2. Графики электрических нагрузок. Определение средних нагрузок.

Хронологические графики нагрузки показывают изменение нагрузки во времени. Из хронологических графиков наиболее используемыми являются суточные, недельные и годовые. Рассмотрим их.

Суточные графики

Суточные графики нагрузки в основном используются для планирования загрузки оборудования станций и электрических сетей. Для целей анализа используются характерные суточные графики для рабочего, предвыходного и выходного дней. Суточные графики электрических нагрузок могут быть представлены с фиксацией спроса по каждому часу суток (рис.2.1).

Рисунок 2.1 - Ступенчатая форма графика нагрузки

Достаточно часто суточные графики электрических нагрузок показывают в упрощенном виде (рис.2.2).

Рисунок 2.2 - Упрощенная форма графика нагрузки

При изучении суточных графиков нагрузки необходимо иметь в виду следующее:

1. График спроса энергосистемы формируется как сумма графиков спроса отдельных групп потребителей (рис.2.3).

Рисунок 2.3. - Структура графика спроса

Составной частью графика нагрузки энергосистемы кроме спроса потребителей являются потери энергии при ее передаче в распределительных сетях, а также расходы на собственные нужды электростанций системы (рис2.4).

Составной частью графика нагрузки энергосистемы кроме спроса потребителей являются потери энергии при ее передаче в распределительных сетях, а также расходы на собственные нужды электростанций системы (рис.2.4).

Рисунок 2.4 - Структура графика нагрузки системы

График нагрузки энергосистемы является суммой графиков нагрузки всех работающих в системе станций (рис.2.5).

Рисунок 2.5 - Структура покрытия графика нагрузки

Следует различать график спроса потребителей, расположенных на территории, обслуживаемой энергосистемой, и график нагрузки станций. Для “дефицитных“ энергосистем, покупающих энергию от других поставщиков, соотношение спроса и нагрузки станций представлено на рис. 2.6(а) для "избыточных" - на рис. 2.6(б)

а- дефицит мощности; б-избыток мощности

Рисунок 2.6 - Соотношение спроса и мощности станций энергосистемы

Возможны различные варианты сочетаний “избыточности” и “дефицитности” энергосистемы в течение суток. Например, утром энергосистема избыточна, а вечером дефицитна, и наоборот. Все определяет конфигурация графика нагрузки потребителей в течение суток. Дефицитность и избыточность может также иметь место в недельном и сезонном разрезах времени.

Фактические суточные графики нагрузки потребителей могут быть получены различными способами. Наиболее точными являются суточные графики, записанные на ленту регистрирующего прибора. Однако для анализа режима электропотребления такие графики малопригодны ввиду регистрации всех случайных колебаний нагрузки, затрудняющих получение характерного графика нагрузки данного потребителя. Поэтому необходимо упрощение конфигурации графика, позволяющее выявить основные закономерности режима потребления энергии.

Другим способом получения суточного графика нагрузки является использование показаний учетных приборов, снятых через определенный промежуток времени( 0,5 ; 1,0; 2,0 часа ). Чем больше интервал времени, тем менее точным получается график нагрузки потребителей.

Третьим способом построения суточного графика нагрузки является регистрация объема потребления энергии. В этом случае показания электросчетчика Э записываются через равные интервалы времени Т (обычно через 0,5 часа) и для каждого интервала определяется средняя нагрузка.

Найденные значения средней нагрузки по интервалам времени откладываются на диаграмме в виде горизонтальных площадок, которые соединяются ступенчатой линией в суточный график нагрузки. При правильно выбранном интервале времени средние значения нагрузки оказываются близкими к ее максимальным значениям за данный интервал и суточный график нагрузки получается достаточно точным.

Для целей анализа суточные график нагрузки могут быть разделены на три характерные зоны (рис.2.7) :

-базисную (3), ограниченную минимальной ночной нагрузкой;

-полупиковую (2), между минимальной ночной и средней нагрузкой за сутки ;

-пиковую (1), между средней и максимальной нагрузками.

Рисунок 2.7 - Выделение зон графика нагрузки с использованием среднесуточной нагрузки

Применяется и другой способ деления суточного графика нагрузки на характерные зоны (рис.2.8).

Рисунок 2.8 - Выделение зон графика нагрузки с использованием минимальной дневной нагрузки

Для характеристики конфигурации графиков нагрузки применяется целый ряд относительных показателей:

- коэффициент неравномерности графика нагрузки

- коэффициент заполнения графика нагрузки

- коэффициент заполнения переменной части графика нагрузки

Конфигурация суточных графиков нагрузки энергосистем зависит от состава и режима работы потребителей электроэнергии. Максимальная неравномерность имеет место в энергосистемах, где преобладает нагрузка односменных предприятий и освещения. Наиболее равномерные графики нагрузки характерны для энергосистем с энергоемкими непрерывными производствами (производство алюминия, электростали). За последние ряд лет происходит разуплотнение суточных графиков нагрузки. Это обусловлено в основном опережающим ростом электропотребления в коммунально-бытовом секторе и снижением потребления промышленными предприятиями.

Годовые графики

Основным назначением годовых графиков нагрузок является определение величины необходимой мощности электростанций, планирование ремонта оборудования. Наиболее применим график месячных максимумов нагрузки, который фиксирует изменения максимальных нагрузок через месяц (рис.2.9).

Величина месячного максимума нагрузки рассматривается как наибольшее из значений суточных максимумов нагрузки за данный месяц.

Рисунок 2.9 - Принципиальное представление годового графика

нагрузки

Конфигурация данного графика месячных максимумов нагрузки характеризуется “провалом” в летние месяцы, что характерно для районов с холодной зимой и преобладанием промышленной нагрузки. Для регионов с жарким летом максимум годовой нагрузки может быть в летние месяцы (большое потребление электроэнергии на кондиционирование воздуха и относительно небольшое потребление электроэнергии промышленной нагрузкой).

Производные графики электрических нагрузок

Эти виды графиков электрических нагрузок используются в основном для целей анализа и проектирования электропотребления, а также построения типовых графиков электрических нагрузок для отдельных групп потребителей.

Самыми простыми из них являются натуральные графики, но построенные в относительных единицах (в долях или процентах от значения максимальной нагрузки за сутки). Такой способ построения натуральных графиков используется для построения типовых графиков электропотребления (рис.2.10).

Рисунок 2.10 - График нагрузки в относительных единицах

Более сложными являются графики, характеризующие продолжительность того или иного значения нагрузки за определенный период времени, - графики по продолжительности. Данные графики показывают длительность времени, в течение которого нагрузка будет не ниже определенного значения. Площадь под графиком соответствует выработке (или потреблению) электроэнергии за определенный период времени.

Суточный график по продолжительности может быть легко получен из соответствующего хронологического графика (рис.2.11).

Длина каждого горизонтального отрезка на правом графике (графике по продолжительности) соответствует сумме длин горизонтальных отрезков под графиком нагрузки на левом графике (хронологическом графике). Соответственно минимальная нагрузка будет иметь место в течение всех 24 часов в сутки, а максимальная нагрузка имеет продолжительность, близкую к нулю.

Для построения годового графика нагрузки по продолжительности необходимо иметь хронологические графики нагрузки для характерных суточных режимов потребления в течение года. В зависимости от требуемой точности построения можно использовать суточные графики нагрузки для рабочих, нерабочих, выходных, предпраздничных и праздничных дней по всем четырем периодам года, но можно обойтись и использованием осредненных (поэтому достаточно условных) суточных графиков для зимнего и летнего периодов.

Рисунок 2.11 - Построение графика нагрузки по продолжительности

Площадь под графиком по продолжительности также определяет выработку (или потребление) электроэнергии за год. Для более точного построения годового графика по продолжительности, естественно, необходимо использовать реальные, не осредненные суточные графики нагрузки.

Показатели графиков нагрузок приемников электрической энергии

При расчетах нагрузок применяются показатели (коэффициенты) графиков нагрузок, характеризующие режим работы приемников электроэнергии.

Коэффициенты графиков нагрузок определяются для индивидуального и группового графиков активной и реактивной нагрузок или тока. В связи с этим принята следующая система обозначений:

1. Коэффициенты индивидуальных и групповых графиков обозначаются соответственно строчной k или прописной К.

2. Вид коэффициента определяется индексом, состоящим из начальных букв его названия.

3. Коэффициенты графиков активной мощности имеют индекс «а», реактивной мощности − «р», тока − «I».

Например, Кзга означает коэффициент заполнения группового графика нагрузки по активной мощности.

К оэффициентом использования активной мощности приемника kиа или группы приемников Kиа называется отношение средней активной мощности отдельного приемника (или группы их) к номинальной активной мощности этого приемника (или группы их):

Этот коэффициент, как и средние нагрузки рс, Рс, относится к смене с наибольшей загрузкой ЭП, но может быть отнесен и к другому периоду времени.

Коэффициентом включения приемника kв называется отношение продолжительности включения tв приемника за время цикла ко всей продолжительности цикла tц (время включения приемника за цикл состоит из времени работы tр и времени холостого хода tх):

Коэффициентом включения группы приемников или групповым коэффициентом включения Кв называется средневзвешенное значение коэффициентов включения, определяемое по формуле

Коэффициентом загрузки приемника но активной мощности kза называется отношение фактически потребляемой или средней активной мощности Pс за время включения tв в течение времени цикла tц к его номинальной мощности;

Групповым коэффициентом загрузки по активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения:

Коэффициент загрузки, как и коэффициент включения, связан с технологическим процессом и изменяется с изменением режима работы приемника.

Коэффициентом формы индивидуального или группового графиков нагрузок kфа, Kфа называется отношение среднеквадратичной активной мощности приемника или группы приемников за определенный период времени к ее среднему значению за тот же период:

Коэффициент формы характеризует неравномерность графика во времени. Свое наименьшее значение, равное единице, он принимает при нагрузке, неизменной во времени. Для большинства электроприемников с достаточно ритмичным процессом производства коэффициент формы изменяется в пределах от 1,05 до 1,15.

Приведенное число элекроприемников nэ есть такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которые обусловливают ту же расчетную нагрузку, что и группа различных по номинальной мощности и режиму работы приемников электроэнергии. Понятие приведенного числа элекроприемников позволяет заменить группу разнородных ЭП эквивалентной группой одинаковых, что существенно упрощает расчеты. Величина приведенного числа приемников электроэнергии nэ всегда меньше реального числа ЭП п или равна ему. Если все ЭП группы имеют одинаковую номинальную мощность, то

Коэффициентом максимума активной мощности называется отношение расчетной активной нагрузки к средней нагрузке за исследуемый период времени Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены. Обычно коэффициент максимума характеризует групповые графики нагрузок. Коэффициент максимума Кма, связывая две найденные из группового графика величины − расчетную и максимальную среднюю нагрузки, представляет собой важную характеристику графика. Величина коэффициента максимума Кма зависит от приведенного числа электроприемников nэ и ряда коэффициентов, характеризующих режим потребления электроэнергии данной группой ЭП.

Коэффициентом спроса по активной мощности называется отношение расчетной активной нагрузки к номинальной активной мощности группы приемников.

Коэффициент спроса относится к групповым графикам. Значения Кса для различных групп приемников в различных отраслях промышленности для различных производств и предприятий определяются из опыта эксплуатации и принимаются при проектировании по справочным материалам.

Коэффициентом заполнения графика нагрузок по активной мощности называется отношение средней активной нагрузки к расчетной за исследуемый период времени

Средняя нагрузка Рс берется за наиболее нагруженную смену, а расчетная нагрузка Рр = Р30 − за получасовой максимум нагрузки. Коэффициент заполнения графика нагрузок характеризует групповые графики и используется для оценки суточных и годовых графиков нагрузок. При проектировании Кзга принимается по справочным материалам.