2-电力系统的负荷(2015-10 授课用)

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( Rm jX m )( Rr / s jX r ) Z ( Rs jX s ) ( Rm jX m ) ( Rr / s jX r )
Fra Baidu bibliotek 转差率s
0 s 1- 0
46
异步电动机的转子运动方程
TJM
电机转子与机 械负载的等值 转动惯量
ds Tm Te dt
dU df dU P p (U , f , , , , ) dt dt df
dU df dU Q p (U , f , , , , ) dt dt df
41
负荷动态特性模型的建模思路?
异步电动机负荷模型 综合负荷动态模型 恒定阻抗负荷模型 (其比例可取为总负荷的25%~35%)

厂用电:

维持发电厂运行自身所需的功率。
5~8% 0.1~1% 4~5%
6
火电厂 水电厂 核电厂
二、电力系统负荷的分类
2.根据供电可靠性分类

①一级负荷 ②二级负荷 ③三级负荷
3.根据用户在国民经济中的部门分类

(1)工业供电负荷 (2)农、林、牧、渔水利用电负荷 (3)居民生活用电负荷等
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。
fN
f f N
负荷的电压特性
负荷的频率特性
35

3)多项式表示法(ZIP法)
U 2 U P PN AP B P U U CP N N AP BP C P 1 2 U AQ BQ CQ 1 U Q QN AQ U BQ U CQ N N
日有功负荷曲线图
22

基荷:最小负荷水平线 以下的部分负荷; 峰荷:平均负荷水平线 以上的部分负荷;


腰荷:最小负荷与平均
负荷之间的部分负荷;
日有功负荷曲线图
23
三、年最大负荷曲线

定义:描述一年内每 月(或每日)最大功率 负荷变化情况的曲线。
24
四、年持续负荷曲线

定义: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。
11
三、
12
一、电力系统为何用功率作为变量?

有功功率: 把电能转换为其他能量,并在用电
设备中真实消耗掉的功率。

无功功率: 无功功率并不做功,只是用来完
成电磁能量的相互交换所需的功率。
深刻理解无功不是“无用功”
4
如何进一步理解无功功率?

网络若是电感性的,则Q>0,习惯上认为网 络“吸收”感性无功,是“无功负荷”。 网络若是电容性的,则Q<0,习惯上认为网 络“发出”感性无功,是“无功电源”。 “吸收”容性(或感性)无功功率相当于 “发出”感性(或容性)无功功率。
恒 阻 抗 负 荷
恒 电 流 负 荷
恒 功 率 负 荷
36
静态电压特性
的特点:
U↓,负荷的P↓, Q↓。
37
静态频率特
性的特点:
f ↓:负荷的P↓, Q↑。
38
静态电压特性的特点: 静态频率特性的特点:f
U↓,负荷的P↓, Q↓。 ↓:负荷的P↓,Q↑。
39
三、负荷静态特性的数学模型
44

异步电动机机械暂态动态特性模型
I
Rs
j Xs
jXr
I Z U
U
Rm j X m
Rr s
异步电动机的等值电路
2 U 2 P I R 2 R Z
2 U Q I 2X 2 X Z
45
I
Rs
j Xs
jXr
U
Rm j X m
Rr s
异步电动机的等值电路
P FP (U , f )
Q FQ (U , f )
29
负荷组成:异步电动机79.1%;同步电动机3.2%;电热电炉17.7%
30
一、负荷特性描述什么?

通常负荷特性表示的是从主干功率传递 点(通常为母线)看出的综合负荷特性。
负荷特性包括动态特性和静态特性。
静态特性
动态特性 电压特性 频率特性
电机电磁转矩
电机机械转矩
47
忽略电磁暂态过程,电磁转矩:
2Te max Te s scr scr s
U U N
2
Tmax——感应电机在额定电压下的最大电磁转矩;
Scr——电机静态稳定临界转差率;
UN——电机额定电压; U——电机端电压
48
机械转矩:
Tm k[ (1 )(1 s) ]
第 2章 电力系统的负荷 (The Load of Power System)
内 容


1.电力系统负荷的基本概念及分类
2.交流电路的功率和复功率(负荷功 率的表示方法) 3.电力系统负荷曲线 4.电力系统负荷特性与模型
2
§1.电力系统负荷
3
一、什么是电力系统负荷?

电力系统负荷是电力系统用户用电设备所消耗电功 率的总和,也称为电力系统综合用电负荷。 主要有电动机(同步和异步)、电炉、电热器、照 明、整流设备等,在不同行业中比重不同,最多的 是异步电动机。 本课程研究的电力系统负荷是指高压输电系统负荷, 配电网络是负荷的一部分。
4


二、电力系统负荷的分类
1.根据消耗功率的性质分类

①综合负荷: 率的总和。 ②供电负荷: ③发电负荷:
电力系统用户用电设备所消耗电功 综合负荷和电力网功率损耗之和。 供电负荷与厂用电之和。
5

综合负荷
电力网的 功率损耗
供电负荷 发电负荷
厂用电

网络损耗(网损): 电能传输、分配中消耗的功率, 约为(5~10%)负荷功率。
25

年持续负荷曲线的作用

安排发电计划和进行可 靠性估算; 确定系统负荷的全年耗 电量。


全年的耗电量W
W
8760
0
Pdt PmaxTmax
W 1 Pmax Pmax
最大负荷利用时间Tmax
Tmax

8760
0
Pdt
26
各类用户的 Tmax
负荷类型
Tmax (h)
户内照明及生活用电
在电力系统稳态分析中,负荷数学模型一般就以 给定的P和Q表示。


只有在对计算精度要求较高时,才考虑负荷的静 态特性。

电力系统的潮流计算及其稳态分析 频率稳定、电压稳定分析计算 无功优化补偿等分析计算
40
四、负荷动态特性的数学模型

定义:负荷在系统电压和频率快速变化时,应计 及其动态特性,并用一个微分方程描写,称之为 负荷动态模型。
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。
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
2000~3000 1500~2200
3000~4500 6000~7000 1000~1500
27
§4.电力系统负荷特性与模型
28
一、负荷特性描述什么?

定义:反映负荷功率随系统运行参数(电 压V或频率f )的变化而变化规律的曲线或 数学表达式。
7
§2.交流电路的功率和复功率 (负荷功率的表示方法)
8
一、电力系统为何用功率作为变量?

能量系统,基于能量的分析方法;


发电/负荷均以功率和能量为单位算钱;
复功率是电力系统中最重要的概念之一。
U I P jQ 复功率:S
2 2 视在功率:S S P Q
4

10

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
km和愈大,负荷特性愈好,
表明负荷波动愈小,发电机 的利用率愈好。
采用“削峰填谷”等措施, 尽量使得km、趋近于1。
14


§3.电力系统负荷曲线
15
一、什么是负荷曲线?如何分类

负荷曲线的定义:
描述某一段时间内 用电负荷大小随时 间变化规律的曲线。
16
负荷曲线的分类
有功负荷曲线 ①按功率性质
无功负荷曲线
日负荷曲线
②按时间段长短
月负荷曲线
季负荷曲线
年负荷曲线
年最大负荷曲线
17 年持续负荷曲线
用户负荷曲线 ③按负荷范围
31


静态特性:表示稳态下负荷功率与电压和 频率的关系。

电压静态特性:当频率维持额定值不变时,负 荷功率与电压的关系。 频率静态特性:当负荷端电压维持额定值不变 时,负荷功率与频率的关系。


动态特性:反映电压和频率急剧变化时负 荷功率随时间的变化。
32
模型结构、模型参数
二、负荷静态特性的数学模型
d ( P / PN ) C P 1 d ( f / f ) N
fN
f f N

d (Q / Q ) N C 1 Q d( f / fN )
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

负荷的等值感应电动机参数可采用经验参数,或进行实 测和估计。
42


异步电动机机械暂态动态特性模型
忽略感应电动机电磁暂态过程,只考虑机械暂态过程 中转差变化对其等值阻抗的影响。

电磁暂态过程主要指各元件电场和磁场以及相应电压
和电流的变化过程。 机电暂态过程指由于发电机和电动机电磁转矩的变化

所引起电机转子机械运动的变化过程。

1)恒定阻抗式表示法
U2 P 2 R 2 R (2πfL)
U2 U2 Q 2 X 2 (2πfL) 2 2 R (2πfL) R (2πfL)

误差较大,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。
33
三、负荷静态特性的数学模型

2)幂函数表示法
U P PN U N U Q QN U N

电磁暂态过程和机电暂态过程同时发生并且相互影响, 但要对它们统一分析却十分复杂。
43

异步电动机机械暂态动态特性模型

这两个暂态过程的变化速度实际上相差很大,在工 程上通常近似对它们分别进行分析。

在电磁暂态过程分析中,常不计发电机和电动机的 转速变化。

在静态稳定性和暂态稳定性等机电暂态过程分析中, 往往近似考虑甚至忽略电磁暂态过程。
N
PU的取值通常在0.5~1.8;QU取值通常在1.5~6。
34

3)多项式表示法(ZIP法)
U B P U N U BQ U N
2 2
U P PN AP U N U Q QN AQ U N
k——电机负载率; α——机械负载转矩中与电机转速无关的部分所占比例; β——与机械负载转矩特性有关的指数;

49
U2 P 2 R Z
U Q 2 X Z
2
50


电力系统分析中,负荷模型通常如何构建?
(1)目前国内电力系统潮流计算所采用的静态负
荷模型多是恒功率模型或多项式模型(通常为40%
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。
18
折线法负荷曲线
阶梯法负荷曲线
19
二、日负荷曲线

定义:描述一天24小时 内负荷随时间变化规律 的曲线。 直接特征量: Pmax Pmin
日有功负荷曲线图
20

二、日负荷曲线
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