1、本章提示本章提示6. 1 電力系統的負荷和負荷曲線電力系統的負荷和負荷曲線6. 2 電力系統有功功率負荷的經濟分配電力系統有功功率負荷的經濟分配6.3 6.3 電力網中的電能損耗電力網中的電能損耗6.4 6.4 降低電力網電能損耗的措施降低電力網電能損耗的措施小小 結結l電力系統常用負荷曲線的意義；電力系統常用負荷曲線的意義；l等微增率準則；等微增率準則；l最大負荷損耗時間法計算電力網的電能損耗；最大負荷損耗時間法計算電力網的電能損耗；l常用的降低網損措施。常用的降低網損措施。6.1.1 負荷分類負荷分類6.1.2 負荷曲線負荷曲線 電力系統的負荷是指電力系統所有用電設電力系統的負荷是指電力系

2、統所有用電設備消耗功率的總和備消耗功率的總和(電力系統的綜合用電負荷電力系統的綜合用電負荷)。 負荷定義負荷定義負荷分類負荷分類負荷按物理性能劃分負荷按物理性能劃分有功負荷有功負荷無功負荷無功負荷 綜合用電負荷綜合用電負荷：指工業、農業、交通運輸、市政：指工業、農業、交通運輸、市政生活等各方面消耗的功率之和。生活等各方面消耗的功率之和。負荷按電能可分為負荷按電能可分為: 供電負荷供電負荷：電力系統的綜合用電負荷加上網損，即：電力系統的綜合用電負荷加上網損，即發電廠供出的負荷，稱為電力系統的供電負荷。發電廠供出的負荷，稱為電力系統的供電負荷。 發電負荷發電負荷：供電負荷再加上發電廠：供電負荷再加

3、上發電廠廠用電廠用電就是發電就是發電機應發出的功率，稱為發電負荷。機應發出的功率，稱為發電負荷。負荷曲線：負荷曲線： 表示電力系統的負荷隨時間變化的規律的曲線。表示電力系統的負荷隨時間變化的規律的曲線。負荷曲線的分類：負荷曲線的分類： 按負荷種類分為按負荷種類分為有功功率負荷有功功率負荷和和無功功率無功功率負負 荷曲線；荷曲線； 按描述的負荷范圍可分為按描述的負荷范圍可分為用戶的負荷用戶的負荷、地區地區的負荷的負荷以及以及電力系統的負荷電力系統的負荷曲線。曲線。 按時間長短可分為日負荷和按時間長短可分為日負荷和年負荷年負荷曲線；曲線；有功日負荷曲線有功日負荷曲線 表明電力負荷在一天表明電力負荷

4、在一天24小時內隨時間的變化情況小時內隨時間的變化情況 有功日負荷曲線有功日負荷曲線 階梯形有功日負荷曲線階梯形有功日負荷曲線 是安排日發電是安排日發電計劃，確定各計劃，確定各發電廠任務發電廠任務,確確定系統運行方定系統運行方式等的重要依式等的重要依據。據。maxPminP有功日負荷曲線有功日負荷曲線 日負荷曲線的最大值稱為日負荷曲線的最大值稱為日最大負荷日最大負荷（峰荷峰荷）最小值稱為最小值稱為日最小負荷日最小負荷（谷荷谷荷）日平均負荷為日平均負荷為24024124PdtwPav負荷率負荷率反映負荷曲線的起伏情況反映負荷曲線的起伏情況：maxPPav負荷率小表明負荷曲線起伏負荷率小表明負荷曲

5、線起伏大，發電機的利用率較差大，發電機的利用率較差 240Pdtw日負荷曲線下的面積就是負荷一天所消耗的電能。即：日負荷曲線下的面積就是負荷一天所消耗的電能。即： 把一年內每月（或每日）的最大負荷抽取出來繪成曲線，把一年內每月（或每日）的最大負荷抽取出來繪成曲線，稱為稱為年最大負荷曲線年最大負荷曲線有功年最大負荷曲線有功年最大負荷曲線圖圖6.3 有功年最大負荷曲線有功年最大負荷曲線 這條曲線主要用來安這條曲線主要用來安排發電設備的檢修計排發電設備的檢修計劃，同時也為制訂發劃，同時也為制訂發電機組或發電廠的擴電機組或發電廠的擴建計劃提供依據。建計劃提供依據。按一年中系統負荷的數值大小及其持續小時

6、數順序而繪制的。按一年中系統負荷的數值大小及其持續小時數順序而繪制的。 年持續負荷曲線包圍年持續負荷曲線包圍的面積，即為負荷全年的面積，即為負荷全年的耗電量，為：的耗電量，為：87600Pdtw 圖圖6.4年持續負荷曲線年持續負荷曲線 如果負荷始終等于最大值，如果負荷始終等于最大值，經過經過 小時后所消耗的電能小時后所消耗的電能恰好等于全年的實際耗電量，恰好等于全年的實際耗電量，則稱則稱 為最大負荷使用時間，為最大負荷使用時間，也叫也叫最大負荷利用小時數最大負荷利用小時數。年持續負荷曲線年持續負荷曲線 maxTmaxT87600maxmaxmax1PdtPPwT 不同性質的用戶、不同的生產班次

7、，不同性質的用戶、不同的生產班次， 值不同，根據電力系值不同，根據電力系統的運行經驗，各類負荷的的統的運行經驗，各類負荷的的 數值有一個大致的范圍，如數值有一個大致的范圍，如表所示。表所示。maxTmaxThTmax負荷類型負荷類型照明及生活用電照明及生活用電20003000一班制企業一班制企業15002200二班制企業二班制企業30004500三班制企業三班制企業60007000農業用電農業用電10001500各類用戶的最大負荷利用小時數各類用戶的最大負荷利用小時數 6.2.1 發電機組的耗量特性發電機組的耗量特性6.2.2 等微增率準則等微增率準則6.2.3 火電廠間有功功率負荷的經濟分配

8、火電廠間有功功率負荷的經濟分配6.2.4 計及網損時水、火電廠間有功功率計及網損時水、火電廠間有功功率 負荷的經濟分配負荷的經濟分配 發電機組在單位時間內，消耗的能源與發出的發電機組在單位時間內，消耗的能源與發出的有功功率的關系稱為機組的有功功率的關系稱為機組的耗量特性耗量特性，耗量特，耗量特性常以曲線表示。性常以曲線表示。 火電機組的耗量特性火電機組的耗量特性 水電機組的耗量特性水電機組的耗量特性火電機組的耗量特性火電機組的耗量特性耗量微增率曲線耗量微增率曲線耗量特性曲線上某點的縱坐標和橫坐標之比，即輸入與輸耗量特性曲線上某點的縱坐標和橫坐標之比，即輸入與輸出之比稱為出之比稱為比耗量比耗量

9、。耗量特性曲線上某點切線的斜率稱為該點的耗量特性曲線上某點切線的斜率稱為該點的耗量微增率耗量微增率PFu dpdF)()(2211GGPFPFFLDGGPPP21兩臺機組為例兩臺機組為例目標函數目標函數有功負荷最優分配的有功負荷最優分配的目的目的：在供應同樣大小負荷有：在供應同樣大小負荷有功功率的前提下，單位時間內消耗的能源功功率的前提下，單位時間內消耗的能源最少最少。目標函數目標函數就是就是總耗量最少總耗量最少等式約束條件等式約束條件 00222111 GGGGdPPdFdPPdF)()( 21)(21LDGGPPPFL)()()(212211LDGGGGPPPPFPF用拉格朗日乘數法求解用

10、拉格朗日乘數法求解建立拉格朗日函數建立拉格朗日函數0, 021GGPLPL極值條件極值條件12等微增率準則等微增率準則不計網損不計網損maxminGiGiGiPPP).,()(nidPPdFGiGii，31 多個火電廠之間有功功率負荷經濟分配的等微增率準則多個火電廠之間有功功率負荷經濟分配的等微增率準則不等式約束條件不等式約束條件有功功率值越限時，按其限值（上限或下限）分配負有功功率值越限時，按其限值（上限或下限）分配負荷，剩余功率在其他機組間重新按等微增率準則分配荷，剩余功率在其他機組間重新按等微增率準則分配maxminGiGiGiQQQmaxminiiiUUU計及網損計及網損niLDGiP

11、PP10)()(11niLDGiniGiiPPPPFL0)1 ()(GiGiGiiGiPPPPFPL等式約束條件等式約束條件拉格朗日函數拉格朗日函數極值條件極值條件計及網損計及網損iGiGiiGiGiGiidPPdFPPdPPdF)()1 (1)( nn2211網損微增率網損微增率網損修正系數網損修正系數不計網損不計網損).,()(nidPPdFGiGii，31 首先按多個火電廠間有功功率負荷經濟分配的等微增率準則進行分配。首先按多個火電廠間有功功率負荷經濟分配的等微增率準則進行分配。 然后再按下邊的不等式約束條件進行校驗，即：然后再按下邊的不等式約束條件進行校驗，即：)10. 6()9 .

12、6()8 . 6(maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPP對于有功功率值越限的發電廠，可按其限值（上限或下限）分配對于有功功率值越限的發電廠，可按其限值（上限或下限）分配負荷，然后再對其余的發電廠分配剩下的負荷功率。負荷，然后再對其余的發電廠分配剩下的負荷功率。計及網損計及網損(6.12),.,1,2(i.)()()(ndPPdFPPdPPdFnniGiGiiGiGiGii 221111按計及有功功率網損時的等微增率準則進行分配。按計及有功功率網損時的等微增率準則進行分配。 式中，式中， 稱為網損修正系數，稱為網損修正系數， 稱為網損微增率。稱為網損

13、微增率。iGiPP 例例6.16.1：同一發電廠內兩套發電設備共同供電，：同一發電廠內兩套發電設備共同供電， 它們的耗量特它們的耗量特性及有功功率上下限分別為性及有功功率上下限分別為 F F1 12.52.50.25P0.25PG1G10.0014P0.0014PG1G12 2（T/hT/h） F F2 25.05.00.18P0.18PG2G20.0018P0.0018PG2G22 2（T/hT/h） 試求：當試求：當 時，負荷的最優分配方案。時，負荷的最優分配方案。MWPMWG100202 MWPMWG100201 MWPLD100計及網損時，水、火電廠有功功率負荷經濟分配的計及網損時，水

14、、火電廠有功功率負荷經濟分配的條件，既協調方程式為條件，既協調方程式為: SjsjjjHiHiiPPdPdWPPdPdF1111例例6.2系統中有水、火電廠各一個，并聯運行，火系統中有水、火電廠各一個，并聯運行，火電廠的燃料消耗特性同水電廠的耗水量特性為電廠的燃料消耗特性同水電廠的耗水量特性為 設水電廠給定的日用水量，設水電廠給定的日用水量，系統的日負荷曲線為系統的日負荷曲線為 08時時 負荷為負荷為450MW 818時時 負荷為負荷為850MW 1824時時 負荷為負荷為450MW 求火電廠容量為求火電廠容量為800MW，水電廠容量為，水電廠容量為500WM時，在給時，在給定的日用水量條件下

15、，水、火電廠的經濟功率分配。（忽略網定的日用水量條件下，水、火電廠的經濟功率分配。（忽略網損）損）)(.sTPPFHH200203 )(.smPPWSS3200203 3710 mWT6.3.16.3.1電力網電能損耗和網損率電力網電能損耗和網損率6.3.26.3.2電力網中電能損耗的計算方法電力網中電能損耗的計算方法在給定的時間（日、月、季或年）內，系統中所有發電廠在給定的時間（日、月、季或年）內，系統中所有發電廠的總發電量同廠用電量之差，稱為的總發電量同廠用電量之差，稱為供電量供電量。供電量供電量電力網損耗電量電力網損耗電量網損率網損率100 網損率是衡量電力網損率是衡量電力系統運行經濟性

16、的系統運行經濟性的一項重要指標。一項重要指標。 所有送電、變電和配電環節損耗的電量，稱為所有送電、變電和配電環節損耗的電量，稱為電力網的損耗電力網的損耗 電量電量。簡稱網損。簡稱網損。 在同一時間內，電力網損耗電量占供電量的百分比，稱為在同一時間內，電力網損耗電量占供電量的百分比，稱為 電力網的網損率電力網的網損率，即，即 輸電線路和變壓器中的電能損耗可分為兩部分：輸電線路和變壓器中的電能損耗可分為兩部分：變動的電能損耗變動的電能損耗：在元件電阻上產生的電能損耗，這部分：在元件電阻上產生的電能損耗，這部分損耗與通過元件的功率有關損耗與通過元件的功率有關固定的電能損耗固定的電能損耗：與施加于元件

17、的電壓有關的變壓器鐵芯：與施加于元件的電壓有關的變壓器鐵芯損耗和線路損耗和線路 產生電暈消耗的電量，如忽略電壓變化對鐵芯產生電暈消耗的電量，如忽略電壓變化對鐵芯損耗的影響，忽略電暈消耗的電量，這部分損耗可看作是損耗的影響，忽略電暈消耗的電量，這部分損耗可看作是固定的。固定的。變動的電能損耗的計算，通常有兩種變動的電能損耗的計算，通常有兩種常用的方法，即最大負荷損耗時間法常用的方法，即最大負荷損耗時間法和等值功率法。和等值功率法。 最大負荷損耗時間法最大負荷損耗時間法 一段時間一段時間t內，線路電阻中的電能損耗為內，線路電阻中的電能損耗為 ttthKWdtUSRdtIRpdtW0023023)(

18、)(10103線路向一個集中負荷供電線路向一個集中負荷供電. .,8760ht 式中，式中，S的單位為的單位為KVA，U的單位為的單位為KV。 若時間若時間 則則 為一天的電能損耗；為一天的電能損耗； 若若 則則 為全年的電能損耗。為全年的電能損耗。,24ht WW28760323max20233maxmax2210()101010 ()cosSSWRdtRUUPRPkwhU 最大功率損耗時間 的意義義 設如果面積設如果面積 與一矩形與一矩形面積相等，并令矩形的高面積相等，并令矩形的高等于等于 ，則矩形的底用，則矩形的底用 表示，電能損耗可表示表示，電能損耗可表示為為abcS02maxS 最大

19、負荷損耗時間法最大負荷損耗時間法線路向一個集中負荷供電線路向一個集中負荷供電. . 稱為稱為最大負荷損耗時間最大負荷損耗時間，也叫，也叫最大功率損耗時間，最大功率損耗時間，其意義為：線路中輸送的功率一其意義為：線路中輸送的功率一直為最大負荷功率直為最大負荷功率 ，在，在 小時內的電能損耗恰等于線路全小時內的電能損耗恰等于線路全年的實際電能損耗。年的實際電能損耗。maxS28760323max20233maxmax2210()101010 ()cosSSWRdtRUUPRPkwhU 最大功率損耗時間 的意義 最大負荷損耗時間法最大負荷損耗時間法線路向一個集中負荷供電線路向一個集中負荷供電. .m

20、axTcos（h/年）0.80.850.90.951（h/年）20002500300035004000450050005500600065007000750080001500170020002350275032003600410046505250595066507400120015001800215026003000350040004600520059006000735010001250160020002400290034003950430051005800655073508001100140018002200270032003750435050005700650073007009501250

21、1000200025003000360042004850560064007250maxT 最大負荷損耗時間法最大負荷損耗時間法332322221121 RUSRUSRUSWcba)()()( 線路上有幾個集中負荷時線路上有幾個集中負荷時線路總的電能損耗等于各線段電能損耗之和，即線路總的電能損耗等于各線段電能損耗之和，即圖圖6.10有有3個集中負荷的供電網絡個集中負荷的供電網絡式中式中: 分別為線路各段的最大負荷功率；分別為線路各段的最大負荷功率； 分別為各線段的最大負荷損耗時間。分別為各線段的最大負荷損耗時間。321SSS、321、ccbccbbcbaccbbaaTTPPTPTPTPPPTPT

22、PTPTmax3maxmaxmax2maxmaxmaxmax1max線路上有幾個集中負荷時線路上有幾個集中負荷時 如果已知各點負荷的最大負荷利用小時數如果已知各點負荷的最大負荷利用小時數 ，各點最大負荷，各點最大負荷同時出現，則同時出現，則 最大負荷損耗時間法最大負荷損耗時間法 說明說明：tPRUStPPWNT 020 )(maxmax 輸電線路變動的電能損耗的計算，同樣適用于變壓器輸電線路變動的電能損耗的計算，同樣適用于變壓器; 即變壓器的電能損耗為即變壓器的電能損耗為:)()(maxhkwPnSSnPWNST 876002 如果電網中接有如果電網中接有n臺同容量的變壓器并聯運行時臺同容量的

23、變壓器并聯運行時, 則在一年中則在一年中的電能損耗為的電能損耗為最大負荷損耗時間法計算電能損耗最大負荷損耗時間法計算電能損耗,由于由于 值的確值的確定是近似的，準確度低定是近似的，準確度低,一般用于電網的規劃階段。一般用于電網的規劃階段。對于已運行電網的電能損耗計算對于已運行電網的電能損耗計算,常采用等值功率法。常采用等值功率法。、maxP 6.3 6.3 有一電力網負荷曲線如圖所示，已知有一電力網負荷曲線如圖所示，已知 ，R=12R=12，平均功率因數，平均功率因數 , ,試用最大功率損耗時間試用最大功率損耗時間法計算一年內的電能損耗。法計算一年內的電能損耗。例例6.3的電的電力網負荷力網負

24、荷曲線曲線KVUN109 . 0cos 例例6.4 變電所低壓母線上的功率為變電所低壓母線上的功率為40MW， . 試求線路及變壓器中全年的電能損試求線路及變壓器中全年的電能損耗。線路和變壓器的參數如下：耗。線路和變壓器的參數如下： 線路（每回）：線路（每回）： 變壓器（每臺）：變壓器（每臺）： kmSbkmxkmr/.,/.,/.60001082240901650 5108014853800.%,.%,. SSUIkWPkWP例例6.4的輸的輸電系統及電系統及其等值電其等值電路路hT4500, 8 . 0cosmax6.4.1 6.4.1 提高負荷的功率因數提高負荷的功率因數6.4.2 6.

25、4.2 提高電力網運行的電壓水平提高電力網運行的電壓水平6.4.36.4.3 改變電力網的運行方式改變電力網的運行方式6.4.4 6.4.4 對原有電網進行技術改造對原有電網進行技術改造電力網的電能損耗不僅耗費一定的動力資源，電力網的電能損耗不僅耗費一定的動力資源，而且占用部分發電設備容量。而且占用部分發電設備容量。因此降低網損是電力企業提高經濟效益的一因此降低網損是電力企業提高經濟效益的一項重要任務。項重要任務。電力系統的負荷中，異步電動機占相當大的比重，它所電力系統的負荷中，異步電動機占相當大的比重，它所需的無功功率與有功功率的關系為需的無功功率與有功功率的關系為: 200200 )()(

26、QQQPPQQQQNNND 異步電動機所需的無功功率由兩部分組成異步電動機所需的無功功率由兩部分組成:受載系數降低，使得功率因數降低。受載系數降低，使得功率因數降低。DQ第一部分是建立磁場所需的空載無功功率，約為第一部分是建立磁場所需的空載無功功率，約為 的的6070，與受載系數無關；，與受載系數無關；第二部分為繞組漏抗中消耗的無功功率，與受載系第二部分為繞組漏抗中消耗的無功功率，與受載系數的平方成正比。數的平方成正比。 提高負荷的功率因數的措施：提高負荷的功率因數的措施： 使異步電動機與所拖動的機械功率配套，使異步電動機與所拖動的機械功率配套，避免避免“大馬拉小車大馬拉小車”的現象。的現象。

27、同步電動機代替異步電動機，（因為同步電同步電動機代替異步電動機，（因為同步電動機不僅可以不需要系統供給無功功率，還動機不僅可以不需要系統供給無功功率，還可以運行在過勵磁狀態向系統發出無功功率，可以運行在過勵磁狀態向系統發出無功功率，從而提高負荷的功率因數）。從而提高負荷的功率因數）。電力網運行時，應盡量提高運行電壓水平，以降低功電力網運行時，應盡量提高運行電壓水平，以降低功率損耗和電能損耗。率損耗和電能損耗。對于變壓器，提高電力網的運行電壓，變壓器繞組中的對于變壓器，提高電力網的運行電壓，變壓器繞組中的銅損減小，但是，鐵損就相應地增加。銅損減小，但是，鐵損就相應地增加。對于變壓器的鐵損在網絡總

28、損耗中所占比重小于對于變壓器的鐵損在網絡總損耗中所占比重小于50的電力網，適當提高電力網的運行電壓可以降低網損，的電力網，適當提高電力網的運行電壓可以降低網損，對于變壓器鐵損所占比重大于對于變壓器鐵損所占比重大于50的電力網，情況正的電力網，情況正好相反，此時宜適當降低運行電壓，如好相反，此時宜適當降低運行電壓，如610KV的農的農村配電網絡。村配電網絡。 閉式網的經濟功率分布閉式網的經濟功率分布 沒有施加任何調節和控制手段，由線路阻抗決定的功率分沒有施加任何調節和控制手段，由線路阻抗決定的功率分布，稱布，稱自然功率分布自然功率分布。3213321)(ZZZZSZZSScb3211123)(Z

29、ZZZSZZSSbc圖圖6.13 6.13 環形網絡環形網絡 閉式網的經濟功率分布閉式網的經濟功率分布 當閉式網內功率按各段當閉式網內功率按各段電阻電阻分布時，電網內有功功率損耗分布時，電網內有功功率損耗最小，這樣的功率分布，稱為最小，這樣的功率分布，稱為經濟功率分布經濟功率分布。 電網內功率損耗最小時的功率分布為電網內功率損耗最小時的功率分布為: 3213321)(RRRRPRRPPcb3213321)(RRRRQRRQQcb 閉式網的經濟功率分布閉式網的經濟功率分布 對于均一網，網絡內的自然功率分布就等于經濟分布。對于均一網，網絡內的自然功率分布就等于經濟分布。在環形網絡中，裝設混合型加壓

30、調壓變壓器（也叫在環形網絡中，裝設混合型加壓調壓變壓器（也叫縱橫調壓變壓縱橫調壓變壓 器）器） 對于非均一電網，可以采取以下措施，將自然功率分布對于非均一電網，可以采取以下措施，將自然功率分布變為經濟分布，使得電網內功率損耗最小。變為經濟分布，使得電網內功率損耗最小。在閉式網內裝設并聯電容器，調整電力網的電抗，在閉式網內裝設并聯電容器，調整電力網的電抗，在以限制短路電流或滿足繼電保護動作選擇性要求為在以限制短路電流或滿足繼電保護動作選擇性要求為目的選擇開環運行點時，應盡可能兼顧到使開環后的目的選擇開環運行點時，應盡可能兼顧到使開環后的功率分布產生的功率損耗最小。功率分布產生的功率損耗最小。 組

31、織變壓器的經濟運行組織變壓器的經濟運行 變壓器的經濟運行主要是指：合理選擇變壓器容量，合變壓器的經濟運行主要是指：合理選擇變壓器容量，合理選擇變壓器的臺數等。理選擇變壓器的臺數等。當當n臺同容量、同型號的變壓器并聯運行時，總的功率損臺同容量、同型號的變壓器并聯運行時，總的功率損耗為耗為20)()(NSnTSSnPPnPn1臺并聯運行時，總的功率損耗為臺并聯運行時，總的功率損耗為 20)1()() 1() 1(NSnTSSnPPnP圖圖6.156.15變壓器功率損耗與投入臺數的關系變壓器功率損耗與投入臺數的關系 組織變壓器的經濟運行組織變壓器的經濟運行當當 時，時，n臺變壓器并聯運行與臺變壓器并聯運行與n1臺變壓臺變壓器并聯運行時有功損耗相等，此時變電所的負荷功率，器并聯運行時有功損耗相等，此時變電所的負荷功率，稱為稱為臨界功率臨界功率，即，即)1()(nTnTPPSNljPPnnSS0)