工业用电负荷计算方法研究

陈扬

合理选择配电变压器容量的一个必要的前提条件就是需要正确地掌握工业用电负荷的性质、现状、发展趋势等。如果对用电负荷现状和增长速度估算不准确，计算负荷确定过大，将使变压器容量选择过大，增加设备购置和安装、运行维护的投入，造成投资浪费。反之，计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量不足，造成配电变压器过载运行，用电需求不能满足，变压器绝缘加速老化。

本文从工业企业的复杂多样性入手，在电力系统负荷预测综合模型的思想的基础之上，将综合负荷计算模型引入到工业符合计算当中，也就是使用多种方法来计算工业负荷，并且以各时段的残差平方和最小作为优化的目标函数，从而求得所有方法的权重，并进行加权综合，最终以权重取值的大小来反应工厂所选取的各负荷计算方法的可信度。

1工业负荷计算方法

工业负荷计算的首要目标是来对计算负荷进行确定，从而实现变压器容量的选择和校验。在实际工程上，针对不同类型的工厂和不同类型的负荷，总结出了多种负荷的计算方法，比如指标法、需要系数法、二项式法等。

1.1指标法

该方法一般是被应用在设计任务书或者是初步设计阶段，并且是需要在进行多种方案比较的场合下使用的，它又被分为车间生产面积负荷密度法和单位产品耗电量法。倘若已知某企业或者车间的年生产量为m并且该企业或车间的每一种产品的单位耗电量为α，则可以采用后者方法来计算工厂的计算负荷 ：

（1）

上式中， 代表该企业全年的有功计算负荷， 代表该企业全年当中最大利用小时数。

如已知企业的车间生产面积为S并且负荷密度指标为ρ时，通过采用后者的计算公式来进行所得的负荷为 ：

（2）

上式中， 代表了车间的平均负荷； 代表了负荷系数。

1.2需要系数法

该方法主要是用来对多台三相用电设备的计算负荷进行求解的，求解的具体步骤如下：首先需要将用电设备按照性质的不同进行分类，对每种不同的设备选择合适的需要系数，并且对该种类的设备的计算负荷进行计算。因各组用电设备的最大负荷不可能同时出现，因此需要计入一个同时系数 ，并求得总的计算负荷。

1.3二项式法

在对工厂设备的台数较少、容量差别很大的车间或者配电箱进行计算负荷时适合采用二项式法，这种方法不仅考虑了设备机组的总容量，而且还考虑了多台最大用电设备所能引起的比平均负荷要大的附加负荷。

2建立综合最优负荷计算模型

综合负荷计算方法是根据一个已投入运行的工厂负荷变化情况，建立以残差最小为目标函数来求取各种负荷计算方法的权重系数，以此提高工厂的负荷计算准确度。在对此进行建模之前，首先需要介绍几个定义。

定义一：残差、方差和协方差的计算。

对于企业的一个已投入运行的新工厂，设 为历史时间段内的年最大负荷取值；在工厂投入运营之前用户完成负荷报装时，需要采用m种方法对该工厂进行计算负荷预估计，其中第i种方法的预估计值为 ，则该方法的残差为：

i=1,2,…mt=1,2,…n(3)

方差（残差平方和）为：

i=1,2,…m(4)

这2种负荷计算方法的协方差为：

I,j=1,2,…m(5)

定义二：可信度及综合计算模型。

假设存在一组权重为 (i=1,2,…m),该值的大小表示各负荷计算方法在综合模型中的可信度，并且其满足下列关系式：

(6)

i=1,2,…m

通过对各种方法进行集合，构成了综合计算模型，该模型为：

(7)

根据上面的定义，当综合预估计值大于x，并且历史年中的最大负荷xt的方差值达到最小时，可以对各种方法的权重系数进行求解，这就被称作为最优可信度。

在用户对企业中的配电变压器容量执行报装时，所针对的大部分都还是新的并且没有投入运行的工厂，在这种情况之下，如果想使用前面所做的研究从而获得比较准确的负荷计算结果，这时可以采用类比的原则的。

类比法的基本原理主要是：根据原有的资料分析新工厂的用电负荷性质及增长模式，然后找到与其类型相似的并且已投入运行的供电系统，通过对前面的建模进行分析并且求出各种方法的最优可信度，最后将这些已经求出来的最优可信度使用到那些新的需要进行报装容量的工厂中。

该模型的具体求解过程为：

（1）对于新报装的工厂通过采用类比法，不难找出和它相似的已经投入运行的工厂，通过利用当时的负荷报装资料，对这些已经投入运行的工厂，采用上述3种方法对其进行负荷计算；

（2）输入这些已投入运行工厂中历年时段的年最大负荷值；

（3）根据公式3、4、5分别计算在各个时段中的残差、方差和协方差；

（4）根据公式7建立综合最优负荷计算模型，该模型的目标函数为方差最小的方程；

（5）利用非线性优化方法来对模型中的最优可信度进行求解；

（6）同理，采用上述的3种方法来预估算新工厂的计算负荷，并将公式4中所求解出来的最优可信度代入公式7，最终得出结果。

3实例研究

某市一班制的电器开关制造企业从2005年开始就已经投入生产了，该厂的用电设备容量共有3143kW，我们可以通过它来对该企业的计算负荷的作预估计。表1为该企业从2005年到2010年各年的年最大负荷量，表2为四种计算方法的预估计值和预测效果对比。

表1某市某加工厂2005-2010年的最大负荷量

表2四种计算方法预估计值与预测值的比较

计算方法 预估计值 方差

由表2可以得出，综合最优负荷的计算方法方差要明显的比其他3种单一的负荷计算方法要小，这就说明在工程实际应用当中，通过使用综合最优负荷计算模型，可以获得最佳的工程预测效果，并且将该方法所求得的权重系数应用到该企业的新工厂生产数据中，即可预测出新工厂的计算负荷值。这种方法将类比法进行了运用，这需要设计人员不断在实践当中总结经验，并且对不同种类的电力负荷的计算方法进行分类及归纳，最终实现电气设计资料的不断充实，从而使电力负荷计算更加准确。

4结束语

针对我国目前所存在的工业负荷计算不精确的问题，通过分析常用的四种工业负荷计算，在电力系统负荷预测综合模型这一思想的基础之上，提出并建立了一种新的综合最优负荷计算模型。通过采用该综合计算模型，并选取和报装新工厂作为算例进行分析，结果表明：综合最优负荷计算方法的方差最小，这就说明该方法的计算准确度要明显好与其它方法。

参考文献

[1]刘介才主编．工厂供电(第4版)［M］．北京:机械工业出版社，2007．4．

[2]中国航空工业规划设计研究院编．工业与民用配电设计手册(第3版)［M］．北京:中国电力出版社，2005．10．

[3]中国电力规划设计协会编．注册电气工程师执业资格相关标准汇编［M］．北京:中国电力出版社，2006．4．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。