荷曲線與特性分析負荷曲線與特性分析一、電力系統負荷的構成電力系統負荷的構成 電力系統的總負荷就是系統中千萬個用電設備消費功率的總和。它們大致分為異步電動機、同步電動機、電熱電爐、整流設備、照明設備等幾大類。 不同行業中，這些用電設備占的比重也不同。表61所示是幾種工業部門用電設備比重的統計。 將各工業部門消費的功率與農業、交通運輸和市政生活消費的功率相加就可得到電力系統的綜合用電負荷。綜合用電負荷加網絡中損耗的功率為系統中各發電廠應供出的功率，因而稱作電力系統的供電負荷。供電負荷再加各發電廠本身消費的功率廠用

2、電，為系統中各發電機應發出的功率，稱作電力系統的發電負荷。二、用電設備的工作制二、用電設備的工作制 我國低壓電器行業采用了IEC341規定的八種工作制中的三種，即長期連續工作制S1、短時工作制S2和斷續周期工作制S3。1、長期工作制S1 在恒定負載（如額定功率）下連續運行相當長時間，可以使設備達到熱平衡的工作條件。這類工作制的用電設備長期連續運行，負荷比較穩定，如通風機、水泵、空氣壓縮機、電爐和照明等。 2、短時工作制S2 設備在額定工作電流恒定的一個工作周期內不會達到允許溫升，而在兩個工作周期之間的間歇又很長，能使設備冷卻到環境溫度值。如金屬切削機床用的輔助機械（橫梁升降、刀架快速移動裝置等

3、）、水閘用電機等，這類設備的數量很少。3、斷續周期工作制S3 這類工作制的用電設備周期性的工作、停歇，反復運行，而且工作和停歇的時間都很短，周期一般不超過10min，使設備既不能在一個工作時間內升溫到額定值，也不能在一個停歇時間內冷卻到環境溫度，如電焊機和電梯電動機等設備。斷續周期工作制的用電設備可用“負荷持續率”（又稱暫載率）來表征其工作性質。 負荷持續率為一個工作周期內工作時間與工作周期的百分比值，用 表示Tttttggg0式中 T工作周期； tg工作周期內的工作時間； t0工作周期內的停歇時間。三、負荷曲線三、負荷曲線 負荷曲線是指在某一時間段內描繪負荷隨時間的推移而變化的曲線。 按負荷

4、性質可繪制有功和無功的負荷曲線；按負荷持續時間可繪制日、月和年的負荷曲線；按負荷在電力系統內的地點可繪制個別用戶、電力線路、變電所、發電廠乃至整個地區、整個系統的負荷曲線。將這幾方面負荷曲線綜合在一起就可表明負荷曲線發與供的全部特性。 有的負荷曲線是按一定時間為間隔繪制出來的。但是逐點描繪的負荷曲線為依次連續的折線，不適于實際應用。為了計算簡單起見，往往將逐點描繪的負荷曲線用等效的階梯曲線來代替 。 有功功率負荷曲線對電力系統的運行十分有用，電力系統的設計生產主要是建立在預測的有功負荷曲線的基礎之上的。 幾種典型的負荷曲線：1、日負荷曲線 日負荷曲線表示一天24h內負荷變化的情況，如圖61所示

5、，此曲線可用于決定系統的日發電量。2、年最大負荷曲線 可根據典型日負荷曲線間接制成，表示從年初到年終的整個1年內的逐月（或逐日）綜合最大負荷的變化情形，如圖62所示。圖62 年最大負荷曲線3、年負荷持續曲線 年負荷持續曲線是不分日月先后的界限，只按全年的負荷變化，根據各個不同的負荷值在一年中的累計持續時間而重新排列組成的，即反映了工廠全年負荷變動與負荷持續時間的關系,如圖6-3所示。圖63 年負荷持續曲線8760maxmax0APdtPT四、負荷曲線的特征指標分析 分析負荷曲線可以了解負荷變動的規律。從工廠來說，可以合理地、有計劃地安排車間、班次或大容量設備的用電時間，從而降低負荷高峰，填補負

6、荷低谷，這種“削峰填谷”的辦法可使負荷曲線比較平坦，調整負荷既提高了供電能力，也是節電的措施之一。 從負荷曲線上還可以求得一些有用的參數。1、年最大負荷Pmax，負荷曲線上的最高點，見圖63。2、年最小負荷Pmin，負荷曲線上的最低點，見圖63。3、全年消耗的電量AY為dtPAY87600全日消耗的電量AD為dtPAD2404、年最大負荷利用小時數Tmax maxmaxYATP5、平均負荷Pav6、負荷率，平均負荷與最大負荷的比值248760DYavAAP1maxPPav1maxQQav有功負荷率無功負荷率第二節第二節 負荷計算的方法負荷計算的方法 所謂計算負荷，就是在已知用電設備性質、容量等

7、條件的情況下，按照一定的方法和規律，通過計算確定的電力負荷。它包括有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流、尖峰電流等內容。 求計算負荷的這項工作稱作為負荷計算。 根據長期觀察所測得的負荷曲線可以發現：對于同一類型的用電設備組、同一類型車間或同一類企業，其負荷曲線具有相似的形狀。因此，典型負荷曲線就可作為負荷計算時各種必要系數的基本依據。利用這種系數，根據工廠所提供的用電設備容量、將其變換成電力設備所需要的假想負荷計算負荷。 用此計算負荷選擇供電系統中的導線和電纜截面積，確定變壓器容量，為選擇電氣設備參數、整定保護裝置動作值以及制定提高功率因素措施等提供了依據。一、計算負荷的意義一、

8、計算負荷的意義1、電力負荷：用戶所有用電設備所需電功率之和。2、計算負荷：在已知用電設備性質、容量、暫載率等條件的基礎上，按照一定的方法和規律，通過計算確定的電力負荷。 “計算負荷”是按發熱條件選擇電氣設備的一個假定負荷。計算負荷產生的熱效應需和實際變動負荷產生的最大熱效應相等。所以根據計算負荷來選擇導線及設備，在實際運行中它們的最高溫升就不會超過容許值。 通常我們把根據半小時（30min）的平均負荷所繪制的負荷曲線上的“最大負荷”稱為“計算負荷”，并作為按發熱條件選擇電氣設備的依據。3、計算負荷確定之后的意義導線和電纜截面的選擇；變壓器容量的確定；為其它電氣設備的選擇提供相應的參數；為整定繼

9、電保護動作值提供依據；為制定提高功率因數的措施提供依據。二、確定計算負荷所需要的系數1、需要系數Kd 在設備額定功率PN已知的條件下，只要實測統計出用電設備組（車間、全廠）的計算負荷Pca，即在典型的用電設備組負荷曲線上出現30min的最大負荷Pmax，就可以求出需要系數Kd ，定義如下：maxdNPKP負荷曲線最大有功負荷設備容量2、利用系數KU 利用系數可定義為：avuNPKP負荷曲線平均有功負荷設備容量3、同時系數miicacaPPPK1miicacaQQQK1有功同時系數： 無功同時系數： K4、形狀系數KZ 形狀系數可定義為avcazPPK5、附加系數Kf 附加系數可定義為 avmf

10、PPK第三節第三節 工廠供電負荷的統計計算示例工廠供電負荷的統計計算示例 考慮到在變配電系統中，并不是所有用電設備都同時運行，即使同時運行的設備也不一定每臺都達到額定容量，因此不能用簡單地把所有用電設備的容量相加的方法來確定計算負荷。 一、計算負荷的估算法 在作設計任務書或初步設計階段，尤其當需要進行方案比較時，車間或企業的年平均有功功率和無功功率往往可按下述方法估算。 1、單位產品耗電量法 已知企業的生產量n及每一單位產品電能消耗量W,可先求出企業年電能需要量Wn。nWWn于是可以求得最大有功功率如下：maxmaxTWPn 式中 Tmax年最大有功負荷利用小時數 2、車間生產面積負荷密度法

11、當已知車間生產面積負荷密度指標（單位為kW/m2）時，車間的平均負荷按下式求得 APav式中 A 車間生產面積。 二、求計算負荷的方法 1、對單臺電動機 供電線路在30min內出現的最大平均負荷即計算負荷為MNNMNcaPPP式中 PNM電動機的額定功率； N電動機在額定負荷下的效率。 2、多組用電設備的負荷計算 多組用電設備求計算負荷的常用方法如下： （1）需要系數法 用需要系數法求計算負荷的具體步驟如下： 將用電設備分組，求出各組用電設備的總額定容量。 查出各組用電設備相應的需要系數及對應的功率因數。111NdcaPKP222NdcaPKP111tancacaPQ222tancacaPQ于

12、是 icacaPPicacaQQ22cacacaQPS 用需要系數法求車間或全廠計算負荷時，需要在各級配電點乘以同期系數。 （2）形狀系數法 用形狀系數法求計算負荷的具體步驟如下： 將用電設備分組，求出各用電設備組的總額定容量。 查出各組用電設備的利用系數及對應的功率因數。111NuavPKP222NuavPKP111tanavavPQ222tanavavPQiavavPPiavavQQ求負荷的有效值Pca avavzcaPPKP) 1 . 105. 1 (avavzcaQQKQ) 1 . 105. 1 (22cacacaQPS用第2種方法求計算負荷不需要乘以同期系數 。第四節第四節 建筑配電

13、負荷的統計計算示例建筑配電負荷的統計計算示例 在民用建筑設計中常用的負荷計算方法有負荷密度法、單位指標法、需要系數法和二項式系數法等。 民用建筑電氣設計規范對負荷計算方法的選取原則做了如下規定： （1）在方案階段可采用單位指標法；在初步設計及施工圖階段，宜采用需要系數法。對于住宅，在設計的各個階段均可采用單位指標法。 （2）用電設備臺數較多，各臺設備用電容量相差不懸殊時，宜采用需要系數法，一般用于干線、配電所的負荷計算。 （3）用電設備臺數較少，各臺設備用電容量相差懸殊時，宜采用二項式系數法，一般用于支干線、配電屏（箱）的負荷計算。計算負荷估算的意義： 在民用建筑的方案設計階段，必須對建筑內電

14、力負荷進行估算，估算的準確與否，直接關系到建筑的變配電系統總體方案，變壓器臺數、容量的選擇，以及配電設備、開關、導線的選擇等，對建筑的投資預算影響很大。目前，我們習慣使用的負荷估算方法有負荷密度法和單位指標法。 1、負荷密度法 所謂負荷密度法就是根據國家的電力政策、建筑物的性質、負載的性質等多方面的因素，使用對已竣工工程的數據進行分析統計后確定的單位面積功率（負荷密度）數據，對所設計系統的計算負荷進行估算的一種方法。其估算有功功率Pca的公式為：01000caP SP式中 P0單位面積功率（負荷密度），W /m2； S建筑面積，m2。 使用負荷密度法估算的計算負荷是否準確，完全取決于單位面積功

15、率P0的準確程度。因此，在選擇確定單位面積功率時，應綜合考慮多方面的因素。 （1）建筑物的性質 （2）空調的形式 （3）照明負荷 2、單位指標法 單位指標法與負荷密度法基本相同，是根據已有的單位用電指標來估算計算負荷。其有功計算負荷的計算公式為：1000NPPeca式中 Pe單位用電指標，如W/戶，W/人，W/床； N單位數量，如戶數，人數，床數。 二、按需要系數法確定計算負荷 在工程初步設計和施工圖設計階段，一般采用需要系數法確定照明負荷和動力負荷。對于民用建筑采用需要系數法是簡單可行的。 1、按需要系數法確定計算負荷的公式有功計算負荷NdcaPKP無功計算負荷tancacaPQ視在功率計算

16、負荷22cacacaQPS計算電流NcacaUSI32、三相用電設備組計算負荷的確定（1）用電設備分組（2）單組用電設備計算負荷的確定（3）單相用電設備計算負荷的確定 民用建筑電氣設計規范中規定：“單相負荷應均勻分配到三相上。當單相負荷的總容量小于計算范圍內三相對稱負荷總容量的15時，全部按三相對稱負荷計算；當超過15時，應將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相對稱負荷相加”。等效三相負荷可按下列方法計算：只有相負荷時，等效三相負荷取最大相負荷的3倍；只有線間負荷時，單臺時等效三相負荷取線間負荷的 倍；多臺時等效三相負荷取最大線間負荷的 倍加上次線間最大負荷的（ ）倍； 3）既有線間負荷又有相

17、間負荷時，應先將線間負荷3333換算為相間負荷，然后各相負荷分別相加，選取最大相負荷乘3倍作為等效三相負荷。 3、多組用電設備計算負荷的確定 確定擁有多組用電設備的配電干線或低壓母線上的計算負荷時，應適當考慮各用電設備組最大負荷不同時出現這樣一個因素，可根據具體情況，計入一個同時系數（又叫參差系數或混合系數）。 多組用電設備計算負荷的計算公式如下： niicacaPKP11tanncaca iiiQKP22cacacaQPSNcacaUSI3式中 Pcai第i組用電設備的計算負荷； tani第i組用電設備功率因數角的正切值。特別專題特別專題典型工業企業負荷的計算方法典型工業企業負荷的計算方法一

18、、常用負荷計算方法及其特點 目前常用的負荷計算方法有：需要系數法、利用系數法、二項式法。需要系數法計算簡便，對任何性質的工業企業都適用，也最長用。利用系數法以平均負荷作為計算依據，利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關系而得到Kmax ，則Pca= KmaxKuPN。這種方法因求Kmax涉及問題太多，目前已經很少采用。二項式法主要適合于機械加工企業的電力負荷計算。二、前期數據處理1、在采用需要系數法、二項式法求計算負荷時，如果設備不是S1工作制，則應統一換算到暫載率為=25%時的額定容量。 即25NNPP2、當采用利用系數法時，應統一換算到=100%時的額定容量。 即 100NNNPPP三、需要系數法總方針：從負載端算起，逐級上推，一直到點源進線端為止。1、單臺用電設備分支線的負荷11( )3cosNNcacaNPPPIAU 某礦山企業負荷放射分布圖2、確定用電設備組的計算負荷 將同一級別、負荷曲線大致相近的設備歸為一組， PN為該組內設備額定功率之和，即有PN= PN，于是有22222222