电力用户和负荷图的动态平衡

（一）电力系统及其用户

现代的绝大多数水电站，都参加电力系统运行。电力系统是指各种电站（水电站、火电站、核电站等）之间以及电站与用户（用电单位）之间用输电线路连成的整体。水电站在电力系统中与其他电站联合工作，能充分发挥各类电站的优点，相互补充和改善各电站的工作条件，充分合理地利用各种能源，提高电力系统的供电可靠性和经济性。

电力生产的一个重要特点是电能无法储存，发电、供电和用电是同时完成的。为保证用户持续获得合格的电能，在任何时刻，电力系统中各电站的发电量和出力的大小，必须与用户的耗电量和负荷变化相适应，即应处于动态平衡之中。用户的耗电量和用电方式，直接影响到水电站的规模和工作方式。在专业上，用户又被称为负荷。因此，在规划设计水电站时，需要编制系统的电力负荷图。

电力系统中有各种不同的用户，通常可按用电的特点分为工业、农业和市政等三类。

1.工业用电

工业用电主要消耗于工矿企业中的各种电动设备、电炉、电气化工业装置和车间照明等方面。工业用电的主要特点是用电量大，年内用电过程比较均匀，供电保证要求高。一天内用电量的变化，要看企业的生产班制和产品种类情况。如化学及冶金工业的负荷比较平稳；而机械制造工业及轧钢机械的负荷则是间歇性的，负荷在短时间内有着剧烈的变动。对于三班工作制和连续性生产企业，一天内用电就较均匀。

2.农业用电

农业用户主要是电力排灌、电力耕作、农副产品加工、畜牧业、照明和乡镇企业等。农业用电的主要特点是有明显的季节性变化，而且用电地区较分散，负荷在一天内变化较大。随着农村生活条件的改善，农业用电正在迅速的增加。

3.市政公用事业用电

市政用电主要包括照明、交通运输用电、供水、卫生、文化事业和各种生活电器用电等。市政用电的特点是一年内变化和一天内变化都比较大。

（二）负荷图

上述各类用户的耗电情况，都是随着时间不断变化的。如将每日不同时间内，所有用户对电力系统要求的出力叠加起来，可以得到一个出力与时间的关系曲线，这就是电力系统负荷图。表示电力负荷在一日24h内变化过程的曲线，称为日负荷图。表示电力负荷在一年内变化过程的曲线，称为年负荷图。

1.日负荷图

日负荷图是以一天的小时数为横坐标，以各小时的平均负荷 （kW）为纵坐标而绘成的阶梯形或光滑曲线，如图9-1所示。负荷图的形状同系统的用户组成有关。

负荷曲线上一般已加上输电线路损失和电站的厂用电。所以，负荷曲线就是电力系统中全部电站总的发电与用电关系曲线。负荷曲线与纵横坐标轴所包围的面积，则为用户要求电力系统各电站提供的一日总电能。

由图9-1可以看出，在一天中负荷的变化是上午和傍晚各有一个高峰，傍晚的高峰大于上午的高峰，深夜以后负荷降低。日负荷图中有三个特征出力值：最大出力N″，平均出力N，最小出力N′。这三个出力值对电站的运行安排具有很重要的意义。N″表示一日内电力系统用户所要求的最大出力，在这一日内电力系统各电站处于正常运行状态的设备总容量必须大于或等于N″，否则电力系统的正常工作将因容量不足而受到破坏。表示一日内的平均出力，则相应的日电能为

图9-1　日负荷图(www.xing528.com)

这说明一日内电力系统应具有的能源储备，否则电力系统的正常工作将因电能不足而受到破坏。

日负荷图的三个特征出力值将日负荷图划分为三个区域：日最小出力N′以下的称基荷，这部分负荷在24h都是均匀的；日平均出力以上的称峰荷，这部分负荷时刻在变化；在峰荷和基荷之间的称腰荷，其中一部分时间负荷有变化，另一部分时间负荷无变化。有时也将最小出力N′以上的区域统称峰荷，而不另划腰荷。

日负荷图是逐日变化的，但在实际计算中，通常只需作出几个典型日负荷图。例如最大日负荷图（一般为夏季）和最小日负荷图（一般为春季）等。

为了便于对不同的日负荷图进行比较，常采用下面两种比值来表征负荷曲线的特性。一个叫日最小负荷率β=，这个比值越大，表示一天内负荷的变化幅度越小；另一个叫日平均负荷率或称日负荷系数γ=，这个比值越大，表示日负荷越均匀。

如上所述，日负荷曲线以下所包围面积表示日电能E日。若将日负荷曲线下的面积自下而上分成许多段，如ΔN1、ΔN2、ΔN3、…，并求出各分段内的电能ΔE1、ΔE2、ΔE3、…。取图右边的横坐标轴表示累积电能，将各分段相应的ΔN 和ΔE点绘得a、b、c、…点，各点的连线称为日电能累积曲线，它实际上就是日负荷图上出力和电能的关系曲线，如图9-2所示。

图9-2　日电能累积曲线

1—日负荷曲线；2—日电能累积曲线

日电能累积曲线的形状，在日最小负荷以下的基荷部分呈直线变化 （OA段），因为基荷部分电能与出力成正比例；日最小负荷以上部分随着出力的增加，电能的增加不再与出力成正比例，即增加同等ΔN 相应的ΔE越来越小，故曲线向上弯曲。显然，B点的横坐标就是日电能E日。若延长直线段至C点，则C点的纵坐标等于日平均负荷N。在电能累积曲线上任两点间的横坐标差值，表示该两点纵坐标之差的出力所发出的发电量。

利用日电能累积曲线，可以很方便地对日负荷图上各部位工作的电站，进行日最大出力和发电量之间的换算。

2.年负荷图

年负荷图表示在一年内负荷的变化过程，如图9-3所示。通常以日负荷特征出力值的年内变化来表示。日最大负荷的年变化曲线简称年最大负荷图，如图9-3 （a）所示。年最大负荷图反映系统负荷对各电站最大出力的要求。显然，系统内各电站装机容量的总和至少应等于电力系统的最大负荷。从年最大负荷图上，可以看出一年中电力负荷的变化特征。日平均负荷的年变化曲线，简称年平均负荷图，如图9-3 （b）所示。年平均负荷图反映系统负荷对各电站平均出力的要求。显然，年平均负荷曲线所包围的面积表示系统全年所需的电能E年，也就是电力系统各电站年发电量的总和。

电力系统的负荷是逐年增长的，在水电站的规划和设计阶段，确定水电站规模时，一般都不能用当年的负荷图，而应以水电站投入运行后某一年份负荷图作为设计的依据，则该年份称为设计水平年，该年的用电要求称为设计负荷水平。水电站的设计水平年，应根据电力系统的动力资源，水火电比重与水电站的具体情况分析确定，一般可采用第一台机组投入运行后的5～10年。若设计水平年定得过近，则有可能会使水电站规模偏小，水力资源得不到充分利用。相反，如果设计水平年定得过远，则水电站规模可能会偏大，使投资积压。

图9-3　年负荷图

（a）年最大负荷图；（b）年平均负荷图