第9章_电力系统的负荷

第9章电力系统的负荷
今天，我们将进入电力系统负荷的学习。

主要对图9-1所示内容进行讲解。

图9-1 第
9章结构图
负荷
9- 1电力系统负荷
一负荷定义
电力系统的负荷就是系统中千万个用电设备消费功率的总和。

系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和就是电力系统负荷（综合用电负荷），它是把不同地区、不同性质的所有用户的负荷加起来而得到的。

电力系统中的主要用电设备包括异步电动机、同步电动机、电热装置、整流装置和照明设备等。

不同的行业中，这些用电设备的比重也不同。

二负荷分类
1 按物理性能划分
有功负荷：指电能转换为其它能量，并在用电设备中真实消耗掉的能量，如照明设备，单位为kW。

无功负荷：在电能输送和转换过程中，需要建立磁场而消耗的动能，它仅完成电磁能量的相互转换，并不做功，因而称为“无功”，如电动机、变压器和整流装置等，单位为kvar。

2 按电能划分
a 综合用电负荷
指工业、交通运输业、农业、市政生活等各方面消耗的功率之和。

根据用户的性质，用电负荷又可以分为工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电
负荷等。

b 供电负荷
综合用电负荷加上电力网的功率损耗就是各发电厂应该供给的功率，称为电力系统的供电负荷。

c 发电负荷
供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率，就是各发电厂应该发出的功率，称为电力系统的发电负荷。

9- 2负荷曲线
实际的系统负荷是随时间、季节、气候变化的，其变化规律可以用负荷曲线来描述。

按负荷种类可以分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；按时间长短可以分为日负荷和年负荷曲线，按描述的负荷范围可分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂以至整个系统的负荷曲线。

上述三种特征相结合，就确定了某一种特定的负荷曲线，如电力系统的有功功率日负荷曲线。

下面介绍最常用的电力系统有功日负荷曲线、有功年最大负荷曲线以及年持续负荷曲线。

一日负荷曲线
1基本概念
电力系统负荷在一天24小时内变化的规律称为日负荷曲线，如图9-2所示。

日负荷曲线中最大值P max称为日最大负荷/尖峰负荷/峰荷。

日负荷曲线中最小值P min称为日最小负荷/谷荷。

为了方便计算，实际上常把连续变化的曲线绘制成阶梯形。

图9-2日负荷曲线
2日平均负荷
有功功率日负荷曲线所包的面积即为电力系统日用电量W d ，即
⎰=24
0Pdt W d (9-1) 因此日平均负荷P av 为
⎰==240
24124Pdt W P d av (9-2) 为了说明负荷曲线的起伏特性，常引用两个系数来描述，即负荷率k m 和最小负荷系数α。

max
P P k av m =
(9-3) max min P P =α (9-4)
0 4 8 12 16 20 24 t /h P/GW 5 4 3 2 1
负荷率k m 越小表明负荷曲线起伏大，发电机的利用率较差。

这两个系数不仅用于日负荷曲线，也可用于其它时间段的负荷曲线。

3 用途
日负荷曲线对电力系统的运行非常重要，它是安排日发电计划和确定系统运行方式的重要依据。

二 年负荷曲线
在制定电力系统规划时，不仅需要了解日负荷变化规律，而且还要了解一年或更长时间的最大负荷变化和增长的规律。

因此，年最大负荷曲线也就被提出。

1年最大负荷曲线
把一年内每月(或每日)的最大负荷抽取出来按年绘成曲线，描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷的变化，为年最大负荷曲线，如图9-3所示。

图9-3 年最大负荷曲线
P/G 1
其中年末最大负荷大于年初最大负荷的部分为年增长；低谷时段常用于安排发电设备的检修。

用来安排发电设备的检修计划，同时也为制订发电机组或发电厂的扩建或新建计划提供依据。

2 年持续负荷曲线
a 基本概念
按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列而绘制成的曲线称为年持续负荷曲线，如图9-4所示。

在安排发电计划和进行可靠性估算时，常用到这种曲线。

0 8760 t/h
图9-4 年持续负荷曲线
b 用途
由年持续负荷曲线可以进行安排发电计划、进行可
靠性评估、负荷预测（短期、中期、长期）等工作。

注意：
无功功率负荷曲线不如有功功率曲线那样用得普遍，只是在进行系统无功功率平衡时才予以注意。

c 最大负荷利用小时数
根据年持续负荷曲线可以确定系统负荷的全年耗电量为
⎰=8760
0Pdt W (9-5)
如果负荷始终等于最大值P max ，经过T max 小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称T max 为最大负荷利用小时数，即
⎰==87600max max max 1Pdt P P W T (9-6)
利用T max 可以近似估算用户的全年耗电量。

三 负荷曲线的作用
1运行方式的安排
2对设备用电安全的监视
3无功功率统计和无功功率平衡
4电网损失的统计
5负荷预测
9- 3负荷特性与负荷模型
电力系统中每一个变电所供电的众多用户常用一个等值负荷P+jQ表示，称为综合负荷。

一个综合负荷包括的范围随所研究的问题而定，例如着重研究电力系统中110kV及以上电压等级的电力网时，可将110kV变电所二次侧母线的总供电功率用一个综合负荷表示。

因此综合负荷可能代表一个企业，或一个工业区、一个城市甚至一个广大地区的总用电功率。

各个综合负荷功率大小不等，成分各异。

综合负荷的功率一般随系统的运行参数(主要是电压和频率)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。

一负荷特性
电力系统负荷特性是指负荷功率随电压或频率变化而变化的规律。

负荷特性包括静态特性和动态特性两类。

电压与频率缓慢变化时（稳态）负荷功率与负荷端母线电压或频率的关系为静态特性。

负荷端母线电压或频率在急剧变化过程中负荷功率与电压或频率的关系为动态特性。

当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的电压静态特性。

当负荷端电压维持额定值不变时，负荷功率与频率
的关系称为负荷的频率静态特性。

二 负荷模型
1 概念
负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟（等值电路）或数字描述。

由于不同综合负荷包含的各种负荷成分所占的比例可能差异很大，而在不同时刻、不同季节及在不同气象条件下，同一个综合负荷的各种负荷成分的比例也是变化的，所以要建立一个实用而准确的综合负荷模型是相当困难的，这是迄今尚未很好解决的一个问题。

通常将综合负荷模型分为动态模型和静态模型。

动态模型描述电压和频率急剧变化时，负荷有功和无功功率随时间变化的动态特性，它可表示为
),/,/,,,()
,/,/,,,( dt df dt dV f V t F Q dt df dt dV f V t F P Q P == (9-7)
由于负荷中异步电动机的比例相当大，所以负荷的功率不仅与电压V 、频率f 有关，而且与电压、频率的变化速度有关。

如何建立综合负荷动态特性的数学关系式，至今仍然是一个困难的问题。

综合负荷的静态模型描述有功和无功功率稳态值与电压及频率的关系，可表示为
),()
,(f V F Q f V F P Q P == (9-8)
称为负荷的静态特性。

综合负荷的电压和频率静态特性，可以根据各个基本负荷成分的静态特性方程式或实测曲线用统计方法综合起来得到，或者实际测量。

课本中提供了一种多项式的用电压静态特性表示的综合负荷模型的计算。

综合负荷用静态特性表示的模型用于电力系统正常稳态工况的计算，也可用于电压和频率变化缓慢的暂态过程计算。

2 常用模型
在短路和稳定计算中，负荷常用等值电路表示，最常用的综合负荷等值电路有：含源等值阻抗（或导纳）支路，恒定阻抗（或导纳）支路，异步电动机等值电路（即阻抗值随转差而变的阻抗支路）以及这些电路的不同组合。

在潮流计算时负荷常用恒定功率表示。

实际上，由于综合负荷所代表的用电设备数量大、分布广、种类繁多，其工作状态又带有很大的随机性和时变性（甚至时跃变性），如何建立一个既准确又实用的负荷模型，至今仍是一个尚未很好解决的困难问题。