电力系统的负荷

▪ 当n在第二、第三象限时，Pn为负，
表示负荷发出有功功率，成为谐波源。
66
❖P可能会小于它的基波功率P1， 即
用户可以将所吸收的一部分基波功率 转化为谐波功率，反馈到电网。
➢⑵功率因数
cos P
S
如何计算？
67
✓含有谐波时的视在功率
N
M
S
U
2 n
I
2 n
n1 n1
这里的已经不是任何一次谐波
48
等值电导
P
I 2R
U2
Z
2
R
U2
R2
X
2
R
U 2G
Q I2X
U2
Z
2
X
U2
R2
X
2
X
U 2B
等值电纳
49
❖转差率s
2
s 0 0
1
1 s
1----异步电动机转子角速度 2----异步电动机转子稳态运行角速度
50
❖异步电动机的运动方程
1
TJ
d
dt
2 3
M e M m
1-----异步电动机的惯性时间常数
单班制企业用电
1500~2200
两班制企业用电 三班制企业用电
3000~4500 6000~7000
农灌用电
1000~1500
23
2 .2 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
24
⑵负荷特性的主要研究方法
PU QU 2
Pf 1 cos 2 Qf cos 2
42
✓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、精确度要求不高的情况下使 用。
43
思考题？
试证明P24的式（2-19）~（2-22）
44
二、 负荷的动态特性
反映电压和频率急剧变化时负 荷功率变化的特性。
当负荷功率和频率均为额定值时， 功率对电压的变化率，即
PU
d(P / PN ) d(U /UN )
f fN
QU
d(Q / QN ) d(U /UN )
f
fN
36
❖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
Pf
d(P / PN ) d( f / fN ) U UN
u(t) 2U n sin(n1t n )
n1
初
i(t) 2I n sin(n1t n )
相 角
n1
57
已知变化周期为T的电流i（t） 的大小，其有效值I如何求得？
I 1 T i2 (t)dt
T0
I 2 1 T
T
[
0
2I1 sin(1t 1 )
2I 2 sin(21t 2 )
➢向量图
β
0
➢复数功率
*
SP UP I P
U P
IP
α -α
*
IP
固定轴
SP P jQ
8
P UI cos Q UI sin
二、负荷曲线
描述某一段时间内用电负荷大 小随时间变化规律的曲线。
9
➢ 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
月负荷曲线 季负荷曲线
Pmin
Pm a x
❖ km、值愈小，表明负荷波动愈大，发电
机的利用率愈差。km和愈大，负荷特性愈
好。采用“削峰填谷”等措施，尽量使得km、
趋近于1。
15
➢⑵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
16
（二）年负荷曲线
▪年最大负荷曲线
U
2 3
U
2 n
U
2 n
n1
✓含有谐波的i（t）和u（t）的有效值只和所含各次
谐波的有效值有关，而与它们的相位无关。
✓非正弦周期量的最大值和有效值之间已不存在 2
的关系
60
三次谐波初相角与基波相同 三次谐波初相角与基波相反
61
2、谐波分析中常用的若干特征量
➢⑴谐波含量
✓①谐波电压含量
U H
U
值阻
▪异步电动机的等值电路
抗
Z R jX (Rs jXs) [(Rm jXm) //(Rr / s jXr ]
47
异步电动机的电压方程为
U I{(Rs jX s ) [(Rm jX m ) //(Rr / s jX r ]} IZ
异步电动机从系统吸收的有功
功率P和无功功率Q分别为？
第二章 电力系统的负荷
1
负荷的分类和基本定义
⑴分类
①综合负荷 ②供电负荷 ③发电负荷
2
⑵定义
➢ 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。
综合负荷
电力网的 功率损耗
供电负荷
厂用电
发电负荷
3
2.1 负荷的表示方法
AP、BP、CP AQ、BQ、CQ
✓若不计负荷的频率特性
31
P
PN
AP
U UN
2
BP
U UN
CP
1
d(P / PN ) d( f / fN )
f
N
f fN
Q
QN
AQ
U UN
2
BQ
U UN
CQ
1
d(Q / QN ) d( f / fN )
fN
f fN
P
PN
AP
电力系统的负荷
有功负荷（有功功率） 无功负荷（无功功率）
有功功率的定义？
4
➢把电能转换为其他能量（机械能、
光能、热能等）并在用电设备中 真来自百度文库消耗掉的功率。
无功功率的定义？
5
➢并不做功，只是用来完成电磁能
量的相互交换所需的功率。
为什么存在无功负荷?
6
一、负荷功率
a
b c
IP
三 相 负 荷
U P
7
▪年持续负荷曲线17
➢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。
18
➢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；
✓为新建或扩建电厂的容量提供依据。
19
➢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。
Qf
d(Q / QN ) d( f / fN)
U U N
37
✓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。
38
(三)恒定阻抗式负荷静态特性
P
U2
R
R2 (2πfL)2
Q
R2
U2 (2πfL)2
X
1-----负荷率 2-----与转速无关的部分力矩,即静止力矩 3-----与机械转矩特性有关的系数
53
✓若不计静止力矩
标幺值
M m K0
✓当转速偏差较小时
2
M m M m0 0 ( 0 )
1
54
1-----异步电动机的稳态机械转矩 2-----线性化机械转矩特性系数
综合负荷 动态模型
29
(一)多项式负荷静态特性
P
PN
AP
U UN
2
BP
U UN
CP
1
d(P / PN ) d( f / fN )
f
N
f fN
Q
QN
AQ
U UN
2
BQ
U UN
CQ
1
d(Q / QN ) d( f / fN )
fN
f fN
负荷的电压特性
负荷的频率特性
30
❖负荷静态模型系数的意义
U UN
2
BP
U UN
CP
Q
QN
AQ
U UN
2
BQ
U UN
CQ
32
1
2 3
P
PN
AP
U UN
2
BP
U UN
CP
Q
QN
AQ
U UN
2
BQ
U UN
CQ
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
33
思考题？
年负荷曲线
10
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
❖ 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。
11
（一）日有功负荷曲线
▪ 折线法负荷曲线
▪ 阶梯法负荷曲线
12
⑴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
实测法
辨识法
➢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。
25
✓实测法的难度较大，一般不使用
这种方法。
➢②辨识法
✓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。
26
✓ 常用的辩识方法
最小二乘法 卡尔曼滤波法 非线性递归滤波法
P
p (U ,
f
,
dU dt
,
df dt
,
dU df
,)
Q
p (U ,
f
,
dU dt
,
df dt
,
dU df
,)
45
➢负荷动态特性分析
✓电力系统综合负荷的主要成分是
异步电动机。
✓异步电动机的动态特性
机械暂态过程 机电暂态过程 电磁暂态过程
46
I
Rs j X s
jXr
Rr
U
Rm j X m
s
总等
HRU n
Un U1
100%
同理，可得第n次谐波的电流含有率。
64
3、含有谐波时的有功功率和功率因数
➢⑴有功功率P
P
1
T
u(t)i(t)dt
T0
1
U nIn cosn
n
Pn
n
65
1----- n为n次谐波电流落后于n次
谐波电压的相位角。
▪ 当n在第一、第四象限时，Pn为正，
表示负荷吸收有功功率，为谐波负载。
1.当P、Q、U均为额定值时，AP、 BP、CP，AQ、BQ、CQ之间的关系 如何？
2.怎样得到恒定阻抗、恒定电流、 恒定功率的负荷特性？
34
(二)幂函数式负荷静态特性
电 压 特 性 系 数
P
PN
U UN
PU
f fN
Pf
频
率
Q
QN
U UN
QU
f fN
Qf
特 性 系 数
35
❖电压特性系数的物理含义
（2）
40
✓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
Pf
d(P / PN ) d( f / fN ) U UN
2
R
(2πfL ) 2 2 (2πfL
)2
2sin2 cos2 1
Qf
d(Q / QN ) d( f / fN ) U UN
cos2
41
✓对于容性阻抗，同理可得
R2
U2 (2πfL)2
(2πfL )
由幂函数形式可得
PU＝QU＝2
39
恒 定 阻 抗
P Q
R2 R2
U2 (2πfL)2
U2 (2πfL)2
R X
R2
U2 (2πfL)2
（1）
(2πfL)
幂 函 数
P
PN
U UN
PU
f fN
Pf
Q
QN
U UN
QU
f fN
Qf
➢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。
20
➢②计算用户全年的耗电量A
8760
A Pdt 0
21
➢⑸最大负荷利用时间Tmax
Tm ax
A Pm ax
1
8760
Pdt
Pmax 0
22
表2-1 各类用户的 Tmax
负荷类型
户内照明及生活用电
Tmax （h） 2000~3000
电压和电流之间的相位差。
68
实际工程中含有谐波的功率 因数如何计算？
2-----异步电动机的电磁转矩
3-----异步电动机的机械转矩
51
❖电磁转矩Me
1
Me
2M e max s scr
U UN
2
scr s
2
1-----U 等于UN时的最大电磁转矩 2-----与Memax对应的临界转差率。
52
❖机械转矩Mm
1
2
3
M m K0[ (1 )(1 s) ]
1) 峰谷差
日最大负荷Pmax和日最小负荷Pmin的差值。
2) 日用电量Ad
日有功负荷曲线所围成的面积。
Ad
24
24
Pdt
0
Pk t k
k 1
13
3)日平均负荷Pav
Pav
Ad 24
1
24
24
Pdt
0
1 24
24
Pk t k
k 1
A.负荷率km
km
Pav Pm a x
14
B.最小负荷系数
⑶负荷模型
在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。
27
一、负荷的静态特性
反映电压和频率缓慢变化时负 荷功率变化的特性。
P FP (U , f ) Q FQ (U , f )
28
➢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
2I n sin(n1t n )]2 dt
58
❖根据三角函数的正交性可知
1
T
T 0
4I
2 n
s in (n1t
n
)I
m s in (m1t
m
)dt
0
(m n)
1
T
T 0
2I
2 n
s in2
(n1t
n
)dt
I
2 n
59
I
I12
I
2 2
I
2 3
I
2 n
I
2 n
n1
U
U12
U
2 2
2 n
n2
✓②谐波电流含量
I H
I
2 n
n2
62
➢ ⑵谐波总畸变率
谐波含量与基波分量的比值的百 分数，用THD表示。
✓①电压总畸变率
THDU
UH U1
100%
✓②电流总畸变率
THD I
IH I1
100%
63
➢⑶谐波含有率
某次谐波的有效值与基波有效 值的比值，记为HR。
✓ 第n次谐波的电压含有率为
异步电动机负荷模型
恒定阻抗负荷模型 (其比例可取为总负荷的 25％~35％)
55
2.3 电力系统中的谐波
➢由于负荷的非线性使电压和电流波
形产生畸变，出现各种谐波分量，谐 波亦称为电力网中的“垃圾”。
➢谐波的含量是衡量电能质量的重要
指标之一。
56
一、主要的谐波参数
1、含有谐波的电压和电流
基波角频率