1、现代供电技术现代供电技术2/33 节约电能是供电系统经济运行的核心，也是电力输、配、节约电能是供电系统经济运行的核心，也是电力输、配、用各项工作的主要目标之一！用各项工作的主要目标之一！负荷优化与调整是电网电能节约的主要途径！负荷优化与调整是电网电能节约的主要途径！l负荷优化负荷优化 将三相不平衡、有谐波、有无功、负荷功率剧烈变化的负将三相不平衡、有谐波、有无功、负荷功率剧烈变化的负荷荷 三相平衡、线性、单位功率因数、平稳的负荷。三相平衡、线性、单位功率因数、平稳的负荷。l负荷调整负荷调整 通过合理安排负荷用电计划，提高负荷曲线的平稳性。通过合理安排负荷用电计划，提高负荷曲线的平稳性。3/33
2、7-2 用电负荷特性对电能损耗的影响用电负荷特性对电能损耗的影响7-3 用电负荷的优化调整用电负荷的优化调整7-4 供电系统的无功功率补偿供电系统的无功功率补偿4/33 电能损耗是指供电系统在电能传输和变换过程中电能损耗是指供电系统在电能传输和变换过程中所耗费的电能，主要包括所耗费的电能，主要包括变压器变压器的电能损耗和的电能损耗和线路线路的的电能损耗。电能损耗。5/332NTCTNCuT0TSSPPP2NTCTNT0TSSQQQTNT0T0100%SIQTNkTN100%SUQ一、变压器的电能损耗1.1.变压器的功率损耗变压器的功率损耗 P0.T变压器空载有功损耗PCu.N.T变压器额定有功
3、损耗增量SC 变压器的计算负荷SNT 变压器额定容量Q0.T变压器空载无功损耗QN.T变压器额定无功损耗增量I0.T%变压器空载电压百分数Uk%变压器阻抗电压百分数6/332.2.变压器的电能损耗变压器的电能损耗 WT变压器的年电能损耗（变压器的年电能损耗（kW h）Tgz 变压器全年投入运行的时数变压器全年投入运行的时数(h)。年最大负荷损耗小时数年最大负荷损耗小时数(h)。其含义其含义为：当输配电设备以最大负荷为：当输配电设备以最大负荷 Sc输送时输送时，在，在 时间内产生的电能损耗，恰好等于时间内产生的电能损耗，恰好等于设备中全年的实际电能损耗。设备中全年的实际电能损耗。2NTCTNCu
4、gzT0TSSPTPW7/33二、线路的电能损耗 Wl 线路中的电能损耗线路中的电能损耗(kWh)Ic线路计算电流线路计算电流(A)Sc线路计算负荷线路计算负荷(kVA)R线路电阻线路电阻()r0线路的单位长度电阻线路的单位长度电阻(/km)l 线路的长度线路的长度(km)；年最大负荷损耗小时数年最大负荷损耗小时数(h)2Nc02c3USlrRIWl8/33三、电气设备的经济运行1.1.单台单台变压器的变压器的经济运行经济运行 KL-变压器的负荷率，变压器的负荷率，即变压器实际负荷与额定负荷之比即变压器实际负荷与额定负荷之比；kq 功率损耗归算系数功率损耗归算系数（无功经济当量）（无功经济当量
5、），表示从供电电源到变压器，表示从供电电源到变压器二二次侧次侧的的供供电系统中传输单位无功所产生的有功损耗，电系统中传输单位无功所产生的有功损耗，kq 0.050.1。变压器变压器产生的总有功损耗（称为产生的总有功损耗（称为有功损耗归算值有功损耗归算值）变压器的变压器的有功损耗有功损耗 +变压器无功损耗在电网传输时所引起的附加有功损耗。变压器无功损耗在电网传输时所引起的附加有功损耗。N.T2LT.0qCu.N.T2LT.0TqTgs.TQKQkPKPQkPP9/33KL.e-变压器的变压器的经济经济负荷率，负荷率，通常在通常在70%左右左右。变压器的经济运行条件是：传输单位变压器的经济运行条件
6、是：传输单位kVAkVA所消耗的有功功率损所消耗的有功功率损耗归算值最小耗归算值最小（但有色金属消耗量不是最小）（但有色金属消耗量不是最小）。令令0Lgs.T dKSPdN.TqCu.N.TT.0qT.0L.eQkPQkPK10/332.2.两台两台变压器的变压器的经济运行经济运行 对于两台等容量同参数的变压器，在单台运行和两台并对于两台等容量同参数的变压器，在单台运行和两台并列运行方式下，变压器的损耗随负荷的变化曲线列运行方式下，变压器的损耗随负荷的变化曲线是不同的，是不同的，存在一个交叉点。交叉点的负荷为临界负荷，其值如下：存在一个交叉点。交叉点的负荷为临界负荷，其值如下：N.TN.TqC
7、u.N.TT.0qT.0cr)(2SQkPQkPS 当总负荷小于临界负荷时，当总负荷小于临界负荷时，单台运行较经济，否则双台并列单台运行较经济，否则双台并列运行较经济。运行较经济。11/337-1 供电系统的电能损耗与节约供电系统的电能损耗与节约7-3 用电负荷的优化调整用电负荷的优化调整7-4 供电系统的无功功率补偿供电系统的无功功率补偿12/33一、负荷变化对线损的影响 设三相负荷无功得到完全补偿，电网中只传输有功功率。设三相负荷无功得到完全补偿，电网中只传输有功功率。设三相有功负荷是随时间变化的，则在统计期间设三相有功负荷是随时间变化的，则在统计期间T T内，电网损内，电网损失电量为：失
8、电量为：TT22(t)(t)200RW=3I R dtP dtU(t)av(t)P=P+P2TT22avav(t)(t)2200PRRW=P+PdtRT+P dtUUUT2+(t)20RW=P dtU令令由负荷变化引起的线损增量：由负荷变化引起的线损增量：则则13/33二、功率因数对线损的影响 设三相负荷有功为设三相负荷有功为P P、无功为、无功为QQ、功率因数为、功率因数为coscos，运行，运行时间为时间为T T，则负荷电流产生的电网损失电量为：，则负荷电流产生的电网损失电量为：22SPW=3RT=RTUcos3U 设补偿前负荷的自然功率因数为设补偿前负荷的自然功率因数为coscos 0
9、0，补偿后功率因，补偿后功率因数提高到数提高到coscos 1 1，则无功补偿带来的效益或节约的电能为：，则无功补偿带来的效益或节约的电能为：220+010222011cosP11W=W-W=RT-W1Ucoscoscos14/33三、负荷三相电流不平衡对线损的影响 2phavW3I RT222bpABCWIIIRT 当三相负荷平衡时，各相电流相同，即当三相负荷平衡时，各相电流相同，即I IA A=I=IB B=I=IC C=I=Iavav，则，则三相电流在电网中引起的电能损耗为：三相电流在电网中引起的电能损耗为：当三相负荷不平衡时，三相电流不相等，此时三相电流当三相负荷不平衡时，三相电流不相
10、等，此时三相电流在电网中引起的电能损耗为：在电网中引起的电能损耗为：三相电流不平衡额外引起的线损增长率为：三相电流不平衡额外引起的线损增长率为：222ABBCCAbpph+2phav(I-I)(I-I)(I-I)W-WW%100%=100%W9I15/33四、负荷谐波电流对线损的影响 211W3I RT22222H123ni1W3 I+I+I+IRT=1+THDW2H1+i1W-WW%100%=THD100%W设电网电流基波分量为设电网电流基波分量为I I1 1。当电网不含谐波时，电网线损为：。当电网不含谐波时，电网线损为：当电网含有谐波时，若不考虑不同频率电流的集肤效应，电当电网含有谐波时，
11、若不考虑不同频率电流的集肤效应，电网线损为：网线损为：与无谐波相比，由谐波引起的线损增长率为：与无谐波相比，由谐波引起的线损增长率为：16/337-1 供电系统的电能损耗与节约供电系统的电能损耗与节约7-2 7-2 用电负荷特性对电能损耗的影响用电负荷特性对电能损耗的影响7-4 供电系统的无功功率补偿供电系统的无功功率补偿17/33一、负荷时变特性及其影响因素1.1.负荷时变特性负荷时变特性 负荷时变特性是指负荷功率随时间的变化规律负荷时变特性是指负荷功率随时间的变化规律。负荷曲线综合性地反映了用电负荷的变化规律，成为负负荷曲线综合性地反映了用电负荷的变化规律，成为负荷用电特性分析及电力需求侧
12、管理的重要依据。荷用电特性分析及电力需求侧管理的重要依据。用户负荷的时变特性与用户的行业特征密切相关。用户负荷的时变特性与用户的行业特征密切相关。工业工业负荷、农业负荷、商业负荷。市政和居民生活用电的负荷特负荷、农业负荷、商业负荷。市政和居民生活用电的负荷特性均不相同，各有特征。性均不相同，各有特征。此外，气候变化、节假日、电价机制对负荷时变特性均此外，气候变化、节假日、电价机制对负荷时变特性均有影响。有影响。18/332.2.反映负荷时变特性的指标反映负荷时变特性的指标（1 1）负荷率：负荷率通常指典型日的平均负荷与最大负荷之负荷率：负荷率通常指典型日的平均负荷与最大负荷之比，它反映了负荷在
13、一天中随时间的均匀分布程度。比，它反映了负荷在一天中随时间的均匀分布程度。(kW)(%)100%(kW)典型日平均负荷负荷率=典型日最大负荷（2 2）峰谷差率：峰谷差通常指典型日的最大负荷（峰值）与峰谷差率：峰谷差通常指典型日的最大负荷（峰值）与最小负荷（谷值）之差，峰谷差率定义为峰谷差与最大负荷最小负荷（谷值）之差，峰谷差率定义为峰谷差与最大负荷之比，它反映了负荷在一天中的最大差异。之比，它反映了负荷在一天中的最大差异。(kW)-(kW)(%)100%(kW)典型日最大负荷典型日最小负荷峰谷差率=典型日最大负荷19/33二、用电负荷优化调整的意义 经济效益显著，主要表现在：经济效益显著，主要
14、表现在：(1)(1)降低发供电设备投资：发供电设备是按照最大负荷要降低发供电设备投资：发供电设备是按照最大负荷要求来投资建设的，优化负荷特性可以降低电网的最大负荷，求来投资建设的，优化负荷特性可以降低电网的最大负荷，从而减少或延缓发供电设备的建设投资。从而减少或延缓发供电设备的建设投资。(2)(2)降低火力发电机组的燃煤消耗：火力发电机组的发电降低火力发电机组的燃煤消耗：火力发电机组的发电效率随着出力的下降而降低。电网负荷率每下降效率随着出力的下降而降低。电网负荷率每下降1%1%，发电煤，发电煤耗上升约耗上升约0.7%1%0.7%1%。节煤节煤也有利于减少污染物排放。也有利于减少污染物排放。(
15、3)(3)降低电网损耗：降低电网损耗：前述表明，前述表明，变化的负荷比一个恒定的变化的负荷比一个恒定的负荷在电网中产生的电能损耗要大。负荷在电网中产生的电能损耗要大。20/33例例7-1 7-1 某起重机厂总降变电所有一台某起重机厂总降变电所有一台5600kV5600kV A A变压器，变压器，P P0 0.T T=12kW=12kW，P PCu.N.TCu.N.T=50kW=50kW。调整前，每日。调整前，每日6 6时至时至2222时平均负荷为时平均负荷为3100kV3100kV A A（不含（不含电炉），电炉），1010时至时至1818时投入时投入2500kV2500kV A A电炉使负荷
16、达到电炉使负荷达到5600kV5600kV A A高峰，高峰，2222时至次日时至次日6 6时进入低谷，负荷为时进入低谷，负荷为400kV400kV A A。为降低供电系统的电能损。为降低供电系统的电能损耗，将电炉投入时间改为耗，将电炉投入时间改为2222时至次日时至次日6 6时，试计算负荷调整后仅变压器的时，试计算负荷调整后仅变压器的一年的节电效果。一年的节电效果。21/33hkW292680hkW3608560040050856003100508560056005024122221TWhkW230400hkW360856002900501656003100502412222TWhkW622
17、80hkW230400292680nTW调整前，变压器的年电能损耗量为：调整前，变压器的年电能损耗量为：调整后，变压器的年电能损耗量为：调整后，变压器的年电能损耗量为：节约电量：节约电量：22/33三、用电负荷优化调整的措施 (1)(1)行政措施行政措施：通过节能政策或行政手段，促使负荷关停：通过节能政策或行政手段，促使负荷关停平移。平移。(2)(2)经济措施经济措施：经济措施具有较强的激励作用，可以更好：经济措施具有较强的激励作用，可以更好地引导电力用户移峰填谷、合理用电。地引导电力用户移峰填谷、合理用电。(3)(3)技术改造技术改造：通过运用先进的技术和方法，达到优化负：通过运用先进的技术
18、和方法，达到优化负荷特性的目的荷特性的目的，譬如采用高效节能设备、可再生能源发电等，譬如采用高效节能设备、可再生能源发电等。23/337-1 供电系统的电能损耗与节约供电系统的电能损耗与节约7-2 7-2 用电负荷特性对电能损耗的影响用电负荷特性对电能损耗的影响7-3 7-3 用电负荷的优化调整用电负荷的优化调整24/33一、功率因数 任意三相系统的总功率因数（任意三相系统的总功率因数（Power FactorPower Factor，PFPF）定义）定义为：为：cos122IIQPPPF 显然，总功率因数包括谐波因数（显然，总功率因数包括谐波因数（I I1 1/I/I）和）和基波基波位移位移
19、因数（因数（cos cos ）两部分）两部分。25/33二、无功补偿方式1.1.按照无功补偿容量调节方式按照无功补偿容量调节方式划分为划分为动态补偿和静态补偿动态补偿和静态补偿l动态补偿动态补偿：指补偿容量能够快速连续地自动跟踪负荷指补偿容量能够快速连续地自动跟踪负荷无功功率的变化无功功率的变化；l静态补偿是指补偿容量在相对比较长的一段时期内是静态补偿是指补偿容量在相对比较长的一段时期内是固定不变的。固定不变的。2.2.按照无功补偿装置安装地点分为按照无功补偿装置安装地点分为就地补偿和集中补偿就地补偿和集中补偿l就地补偿就地补偿：补偿装置安装于用电设备附近，就地进行：补偿装置安装于用电设备附近
20、，就地进行补偿，补偿，最大限度地降低供电系统中的电能损耗，补偿最大限度地降低供电系统中的电能损耗，补偿效果最好，但补偿效率低，管理维护不便。效果最好，但补偿效率低，管理维护不便。l集中补偿集中补偿：在配电母线处对其下所有设备统一进行补：在配电母线处对其下所有设备统一进行补偿，偿，电容器的利用率较高，但其补偿效果稍差。电容器的利用率较高，但其补偿效果稍差。26/33三、无功补偿容量的确定1.1.按按功率因数从功率因数从coscos 1 1提高到提高到coscos 2 2来确定来确定l固定补偿时：按平均负荷计算固定补偿时：按平均负荷计算l分组投切或连续调节时：按最大负荷计算分组投切或连续调节时：按
21、最大负荷计算21avCtantan PQ21maxCtantan PQ2.2.按按补偿后最大电压变动允许值补偿后最大电压变动允许值d dlimlim来确定来确定3.3.按安装点电压调整量按安装点电压调整量 U%U%确定确定klimmaxCSdQQkSUQ%C27/33四、常用无功补偿装置1.1.无功补偿装置的类型无功补偿装置的类型l按补偿装置接入方式分：按补偿装置接入方式分：n串联补偿：补偿装置与负荷串联接入供电线路；串联补偿：补偿装置与负荷串联接入供电线路；n并联补偿：补偿装置与负荷并联接入供电系统；并联补偿：补偿装置与负荷并联接入供电系统；l按补偿原理分：无源补偿与有源补偿按补偿原理分：无
22、源补偿与有源补偿n无源补偿：基于无源补偿：基于LCLC感容元件的补偿感容元件的补偿n有源补偿：基于电力电子有源装置的补偿有源补偿：基于电力电子有源装置的补偿28/3329/332.2.分组自动投切补偿电容器装置分组自动投切补偿电容器装置30/333.3.TSCTSC型静止无功补偿装置型静止无功补偿装置 快速过零投切，无狐开关快速过零投切，无狐开关31/334.4.TCRTCR型连续补偿装置型连续补偿装置 快速连续补偿快速连续补偿32/33五、无功补偿的经济效益l无功经济当量无功经济当量：每补偿每补偿1kvar1kvar无功功率所节约的电量相当无功功率所节约的电量相当于有功负荷于有功负荷kWkW数数的减少量。根据统计，的减少量。根据统计，10kV10kV配电系统的配电系统的无功经济当量可达无功经济当量可达0.050.05，而低压配电系统无功经济当量可，而低压配电系统无功经济当量可达达0.10.1。l无功补偿具有稳定供电电压的作用，对于某些用电设备无功补偿具有稳定供电电压的作用，对于某些用电设备，譬如电弧炉譬如电弧炉类设备类设备，还，还可可降低其降低其单位产值的单位产值的有功功率有功功率消耗消耗，提高设备的用电效能和生产率。提高设备的用电效能和生产率。33/33第七章完
