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负荷率对供电可靠性的影响分析摘要配电网负荷率反映了负荷曲线的平滑度、负荷峰谷差,对供也可靠性具有重要的影响本文深入探讨了影响供电可靠性的各项因素及其影响机理基于此,分析了负荷率与供电可靠性间的变化规律结合某地区配电网实际负荷曲线和统计数据,研究了不同负荷率对供电可靠性的影响,并根据其影响规律提出了不同负荷特性下负荷率的调整策略关键词可靠性;配电网;负荷;负荷率1引言配电网是电力系统中直接面对用户的环节,对用户供电质量和供电可靠性的影响也最为直接整个电力系统对用户的供电能力和供电可靠性都通过配电网来体现换句话说,配电网可靠性指标实际上是整个电力系统结构、运行特性和可靠性水平的集中体现,因此对配电网分析并辨识配网薄弱环节,对提高配电网可靠性、保证电能质量、降低网络线损、降低系统停电损失、促进和改善电力工业生产技术和管理、提高经济和社会效益等都具有十分重要的意义[1]电网负荷率是描述电力负荷特性的重要指标,是电网中各类用户不同用电特性叠加后的集中反映,因此分析配电网中影响负荷率的因素,研究负荷率变化对供电可靠性的影响,能够有效地指导配电网运行、负荷调整、网络规划等配网工作本文主要研究影响负荷率的因素,即负荷、负荷特性对负荷率的影响在此基础匕计及负荷率对配网可靠性的影响,分析不同负荷特性下调整负荷率策略,为配网规划提供参考2负荷率及影响负荷率的因素
2.1负荷率负荷率是指某一统计期内的平均负荷与最高负荷之比的百分数,用以衡量平均负荷与最高负荷之间的差异程度,其计算公式可表示为1式中a为负荷率;Pmax为统计周期内最大负荷;t为统计小时数;t为统计开始时间,”为统计结束时刻;fI为统计期内负荷对时间的函数负荷率反映的是单位时间内的负荷变化规律,同时可反映出单位时间内机组的利用水平⑵
2.2影响供荷率的因素分析负荷率受负荷特性、负荷波动等影响因此,要研究负荷率对可靠性的影响,需先分析负荷波动、负荷特性等因素对负荷率的影响
(1)负荷波动对负荷率的影响负荷波动是负荷分散程度的集中体现,在许多电网中,系统负荷峰谷差大、负荷率低白天(或傍晚)系统峰值负荷过高,供不应求,而深夜时的低谷负荷却很低类似地,个别地区夏季气温较高,峰值负荷连年出现新高,而其他季节峰值负荷相对较小,导致大量装机闲置
(2)负荷特性对负荷率的影响分析配网负荷由不同负荷类型组成,不同负荷类型之间具有明显的负荷特性,负荷特性主要体现出负荷用电特性负荷率映射出单位时间内负荷用电特性与机组利用率的相关特性,负荷类型对负荷率具有明显影响本文就以卜负荷类型对负荷率的影响展开研究
①城市民用负荷主要是城市居民的家用电器及照明,它具有连年增长的趋势及明显的季节性波动特点,而旦民用负荷的特点还与居民的日常生活和工作规律紧密相关根据我国用电调查,用电高峰期间,城市民用负荷占较大比例,导致负荷曲线波动大即对负荷率有较强影响,但因城市民用负荷作为其配网供电职能基础,难以采用限电及停电等强制措施
②商业负荷主要是指商业部门的照明、空调、动力等用电负荷,覆盖面积大,且用电增长平稳,商业负荷同样具有季节性波动的特性虽然商业负荷在电力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷,但商业负荷中的照明类负荷占用电力系统用电高峰时段此外,商业部门由于商业行为在节假日会增加营业时间,从而成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一
③工业负荷是指用于工业生产的用电,一般工业负荷的比重在用电构成中居于首位,它不仅取决于工业用户的工作方式(包括设备利用情况、企业的工作班制等),而且与各行业的行业特点、季节因素都紧密的联系,一般负荷是比较恒定的但由于工业负荷用电量大、负荷曲线平滑、高峰时期与民用、商用负荷重叠,已成为导致负荷率低的重要因素之一
④农村负荷则是指农村居民用电和农业生产用电该类负荷与工业负荷相比,受气候、季节等自然条件的影响很大,这是由农业生产的特点所决定的农业用电负荷也受农作物种类、耕作习惯的影响,但就电网而言,由于农业用电负荷集中的时间与城市工业负荷高峰时间TT差别,所以对提高电网负荷率TT一定价值解决上述问题的措施,总体上可分为两大类1)加大对电网设备的改造该措施需要投入大量资金,且需进行经济性论证2结合需求侧管理,优化电网的运行,配网运行方式,改善系统负荷曲线,减小峰谷差,实现经济运行该类措施不需投入巨额资金,且能解决系统充裕度不足的问题由于第二类措施投资相对较小且收益颇丰,在电网企业中不断得到推广应用,以提高系统负荷率3负荷率对配电系统可靠性影响分析
3.1配电网可靠性指标配电网可靠性评估指标体系由三大类指标构成,即配电网负荷点可靠性指标、用户可靠性指标、用户中受停电影响的用户可靠性指标[3-5],其中常用的可靠性指标主要有供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数三个指标,其公式如下所示
①供电可靠率RS式中为负荷耳i的用户停运率AITC通常用次/户•年表示;在北美称为“系统平均停电频率指标SAIFI Systemaverage interruptionfrequency index
3.2负荷率对配电网可靠性影响分析电网负荷率等于给定时段内电网平均负荷与最大峰值负荷的比值其不仅反映了负荷曲线的平滑度、负荷峰谷差,还体现了发电容量利用率,是电力系统规划、运行中的一项重要指标负荷率的大小意味着负荷曲线的平缓程度,峰谷差之间的平均距离若负荷率较低,则峰谷差大,高峰负荷时系统需要开机或切负荷等保证系统可靠性;而低谷负荷时发电设备利用小时数下降,发电煤耗增加,最终导致发电成本急剧上升,经济性较差因此,通过调整负荷率,使得负荷峰谷差缩小,减少负荷处于高峰期导致充裕度不足造成的拉闸限电、线路过载等对系统可靠性造成严重的影响,平衡负荷增长及波动对电网的可靠性带来的影响[6-7]当前,在电网运行中,已有多种措施实现需求侧管理或错峰发电来提高负荷率如通过行政手段调整企业的生产班次、错开上下班时间、调整周休息日,做到按量、按时均衡用电,避峰用电,还可安排电力大客户、高耗能企业在用电高峰季节或高峰时段进行设备检修,下达各地以及企业的错峰、避峰指标,调整企业的错峰方案等措施对抑制电网高峰负荷的上升•,这些措施对提高负荷率都有积极作用通过调整负荷率,使得负荷峰谷差缩小,减少负荷处于高峰期导致充裕度不足造成的拉网限电、线路过载等对系统可靠性造成严重的影响,平衡负荷增长及波动对电网的可靠性带来的影响[8].另外,还可通过储能设备、抽水蓄能电站等进行削峰填谷,提高负荷率上述措施虽然可从不同角度提高电网负荷率,进而降低系统在峰值负荷时的风险,提高系统可靠性但是,在实际工程应用中,上述措施通常是在电力供需紧张,为了缓解供电压力时出现,还没有成为电力企业的日常工作,对电力系统可靠性的提升作用有限[9-11]
3.3负荷率对配电网可靠性分析实例以某供电企业统计数据为例,对供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数与负荷率之间关系进行分析该供电公司2012-2013年最大负荷分别为
2513.48MW、
2689.05MW可靠性指标如表1所示,2012-2013年负荷曲线分别如图1和图2所示从表1中可用看出,随着负荷率增加,配网供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数等配网可靠性指标随着负荷率增加而提高其主要原因在于
2.2节指出的负荷率受负荷特性等因素影响,负荷曲线则是不同负荷特性的集中体现负荷波动、峰谷差直接影响配电系统潮流分相,进而影响电力系统可靠性此外,由表1还可以看出,随着负荷率的提高,系统可靠性指标均有不同程度的下降,即负荷率和电力系统可靠性呈正相关单从配网可靠性的角度分析,配网可靠性主要取决于配网故障所导致用户停电所致,故障原因从电力系统充裕性角度看,是由于负荷率改变直接影响系统发电容量的旋转备用和冷备用容量,进而影响电力系统充裕性;从电力系统安全性来说,负荷及负荷率大幅增加或减小会影响电网的抗扰动能力,进而影响电力系统安全性图1某供电公司2012年负荷曲线
3.4调整负荷率的措施常用的负荷调整措施的主要有降低最大用电负荷,削峰填谷(包括年负荷调整、月负荷调整和日负荷调整),使用节能电器,推广绿色节能光源,高峰时段适当调高空调温度,实行峰谷差别电价等方法,均可有效降低社会用电对电网最大负荷的需求图2某供电公司2013年负荷曲线年负荷调整对一些季节性用电的负荷,将其用电安排在电网年负荷曲线的低谷时段,错开冬夏两季的用电高峰时间,减小电网的最大负荷,从而提高电网负荷率月负荷的调整合理安排一个月生产计划,使生产用电负荷均匀日负荷的调整将一班制生产企业的生产用电,放到后夜低谷时段生产,两班制生产企业错开早晚高峰生产,三班制连续生产企业中非连续性设备放在后夜低谷时段用电,推广使用蓄热设备等根据国家发展改革委员会、国家电力监管委员会联合印发的《加强电力需求侧管理工作的指导意见》,电力需求侧管理Demand SideManagement,DSM是指通过采取有效的激励措施,引导电力用户改变用电方式,提高终端用电效率,优化资源配置,改善和保护环境,实现最小成本电力服务所进行的用电管理活动,是促进电力工业与国民经济、社会协调发展的一项系统工程目前,我国整体用电水平和效率不高,一些地区的高峰用电依然紧张,电网峰谷差不断拉大,电力供应形势不容乐观电力需求侧管理是指对用电方实施的管理通过需求侧管理,引导用户高峰时少用电,低谷时多用电,从而减轻用电高峰时段的供电压力,提高供电效率,优化用电方式的一种办法目前普遍实行的错峰用电、全社会节能以及大客户负荷终端控制,就是需求侧管理的几个重要方面对电力客户而言实施电力需求侧管理,通过峰谷用电差价,少用峰电,多用谷电,可以减少电费支出,降低企业的生产经营成本,提高产品的竞争力可以说,电力需求侧管理项目的实施,可以取得使社会、电力部门及用电客户均受益的多赢局面当前,我国电网中常用的需求侧管理技术和措施包括
①通过错峰轮休,在一星期高峰工作日少安排企业用电,企业每周在固定时间实行错峰;对可中断用电的用户可采取高峰期不用电的方式通过填谷,鼓励企业尽量安排利用谷电,有条件的可多安排夜间用电,特别是大容量的设备要放在夜间运行
②加快建设和完善电力负荷管理系统进一步拓展电力负荷管理系统的应用功能,切实发挥负荷管理系统定点压限负荷的作用;为企业装配负荷控制装置,运用技术手段对企业超负荷用电进行有效的监控
③做好发电部门的科学调度和管理,根据电力紧张情况,及时调整地方机组的发电及检修计划,挖掘机组顶峰发电潜力,尽量保证多供电
④提高发、供电设备的利用率,减少国家投资负荷率提高了,高峰负荷会被压下去,而低谷负荷会被抬高,这样可以提高发、供电设备的利用率,减少为满足短时间高峰负荷而必须增加的发、供电设备容量,可节约投资
⑤执行峰谷分时电价利用电价的经济杠杆作用,实行峰谷分时电价,可鼓励用户自动调整负荷,均衡用电,解决负荷率问题4结论电力系统是一个复杂网络系统,影响其可靠性性能的因素很多,如网络的拓扑结构、电气参数、可靠性参数、负荷大小及负荷曲线等,这些因素综合决定了系统的可靠性水平电力负荷作为电力系统的服务对象,配电网作为其整个电力系统运行特征的集中表现,对供电可靠性的要求随着经济社会发展不断增加,同时负荷的需求及负荷波动也影响到电力系统的可靠性水平木文深入分析了影响负荷率的因素以及不同负荷特性下的负荷率变化规律在此基础上,以某实际配电网为例,分析了不同负荷率对可靠性的影响,结果表明,随着负荷率提高,可靠性具有明显的改善参考文献
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