工業用電負荷計算方法

合理選擇配電變壓器容量的一個必要的前提條件就是需要正確地掌握工業用電負荷的性質、現狀、發展趨勢等。如果對用電負荷現狀和增長速度估算不準確，計算負荷確定過大，將使變壓器容量選擇過大，增加裝置購置和安裝、執行維護的投入，造成投資浪費。反之，計算負荷確定過小，則會引起所選變壓器容量不足，造成配電變壓器過載執行，用電需求不能滿足，變壓器絕緣加速老化。

本文從工業企業的複雜多樣性入手，在電力系統負荷**綜合模型的思想的基礎之上，將綜合負荷計算模型引入到工業符合計算當中，也就是使用多種方法來計算工業負荷，並且以各時段的殘差平方和最小作為優化的目標函式，從而求得所有方法的權重，並進行加權綜合，最終以權重取值的大小來反應工廠所選取的各負荷計算方法的可信度。

1工業負荷計算方法

工業負荷計算的首要目標是來對計算負荷進行確定，從而實現變壓器容量的選擇和校驗。在實際工程上，針對不同型別的工廠和不同型別的負荷，總結出了多種負荷的計算方法，比如指標法、需要係數法、二項式法等。

1.1指標法

該方法一般是被應用在設計任務書或者是初步設計階段，並且是需要在進行多種方案比較的場合下使用的，它又被分為車間生產面積負荷密度法和單位產品耗電量法。倘若已知某企業或者車間的年生產量為m並且該企業或車間的每一種產品的單位耗電量為α，則可以採用後者方法來計算工廠的計算負荷：

（1）上式中，代表該企業全年的有功計算負荷，代表該企業全年當中最大利用小時數。

如已知企業的車間生產面積為s並且負荷密度指標為ρ時，通過採用後者的計算公式來進行所得的負荷為：

（2）上式中，代表了車間的平均負荷；代表了負荷係數。

1.2需要係數法

該方法主要是用來對多臺三相用電裝置的計算負荷進行求解的，求解的具體步驟如下：首先需要將用電裝置按照性質的不同進行分類，對每種不同的裝置選擇合適的需要係數，並且對該種類的裝置的計算負荷進行計算。因各組用電裝置的最大負荷不可能同時出現，因此需要計入一個同時係數，並求得總的計算負荷。

1.3二項式法

在對工廠裝置的臺數較少、容量差別很大的車間或者配電箱進行計算負荷時適合採用二項式法，這種方法不僅考慮了裝置機組的總容量，而且還考慮了多臺最大用電裝置所能引起的比平均負荷要大的附加負荷。

2建立綜合最優負荷計算模型

綜合負荷計算方法是根據一個已投入執行的工廠負荷變化情況，建立以殘差最小為目標函式來求取各種負荷計算方法的權重係數，以此提高工廠的負荷計算準確度。在對此進行建模之前，首先需要介紹幾個定義。

定義一：殘差、方差和協方差的計算。

對於企業的一個已投入執行的新工廠，設為歷史時間段內的年最大負荷取值；在工廠投入運營之前使用者完成負荷報裝時，需要採用m種方法對該工廠進行計算負荷預估計，其中第i種方法的預估計值為，則該方法的殘差為：

i=1,2,…mt=1,2,…n(3)

方差（殘差平方和）為：

i=1,2,…m(4)

這2種負荷計算方法的協方差為：

i,j=1,2,…m(5)

定義二：可信度及綜合計算模型。

假設存在一組權重為 (i=1,2,…m),該值的大小表示各負荷計算方法在綜合模型中的可信度，並且其滿足下列關係式：

(6)i=1,2,…m

通過對各種方法進行集合，構成了綜合計算模型，該模型為：

(7)根據上面的定義，當綜合預估計值大於x，並且歷史年中的最大負荷xt的方差值達到最小時，可以對各種方法的權重係數進行求解，這就被稱作為最優可信度。

在使用者對企業中的配電變壓器容量執行報裝時，所針對的大部分都還是新的並且沒有投入執行的工廠，在這種情況之下，如果想使用前面所做的研究從而獲得比較準確的負荷計算結果，這時可以採用類比的原則的。

類比法的基本原理主要是：根據原有的資料分析新工廠的用電負荷性質及增長模式，然後找到與其型別相似的並且已投入執行的供電系統，通過對前面的建模進行分析並且求出各種方法的最優可信度，最後將這些已經求出來的最優可信度使用到那些新的需要進行報裝容量的工廠中。

該模型的具體求解過程為：

（1）對於新報裝的工廠通過採用類比法，不難找出和它相似的已經投入執行的工廠，通過利用當時的負荷報裝資料，對這些已經投入執行的工廠，採用上述3種方法對其進行負荷計算；

（2）輸入這些已投入執行工廠中歷年時段的年最大負荷值；

（3）根據公式3、4、5分別計算在各個時段中的殘差、方差和協方差；

（4）根據公式7建立綜合最優負荷計算模型，該模型的目標函式為方差最小的方程；

（5）利用非線性優化方法來對模型中的最優可信度進行求解；

（6）同理，採用上述的3種方法來預估算新工廠的計算負荷，並將公式4中所求解出來的最優可信度代入公式7，最終得出結果。

3例項研究

某市一班制的電器開關製造企業從2005年開始就已經投入生產了，該廠的用電裝置容量共有3143kw，我們可以通過它來對該企業的計算負荷的作預估計。表1為該企業從2005年到2010年各年的年最大負荷量，表2為四種計算方法的預估計值和**效果對比。

表1某市某加工廠2005-2010年的最大負荷量

表2四種計算方法預估計值與**值的比較

計算方法預估計值方差

由表2可以得出，綜合最優負荷的計算方法方差要明顯的比其他3種單一的負荷計算方法要小，這就說明在工程實際應用當中，通過使用綜合最優負荷計算模型，可以獲得最佳的工程**效果，並且將該方法所求得的權重係數應用到該企業的新工廠生產資料中，即可**出新工廠的計算負荷值。這種方法將類比法進行了運用，這需要設計人員不斷在實踐當中總結經驗，並且對不同種類的電力負荷的計算方法進行分類及歸納，最終實現電氣設計資料的不斷充實，從而使電力負荷計算更加準確。

4結束語

針對我國目前所存在的工業負荷計算不精確的問題，通過分析常用的四種工業負荷計算，在電力系統負荷**綜合模型這一思想的基礎之上，提出並建立了一種新的綜合最優負荷計算模型。通過採用該綜合計算模型，並選取和報裝新工廠作為算例進行分析，結果表明：綜合最優負荷計算方法的方差最小，這就說明該方法的計算準確度要明顯好與其它方法。

參考文獻

[1]劉介才主編．工廠供電(第4版)［m］．北京:機械工業出版社，2007．4．

[2]中國航空工業規劃設計研究院編．工業與民用配電設計手冊(第3版)［m］．北京:中國電力出版社，2005．10．

[3]中國電力規劃設計協會編．註冊電氣工程師執業資格相關標準彙編［m］．北京:中國電力出版社，2006．4．

注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式檢視。

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