电力系统负荷

电力系统负荷就是系统中用电设备消耗电功率的总和，大致分异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备等若干类。供电负荷再加上发电厂本身消耗的功率（厂用电），就是系统中各发电机应发出的功率，统称电力系统的发电负荷。

3.4.1 负荷曲线

负荷曲线反映了某一段时间内负荷随时间而变化的规律。按负荷类型可分为有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线两类；按时间长短可分为日负荷曲线和年负荷曲线两类。日负荷曲线是制订各发电厂发电负荷计划的依据，年负荷曲线常用于制定发电设备的检修计划。

1.日负荷曲线

将一天的负荷按照一定的时间间隔描成一条曲线，称为日负荷曲线。以往是每小时一点即24点曲线，如图3.4.1所示，目前，大都采用每一刻钟一点即96点曲线。日负荷曲线一般有两个低谷、两个高峰，第一个低谷在深夜，第二个低谷在中午，第一个高峰在上午（称为早高峰），第二个高峰在晚上（称为晚高峰）。当然，这种特性会因地而异。一天中最大的负荷称为峰荷，一天中最小的负荷称为谷荷，两者的差异称为峰谷差。峰谷差越大对发电机容量的利用越不利，所以国内外都采取各种措施降低负荷的峰谷差，也称削峰填谷。

图3.4.1 日负荷曲线图

（a）有功和无功日负荷曲线；（b）有功功率梯形曲线

2.年负荷曲线

年最大负荷曲线（峰值负荷曲线）是将一年中每天的日最大负荷连成一条曲线。对于大多数地区，夏季负荷最高。年最大负荷曲线如图3.4.2所示。年最大负荷曲线可以用来决定整个系统的装机容量，以便有计划地扩建发电机组或新建发电厂，此外，还可以利用负荷较小的时段安排发电机组的检修计划。

图3.4.2 年最大负荷曲线图

3.4.2 负荷的分类

负荷可以按不同的角度分类，按电能可分为以下几种。

（1）综合用电负荷：指工业、农业、交通运输、市政生活等各方面消耗的功率之和。

（2）供电负荷：电力系统的综合用电负荷加上网损，即发电厂供出的负荷，称为电力系统的供电负荷。

（3）发电负荷：供电负荷再加上发电厂用电就是发电机应发出的功率，称为发电负荷。

按行业可分为以下几种。

（1）工业负荷：负荷量大，负荷曲线比较平稳。

（2）农业负荷：季节性强，负荷密度小，功率因数低，年利用小时数低。

（3）商业负荷：具有很强的时间性和季节性，是电网峰荷的主要组成部分。

（4）市政及居民生活负荷：负荷变化大，负荷同时率高，负荷功率因数低。

按对负荷供电可靠性可分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。

3.4.3 电力系统负荷特性及模型

电力系统负荷的运行特性广义地可以分两大类，一类是负荷随时间的变化而变化的规律即负荷曲线；另一类是负荷随电压或频率的变化而变化的规律即负荷特性。

1.负荷时间特性有关的物理量

负荷随着时间变化而呈现出的规律，称之为负荷时间特性。描述负荷时间特性的指标分类如表3.4.1所示。

表3.4.1 负荷时间特性指标分类

（1）日最大负荷：日负荷曲线的最大值称为日最大负荷（峰荷）。

（2）日最小负荷：日负荷曲线的最小值称为日最小负荷（谷荷）。

（3）年最大负荷Pmax：指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率。

（4）年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，如图3.4.3所示。年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。

图3.4.3 年最大负荷利用小时数曲线

（5）平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率。

（6）年平均负荷：一年内所用的电量Wa除以8 760 h，Pav＝Wa／8 760。

（7）负荷系数KL：又称负荷率，指平均负荷与最大负荷的比值，即KL＝Pav／Pmax。KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。

2.负荷模型

负荷吸收的有功功率（P）及无功功率（Q）是随着负荷母线上的电压（U）和频率（f）的变动而变化的，这就是负荷的电压特性和频率特性。用于描述这种负荷特性的数学方程称为负荷模型。建立负荷模型就是要确定描述负荷特性的数学方程的形式及其中的参数，简称为负荷建模。

在稳态条件下，负荷功率与电压及频率之间的非线性函数关系称为负荷的静态模型。多项式及幂函数是描述静态负荷特性的两种基本模型。

当电压或者频率发生突然变化时，负荷中的动态成分会表现出动态特性。描述动态负荷（以异步电动机为主）的模型有机理与非机理之分，所谓机理式负荷模型是以物理和电学等基本定律为基础，通过列写负荷的各种平衡关系式而获得的模型，如电路中常见的RL电路方程。机理式模型的最大优点是具有明确的物理意义，易于被人们理解。

大多数实际负荷中既有静态负荷又有动态负荷，所以，采用综合负荷模型。电力系统计算中常用的一种综合负荷模型是用等效静态负荷和等效电动机负荷并联组成。