電力系統(tǒng)的負荷

1、1,第二章 電力系統(tǒng)的負荷,,2,負荷的分類和基本定義,⑴分類①綜合負荷 ②供電負荷③發(fā)電負荷,3,⑵定義綜合負荷：電力系統(tǒng)用戶用電設備所消耗電功率的總和。供電負荷：綜合負荷和電力網(wǎng)功率損耗之和。發(fā)電負荷：供電負荷與廠用電之和。,綜合負荷,電力網(wǎng)的功率損耗,,供電負荷,廠用電,發(fā)電負荷,,4,2.1 負荷的表示方法,電力系統(tǒng)的負荷,有功負荷（有功功率）,無功負荷（無功功率）,,有功功率的定義？,5,無功功率的定

2、義？,把電能轉換為其他能量（機械能、 光能、熱能等）并在用電設備中 真實消耗掉的功率。,6,并不做功，只是用來完成電磁能 量的相互交換所需的功率。,為什么存在無功負荷?,7,一、負荷功率,,,,,三相負荷,,a,b,c,8,復數(shù)功率,,,,0,向量圖,?,,,β,α,,固定軸,,-α,,9,二、負荷曲線,描述某一段時間內(nèi)用電負荷大小隨時間變化規(guī)律的曲線。,,10,年負荷曲線,①按功率性質(zhì),有功負荷曲線,無功負荷曲線,②

3、按 時 間,,日負荷曲線,月負荷曲線,季負荷曲線,負荷曲線的分類,,11,③按負荷范圍,用戶負荷曲線,地區(qū)電網(wǎng)負荷曲線,電力系統(tǒng)負荷曲線,,實際中只能得到離散時間的實測 （或估計）值，因此一般用折線法 或階梯法描繪。,12,折線法負荷曲線,階梯法負荷曲線,（一）日有功負荷曲線,13,峰谷差,日用電量Ad,日最大負荷Pmax和日最小負荷Pmin的差值。,日有功負荷曲線所圍成的面積。,⑴日負荷曲線的定義

4、:描述一天24小時內(nèi)負荷隨時間變化規(guī)律的曲線。,日最大負荷、日最小負荷、峰荷、腰荷和基荷,14,日平均負荷Pav,負荷率km,15,km、?值愈小，表明負荷波動愈大，發(fā)電機的利用率愈差。km和?愈大，負荷特性愈好。采用“削峰填谷”等措施，盡量使得km、?趨近于1。,最小負荷系數(shù)?,16,⑵日負荷曲線的作用,安排日發(fā)電計劃 確定各發(fā)電廠的發(fā)電任務及系 統(tǒng)的運行方式 計算用戶日用電量等,17,（二）年負荷曲線,年最大負荷曲線

5、,年持續(xù)負荷曲線,18,⑴年最大負荷曲線的定義,描述一年內(nèi)每月（或每日）最大有功負荷隨時間變化情況的曲線。,19,⑵年最大負荷曲線的作用,制訂發(fā)電設備的檢修計劃。檢修機組應盡量安排在負荷量小的時段；為新建或擴建電廠的容量提供依據(jù)。,20,⑶年持續(xù)負荷曲線的定義,按一年內(nèi)系統(tǒng)負荷數(shù)值的大小及其累計小時數(shù)順序由大至小排列而成的曲線。,⑷年持續(xù)負荷曲線的作用,①安排發(fā)電計劃及進行可靠性估計。,21,②計算用戶全年的耗電量A,22,⑸

6、最大負荷利用時間Tmax,,23,表2-1 各類用戶的 Tmax,,,戶內(nèi)照明及生活用電,單班制企業(yè)用電,兩班制企業(yè)用電,三班制企業(yè)用電,農(nóng)灌用電,2000~3000,1500~2200,3000~4500,6000~7000,1000~1500,24,2 .2 負荷特性與模型,⑴負荷特性的定義,反映負荷功率隨系統(tǒng)運行參數(shù)(電壓U或頻率f ）的變化而變化規(guī)律的曲線或數(shù)學表達式。,負荷特性,,靜態(tài)特性,動態(tài)特性,25,⑵負荷特性的主

7、要研究方法,,實測法,辨識法,①實測法,需要大量的測點，且測點的電壓 變化要求大于±10％。實測中變 化頻率也相當困難。,26,實測法的難度較大，一般不使用這種方法。,②辨識法,將負荷當成一整體，根據(jù)現(xiàn)場采 集的測量數(shù)據(jù)，確定負荷模型的 結構，然后辨識所采集的數(shù)據(jù)得 出模型所需參數(shù)。,27,常用的辯識方法,,最小二乘法,卡爾曼濾波法,非線性遞歸濾波法,⑶負荷模型,在電力系統(tǒng)分析計算中對負荷特性

8、 所作的物理模擬或數(shù)學描述。,28,一、負荷的靜態(tài)特性,反映電壓和頻率緩慢變化時負荷功率變化的特性。,,,29,負荷靜態(tài)特性常用近似模型,電力系統(tǒng)的潮流計算頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定分析計算無功優(yōu)化補償?shù)确治鲇嬎?,多項式,冪函數(shù),恒定阻抗,負荷靜態(tài)模型的使用范圍,30,(一)多項式負荷靜態(tài)特性,,負荷的電壓特性,負荷的頻率特性,31,負荷靜態(tài)模型系數(shù)的意義,AP、BP、CP AQ、BQ、CQ,若不計負荷的頻率特性,32,,33,1--

9、----等效恒定阻抗負荷2------等效恒定電流負荷3------等效恒定功率負荷,1,2,3,34,思考題？,當P、Q、U均為額定值時，AP、BP、CP，AQ、BQ、CQ之間的關系如何？怎樣得到恒定阻抗、恒定電流、恒定功率的負荷特性？,35,(二)冪函數(shù)式負荷靜態(tài)特性,,,電壓特性系數(shù),頻率特性系數(shù),,,36,電壓特性系數(shù)的物理含義,當負荷功率和頻率均為額定值時，功率對電壓的變化率，即,37,頻率特性系數(shù)的物理含義,當負荷功

10、率和電壓均為額定值時，功率對頻率的變化率，即,38,負荷特性常用冪函數(shù)形式表示,因為冪函數(shù)式中的冪系數(shù)PU、 QU、 Pf、 Qf比多項式中的各系數(shù)AP、BP、CP、 AQ、BQ、CQ容易確定。,39,(三)恒定阻抗式負荷靜態(tài)特性,,PU＝QU＝2,,由冪函數(shù)形式可得,40,,（1）,（2）,恒定阻抗,冪函數(shù),41,對于感性阻抗，當系統(tǒng)頻率偏差很小時，可得有功、無功頻率特性系數(shù)分別為,42,對于容性阻抗，同理可得,,43,恒

11、定阻抗模型最簡單，可大大提高 分析計算的速度，但與實際情況的 誤差較大。,通常只在負荷容量小、端電壓波動 不大、精確度要求不高的情況下使 用。,44,思考題？,試證明P24的式（2-19）~（2-22）,45,二、 負荷的動態(tài)特性,反映電壓和頻率急劇變化時負荷功率變化的特性。,,,46,負荷動態(tài)特性分析,電力系統(tǒng)綜合負荷的主要成分是 異步電動機。,異步電動機的動態(tài)特性,機械暫態(tài)過程,機電暫態(tài)過程,電磁暫

12、態(tài)過程,,47,異步電動機的等值電路,,,,,總等值阻抗,,48,異步電動機的電壓方程為,異步電動機從系統(tǒng)吸收的有功功率P和無功功率Q分別為？,49,等值電納,等值電導,50,轉差率s,2----異步電動機轉子穩(wěn)態(tài)運行角速度,2,1,1----異步電動機轉子角速度,,51,1-----異步電動機的慣性時間常數(shù),2-----異步電動機的電磁轉矩,3-----異步電動機的機械轉矩,異步電動機的運動方程,,1,2,3,52,電磁轉矩Me,,

13、2-----與Memax對應的臨界轉差率。,1,2,1-----U 等于UN時的最大電磁轉矩,53,機械轉矩Mm,1-----負荷率,2-----與轉速無關的部分力矩,即靜止力矩,1,2,3,3-----與機械轉矩特性有關的系數(shù),54,若不計靜止力矩,標幺值,當轉速偏差較小時,1,2,55,1-----異步電動機的穩(wěn)態(tài)機械轉矩,2-----線性化機械轉矩特性系數(shù),綜合負荷動態(tài)模型,,異步電動機負荷模型,恒定阻抗負荷模型,(其比例可取為總

14、負荷的25％~35％),56,2.3 電力系統(tǒng)中的諧波,由于負荷的非線性使電壓和電流波形產(chǎn)生畸變，出現(xiàn)各種諧波分量，諧波亦稱為電力網(wǎng)中的“垃圾”。,諧波的含量是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一。,57,一、主要的諧波參數(shù),1、含有諧波的電壓和電流,基波角頻率,初相角,58,已知變化周期為T的電流i（t）的大小，其有效值I如何求得？,,59,根據(jù)三角函數(shù)的正交性可知,,60,含有諧波的i（t）和u（t）的有效值只和所含各次諧波的有效值有關，而與

15、它們的相位無關。非正弦周期量的最大值和有效值之間已不存在 的關系,,61,,三次諧波初相角與基波相同,三次諧波初相角與基波相反,62,2、諧波分析中常用的若干特征量,⑴諧波含量,①諧波電壓含量,②諧波電流含量,63,⑵諧波總畸變率,諧波含量與基波分量的比值的百分數(shù)，用THD表示。,,①電壓總畸變率,②電流總畸變率,64,第n次諧波的電壓含有率為,⑶諧波含有率,某次諧波的有效值與基波有效值的比值，記為HR。,,同理，可得第n次諧波的電

16、流含有率。,65,3、含有諧波時的有功功率和功率因數(shù),⑴有功功率P,1,66,當?n在第一、第四象限時，Pn為正， 表示負荷吸收有功功率，為諧波負載。,1----- ?n為n次諧波電流落后于n次 諧波電壓的相位角。,當?n在第二、第三象限時，Pn為負， 表示負荷發(fā)出有功功率，成為諧波源。,67,⑵功率因數(shù),如何計算？,P可能會小于它的基波功率P1， 即用戶可以將所吸收的一部分基波功率轉化為諧波功率，反饋

17、到電網(wǎng)。,68,這里的?已經(jīng)不是任何一次諧波電壓和電流之間的相位差。,,含有諧波時的視在功率,69,AP------有功電能表的讀數(shù)（kWh）,實際工程中含有諧波的功率因數(shù)如何計算？,1,2,AQ------無功電能表的讀數(shù)（kvarh）,70,二、諧波源,電力系統(tǒng)中的非線性負荷大量增加，在電力系統(tǒng)中形成了大量的諧波源。根據(jù)負荷的特點，諧波源分類如下：,諧波源,,含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源,整流和換流電子器件所形成的諧波源,71,㈠

18、含電弧和鐵磁非線性設備的 諧波源,電弧爐形成的諧波在這類諧波中占有很大的比例。其伏安特性具有高度的非線性，是主要的諧波源。,電弧爐和接觸焊設備、礦熱爐、硅鐵爐、高頻爐等均屬此類非線性電力負荷。,,,,,72,,,73,典型電弧爐的HRI統(tǒng)計值,1.1,5.0,5.8,3.0,4.2,1.2,1.1,0.8,74,⑷電氣化鐵道中的交流單相整流供電機車,㈡整流和換流電子器件形成 諧波源,⑴直流輸電的大容量整流和逆變裝置

19、,⑵工業(yè)中大量使用的變頻調(diào)速裝置,⑶冶金、化工、礦山部門大量使用的晶閘管整流電源,75,⑵諧波電流因集膚效應和鄰近效應， 在變壓器繞組中引起附加銅耗。諧 波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損 耗增加。,三、諧波的危害,⑴諧波使旋轉電機附加損耗增加、 出力降低，絕緣老化加速。,,,,76,⑷在直流電機中，諧波除附加發(fā)熱外， 還會引起換相惡化和噪音。,⑶諧波電流在三相感應電動機內(nèi)產(chǎn)生的附加旋轉磁場與基波旋轉磁場相反

20、時， 將降低電動機的效率，使電動機過熱。,,,,,77,⑸諧波電流與基波磁場間的相互作用產(chǎn)生的振蕩力矩嚴重時使發(fā)電機產(chǎn)生機械共振，使汽輪機葉片疲勞損壞。,,,,78,⑺諧波還使變壓器的噪聲增大，使絕緣材料中的電場強度增大，縮短變壓器的使用壽命。,⑹3次諧波及其倍數(shù)的諧波在變壓器三角形接法的繞組中形成的環(huán)流會使變壓器繞組過熱。,,,,79,⑻諧波電壓作用在對頻率敏感（頻率越 高，電抗越降低）的電容元件上，例 如電容器

21、和電纜等，會使其嚴重過電 流，導致發(fā)熱，介質(zhì)老化，甚至損壞。,⑼高次諧波電流會在串聯(lián)電抗器上形成過高的壓降，使電抗器的匝間絕緣受損。,,,80,⑽諧波電流因集膚效應使輸電線（包 括電纜）的電阻增大，加大了線路的損耗。諧波電壓的存在影響線路的絕緣，使電暈加重。,⑾諧波電壓、電流對電工儀表的測量正確度產(chǎn)生影響。,,,,81,⑿供電線路（尤其是電力機車2.5kV接觸網(wǎng)）中存在的高次諧波所產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應會對與之平行的通信線路

22、產(chǎn)生聲頻干擾，影響到通信質(zhì)量。,,,,82,⒀諧波侵入電網(wǎng)，有可能會引起電力系統(tǒng)中繼電保護的誤動作。 也可能影響使用中的電子設備，出現(xiàn)諸如使電視機的圖像“翻滾”，使計算機 的計算出錯等故障。,83,本章小結,（2）常用負荷曲線的分類和用途,,（1）負荷的定義？,（3）什么是負荷特性和負荷模型？,年持續(xù)負荷曲線,年最大負荷曲線,日負荷曲線,84,（4）諧波源的分類及諧波的危害 有哪些？（5）衡量波形畸變程