第三章 电力系统负荷
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★ 实测法 测量复杂，要求高，难度较大。
负荷电压特性和频率特性
23
★ 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。
辨识常用方法
最小二乘法
卡尔曼滤波法 非线性递归滤波法
24
3、负荷静态特性及模型
P FP (U , f )
20
三、 负荷特性与模型
1、基本概念
负荷是电力系统的一个重要组成部分，分析电 力系统在各种状态下的特性必须研究系统的负荷特 性并建立其数学模型。 综合负荷的功率一般要随着系统的运行参数 （主要是电压和频率）变化而改变，反映这种变化 规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。 负荷特性包含有静态特性和动态特性。
第三章 电力系统负荷 的运行特性及数学模型
1
一、电力系统负荷的基本概念及分类
电力系统负荷：指电力系统在某一时刻各类 用电设备消耗功率的总和。
综合特性
包括：异步电动机、同步电动机、整流设备、 电热设备和照明设备等。 分类：有功负荷（kW)、无功负荷(kvar)、视 在负荷(kVA);
2
1、根据消耗功率的性质分类： 用电负荷：用户的用电设备在某一时刻消 耗功率的总和。
18
电力系统典型负荷
1、电动机负荷 （消耗电能约占全国总用电量的60%～70%） 2、照明负荷 （消耗电能约占全国总用电量的8%） 3、电加热负荷 （电阻加热、电弧加热、感应加热、电子束加热、 介电加热、等离子体加热） 4、电气化铁道 （电力机车牵引负荷由直流电动机拖动，其电源由交流系统经 单相整流而来，它在交流供电侧产生含量较大的谐波。由于 牵引变电所的变压器三相电流不平衡，在其一次侧基波负序 电流较大，其具有波动性大和沿线分布广的特点因此电气化 铁路是影响面较大的干扰负荷。）
Q FQ (U , f )
★ 用多项式表示的负荷静态特性
将负荷的静态特性用数学公式表达出来，就是负荷的 静态数学模型。不计频率变化，负荷吸收的功率与节点电 压的关系如下：
U P PN AP L UN UL BP U N
2 2
CP
2 CQ QN AQU L BQU L CQ
第一部分与电压平方成正比，表示恒定阻抗消耗的功率； 第二部分与电压成正比，代表恒电流负荷消耗的功率； 第三部分为恒功率负荷。
26
★ 幂函数形式表示的负荷静态特性
U P PN U N
丰水期（6—10月） 11：00— 19：00 7：00— 11：00 19：00— 23：00
居 民 生 活
1kv以下
0.4657 00 0.4557 00 0.7602 00 0.7452 00 0.7302 00 0.8362 00 0.8212 00 0.8062 00 0.6652 00
0.4657 0.2295 00 00 0.4557 0.2245 00 00 1.1901 0.3302 60 40 1.1661 0.3242 60 40 1.1421 0.3182 60 40 1.3117 0.3606 60 40 1.2877 0.3546 60 40 1.2637 0.3486 60 40 1.0381 0.2922 60 40
4
二类负荷：这类负荷供电中断，将造成大量停产， 局部地区交通受阻，大部分城市居民生活被打乱。 供电方式：采用双回线供电。 当两回线路有困难时，允许由同一路专线供电。 注:对重要的二类负荷，其双回线应取自不同的变压 器，也可由两个独立电源供电。
三类负荷：对其供电方式无特殊要求。
5
二、负荷的表示方法
16
• 负荷预测根据目的的不同可以分为超短期、短期、中期和长期： •
①超短期负荷预测是指未来1h以内的负荷预测，在安 全监视状态下，需要5～10s或1～5min的预测值，预防性控 制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。 ②短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测，分别 用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、 水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度 和设备检修等，对短期预测，需充分研究电网负荷变化规 律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、日类型等 和短期负荷变化的关系。 ③中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定 机组运行方式和设备大修计划等。 ④长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段内的 负荷预测，主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对 电力负荷的需求，所作的电网改造和扩建工作的远景规划。 对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政 17 策等的影响。
U P PN AP L U N UL BP U N
2 2
CP
2 PN APU L BPU L CP
U Q QN AQ U N
U BQ U N
8
折线法负荷曲线
阶梯法负荷曲线
9
综合日有功负荷曲线
1、日负荷曲线
★ 主要参数的
计算
10
执行电价 平水期（5月、11月） 用电 类别 电压等 级 11：00— 19：00 7：00— 11：00 19：00— 23：00 23： 00—7： 00
单位：元/kwh 渴水期（12月、1—4月） 23：00— 7：00 11：00— 19：00 7：00— 23： 11：00 19： 00—7： 00—23： 00 00
1、负荷功率：用复功率或电流表示
E
a相 b相 c相
IP UP
三 相 负 荷
6
★ 负荷功率的计算方法 ★ 向量图
IP
SP U
P
IP
UP
UP
0
IP
0
容性负荷
*
IP
*
感性负荷
7
IP
2、负荷曲线
★ 负荷曲线的定义 ★ 负荷曲线的分类 按功率性质 按时间 按负荷范围
2 PN APU L BPU L CP
U Q QN AQ UN
U BQ U N
2 CQ QN AQU L BQU L CQ
25
★ 用多项式表示的负荷静态特性
21
负荷静态特性
P FP (U , f )
缓慢变化
Q FQ (U , f )
负荷动态特性
急剧变化
dU df dU P p (U , f , , , , ) dt dt df
dU df dU Q p (U , f , , , , ) dt dt df
22
2、研究方法
单相工频（50源自文库）25千伏交流制
19
牵引变电所的功能是将三相的110kV高压交流 电变换为两个单相27.5kV的交流电，然后向铁路 上、下行两个方向的接触网（额定电压为25kV） 供电，机车从接触网上获取电流后，在机车内进 行第二次降压并整流成直流电（也可在牵引变电 所内整流），用以驱动直流电动机。 牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。该 两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐 磨的分相绝缘器。
PU
f f N
Pf
U Q QN U N
QU
f f N
Qf
PU
d( P / PN ) d(U / U N )
f fN
QU
d(Q / QN ) d(U / U N )
d (Q / QN ) d( f / f N )
k 1
日平均负荷：
Pa v
1 24
24
Pdt
0
负荷率： 最小负荷系数：
km
Pa v Pmax Pmin Pmax
12
2、年负荷曲线
★ 年最大负荷曲线
作用
a、制订发电设备的检修 计划。 b、为新建或扩建电厂的 容量提供依据。
PS Pmax PR
年最大负荷曲线 13
★ 年持续负荷曲线
U U N
f fN
Pf
d ( P / PN ) d ( f / f N ) U U
N
Qf
注意：当涉及的节点电压幅值变化范围过大时，采用 静态模型将会使误差过大，常采用的方式是在不同电 压范围内采用不同的模型参数，或者当电压低于0.30.7时程序将负荷简单处理成恒定阻抗。
15
电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷 电量及负荷曲线的预测。 最大负荷功率预测：确定电力系统发电设备 及输变电设备的容量。 负荷电量预测：为了选择适当的机组类型和合 理的电源结构以及确定燃料计划等。 负荷曲线预测：可为研究电力系统的峰值、 抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行 提供数据支持。
1— 110kv以 下
1kv以下
非居 民照 明
1—10kv 以下
35— 110KV以 下
1kv以下
商 业 用 电
1—10kv 以下
35— 110KV以 下
非 工
1kv以下
1.2370 11 0.341 72 968
电力系统日用电量：
Ad
A
( kW h )
24
Pdt
0
Ad 24
24
Pk t k
考虑：电力网损耗的功率（线损负荷）
供电负荷：用电负荷+线损负荷的功率 ， 即：电力系统中各发电厂应提供的负荷。
考虑：发电厂本身所消耗的功率（发电厂用电负荷）
发电负荷：供电负荷+发电厂用电负荷
3
2、按供电可靠性分类：
一类负荷：煤矿、大型医院；大型冶炼厂，军事 基地；国家重要机关，城市公用照明等。
供电方式：应由两个独立电源供电。有特殊要 求的一类负荷，两个独立电源应该来自不同的变 电站。 独立电源：任意一个电源故障或停电检修时， 不影响其他电源供电。 注： 若一级负荷容量不大，可采用蓄电池组、 自备发电机等作为备用电源，也可从临近单位独 立供电系统中引出低压作为第二个独立电源。
0.1510 00 0.1510 00 0.3015 76 0.2961 76 0.2907 76 0.3289 36 0.3235 36 0.3181 36 0.2673 76
0.4657 00 0.4557 00 0.9035 20 0.8855 20 0.8675 20 0.9947 20 0.9767 20 0.9587 20 0.7895 20
0.4657 00 0.4557 00 1.4194 72 1.3906 72 1.3618 72 1.5653 92 1.5365 92 1.5077 92
0.229 500 0.224 500 0.387 568 0.380 368 0.373 168 0.424 048 0.416 848 0.409 648
作用
安排发电计划及进行 可靠性估计。
A
8760
P ( t ) dt
0
T max
A Pmax
年持续负荷曲线
14
各类用户的 Tmax
负荷类型
户内照明及生活用电 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
A Pmax T
max
Tmax （h）
2000~3000 1500~2200 3000~4500 6000~7000 1000~1500
•
• •
• 根据国家计委基础〔2001〕2668号文精神，三峡电站汛 期以承担基荷与腰荷电力供应为主，在枯水期承担一部分 峰荷电力供应任务 • 水电运行受来水限制比较多，而电站装机是有限的 枯水期，电站担任调峰是可以利用富余的机组、有限的水 量，而且水电机组调峰性能非常好，可以减少火电调峰的 效率损失，达到电力系统总体效率最高的目的。 丰水期，电站来水多，为避免弃水电量损失，所以要尽量 利用发电容量尽可能的利用来水，此时就没有富余调峰容 量了，需要靠火电或抽水蓄能调峰，这样尽管火电调峰有 效率损失，但是利用了廉价的水能发电，电力系统总体效 率依然可以提高。
0.4657 00 0.4557 00 1.0755 04 1.0539 04 1.0323 04 1.1849 44 1.1633 44 1.1417 44 0.9387 04
0.4657 00 0.4557 00 1.0755 04 1.0539 04 1.0323 04 1.1849 44 1.1633 44 1.1417 44 0.9387 04
负荷电压特性和频率特性
23
★ 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。
辨识常用方法
最小二乘法
卡尔曼滤波法 非线性递归滤波法
24
3、负荷静态特性及模型
P FP (U , f )
20
三、 负荷特性与模型
1、基本概念
负荷是电力系统的一个重要组成部分，分析电 力系统在各种状态下的特性必须研究系统的负荷特 性并建立其数学模型。 综合负荷的功率一般要随着系统的运行参数 （主要是电压和频率）变化而改变，反映这种变化 规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。 负荷特性包含有静态特性和动态特性。
第三章 电力系统负荷 的运行特性及数学模型
1
一、电力系统负荷的基本概念及分类
电力系统负荷：指电力系统在某一时刻各类 用电设备消耗功率的总和。
综合特性
包括：异步电动机、同步电动机、整流设备、 电热设备和照明设备等。 分类：有功负荷（kW)、无功负荷(kvar)、视 在负荷(kVA);
2
1、根据消耗功率的性质分类： 用电负荷：用户的用电设备在某一时刻消 耗功率的总和。
18
电力系统典型负荷
1、电动机负荷 （消耗电能约占全国总用电量的60%～70%） 2、照明负荷 （消耗电能约占全国总用电量的8%） 3、电加热负荷 （电阻加热、电弧加热、感应加热、电子束加热、 介电加热、等离子体加热） 4、电气化铁道 （电力机车牵引负荷由直流电动机拖动，其电源由交流系统经 单相整流而来，它在交流供电侧产生含量较大的谐波。由于 牵引变电所的变压器三相电流不平衡，在其一次侧基波负序 电流较大，其具有波动性大和沿线分布广的特点因此电气化 铁路是影响面较大的干扰负荷。）
Q FQ (U , f )
★ 用多项式表示的负荷静态特性
将负荷的静态特性用数学公式表达出来，就是负荷的 静态数学模型。不计频率变化，负荷吸收的功率与节点电 压的关系如下：
U P PN AP L UN UL BP U N
2 2
CP
2 CQ QN AQU L BQU L CQ
第一部分与电压平方成正比，表示恒定阻抗消耗的功率； 第二部分与电压成正比，代表恒电流负荷消耗的功率； 第三部分为恒功率负荷。
26
★ 幂函数形式表示的负荷静态特性
U P PN U N
丰水期（6—10月） 11：00— 19：00 7：00— 11：00 19：00— 23：00
居 民 生 活
1kv以下
0.4657 00 0.4557 00 0.7602 00 0.7452 00 0.7302 00 0.8362 00 0.8212 00 0.8062 00 0.6652 00
0.4657 0.2295 00 00 0.4557 0.2245 00 00 1.1901 0.3302 60 40 1.1661 0.3242 60 40 1.1421 0.3182 60 40 1.3117 0.3606 60 40 1.2877 0.3546 60 40 1.2637 0.3486 60 40 1.0381 0.2922 60 40
4
二类负荷：这类负荷供电中断，将造成大量停产， 局部地区交通受阻，大部分城市居民生活被打乱。 供电方式：采用双回线供电。 当两回线路有困难时，允许由同一路专线供电。 注:对重要的二类负荷，其双回线应取自不同的变压 器，也可由两个独立电源供电。
三类负荷：对其供电方式无特殊要求。
5
二、负荷的表示方法
16
• 负荷预测根据目的的不同可以分为超短期、短期、中期和长期： •
①超短期负荷预测是指未来1h以内的负荷预测，在安 全监视状态下，需要5～10s或1～5min的预测值，预防性控 制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。 ②短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测，分别 用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、 水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度 和设备检修等，对短期预测，需充分研究电网负荷变化规 律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、日类型等 和短期负荷变化的关系。 ③中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定 机组运行方式和设备大修计划等。 ④长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段内的 负荷预测，主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对 电力负荷的需求，所作的电网改造和扩建工作的远景规划。 对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政 17 策等的影响。
U P PN AP L U N UL BP U N
2 2
CP
2 PN APU L BPU L CP
U Q QN AQ U N
U BQ U N
8
折线法负荷曲线
阶梯法负荷曲线
9
综合日有功负荷曲线
1、日负荷曲线
★ 主要参数的
计算
10
执行电价 平水期（5月、11月） 用电 类别 电压等 级 11：00— 19：00 7：00— 11：00 19：00— 23：00 23： 00—7： 00
单位：元/kwh 渴水期（12月、1—4月） 23：00— 7：00 11：00— 19：00 7：00— 23： 11：00 19： 00—7： 00—23： 00 00
1、负荷功率：用复功率或电流表示
E
a相 b相 c相
IP UP
三 相 负 荷
6
★ 负荷功率的计算方法 ★ 向量图
IP
SP U
P
IP
UP
UP
0
IP
0
容性负荷
*
IP
*
感性负荷
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IP
2、负荷曲线
★ 负荷曲线的定义 ★ 负荷曲线的分类 按功率性质 按时间 按负荷范围
2 PN APU L BPU L CP
U Q QN AQ UN
U BQ U N
2 CQ QN AQU L BQU L CQ
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★ 用多项式表示的负荷静态特性
21
负荷静态特性
P FP (U , f )
缓慢变化
Q FQ (U , f )
负荷动态特性
急剧变化
dU df dU P p (U , f , , , , ) dt dt df
dU df dU Q p (U , f , , , , ) dt dt df
22
2、研究方法
单相工频（50源自文库）25千伏交流制
19
牵引变电所的功能是将三相的110kV高压交流 电变换为两个单相27.5kV的交流电，然后向铁路 上、下行两个方向的接触网（额定电压为25kV） 供电，机车从接触网上获取电流后，在机车内进 行第二次降压并整流成直流电（也可在牵引变电 所内整流），用以驱动直流电动机。 牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。该 两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐 磨的分相绝缘器。
PU
f f N
Pf
U Q QN U N
QU
f f N
Qf
PU
d( P / PN ) d(U / U N )
f fN
QU
d(Q / QN ) d(U / U N )
d (Q / QN ) d( f / f N )
k 1
日平均负荷：
Pa v
1 24
24
Pdt
0
负荷率： 最小负荷系数：
km
Pa v Pmax Pmin Pmax
12
2、年负荷曲线
★ 年最大负荷曲线
作用
a、制订发电设备的检修 计划。 b、为新建或扩建电厂的 容量提供依据。
PS Pmax PR
年最大负荷曲线 13
★ 年持续负荷曲线
U U N
f fN
Pf
d ( P / PN ) d ( f / f N ) U U
N
Qf
注意：当涉及的节点电压幅值变化范围过大时，采用 静态模型将会使误差过大，常采用的方式是在不同电 压范围内采用不同的模型参数，或者当电压低于0.30.7时程序将负荷简单处理成恒定阻抗。
15
电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷 电量及负荷曲线的预测。 最大负荷功率预测：确定电力系统发电设备 及输变电设备的容量。 负荷电量预测：为了选择适当的机组类型和合 理的电源结构以及确定燃料计划等。 负荷曲线预测：可为研究电力系统的峰值、 抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行 提供数据支持。
1— 110kv以 下
1kv以下
非居 民照 明
1—10kv 以下
35— 110KV以 下
1kv以下
商 业 用 电
1—10kv 以下
35— 110KV以 下
非 工
1kv以下
1.2370 11 0.341 72 968
电力系统日用电量：
Ad
A
( kW h )
24
Pdt
0
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24
Pk t k
考虑：电力网损耗的功率（线损负荷）
供电负荷：用电负荷+线损负荷的功率 ， 即：电力系统中各发电厂应提供的负荷。
考虑：发电厂本身所消耗的功率（发电厂用电负荷）
发电负荷：供电负荷+发电厂用电负荷
3
2、按供电可靠性分类：
一类负荷：煤矿、大型医院；大型冶炼厂，军事 基地；国家重要机关，城市公用照明等。
供电方式：应由两个独立电源供电。有特殊要 求的一类负荷，两个独立电源应该来自不同的变 电站。 独立电源：任意一个电源故障或停电检修时， 不影响其他电源供电。 注： 若一级负荷容量不大，可采用蓄电池组、 自备发电机等作为备用电源，也可从临近单位独 立供电系统中引出低压作为第二个独立电源。
0.1510 00 0.1510 00 0.3015 76 0.2961 76 0.2907 76 0.3289 36 0.3235 36 0.3181 36 0.2673 76
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0.4657 00 0.4557 00 1.4194 72 1.3906 72 1.3618 72 1.5653 92 1.5365 92 1.5077 92
0.229 500 0.224 500 0.387 568 0.380 368 0.373 168 0.424 048 0.416 848 0.409 648
作用
安排发电计划及进行 可靠性估计。
A
8760
P ( t ) dt
0
T max
A Pmax
年持续负荷曲线
14
各类用户的 Tmax
负荷类型
户内照明及生活用电 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
A Pmax T
max
Tmax （h）
2000~3000 1500~2200 3000~4500 6000~7000 1000~1500
•
• •
• 根据国家计委基础〔2001〕2668号文精神，三峡电站汛 期以承担基荷与腰荷电力供应为主，在枯水期承担一部分 峰荷电力供应任务 • 水电运行受来水限制比较多，而电站装机是有限的 枯水期，电站担任调峰是可以利用富余的机组、有限的水 量，而且水电机组调峰性能非常好，可以减少火电调峰的 效率损失，达到电力系统总体效率最高的目的。 丰水期，电站来水多，为避免弃水电量损失，所以要尽量 利用发电容量尽可能的利用来水，此时就没有富余调峰容 量了，需要靠火电或抽水蓄能调峰，这样尽管火电调峰有 效率损失，但是利用了廉价的水能发电，电力系统总体效 率依然可以提高。
0.4657 00 0.4557 00 1.0755 04 1.0539 04 1.0323 04 1.1849 44 1.1633 44 1.1417 44 0.9387 04
0.4657 00 0.4557 00 1.0755 04 1.0539 04 1.0323 04 1.1849 44 1.1633 44 1.1417 44 0.9387 04