第3章电力系统负荷
第三章电力系统频率及有功功率的调节
这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的
功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也
称作负荷的调节效应。
2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系
负荷的功率—频率特性一般可表示为
f
f2
fn
P
a
P
a
P
()
a
P
()
a
P
()
L
0
LN
1
LN
2
LN
n
LN
f
f
f
N
N
N
式中 f N —额定频率
P—系统频率为f时，整个系统的有功负荷
第一节 电力系统的频率特性
9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：
一是变化周期一般小于10s的随机分量；
二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；
三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报
这一部分。
10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来
调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。
P
0
*
*
G
*
上式又称为发电机组的静态调节方程。
第一节 电力系统的频率特性
在计算功率与频率的关系时，常常采用调差
系数的倒数，
P
1
G
*
K
G
*
R
f*
KG*——发电机的功率-频率特性系数，或原动
机的单位调节功率。
一般发电机的调差系数或单位调节功率，可
采用下列数值：
对汽轮发电机组 R*=(4-6)%或KG* =16.6-25 ；
电力系统用电负荷定义
电力系统用电负荷定义用电负荷的概念电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和，称为用电负荷；用电负荷的分类及要求1、根据对用电可靠性要求的不同1.1、一类负荷：中断供电时将造成人身伤亡，或经济、政治、军事上的重大损失的负荷：如发生设备重大损坏，产品出现大量废品，引起生产混乱、重要交通枢纽、干线受阻、广播通信中断或城市水源中断、环境严重污染等；1.2、二类负荷：中断供电时将造成严重减产、停工，局部地区交通阻塞，大部分城市居民的正常生活秩序被打乱；1.3、三类负荷：除一、二类负荷之外的一般负荷，这类负荷短时停电造成的损失不大。
2、根据国际上用电负荷的通用分类2.1、农、林、牧、渔、水利业：包括农村排灌、农副业、农业、林业、畜牧、渔业、水利业等用电，约占总用电负荷的7%；2.2、工业：包括各种采掘业和制造业用电，约占总用电负荷的80%；2.2.3、地质普查和勘探类：此类负荷仅占总用电负荷的0.07%；2.4、建筑业：约占总用电负荷的0.76%；2.5、交通远运、邮电通信业：公路、铁路车站、码头、机场、管道运输、电气化铁路及邮电通讯等用电，约占总用电负荷的1.7%；2.6、商业、公共饮食、物资供应和仓储业：各种商店、饮食业、物资供应单位及仓储用电等，约占总用电负荷的1.2%；2.7、其它事业单位：包括市内交通、路灯照明用电、文艺、体育单位、国家党政机关、各种社会团体，福利事业、研究等单位，约占总用电负荷的3.1%；2.2.8、城乡居民生活用电：包括城市和乡村居民生活用电，约占总用电负荷的6.2%；3、国民经济各个时期的政策和要求的不同3.1、优先保证供电的重点负荷；3.2、一般供电的非重点负荷；3.3、可以暂时限电或停电的负荷；用电设备分类一般将用电设备按其工作性质分为以下三类：3.1、长时工作制用电设备其使用时间长或连续工作的用电设备，如多种泵类，通风机、压缩机、输运带、机床、电弧炉、电阻炉、电解设备和某些照明装置等．3.2、短时工作制用电设备其工作时间短而停歇时间相对较长的用电设备，如切削机床辅助机械的驱动电动机，启闭水闸的电动机等。
三相电力系统,系统负荷和发电机参数如下表
三相电力系统,系统负荷和发电机参数如下表三相电力系统是目前最常用的电力系统，它由三个相位的电压构成，它们之间有120度的相位差，可以把电能传送到消费者端，以满足他们的用电需求。
三相电力系统的系统负荷和发电机参数如下表所示：系统负荷（功率/相数）：●A：7.5KW/1●B：6KW/1●C：4.5KW/1发电机参数（功率/相数）：●A：5KW/3●B：7KW/3●C：6KW/3三相电力系统的优势在于其可以传送大量的电能，同时具有较高的能量转换效率。
在三相电力系统中，设备之间通过电力线相互连接，可以实现同步传输电能，从而保证电能的连续性和可靠性。
此外，三相电力系统内的电压不会发生剧烈变动，只会维持在一个相对稳定的水平上，从而可以保证设备的操作性能和安全性。
三相电力系统中，最关键的是系统负荷和发电机参数，它们是决定电力系统的可靠运行的关键指标。
从上表中可以看出，系统负荷（功率/相数）为7.5KW/1、6KW/1和4.5KW/1，而发电机参数（功率/相数）为5KW/3、7KW/3和6KW/3，说明当前系统负荷小于发电机参数，因此可以保证系统的可靠运行。
在实际运行中，三相电力系统的系统负荷和发电机参数也会发生变化。
需要注意的是，要使电力系统一直处于安全可靠的状态，就必须密切监测系统负荷和发电机参数的变化情况，并及时采取应对措施，避免出现电力失衡的情况。
此外，在运行三相电力系统时，还要注意两个因素：一是系统负荷和发电机参数之间的比值，需要保证比值不大于1.2；二是系统中的电压，必须保持在380~420V之间，以确保设备的正常运行。
总之，三相电力系统是现代电能传输领域中常用的一种电力系统，它在实际应用中有着重要的作用，传输的电能量大，操作简单，节省能源，能量转换效率高，多用于工业，商业和家用电器的电力供应。
但随着系统负荷和发电机参数的变化，应该密切关注它们的变化情况，以确保电力系统的安全稳定运行。
chap3-1,2,3第三章 电力系统频率和有功控制
例3-1 某电力系统中，与频率无关的负荷 占 30 ％，与频率一次方成比例的负荷占 40 ％，与 频率二次方成比例的负荷占 10 ％，与频率三 次方成比例的负荷占 20 ％。求系统频率由 50Hz 下降到 47Hz 时，负荷功率变化的百分数 及其相应的 KL*值。
例3-2 某电力系统总有功负荷为 3200MW （包括 电网的有功损耗），系统的频率为 50Hz ，若 K L*=1.5 ，求负荷频率调节效应系数 K L 值。若 K L*=1.5 ，负荷增长到3650MW时，系统的频率为 50Hz ， KL又是多少。
第三章 电力系统频率和有功 功率自动控制
通过本章学习，要求： 1、理解电力系统频率和有功功率的自动控 制的必要性； 2、掌握电力系统的频率特性，电力系统的 频率调整，电力系统有功功率的经济分配； 3、了解数字电液调速器的基本工作原理， 电力系统调频的基本方法和自动发电控制的原理 4、掌握电力系统低频减载的工作原理。
1、测速机构（齿轮传动机构和离心飞摆） 转速升高——飞摆转快——离心力增加— —A上升 A的位置表征机组转速的大小 2、放大执行机构（错油门和油动机） E上移——错油门凸肩上移——油动机活塞 下移——关小开度——减小进汽量 作用：（1）将微小的机械位移放大成了调 节汽阀开度的较大变化； （2）将微小作用力变成大的作用力。
（三）持续负荷
变化缓慢，变化幅度大，是由 工厂的作息制度，人们的生活规律 等造成的。其变化可以用负荷预测 的方法预先估计得到。调度部门预 先编制的系统日负荷曲线主要反映 这部分负荷的变化规律，这部分负 荷要求在满足系统有功功率平衡的 条件下，按照经济分配原则在各发 电厂间进行分配。
三、备用容量 • 为保证系统对负荷可靠供电和良 好的电能质量，系统还必须有备用容 量。 （一）定义： 系统电源的最大发电容量与系统 总负荷之差，即备用容量。 （二）分类： • 按作用分：负荷备用、检修备用、 事故备用、国民经济备用 • 按其存在形式分：热备用（旋转 备用）、冷备用
2-电力系统的负荷(2015-10 授课用)
52
本课程中，对负荷模型一般都作简化处理。
潮流计算中，负荷常用恒定功率表示，必要时也采 用线性化的静态特性。
短路计算中，负荷或表示为含源阻抗支路，或表示 为恒定阻抗支路。 稳定计算中，综合负荷可表示为恒定阻抗、静态特 性或不同比例的恒定阻抗和异步电动机的组合。
53
五、什么是负荷预测？
利用已知的历史负荷、气象信息等，结合人工经 验，预测未来的负荷变化。 重要性：可类比产品市场预测，电能不能大量存 储，对预测精度要求高。
的恒阻抗+ 60%的恒功率）。
（2）暂态计算也可用多项式静态负荷模型，但在
低电压下(0.6pu) 多转化为恒阻抗模型。多数情况
下，采用包含一定比例电动机的动态负荷模型。
51
（3）在电力系统动态分析中,对负荷模型不太
敏感的负荷点可采用静态负荷模型。当结果对负
荷模型的灵敏度较高时,应当采用动态负荷模型。
d ( P / PN ) PU d (U / U N )
电压特性系数
Pf
P U
f f N
频率特性系数
QU
f f N
Qf
U 2 P PN ( ) UN U 2 Q QN ( ) UN
f fN
d ( P / PN ) Pf d ( f / f N ) U U
间接特征量： 峰谷差 日用电量A 日平均负荷Pav 日负荷率 最小负荷系数
21
日有功负荷曲线图
日负荷率
Pav km Pmax
最小负荷系数
Pmin Pmax
电气工程基础复习题
电气工程基础复习题复习题第一章引论1.电力系统的输电方式有哪几种？直流输电与交流输电2.为什么电能要采用高电压传输？因为最合理的减少线损的途径就是提高电压3.掌握电力系统中常用设备的国标图形符号。
详见课件4.电力系统主要由哪些部分构成？发电厂，输电线路，配电系统，负荷5.电力负荷包括哪些？电灯，电热器，电动机（感应电动机，同步电动机）整流器，变频器或其他装置6.电力系统的基本参量有哪些？总装机容量，年发电量，最大负荷，年用电量，额定频率，最高电压等级7.线路电压越高，其输送功率和输送距离如何变化？输送功率越大，输送距离越远8.线路、发电机、变压器的额定电压有什么规定？线路额定电压即线路的平均电压，线路始端电压为1.05Ｘ额定值，并使末端电压不低于0.95Ｘ额定值。
发电机通常接于线路始端，因此发电机的额定电压将比线路额定电压高5％变压器一次侧接电源，与用电设备相当，变压器一次侧额定电压等同于用电设备的额定电压（直接和发电机相连的升压变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压）；变压器的二次侧额定电压应较线路额定电压高5％。
正常时变压器二次侧电压比线路额定电压高5％，变压器二次侧额定电压取比线路额定电压高10％9.发电厂主要有哪些类型？火力发电厂（75％），水力发电厂（20％，迳流式，坝后式，河床式，抽水蓄能），核能发电厂（1％），其他可再生能源发电方式（4％，风力，地热，潮汐，太阳能）10.变电所有哪些类型？按功能划分：升压变电所，降压变电所按系统地位：枢纽变电所，中间变电所，地区变电所，终端变电所11.电力负荷如何分级？一级负荷，二级负荷，三级负荷；详见课本25页12.电力系统运行的特点是什么？1）电能目前还不能大量储存；2）电力系统的暂态过程非常迅速；3）供电中断有可能给国民经济和人民生活造成重大损失4）对电能质量（电压和频率）的要求十分严格，偏离规定值过多时，将导致产生废品，损坏设备，甚至出现从局部范围到大面积的停电。
掌握电力系统的负荷计算与分析
掌握电力系统的负荷计算与分析电力系统的负荷计算与分析是电力工程领域中的重要内容，对于电力系统的稳定运行和经济调度具有重要意义。
在过去的一段时间里，我在负荷计算与分析方面进行了大量的学习和实践，下面将对这段时间的工作进行总结。
一、负荷计算与分析概述负荷计算与分析是电力系统规划和运行过程中必不可少的环节。
它涉及到对电力设备的负荷需求进行准确评估，以及对电力系统的负荷特性进行分析和优化。
通过负荷计算与分析，可以合理规划电力系统的发电容量、输电容量和配电容量，提高电力系统的可靠性和经济性。
二、负荷计算方法1. 定额法定额法是一种常用的负荷计算方法，通过对各类负荷的用电设备数量和标准功率进行统计，并结合电力工程的生产特点和负荷预测，计算出电力系统的负荷需求。
该方法简单、易于操作，可以满足一般情况下的负荷计算需求。
2. 负荷率法负荷率法则是以负荷率为基础进行负荷计算和分析的方法。
通过对负荷率进行评估，可以得出负荷峰值、负荷谷值、负荷平均值等重要参数，进而确定电力系统的负荷调度方案。
3. 时间序列分析法时间序列分析法是一种较为复杂的负荷计算方法，它通过对历史负荷数据进行统计和分析，建立负荷曲线，然后利用数学模型对未来负荷进行预测。
该方法考虑了时间因素和季节因素对负荷的影响，能够提高负荷计算的准确性。
三、负荷分析的重要性负荷分析是电力系统规划和运行的重要参考依据。
通过对负荷特性的分析，可以了解电力系统的用电特点、负荷波动情况等，为电力设备的选型和布置提供依据。
同时，负荷分析也是电力系统的经济调度的基础，可以优化负荷分配、提高负荷利用率、减少电力损耗，达到节能减排的目的。
四、负荷计算与分析的关键技术1. 数据采集与处理负荷计算与分析需要大量的负荷数据支持，因此，正确、准确地采集和处理负荷数据是关键。
在实际工作中，可以利用现场监测仪器设备、远程智能终端等手段进行负荷数据的采集和传输，并结合计算机技术进行数据处理和分析。
电力系统中的电力负荷
电力系统中的电力负荷在现代工业社会中，电力负荷是一个不可或缺的概念。
它代表了电力系统中所需的电能总量，是电网运行的关键参数之一。
电力负荷的合理控制和管理对于电力系统的可靠供电、安全运行和经济性至关重要。
本文将深入探讨电力系统中的电力负荷及其相关问题，以及如何对电力负荷进行合理调控。
一、电力负荷的定义与分类电力负荷是指电力系统在特定时间段内所需的电能总量。
根据电力负荷的特点和使用方式，可以将电力负荷分为以下几类：1. 基本负荷：基本负荷是指电力系统中持续时间较长、稳定且需求量相对固定的负荷，例如居民生活用电等。
基本负荷对电力系统的稳定供电有着重要作用。
2. 峰值负荷：峰值负荷是指电力系统中短时间内需求量达到最高峰的负荷，常常出现在白天用电高峰期，如工业生产用电、商业建筑用电等。
峰值负荷对电力系统的供电能力和负荷承受能力提出了较高的要求。
3. 谷值负荷：谷值负荷是指电力系统中需求量最低的负荷，常常出现在夜间用电谷峰期。
谷值负荷是电力系统中对电能资源的有效利用，以及实现能源节约和环境保护的重要环节。
二、电力负荷的影响因素电力负荷的大小与电力系统的运行和发展密切相关，受到多种因素的影响。
以下是一些常见的影响电力负荷的因素：1. 人口数量和生活方式：人口数量和生活方式的变化将直接影响到电力负荷的需求。
例如，人口增长和生活水平提高将带来对电力的更大需求。
2. 工业规模和生产活动：工业规模的扩张和生产活动的增加会导致电力负荷的增加，尤其是在工业生产用电方面。
3. 气候条件和季节变化：气候条件和季节变化对电力负荷的波动也有重要影响。
例如，在夏季高温时期，空调的使用将导致电力负荷的瞬时增加。
4. 能源政策和环保要求：能源政策和环保要求对电力负荷的结构和发展具有较大的引导作用。
鼓励清洁能源和能源节约的政策将对电力负荷的发展产生重要影响。
三、电力负荷管理的方法与挑战为了确保电力系统的可靠运行和供电安全，电力负荷需要进行合理的管理和控制。
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d( P / PN ) PU d(U / U N )
f fN
d(Q / QN ) QU d(U / U N )
f fN
29
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
d( P / PN ) Pf d( f / f N ) U U
N
d(Q / QN ) Qf d( f / f N ) U U
Pf
d ( P / PN ) d ( f / f N ) U U
N
(2πfL ) 2 2 2 R (2πfL ) 2
2 sin 2
Qf
d (Q / QN ) d ( f / f N ) U U
cos 2 1
cos 2
N
33
• 对于容性阻抗，同理可得
P U QU 2
Pf 1 cos 292016/9/22解
• 首先对数据进行排序，可知:
5 4 13 3 6 2 7
13167.87 13271.03 13431.04 13493.77 13508.57 13697.5 13859.81 13954.78 14427.07 14925.94 14978.38 15059.31 15138.55 15222.71 15406.9 15590.16 15692.06 15760.61 15786.58 15806.29 15827.7 15833.54 16036.88 16112.65 355989.7 14832.9 92.05751
2016/9/22
电气工程基础(I)
Fundamentals of Electric Power and Energy Engineering
上海交通大学 电子信息与电气工程学院电气工程系 讲师：刘学智 Email: liuxz@
1
第3章 电力负荷
2
1
2016/9/22
电力负荷分类
N
30
15
2016/9/22
(三)恒定阻抗式负荷静态特性
U2 P 2 R 2 R (2πfL )
U2 U2 Q 2 X 2 (2πfL ) R (2πfL ) 2 R (2πfL ) 2
由幂函数形式可得
PU＝QU＝2
31
恒 定 阻 抗
（1） U2 U2 Q 2 X 2 (2πfL) 2 2 R (2πfL) R (2πfL) U2 P 2 R 2 R (2πfL)
16
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各类用户的 Tmax
负荷类型
户内照明及生活用电
Tmax （h） 2000~3000
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
1500~2200
3000~4500 6000~7000 1000~1500
17
例题 画出负荷曲线
时间(h) 1 2 3 负荷(MW) 13954.78 13697.5 13493.77 时间(h) 13 14 15 负荷(MW) 13431.04 15406.9 16036.88
3
电力负荷分类
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。
综合用电负荷
电力网的 功率损耗
供电负荷
厂用电
发电负荷
4
2
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负荷曲线的分类
描述某一段时间内用电负荷大小随时间变化规律的曲线。
①按功率性质
建或扩建电厂的容量提供依据。
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。
15
年负荷曲线
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。 ②计算用户全年的耗电量A
A
8760 0
Pdt
⑸最大负荷利用时间Tmax A 1 8760 Tmax Pdt 0 Pmax Pmax
B.最小负荷系数 Pmin
峰填谷”等措施，尽量使
得km、趋近于1。
10
5
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负荷曲线
• 日用电量与平均负荷：
T
1 288 A P (t )dt Pi ti Pi ti Pi 12 i 1 i 1 i 1 0 Pav A 24 MW
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
13
年负荷曲线
年最大负荷曲线
年持续负荷曲线
14
7
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年负荷曲线
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。
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
Ad
0
P d t Pk t k
k 1
9
24
日负荷曲线 日平均负荷Pav 1 24 1 24 Ad Pav P d t Pk tk 0 24 24 k 1 24
km、值愈小，表明负
A.负荷率km
km
Pav Pmax
Pmax
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
N
288
MWh
• N=288, 表示 ti=5 分钟 ，即1/12 h
负荷曲线
• 日负荷率 (负荷因子)：
288
Pi ti Pav i 1 100% 100% Pmax T Pmax
P
i 1
288
i
12 24 Pmax
100%
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1------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
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(二)幂函数式负荷静态特性
• 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。
PU Pf
电 压 特 性 系 数
U P PN U N
U Q QN U N
f f N
f f N
QU
Qf
频 率 特 性 系 数
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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
有功负荷曲线 无功负荷曲线 日负荷曲线 月负荷曲线 季负荷曲线
③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
②按 时
间
年负荷曲线
5
负荷曲线
11740
11240 10740
• 最大负荷 11920.74MW ，17:35， in 212 section • 最小负荷 7948.04MW ，3:45， in 46 section • 平均负荷 10069.72MW • Date source: 2004-
Pmax
A
Pav
η
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。
静态特性 负荷特性 动态特性
20
10
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负荷特性的分类
21
• ⑵负荷特性的主要研究方法
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。
Qf cos 2
• 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、
法或阶梯法描绘。
折线法负荷曲线
阶梯法负荷曲线
7
负荷曲线
4
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日负荷曲线
• 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 • 峰谷差 • 日用电量Ad
日有功负荷曲线所围成的面积。
24
日最大负荷Pmax和日最小负荷Pmin的差值。
U P PN U N U Q QN U N
PU
幂
函 数
f f N
Pf
QU
f f N
Qf
（2）
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16
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• 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
P FP (U , f )
Q FQ (U , f )
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负荷静态特性常用近似模型
多项式 幂函数
恒定阻抗
负荷静态模型的使用范围
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
24
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(一)多项式负荷静态特性
U 2 U P PN AP B P U CP U N N d(P / P ) N 1 d( f / f N ) f f f N N f f f N N
实测法的难度较大，一般不使用这种方法。
②辨识法
最小二乘法
卡尔曼滤波法 非线性递归滤波法
22
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。
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负荷模型
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