管 理 運 籌 學(xué)第一章

1、1,第六章 電力負荷特性和計算分析,章節(jié)導(dǎo)學(xué) 本章教學(xué)內(nèi)容 1、 負荷曲線與特性分析：系統(tǒng)負荷的構(gòu)成，用電設(shè)備的工作制，負荷曲線及特性。 2、 負荷計算的方法：計算負荷意義及計算方法，它是選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線和電纜截面積、確定變壓器容量、選擇電氣設(shè)備參數(shù)、整定保護裝置動作值以及制定提高功率因素措施的依據(jù)。,2,3、工廠供電負荷的統(tǒng)計計算示例：在變配電系統(tǒng)中，用電 設(shè)備不可能同時運行，即使同時運行也不一定每臺都

2、達到額定容量，因此不能簡單地把所有用電設(shè)備的容量相加來確定計算負荷。4、建筑配電負荷的統(tǒng)計計算示例：民用建筑設(shè)計中常用的負荷計算方法有負荷密度法、單位指標法、需要系數(shù)法和利用系數(shù)法等。5、負荷預(yù)測簡介：從已知的用電需求出發(fā)，考慮政治、經(jīng)濟、氣候等相關(guān)因素，對未來的用電需求做出的預(yù)測，包括電力需求預(yù)測和電能需求預(yù)測兩部分內(nèi)容。重點：計算負荷的意義；負荷計算的方法；工廠、建筑供電負荷的統(tǒng)計計算。 難點：負荷計算的方法,3,第一節(jié)

3、 負荷曲線與特性分析,一、電力系統(tǒng)負荷的構(gòu)成 系統(tǒng)中千萬個用電設(shè)備消費功率的總和。 大致分為：異步電動機、同步電動機、電熱電爐、整流設(shè)備、照明設(shè)備等幾大類。,4,幾種工業(yè)部門用電設(shè)備比重的統(tǒng)計,注 （1）比重按功率計。 （2）照明設(shè)備的比重很小，未統(tǒng)計在內(nèi)。,5,二、用電設(shè)備的工作制 我國低壓電器行業(yè)采用了IEC34－1規(guī)定的八種工作制中的三種，即長期連續(xù)工作制、短時工作制和斷續(xù)周期

4、工作制。,6,長期連續(xù)工作制設(shè)備,短時工作制設(shè)備,斷續(xù)周期工作制設(shè)備,在恒定負載（如額定功率）下連續(xù)運行相當(dāng)長，負荷比較穩(wěn)定。 如通風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機、電爐和照明等。,設(shè)備的工作時間較短，停歇時間較長。如：金屬切削用的輔助機械(龍門刨橫梁升降電動機、刀架快速移動裝置)、水閘用電動機等。,設(shè)備工作呈周期性，時而工作時而停歇，如此反復(fù)，且工作時間與停歇時間有一定比例。如起重機、電焊機、電梯等。用“負荷持續(xù)率”（又稱暫載率）來

5、表征工作性質(zhì)。,,,,,,,,7,負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用 表示,,工作時間,停歇時間,起重電動機的標準暫載率：15%、25%、40%、60%。 電焊設(shè)備的標準暫載率：50%、65%、75%、100%。,8,在某一時間段內(nèi)描繪負荷隨時間的推移而變化的曲線。 按負荷性質(zhì)可繪制有功和無功的負荷曲線； 按負荷持續(xù)時間可繪制日、月和年的負荷曲線。,三、負荷曲線,（a）鋼鐵工業(yè),（b

6、）食品行業(yè),9,（c）農(nóng)村加工業(yè),（d）市政生活,1、日負荷曲線,表示一天24h內(nèi)負荷變化的情況，此曲線可用于決定系統(tǒng)的日發(fā)電量。,10,可根據(jù)典型日負荷曲線間接制成，表示從年初到年終的整個1年內(nèi)的逐月（或逐日）綜合最大負荷的變化情形。,2、年最大負荷曲線,11,不分日月先后的界限，只按全年的負荷變化，根據(jù)各個不同的負荷值在一年中的累計持續(xù)時間而重新排列組成的，反映工廠全年負荷變動與負荷持續(xù)時間的關(guān)系。,3、年負荷持續(xù)曲線,,,P1,t

7、1,,年最大負荷利用小時數(shù),一年內(nèi)消耗的總電量,,,12,,,,,（1）年最大負荷Pmax，負荷曲線上的最高點；（2）年最小負荷Pmin，負荷曲線上的最低點；（3）全年消耗的電量AY為：,,全日消耗的電量AD為：,四、負荷曲線的特征指標分析,13,（4）年最大負荷利用小時數(shù)Tmax,,（5）平均負荷Pav,（6）負荷率，平均負荷與最大負荷的比值,有功負荷率：,無功負荷率：,14,第二節(jié) 負荷計算的方法,計算負荷：在已知用電設(shè)備

8、性質(zhì)、容量等條件的情況下，按照一定的方法和規(guī)律，通過計算確定的電力負荷。 包括：有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流、尖峰電流等內(nèi)容。 求計算負荷的這項工作稱為負荷計算。,一、計算負荷的意義,根據(jù)計算負荷來選擇導(dǎo)線及設(shè)備，在實際運行中它們的最高溫升就不會超過容許值。,通常：根據(jù)半小時（30min）的平均負荷所繪制的負荷曲線上的“最大負荷” 作為“計算負荷”，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。,15,典型的

9、用電設(shè)備組每30min的平均負荷曲線上的最大負荷Pmax 與設(shè)備額定功率（容量）的比值：,1、需要系數(shù)Kd,,二、確定計算負荷的系數(shù),同一類型的工業(yè)企業(yè)（或同一類型車間、設(shè)備）的負荷曲線，均有大致相似的形狀。從中可發(fā)現(xiàn)數(shù)值較相近的系數(shù)。,有關(guān)數(shù)據(jù)見表,16,2、利用系數(shù)KU,3、同時系數(shù),有功同時系數(shù)：,無功同時系數(shù)：,因為干線上各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的；因此求干線上的計算負荷時，將干線上各用電設(shè)備組的計算負荷相加后應(yīng)乘以相應(yīng)

10、的最大負荷同時系數(shù)（又稱參差系數(shù)、混合系數(shù)）。,17,4、形狀系數(shù)KZ,,5、附加系數(shù)Kf,,18,第三節(jié) 工廠供電負荷的統(tǒng)計計算示例,在作設(shè)計任務(wù)書或初步設(shè)計階段，尤其當(dāng)需要進行方案比較時，只需要估算。,一、計算負荷的估算法,1、單位產(chǎn)品耗電量法,已知企業(yè)的生產(chǎn)量n及每一單位產(chǎn)品電能消耗量 ，則企業(yè)年電能需要量Wn：,可求得最大有功功率如下：,,19,,2、車間生產(chǎn)面積負荷密度法,當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積負荷密度指標ρ（單位為kW/

11、m2）時，則車間的平均負荷：,車間生產(chǎn)面積,,二、求計算負荷的方法,（一）對單臺電動機,供電線路在30min內(nèi)出現(xiàn)的最大平均負荷即計算負荷為：,電動機的額定功率,效率,,,,20,,,,,于是：,,（二）多組用電設(shè)備的負荷計算,1、需要系數(shù)法,步驟： ⑴將用電設(shè)備分組，求出各組用電設(shè)備的總額定容量。 ⑵查出各組用電設(shè)備相應(yīng)的需要系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù)。,,21,（3）用需要系數(shù)法求車間或全廠計算負荷時，需要在各級配電點乘以同期

12、系數(shù)（0.85~0.95）。,,,,,,22,,,,⑶ 由平均負荷乘以形狀系數(shù)，求計算負荷的有效值Pca,,用第2種方法求計算負荷不需要乘以同期系數(shù) 。,2、利用系數(shù)法,,第一組,步驟：⑴ 將用電設(shè)備分組，求出各用電設(shè)備組的總額定容量。⑵ 查出各組用電設(shè)備的利用系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù)，求出平均負荷。,23,例：某小批量生產(chǎn)車間380V線路上接有金屬切削機床共20臺（其中10.5kW-4臺，7.5kW-8臺，5kW-8臺），車間有380

13、V電焊機2臺（每臺容量20kVA， ），車間有吊車1臺11kW， ），試計算此車間的計算負荷。,解：（1）車間設(shè)備容量 金屬切削機床屬于長期連續(xù)工作制設(shè)備，所以20臺金屬切削機床的總?cè)萘繛椋?24,電焊機屬于反復(fù)短時工作制設(shè)備，它的設(shè)備容量應(yīng)統(tǒng)一換算到 ，所以2臺電焊機的設(shè)備容量：,吊車屬于反復(fù)短時工作制設(shè)備，它的設(shè)備容量應(yīng)統(tǒng)一換算到

14、，所以1臺吊車的容量為：,車間的設(shè)備總?cè)萘繛椋?25,（2）車間計算負荷金屬切削機床組，查表取需要系數(shù)和功率因數(shù)為：,所以，有,26,電焊機組，查表取需要系數(shù)和功率因數(shù)為：,27,吊車組，查表取需要系數(shù)和功率因數(shù)為,28,第四節(jié) 建筑配電負荷的統(tǒng)計計算示例,在民用建筑設(shè)計中常用的負荷計算方法有負荷密度法、單位指標法、需要系數(shù)法和利用系數(shù)法等?！睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計規(guī)范》對負荷計算方法的選取原則做了如下規(guī)定：,（1）在做方案階段可采用單位

15、指標法；在初步設(shè)計及施工圖階段，宜采用需要系數(shù)法。對于住宅，在設(shè)計的各個階段均可采用單位指標法。（2）用電設(shè)備臺數(shù)較多，各臺設(shè)備用電容量相差不懸殊時，宜采用需要系數(shù)法。一般用于干線、配電所的負荷計算。（3）用電設(shè)備臺數(shù)較少，各臺設(shè)備用電容量相差懸殊時，宜采用利用系數(shù)法。一般用于支干線、配電屏（箱）的負荷計算。,29,負荷密度法就是根據(jù)國家的電力政策、建筑物的性質(zhì)、負載的性質(zhì)等多方面的因素，使用對歷史工程的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計后確定的單位

16、面積功率（負荷密度）數(shù)據(jù)，對所設(shè)計系統(tǒng)的計算負荷進行估算的一種方法。,,式中 P0—單位面積功率（負荷密度），W /m2； S—建筑面積，m2。,一、計算負荷的估算,1、負荷密度法,30,單位指標法與負荷密度法基本相同，是根據(jù)已有的單位用電指標來估算計算負荷。其有功計算負荷的計算公式為：,式中 Pe—單位用電指標，如W/戶，W/人，W/床； N—單位數(shù)量，如戶數(shù)，人數(shù)，床數(shù)。,2、單位指標法,31,有

17、功計算負荷：,,無功計算負荷：,,視在功率計算負荷：,計算電流：,,二、按需要系數(shù)法確定計算負荷,1、按需要系數(shù)法確定計算負荷的公式,32,2、三相用電設(shè)備組計算負荷的確定,（1）用電設(shè)備分組,若某組用電設(shè)備的臺數(shù)少于等于三臺時，計算負荷等于其設(shè)備功率的總和，而不再考慮需要系數(shù)； 若用電設(shè)備在三臺以上時，其計算負荷應(yīng)通過計算確定，即要考慮需要系數(shù)。,（2）單組用電設(shè)備計算負荷的確定,33,,,,（3）單相用電設(shè)備計算負荷的確定,

18、《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：“單相負荷應(yīng)均勻分配到三相上”。,當(dāng)單相負荷的總?cè)萘啃∮谟嬎惴秶鷥?nèi)三相對稱負荷總?cè)萘康?5％時，全部按三相對稱負荷計算；,當(dāng)超過15％時，應(yīng)將單相負荷換算為等效三相負荷，再與三相對稱負荷相加。,換算方法如下：,34,1）只有相負荷時，等效三相負荷取最大相負荷的3倍。 2）只有線間負荷時（如接A、B兩相的負荷）， 單臺時等效三相負荷取線間負荷的 倍； 多臺時等效三相負荷取最大線間負荷的

19、 倍，加上次線間最大負荷的（ ）倍。 3）既有線間負荷又有相間負荷時， 應(yīng)先將線間負荷換算為相間負荷，然后各相負荷分別相加，選取最大相負荷乘3倍作為等效三相負荷。,35,,,式中： Pcai—第i組用電設(shè)備的計算負荷； tanψi—第i組用電設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。,3、多組用電設(shè)備計算負荷的確定,要計入一個同時系數(shù),,36,第五節(jié) 負荷預(yù)測簡介**,負荷預(yù)測是從已知的用電需求出

20、發(fā)，考慮政治、經(jīng)濟、氣候等相關(guān)因素，對未來的用電需求做出的預(yù)測，包括電力需求預(yù)測和電能需求預(yù)測兩部分內(nèi)容。 對系統(tǒng)規(guī)劃而言，電力需求預(yù)測決定發(fā)電、輸電、配電系統(tǒng)新增容量的大小；電能預(yù)測決定發(fā)電設(shè)備的類型(如調(diào)峰機組、基荷機組等)。 對系統(tǒng)運行而言，負荷預(yù)測用來合理安排機組啟停、檢修、以及確定系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量。,37,第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)和居民用電4大類；,一、負荷及負荷預(yù)測的種類,農(nóng)林牧漁水利業(yè)、工業(yè)、地質(zhì)普查和勘

21、探業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸郵電通訊業(yè)、商業(yè)飲食物資供銷倉儲業(yè)、居民用電和其它。,按照行業(yè)類別將負荷細分為8類：,按照全社會用電情況分為：,38,分類之一：根據(jù)負荷預(yù)測的周期,長期負荷預(yù)測(數(shù)年－數(shù)十年的負荷預(yù)測)； 中期負荷預(yù)測(1月－1年的負荷預(yù)測，用于水庫調(diào)度、機組檢修、交換計劃、燃料計劃等長期運行計劃的編制)； 短期負荷預(yù)測(1日－1周的負荷預(yù)測，用于編制調(diào)度計劃)； 超短期負荷預(yù)測(未來1h以內(nèi)的負荷預(yù)測，其中5－10s的負荷

22、預(yù)測用于質(zhì)量控制；1－5min的負荷預(yù)測，用于安全監(jiān)視；10－60min的負荷預(yù)測用于預(yù)防控制和緊急狀態(tài)處理)。,39,長期負荷預(yù)測(20年以上)；年負荷預(yù)測；月負荷預(yù)測；日負荷預(yù)測；周負荷預(yù)測；短期負荷預(yù)測(10－60min)；超短期負荷預(yù)測(5－10s或1－5min)。,分類之二：更短的時間周期,40,按全社會用電或行業(yè)類別可分為：,城市民用負荷預(yù)測或商業(yè)負荷預(yù)測；農(nóng)村負荷預(yù)測；工業(yè)負荷預(yù)測等。,按被預(yù)測負荷的特性可

23、分為：,最大負荷預(yù)測、最小負荷預(yù)測、平均負荷預(yù)測、峰谷差預(yù)測、高峰負荷平均預(yù)測、低谷負荷平均預(yù)測、母線負荷預(yù)測、負荷率預(yù)測等。,41,即不準確性或不完全準確性、條件性、時間性和同一時間不同條件下的多方案性。,負荷預(yù)測的機理：,負荷預(yù)測主要基于可知性原理、可能性原理、連續(xù)性原理、相似性原理、反饋性原理和系統(tǒng)性原理。,負荷預(yù)測具有以下幾個特點：,顯然，不可能存在某種方法，它在任何時候、任何地點、對任何對象，都具有普遍的適用性。,42,

24、(1)明確負荷預(yù)測的內(nèi)容和要求。 (2)調(diào)查并搜集資料。 (3)基礎(chǔ)資料分析。 (4)經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測。 (5)選取預(yù)測模型、確定模型的參數(shù)。 (6)負荷預(yù)測。 (7)結(jié)果審核。 (8)準備滾動負荷預(yù)測。,二、負荷預(yù)測的步驟,43,1、常規(guī)單一的負荷預(yù)測方法： (1)專家預(yù)測法 (2)類比法 對具有相似研究特征的事件進行對比分析和預(yù)測，如新開發(fā)區(qū)的建設(shè)，無歷史

25、經(jīng)驗可以借鑒，此時可用類比法預(yù)測負荷的發(fā)展。 (3)主觀概率預(yù)測法 對不能做實驗或?qū)嶒灣杀咎摺o法接受的方案，請若干專家估計特定事件發(fā)生的主觀概率，然后綜合得出該事件的概率。,三 、負荷預(yù)測的方法,44,(4)單耗法 該方法需做大量細致的調(diào)研工作，對短期負荷預(yù)測效果較好。(5)負荷密度法 已知某地區(qū)的總?cè)丝?總建筑面積或土地面積)，按每人平均用電量(即用電密度)計算該地區(qū)的年用電量。

26、(6)比例系數(shù)增長法 假定負荷按過去比例增長，預(yù)測未來的發(fā)展。 (7)彈性系數(shù)法,45,2、負荷預(yù)測的新技術(shù) (1)趨勢外推預(yù)測技術(shù) 能夠得到較理想的結(jié)果。有線性趨勢預(yù)測、對數(shù)趨勢預(yù)測、二次曲線趨勢預(yù)測、多項式趨勢預(yù)測、季節(jié)型預(yù)測和累計預(yù)測等方法。 優(yōu)點:所需的數(shù)據(jù)量較少。缺點:如果負荷出現(xiàn)變動，會引起較大的誤差。 (2)負荷回歸模型預(yù)測技術(shù) 用數(shù)理統(tǒng)計中的回歸分析方法對變量的觀測

27、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定變量之間的相關(guān)關(guān)系，實現(xiàn)負荷預(yù)測?；貧w模型:一元線性回歸、多元線性回歸、非線性回歸等預(yù)測模型。其中，線性回歸可用于中期負荷預(yù)測。,46,(3)時間序列預(yù)測技術(shù) 多數(shù)預(yù)測目標觀測值構(gòu)成的序列表現(xiàn)為廣義平穩(wěn)的隨機序列或可以轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)的隨機序列。由此建立和估計產(chǎn)生實際序列的隨機過程模型，并進行負荷預(yù)測。方法：一階自回歸、n階自回歸、自回歸與移動平均ARMA(n，m)預(yù)測等。 優(yōu)點：所需歷史數(shù)據(jù)少、工作量少；缺

28、點：沒有考慮負荷變化的因素，只適用于負荷變化比較均勻的短期預(yù)測。 (4)灰色預(yù)測技術(shù) 以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，可在數(shù)據(jù)不多的情況下找出某個時期內(nèi)起作用的規(guī)律，建立負荷預(yù)測模型。適用于短期負荷預(yù)測，而且處于研究和實用化階段。,47,(1) 優(yōu)選組合預(yù)測技術(shù) 可從幾種預(yù)測方法得到的結(jié)果中選取適當(dāng)?shù)臋?quán)重加權(quán)平均；還可在幾種方法中比較，選擇標準偏差最小或擬合度最佳的一種方法。 (2)專家系統(tǒng)預(yù)測技術(shù) 基于知

29、識建立起來的計算機系統(tǒng)，擁有某個領(lǐng)域內(nèi)專家們的知識和經(jīng)驗，能象專家們那樣運用這些知識，通過推理做出決策。 (3)模糊預(yù)測技術(shù) 建立在模糊數(shù)學(xué)理論上，有模糊聚類預(yù)測方法、模糊相似優(yōu)先比方法和模糊最大貼近度方法等。,四、 負荷預(yù)測技術(shù)的發(fā)展動態(tài),48,(4)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)預(yù)測技術(shù) 模仿人腦做智能化處理，對大量非結(jié)構(gòu)性、非確定性規(guī)律具有自適應(yīng)功能，有信息記憶、自主學(xué)習(xí)、知識推理和優(yōu)化計算的特點。是常規(guī)算法和專家系統(tǒng)

30、技術(shù)所不具備的。 (5)小波分析預(yù)測技術(shù) 是一種時域—頻域分析方法，在時域和頻域上同時具有良好的局部化性質(zhì)。能將各種交織在一起的不同頻率混合組成的信號，分解成不同頻帶上的塊信息。 (6)空間負荷預(yù)測方法 不僅能進行負荷預(yù)測，而且能對未來負荷的地理位置分布進行預(yù)測。,49,小 結(jié),本章介紹了工廠電力負荷的運用情況、負荷性質(zhì)、工作制、負荷曲線及其主要特征；重點介紹了計算負荷的意義及確定用電設(shè)備計算負荷的兩