电力系统的负荷课件

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1、1,第2章 电力系统的负荷,2,3,负荷的分类和基本定义,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,4,2.1 负荷的表示方法,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？,5,无功功率的定义？,把电能转换为其他能量（机械能、光能、热能等）并在用电设备中真实消耗掉的功率。,6,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?,7,一、负荷功率, 负荷功率的计算方法,8, 向量图,容性负荷,感性

2、负荷,9,二、负荷曲线,按功率性质, 负荷曲线的分类, 负荷曲线的定义,按 时 间,按负荷范围,描述某一段时间内用电负荷大小随时间变化规律的曲线。,10,11,武汉地区电力负荷实际曲线图,12,3月6日的日负荷曲线,13,14,日有功负荷曲线图,1. 日负荷曲线, 主要参数的 计算,日最大负荷、 日最小负荷、 峰荷、 腰荷 基荷,15,16,峰谷差,日用电量Ad,日最大负荷Pmax和日最小负荷Pmin的差值。,日有功负荷曲线所围成的面积。,17,日平均负荷Pav,负荷率km,18,km、值反映负荷曲线的起伏特性，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。

3、采用“削峰填谷”等措施，尽量使得km、趋近于1。,最小负荷系数,19,20, 日负荷曲线的作用,a.安排日发电计划 b.确定各发电厂的发电任务及系统的运行方式 c.计算用户日用电量,21,2. 年负荷曲线,年最大负荷曲线, 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。,22, 年持续负荷曲线,年持续负荷曲线,作用,安排发电计划 及进行可靠性 估计。,23,计算用户全年的耗电量A,24,最大负荷利用时间Tmax,年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的

4、电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。年最大负荷利用小时数的大小，在一定程度上反映了实际负荷在一年内的变化程度。,25,下图为某厂年有功负荷曲线，此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷，Tmax为年最大负荷利用小时数。,26,各类用户的 Tmax,27,三、负荷特性与模型,1. 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。,负荷特性,静态特性,动态特性,28,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 静态特性代表稳态下负荷功率与电压和频率的关系。 当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的静态电压特性。当负荷端

5、电压维持额定值不变时，负荷功率与频率的关系称为负荷的静态频率特性。,29,电力负荷建模，不仅对各种具体用电设备元件建立模型，更重要的是研究负荷母线上的总体负荷吸收的功率随着负荷母线的电压和频率的变化而变化的关系。,30, 实测法,测量复杂，要求高，难度较大。,2. 研究方法,31,32,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。, 辨识法,最小二乘法 卡尔曼滤波法 非线性递归滤波法,33,3. 负荷静态特性模型,反映电压和频率缓慢变化时负荷功率变化的特性。,34,电力负荷的随机性：负荷特性是一个时变函数，它本身会随时间、季节等因素而改变

6、其组成特征 电力负荷的时变性：即使对于同一负荷组成，由于电压、频率变化不同，负荷特性的非线性表现也各不相同。,35,负荷静态特性常用近似模型,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,多项式,幂函数,恒定阻抗,负荷静态模型的使用范围,36, 多项式负荷静态特性,负荷的电压特性,负荷的频率特性,37,若不计负荷的频率特性,38,1,2,3,39,思考题？,当P、Q、U均为额定值时，AP、BP、CP，AQ、BQ、CQ之间的关系如何？ 怎样得到恒定阻抗、恒定电流、恒定功率的负荷特性？,40, 幂函数式负荷静态特性,41, 恒定阻抗式负荷静态特性,42,对于感性阻抗，当系

7、统频率偏差很小时，可得有功、无功频率特性系数分别为,43,对于容性阻抗，同理可得,44,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。,45,负荷电压特性和频率特性,46,4. 负荷动态特性模型：计及运行状态从一种状态变化的另一种状态时负荷急剧变化的中间过程,47,综合负荷的动态特性 采用微分方程和代数方程描述； 电力系统负荷建模（研究课题） 制定模型结构 确定模型参数 参数具有随机性和时变性,48, 异步电动机机械暂态过程中的负荷动态特性,49,异步电动机的电压方程为,异步电动机从系统吸收的有功

8、 功率P和无功功率Q分别为？,50,等值电纳,等值电导,51,转差率s,2-异步电动机转子稳态运行角速度,1-异步电动机转子角速度,52,1-异步电动机的惯性时间常数,2-异步电动机的电磁转矩,3-异步电动机的机械转矩,异步电动机的运动方程,1,2,3,53,电磁转矩Me,2-与Memax对应的临界转差率。,1,2,1-U 等于UN时的最大电磁转矩,54,机械转矩Mm,1-负荷率,2-与转速无关的部分力矩,即静止力矩,1,2,3,3-与机械转矩特性有关的系数,55,若不计静止力矩,标幺值,当转速偏差较小时,1,2,1-异步电动机的稳态机械转矩,2-线性化机械转矩特性系数,56,综合负荷动态模型

9、,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2535),57,58,负荷曲线是指由用户决定的在某一时段内用电量的大小。 负荷特性曲线描述的是随U和f的变化，负荷所取用的功率变化的规律，由负荷自身特性决定。,59,谐波的基本概念 谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。,四、 电力系统中的谐波,谐波性质：1）谐波次数n必须为正整数； 2）间谐波和次谐波不属于高次谐波； 3）谐波是稳态、连续现象；暂态过程的波 形畸变和陷波都不属于高次谐波范畴； 4）短时间谐波也不属于稳态谐波范畴。,60,1. 主要的谐波参数, 含有谐波的电压和电流的表达式,已知电流i（t）的

10、表达式，其变化周期为T。问i（t）的有效值I如何求得？,61,62,根据三角函数的正交性可知,63,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 的关系,64,65,谐波分析中常用的若干特征量,谐波含量,谐波电压含量,谐波电流含量,66,谐波总畸变率,电压总畸变率,电流总畸变率,67,第n次谐波电压含有率,谐波含有率,第n次谐波电流含有率,68,特征谐波仿真图形例 THD = 43.09%,69, 含有谐波时的有功功率和功率因数,有功功率P,n为n次谐波电流落后于n次谐波电压的相位角。,同频率的电压和电流才构成

11、有功功率。,70,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。,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。,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。,71,包括基波电压电流产生的无功功率、同频率谐波电压电流产生的无功功率，以及不同频率谐波产生的无功功率,含有谐波时的无功功率,72,功率因数,这里的已经不是任何一次谐波电压和电流之间的相位差。,说明：S、P、Q之间不保持直角三角形关系，且比较可知 ，差值称为畸变功率D：,73,实际工程中含有谐波的功率因数如何计算？,AP-有功电能表的读数（

12、kWh）,AQ-无功电能表的读数（kvarh）,74,谐波功率引起的电能计量误差分析,1）对线性用户电能表WhM：P1M+PhM，多计电能，即受谐波影响还要多付费；不合理。 2）非线性用户电能表WhR：P1R - PhR，少计电能，即对系统造成干扰还少付费；不合理。 3）对发电厂电能表WhG：P1G - PhG，少计电能。,75,2. 谐波源,含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,整流和换流电子器件所形成的谐波源,76,含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,电弧炉形成的谐波在这类谐波中占有很大的比例。 其伏安特性具有高度的非线性，是主要的谐波源。,电弧炉和接触焊设备、矿热炉、硅铁炉、高频炉等均属此类非线性

13、电力负荷。,77,78,典型电弧炉的HRI的统计值,79,电气化铁道中的交流单相整流供电机车,整流和换流电子器件形成谐波源,直流输电的大容量整流和逆变装置,工业中大量使用的变频调速装置,冶金、化工、矿山部门大量使用的晶闸管整流电源,80,3. 谐波的危害,81,4 谐波标准,4.1不同谐波源的叠加计算,82,4.2低压电网电压总谐波畸变率 低压电网电压总谐波畸变率是确定中压和高压电网电压总谐波畸变率的基础，国标中定为5%。,83,公用电网谐波电压（相电压）限值,84,4.3 用户注入电网的谐波电流允许值,分配给用户谐波电流的允许值应保证各级电网谐波电压在限值之内。 影响各级电网谐波电压的主要因

14、素有： 1）本级谐波源产生的谐波 2）上级电网谐波电压对本级的传递（即渗透） 3）各谐波源同次谐波的合成,85,确定方法如下： 1）扣除上一级电网传递到本级电网的谐波电压，才是本级电网允许谐波源生成的谐波电压； 2）依据允许谐波源在电网生成的谐波电压，计算谐波源注入PCC点的各次谐波电流允许值。 计算公式：,86,5 减小谐波影响的技术措施,1）增加换流装置的相数或脉动数； 2）加装交流滤波装置； 3）改变谐波源的配置或工作方式； 4）加装静止无功补偿装置； 5）避免电容器对谐波的放大； 6) 制定谐波管理规制； 7）采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施。,谐波治理的原则： 谁产生谁治理， 以达到国家标准为目标， 与无功补偿同时进行。,87,本章小结, （1）负荷的分类及定义？, （3）负荷特性的定义及相应的负荷模型？,年持续负荷曲线,年最大负荷曲线,日负荷曲线, （2）常用负荷曲线的分类和用途,88, （4）谐波源的分类及谐波的危害有那些？, （5）衡量波形畸变程度的参数有那些？ 分别是如何定义的？,