Термин нагрузка, характеризующий поставку электроэнергии клиенту, означает или требуемую мощность (ее также называют запрошенной) за потребляемую энергию.
Термин мощность различается следующим образом:
установленная мощность — сумма номинальных мощностей аппаратов, получающих питание в одном пункте или одной зоне;
номинальная мощность аппарата —та мощность, которую может выдать или принять аппарат в условиях, определяемых продолжительностью нагрева; условия эти гарантируют нормальный срок службы (например, 1000 ч для лампы накаливания, 30 лет для трансформатора и т. д.);
максимальная мощность аппарата—мощность, которую он может выдавать в течение короткого промежутка времени в зависящих от этого аппарата условиях. Она превосходит номинальную мощность аппарата;
мощность абонента — максимальная мощность, которая ему предположительно необходима и которую он обязуется не превышать; поставщик же обязуется поставлять ему эту мощность;
пиковая мощность (пик нагрузки или просто пик) — наибольшая мощность, достигаемая за вполне определенный период времени (день, неделю, месяц, год);
средняя мощность — отношение потребляемой в течение некоторого промежутка времени мощности к величине этого промежутка;
гарантированная мощность — средняя мощность в некоторый зимний период, называемый критическим, во время которого (обычно это 1800, или 1600, или 1200 ч) нагрузка наибольшая. Развитие энергетики во Франции направлено на обеспечение гарантированной мощности. Для обеспечения гарантированной мощности приходится использовать запасы так или иначе накопленной энергии.
Энергия, поставляемая потребителю электрической системы, характеризуется рядом понятий, уточняющих свойства полной поставляемой (или потребляемой) энергии в течение определенного промежутка времени. Так, нерегулярность поставки электроэнергии за рассматриваемый промежуток хорошо выявляет график нагрузки (дневной, недельной или годовой).
График дневной нагрузки в общем случае получают путем замеров, производимых каждые 10, 15 или 30 мин (рис. 2.1); опыт показывает, что в течение четверти часа изменения электроэнергии будут малы, за исключением некоторых особых часов (полуденные провалы, утренние увеличения нагрузки). График недельной нагрузки есть не что иное, как простое наложение семи графиков дневной нагрузки. Графики рабочих дней аналогичны, поэтому часто удовлетворяются снятием дневного графика нагрузки наиболее загруженного дня недели (в среду) и графиков нагрузки в выходные дни (рис. 2.2),
Рис, 2.1. Суточный график потребления во Франции за 22 декабря 1965 г.
График годовой нагрузки дает в общем случае изменение недельной (рис. 2.3) или месячной нагрузки в течение года. Его представляют иногда в виде трехмерной поверхности: по одной оси откладывают часы, по другой —дни и по третьей —мощность; этот график называют нагрузочным барьером (подъем нагрузки). Трехмерная поверхность может быть представлена с помощью двух кривых уровня (рис. 2.4).
В некоторых случаях достаточно рассмотреть график упорядоченных нагрузок (дня, недели или года; рис. 2.5).
Рис. 2.2. Графики нагрузки по месяцам: среда; суббота; воскресенье
Рис. 2.3. График годовой нагрузки. Еженедельные потребление и производство (электроэнергии) указаны на последний день недели
Рис. 2.4. Рост нагрузок в 1965 г.
Рис. 2.5. График потребляемых нагрузок. Потребление Франции в 1965 г.
Удобно использовать некоторые отношения между различными мощностями или энергиями, которые были только что определены. Наиболее распространенные из них:
коэффициент спроса а —отношение пиковой мощности к установленной мощности предприятия (для заводов а ==0,5, для складов а = 0,7 и т. д.);
пиковая мощность потребителя — мощность, требуемая этим потребителем в момент пика мощности системы;
коэффициент пиковой мощности — отношение пиковой (требуемой мощности) к договорной мощности абонента;
коэффициент разновременности D для группы потребителей или производителей — отношение полной пиковой мощности каждого потребителя группы к сумме отдельных пиковых мощностей каждого члена группы. Для различных отраслей промышленности коэффициент D меняется от 0,2 до 0,7 в зависимости от однородности потребителей электроэнергии. Этот коэффициент играет важную роль при изучении группы бытовых потребителей (отдельных застроек или зданий). Тогда в зависимости от числа N подключенных потребителей можно принять следующие коэффициенты разновременности D:
N ... 1 6 13 20 50
D ... 1 0,8 0,6 0,5 0,4
коэффициент пиковой (или какой-либо другой) мощности в течение некоторого периода (дня, года) — отношение поставляемой или потребляемой в течение этого периода энергии к пиковой (или к рассматриваемой) мощности; этот коэффициент выражается, естественно, в часах и дает представление о регулярности нагрузки (рис. 2.6, а —г); если он достигает 6500 ч для всей территории Франции, то его величина равна приблизительно 5000 ч для распределительных центров и опускается ниже 3000 ч для распределительных подстанций СН/НН;
коэффициент мощности cosф — отношение активной мощности (энергии) к полной мощности (или энергии); это может быть потребляемая Мощность (энергия) дневная или месячная; вместо cosф можно использовать более удобный коэффициент tgcp, поскольку он непосредственно дает отношение реактивной составляющей к активной.
Большинство приведенных определений вытекает из давно существующих понятий, поэтому при современных вычислительных методах их применение не всегда удобно.
Методы измерения развиваются, и их автоматизация стимулирует введение таких понятий, как статистические средние величины, средние квадратические величины, коэффициенты корреляции.
Плотности электрических сетей и питаемых ими нагрузок значительно влияют на структуры этих сетей. Целесообразно различать несколько типичных плотностей:
плотность пунктов питания, определяемая применительно к площади; она изменяется в зависимости от диапазона питающего напряжения:
в передающих сетях Франции имеется в среднем одна подстанция напряжением 220 кВ на площадь, несколько большую 1000 км2 (среднее расстояние между подстанциями около 40 км);
в распределительных сетях СН Франции имеется приблизительно одна подстанция СН/НН на 2 км2, причем это число сильно меняется в зависимости от месторасположения (в Париже имеется 300 подстанций на 1 км2, а на о. Корсика — одна подстанция на 10 км2);
в распределительных сетях НН Франции приходится до 35 потребителей НН на 1 км2 (около 20000 в Париже и 10 на о. Корсика);
плотность пунктов питания, определяемая применительно к длине линий:
на каждый, километр линии СН приходится одна подстанция СН/НН для питания бытовых и промышленных потребителей (в Париже одна подстанция приходится на каждые 200 м линии, на
о. Корсика —на каждые 2,5 км);
Рис, 2 6. Годовое изменение потребления пиковой нагрузки Франции в рабочие дни
на 1 км линии НН приходится 40 потребителей низкого напряжения (более 200 — в Лионе и только 12—в центре Каора);
плотность линий определяется природой сети; во Франции, например, в среднем на каждые 100 км2 приходится: 5 км линий передающих сетей (150—400 кВ); 7 км линий питающих сетей (45—90 кВ); 60 км линий СН (3—30 кВ); 100 км линий НН (450 км в Марселе и только 16 км на о. Корсика).
Плотности сетей во Франции имеют тот же порядок, что и плотность сетей в европейских странах, но они резко меняются в зависимости от континентов. В частности, в США средняя плотность линий передающих сетей (132—500 кВ) составляет приблизительно половину от аналогичной плотности во Франции, тогда как средняя плотность линий СН значительно выше; далее будет показано, с какими особенностями в структуре сетей связаны эти различия в плотности;
плотность нагрузки является определяющим фактором, максимально потребляемая мощность (в пике) равна в среднем для Франции 30 кВт/км2 (2 кВт/км2 на о. Корсика, тогда как в Париже она достигает в среднем 14 000 кВт/км2, а в некоторых кварталах и 50 000 кВт/км2); мировой рекорд принадлежит о. Манхаттен в Нью- Йорке, плотность нагрузки равна там 500000 кВт/км2, т. е. в среднем в десять раз больше, чем в Париже.
