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等效负荷矩的研究及应用

编者按:

该文发表于《建筑电气》2012年12期,累计被引用7次。

等效负荷矩的研究及应用

李炳华1,岳云涛2,王立坤2,宋镇江3,杨智勇1

(1、CCDI悉地国际设计;2、北京建筑工程学院;3、哈尔滨工业大学)

 

摘要:本文论述了配变电所选址的方法。在确定以负荷中心为首要选址原则的前提下,对负荷中心的计算方法进行改进。在传统的负荷矩法确定负荷中心的方法基础上,提出等效负荷矩的概念,沿传统负荷中心到各负荷点的实际路由为等效负荷矩计算准确的负荷中心,并以实际工程验证此方法的合理性和正确性。

关键字:配变电所选址 负荷中心 负荷矩 等效负荷矩

Research andapplication of the equivalent load moment

Abstract: The method of distributionsubstation site selection is discussed in the paper. The method of calculating loadcentre is improved based on making sure load centre position is the mainprinciple. Based on the traditional load moment method, equivalent load momentis proposed, the exact load centre is determined based on the optimizationroute from the traditional load centre to the load points along the road asequivalent load moment,it is proved that this method is reasonableand accuracy, via an engineering project.

Keyword: distribution substation siteselection load centre load moment equivalent load moment

 

1         前言

配变电所选址是供配电系统规划中的重要环节,其位置选择的合理性将会对线路投资费用、电能输送质量等方面产生直接的影响[1]。配变电所选址首要原则是靠近负荷中心,而后进一步以初投资最小或有色金属损耗最小、功率损耗最小为基本原则来进行优化选择,因此准确的计算负荷中心位置就成为确定配变电所所址的重要问题。一直以来负荷中心的计算均采用负荷矩法计算[2][3],但是该方法均以负荷中心和负荷点之间的直线距离为计算依据,而实际工程中,直线敷设电缆的情况极少出现,电缆实际路由多沿道路敷设,因此以负荷中心到各负荷点的实际路由为计算依据则能更加准确的计算出负荷中心的位置,为后续的选址工作提供可靠的数据支持。本文提出等效负荷矩的概念对传统的计算方法进行修订和提升,即提出负荷中心到负荷点的实际路由,利用等效负荷矩的方法计算出更准确的负荷中心的位置。

 

2         等效负荷矩的研究

2.1  负荷矩的概念

负荷矩是在某一允许电压损失条件下,用电负荷与线路长度的乘积,单位为“kW·m”。用电负荷越大,线路长度越小;反之,用电负荷越小,线路长度越大。根据《民用建筑电气设计规范》[4]的规定,用电单位受电端的供电电压的偏差允许值,应符合下列要求:

(1)10kV及以下三相供电电压允许偏差应为标称系统电压的±7%;

(2)220V单相供电电压允许偏差应为标称系统电压的+7%、-10%

常用的负荷中心计算方法包括负荷功率矩法和负荷电能矩法,此两种方法均以物理学中重心力矩的方法衍变而来,其中负荷功率矩法是静态负荷中心计算方法,负荷电能矩法是动态负荷中心计算方法[3]

负荷矩方法[5]选择均以二维直角坐标系为基础,根据各个负荷点的位置坐标,计算出负荷中心的坐标。利用负荷矩的概念,负荷中心与负荷点的距离均为点到点的采用两点间直线距离。

下面以­负荷功率矩法为例,说明负荷矩法的数学表达式。

如图1所示,假定负荷群由n个负荷组成,各负荷的计算功率大小为P1,P2,…,Pn,在某一直角坐标系中,各个负荷点的坐标为

,仿照重心的力矩方程可得

 

                                   --------(1)

由此可以求得负荷中心的坐标为式(2)

 

   ——(2)

式中,i=1、2、……、n

Pi为第i个负荷的计算功率;

(xi,yi)为第i个负荷的坐标;

(x,y)为负荷中心点坐标。

图1 负荷功率矩法确定负荷中心

 

2.2  等效负荷矩的提出

在实际工程中,变电所到各个负荷点的电缆敷设通常不是简单的一条直线,而是沿着道路电力排管或综合管廊敷设,负荷矩的方法计算基础是以负荷中心到各个负荷点的直线距离,与实际线路长度必然存在偏差,尤其道路有弧线或环状道路,实际路由通常要比两点间直线距离更长,若是利用负荷矩的方法得到的负荷中心位置与实际的位置存在一定偏差,计算出的负荷中心到各负荷点的长度与实际电缆敷设长度也不一致,为了更加接近实际的路由,以使计算出的负荷中心更加准确,提出一种等效负荷矩的概念,定义如下:

图2  负荷中心到各负荷点的实际路由

 

 

 

 

下图3所示:

图3  负荷点等效坐标位置

图4   负荷中心的位置图

通过以上3个步骤即可利用等效负荷矩的方法计算出负荷中心的位置。

 

3         等效负荷矩的应用

以负荷功率距法为例说明等效负荷矩方法的应用。

以图5中所示建筑区为例,进行等效负荷矩的计算。根据《全国民用建筑工程设计技术措施(2009)-电气》[6]表2.7.6 各类建筑物的单位建筑面积用电指标,估算各类建筑物用电量如表1所示。

表-1  用电负荷估算

建筑名称

面积(㎡)

指标(W/㎡)

计算功率P(kW)

S-01

7361

40

294.44

WS-01

4230

40

169.20

WS-02

4230

40

169.20

WS-03

4230

40

169.20

MS-01

4230

40

169.20

MS-02

4230

40

169.20

MS-03

4230

40

169.20

ZH-01

7444

40

297.76

JX-03

4360

40

174.39

JX-02

4360

40

174.39

JX-01

4360

40

174.39

BG-01

2819

60

169.14

SY-01

14484

40

579.36

TY-01

4903

60

294.18

合计

   

3173.24

计算步骤如下:

(1)如下图5所示,取每个地块的中心作为地块负荷中心,在某一直角坐标系中,设定中心点坐标为负荷点坐标,坐标值如表2所示,然后通过传统的负荷功率矩法公式(2)计算出负荷中心S的位置,如下图5中深蓝色圆圈所示。

图5  地块规划图

表2  坐标值表

建筑名称

X

Y

X'

Y'

l'

S-01

242810

326097

208825

369328

191000

WS-01

336142

382052

340967

466769

248000

WS-02

336327

340167

342925

424543

206000

WS-03

336656

298482

346835

380942

163000

MS-01

411460

381888

440799

438323

247000

MS-02

411667

340227

445630

388710

207000

MS-03

411667

298914

446339

331518

164000

ZH-01

368220

241736

394457

256052

77000

JX-03

410364

212046

417535

211434

91000

JX-02

412768

163757

445351

142738

141000

JX-01

411160

117735

445743

76118

186000

BG-01

420563

68993

443319

32519

220000

SY-01

261367

109677

160024

-59736

325000

TY-01

131256

70522

-1961

-30713

413000

 (2)根据计算出的S位置确定S到各地块负荷中心点的实际路由走向,确定每一个拐点和接入点的坐标,利用公式(3)计算出实际路由的长度

图6 等效负荷点位置图

图8  负荷中心位置图

由上例可以得到地块SY-01距离原负荷中心S的直线距离较近,但是按照实际道路的路由,则需要经过一段圆弧的道路、一段直线道路,再接入负荷点,实际线路敷设长度远大于两点间直线距离,但经过改进后的负荷中心的位置,距离SY-01负荷点的实际路由则相对较短,同时距离其他负荷点的路由与原负荷中心相比,差距不大,可见等效负荷矩法计算出的负荷中心更加的合理。

 

4    结论

通过以上推导过程可以得到,按照实际路由可以推算出更加准确的负荷中心位置,此位置在传统的负荷矩方法基础上进行改进,以道路敷设的实际路由长度为负荷中心到各负荷的等效负荷矩计算得出,按照实际道路敷设长度作为负荷矩的长度,更加接近实际工程情况,计算出的负荷中心的位置也就相对合理,为配变电所选址提供了合理的依据。该方法可以推广到柴油发电机组、燃气三联供系统机组等的场址选择。 

 

参考文献

[1 ] 张浩.Dijkstra 路径寻优在配变电所选址中的应用[J].建筑电气,2012(2):50-54.

[2] 周晓华.变电所位置的合理选择方法[J].现代建筑电气,2010(2):52-55.

[3] 党根元.按经济运行原则选择变电所位置的方法[J].电工技术, 2009(3): 1-2.

[4] JGJ16-2008.民用建筑电气设计规范[S]

[5] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司,中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施:2009年版.电气.2版.北京:中国计划出版社,2009.12:15-16.

[6] 刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2009.7:78-80.

[7] 李炳华,岳云涛,王立坤.燃气冷热电三联供系统在城市综合体中的应用[J].智能建筑电气技术,2012(4)

 

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