電力系統(tǒng)的負(fù)荷

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

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

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

4、:描述一天24小時(shí)內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間變化規(guī)律的曲線。,日最大負(fù)荷、日最小負(fù)荷、峰荷、腰荷和基荷,14,日平均負(fù)荷Pav,負(fù)荷率km,15,km、?值愈小，表明負(fù)荷波動(dòng)愈大，發(fā)電機(jī)的利用率愈差。km和?愈大，負(fù)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(fù)荷系數(shù)?,16,⑵日負(fù)荷曲線的作用,安排日發(fā)電計(jì)劃 確定各發(fā)電廠的發(fā)電任務(wù)及系 統(tǒng)的運(yùn)行方式 計(jì)算用戶日用電量等,17,（二）年負(fù)荷曲線,年最大負(fù)荷曲線

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

6、最大負(fù)荷利用時(shí)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(fù)荷特性與模型,⑴負(fù)荷特性的定義,反映負(fù)荷功率隨系統(tǒng)運(yùn)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(xué)表達(dá)式。,負(fù)荷特性,,靜態(tài)特性,動(dòng)態(tài)特性,25,⑵負(fù)荷特性的主

7、要研究方法,,實(shí)測(cè)法,辨識(shí)法,①實(shí)測(cè)法,需要大量的測(cè)點(diǎn)，且測(cè)點(diǎn)的電壓 變化要求大于±10％。實(shí)測(cè)中變 化頻率也相當(dāng)困難。,26,實(shí)測(cè)法的難度較大，一般不使用這種方法。,②辨識(shí)法,將負(fù)荷當(dāng)成一整體，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采 集的測(cè)量數(shù)據(jù)，確定負(fù)荷模型的 結(jié)構(gòu)，然后辨識(shí)所采集的數(shù)據(jù)得 出模型所需參數(shù)。,27,常用的辯識(shí)方法,,最小二乘法,卡爾曼濾波法,非線性遞歸濾波法,⑶負(fù)荷模型,在電力系統(tǒng)分析計(jì)算中對(duì)負(fù)荷特性

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

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

10、率和電壓均為額定值時(shí)，功率對(duì)頻率的變化率，即,38,負(fù)荷特性常用冪函數(shù)形式表示,因?yàn)閮绾瘮?shù)式中的冪系數(shù)PU、 QU、 Pf、 Qf比多項(xiàng)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(fù)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(duì)于感性阻抗，當(dāng)系統(tǒng)頻率偏差很小時(shí)，可得有功、無(wú)功頻率特性系數(shù)分別為,42,對(duì)于容性阻抗，同理可得,,43,恒

11、定阻抗模型最簡(jiǎn)單，可大大提高 分析計(jì)算的速度，但與實(shí)際情況的 誤差較大。,通常只在負(fù)荷容量小、端電壓波動(dòng) 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(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性,反映電壓和頻率急劇變化時(shí)負(fù)荷功率變化的特性。,,,46,負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性分析,電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的主要成分是 異步電動(dòng)機(jī)。,異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性,機(jī)械暫態(tài)過(guò)程,機(jī)電暫態(tài)過(guò)程,電磁暫

12、態(tài)過(guò)程,,47,異步電動(dòng)機(jī)的等值電路,,,,,總等值阻抗,,48,異步電動(dòng)機(jī)的電壓方程為,異步電動(dòng)機(jī)從系統(tǒng)吸收的有功功率P和無(wú)功功率Q分別為？,49,等值電納,等值電導(dǎo),50,轉(zhuǎn)差率s,2----異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)運(yùn)行角速度,2,1,1----異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角速度,,51,1-----異步電動(dòng)機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù),2-----異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,3-----異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩,異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程,,1,2,3,52,電磁轉(zhuǎn)矩Me,,

13、2-----與Memax對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率。,1,2,1-----U 等于UN時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩,53,機(jī)械轉(zhuǎn)矩Mm,1-----負(fù)荷率,2-----與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的部分力矩,即靜止力矩,1,2,3,3-----與機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性有關(guān)的系數(shù),54,若不計(jì)靜止力矩,標(biāo)幺值,當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差較小時(shí),1,2,55,1-----異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)機(jī)械轉(zhuǎn)矩,2-----線性化機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性系數(shù),綜合負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型,,異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型,恒定阻抗負(fù)荷模型,(其比例可取為總

14、負(fù)荷的25％~35％),56,2.3 電力系統(tǒng)中的諧波,由于負(fù)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(biāo)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(guān)，而與

15、它們的相位無(wú)關(guān)。非正弦周期量的最大值和有效值之間已不存在 的關(guān)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?jǐn)?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(shí)的有功功率和功率因數(shù),⑴有功功率P,1,66,當(dāng)?n在第一、第四象限時(shí)，Pn為正， 表示負(fù)荷吸收有功功率，為諧波負(fù)載。,1----- ?n為n次諧波電流落后于n次 諧波電壓的相位角。,當(dāng)?n在第二、第三象限時(shí)，Pn為負(fù)， 表示負(fù)荷發(fā)出有功功率，成為諧波源。,67,⑵功率因數(shù),如何計(jì)算？,P可能會(huì)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(zhuǎn)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(shí)的視在功率,69,AP------有功電能表的讀數(shù)（kWh）,實(shí)際工程中含有諧波的功率因數(shù)如何計(jì)算？,1,2,AQ------無(wú)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(fù)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(fù)荷的特點(diǎn)，諧波源分類如下：,諧波源,,含電弧和鐵磁非線性設(shè)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(shè)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(shè)備、礦熱爐、硅鐵爐、高頻爐等均屬此類非線性電力負(fù)荷。,,,,,72,,,73,典型電弧爐的HRI統(tǒng)計(jì)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(jī)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(yīng)和鄰近效應(yīng)， 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(zhuǎn)電機(jī)附加損耗增加、 出力降低，絕緣老化加速。,,,,76,⑷在直流電機(jī)中，諧波除附加發(fā)熱外， 還會(huì)引起換相惡化和噪音。,⑶諧波電流在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的附加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反

20、時(shí)， 將降低電動(dòng)機(jī)的效率，使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。,,,,,77,⑸諧波電流與基波磁場(chǎng)間的相互作用產(chǎn)生的振蕩力矩嚴(yán)重時(shí)使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械共振，使汽輪機(jī)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(chǎng)強(qiáng)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(huì)使變壓器繞組過(guò)熱。,,,,79,⑻諧波電壓作用在對(duì)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(huì)使其嚴(yán)重過(guò)電 流，導(dǎo)致發(fā)熱，介質(zhì)老化，甚至損壞。,⑼高次諧波電流會(huì)在串聯(lián)電抗器上形成過(guò)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(yīng)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(duì)電工儀表的測(cè)量正確度產(chǎn)生影響。,,,,81,⑿供電線路（尤其是電力機(jī)車2.5kV接觸網(wǎng)）中存在的高次諧波所產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)會(huì)對(duì)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(huì)引起電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的誤動(dòng)作。 也可能影響使用中的電子設(shè)備，出現(xiàn)諸如使電視機(jī)的圖像“翻滾”，使計(jì)算機(jī) 的計(jì)算出錯(cuò)等故障。,83,本章小結(jié),（2）常用負(fù)荷曲線的分類和用途,,（1）負(fù)荷的定義？,（3）什么是負(fù)荷特性和負(fù)荷模型？,年持續(xù)負(fù)荷曲線,年最大負(fù)荷曲線,日負(fù)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