电力系统供电负荷的分析与优化

一、负荷的概念

负荷在电力系统中有以下几种含义：

（1）电力负荷是指电力系统中一切用电设备所消耗的总功率，这称为电力系统的用电负荷。用电负荷加上电网的损耗功率，称为电力系统的供电负荷。供电负荷加上发电厂的厂用电，就是各发电厂应发的总功率，称为电力系统的发电负荷。

（2）电力负荷有时又指用电设备，包括异步电动机、同步电动机、整流设备、电热炉和照明设备等。如分为动力负荷、照明负荷、三相负荷、单相负荷等。

电力负荷有时又指用电用户，如分为重要负荷、不重要负荷等。

（3）电力负荷有时也指用电设备或用电单位所耗用的电流大小。如轻负荷、重负荷、空负荷、满负荷等。

二、电力负荷的分级

根据对供电可靠性要求及中断供电造成的损失或影响程度，电力负荷分为三级。

1.一级负荷

一级负荷指一旦中断供电，将造成人身伤亡、政治或经济重大损失、重大设备损坏、重大产品报废、国民经济中重点企业生产过程被打乱等。

一级负荷应由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。同时还应增设专供一级负荷的应急电源。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路，蓄电池或干电池组等。

2.二级负荷

二级负荷若中断供电会造成较大的经济损失，如主要设备损坏、大量产品报废、重点企业大量减产等。二级负荷也应由两回路供电，也不应中断供电，或中断后能迅速恢复。当负荷较小或当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线供电；若采用电缆时，必须采用双电缆并列供电，每根电缆应能承担全部二级负荷，这是因为发生故障时，电缆比架空线难于检查和修复。

3.三级负荷

三级负荷为一般电力负荷，对供电回路无特殊要求。

三、电力负荷曲线

（一）电力负荷曲线

表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。其中横坐标表示时间[以小时（h）为单位]，纵坐标表示负荷值（有功功率或无功功率）。

（二）日负荷曲线

电力系统中，各用户的用电规律千差万别，例如，三班制的工厂，全天24h内用电变化不大；常白班的工厂则在晚上用电量很小；照明用户则在19～23时用电量较大；而农业用户夏季大于冬季。一年四季，一天24h，用电负荷都在随时变化。(www.xing528.com)

图2-1为电力系统典型日有功负荷曲线的一个例子。可以看出，晚上24时到次日凌晨6时负荷较低，称为低谷负荷；而8～12时、17～22时用电较多，称为尖峰负荷（简称为峰荷）；曲线的最高处称为最大负荷Pmax（也可用P30表示），最低处称为最小负荷Pmin，最小负荷以下部分称为基本负荷（简称为基荷）。显然，基本负荷是不随时间而变化的。

图2-1 电力系统的典型日有功负荷曲线

不同类型的用户其负荷曲线是很不相同的。一般来说，负荷曲线的变化规律取决于负荷的性质、地理位置、气候、企业的生产情况、生产班次等许多因素。

（三）负荷曲线的作用

1.对电力工程设计的作用

从各种负荷曲线上，可以直观地了解电力负荷的变动情况，从中获得一些对设计十分有用的资料，这对从事电力工程设计的人员很重要。

2.对电力系统运行的作用

电力系统的生产计划，必须建立在预测的负荷曲线的基础之上。为了预先安排系统中各个电厂的生产（即要求各个电厂在某个时刻应开几台机组，发多少功率等），电力系统调度必须事前预测出系统未来24h的负荷曲线，并根据这种阶梯形负荷曲线，以及各个发电厂的特点，分配它们未来24h的具体发电任务。一般来说，总是希望热效率高的高温高压火电厂和核电厂，担任基本负荷，因为这类发电厂如果担任变动较大的负荷，不仅热效率大为降低，而且对安全还有不利影响。对于热电厂，由于其发电出力的大小受热力负荷所决定，所以它在负荷曲线上所占据的位置是相对固定的。至于峰荷部分，一般都是由水力发电厂来担任，这是由于水力机组开停方便，且负荷波动时机组效率降低不大。另外，水不用时储存在上游水库中，更有利于航运和灌溉。对于负荷曲线最顶上的小尖峰，可利用热效率低的小厂每天短时发电来承担。但应指出，洪水季节应充分利用水电厂多发电，以尽量节约火电厂的燃料，这时水电厂应承担基本负荷，而改由中温中压火电厂担负峰荷，这样电力系统总的经济效益会达到最大。

（四）年负荷曲线

在电力系统的运行和设计中，不仅要知道一昼夜负荷的变化规律，还要知道一年之内负荷的变化规律。最常见的是年每日最大负荷曲线，如图2-2所示，横坐标为全年12个月份的日期，纵坐标为每日最大负荷。

图2-2 年每日最大负荷曲线

这种年最大负荷曲线，可以用来安排电力设备检修计划和规划电力建设进度。

（五）年最大负荷利用小时数

年最大负荷利用小时数Tmax，是反映电力负荷特征的一个重要参数。如果用户始终以最大负荷值Pmax运行，经过Tmax小时后，所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量。

年最大负荷利用小时数的大小，反应了实际负荷在一年内的变化程度。如果负荷曲线较为平坦，则Tmax值较大；反之，则Tmax值较小。

根据对电力系统长期实测的资料积累，各类负荷的Tmax大体在一定的范围内，它与工厂的生产班制有明显的关系，如表2-1所示。

表2-1 各类用户的年最大负荷利用小时数