【正文】 ........................................................................ 25 需要系數(shù)的分析 ................................................................................................... 25 住宅需要系數(shù)的研究 ...................................................................................................... 25 住宅建筑需要系數(shù)隨戶數(shù)變化的規(guī)律及樣本數(shù)據(jù) .................................................. 26 歸納求和模型的需要系數(shù)擬合 .............................................................................. 27 需要系數(shù)求解誤差分析 ........................................................................................ 29 6 總結(jié)與展望 ............................................................................................................................. 30 總結(jié) .............................................................................................................................. 30 前景與展望 .................................................................................................................... 30 致謝 ........................................................................................................................................... 32 參考文獻 .................................................................................................................................... 33 北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 1 1 緒論 研究的目的及意義 供電系統(tǒng)要能可靠地正常運行，就必須使其元件包括電力變壓器、電器、電線電纜等都必須選擇得當(dāng)，除了應(yīng)滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。 由于導(dǎo)體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約是（ 34） τ， τ 為發(fā)熱時間常數(shù)。 計算負(fù)荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)。實際上，負(fù)荷也不可能是一成不變的，它與設(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織及能源供應(yīng)的狀況等多種因素有關(guān)，因此負(fù)荷計算也只能力求接近實際。這些方法 是針對電力系統(tǒng)發(fā)電機組的合理規(guī)劃、中壓配電網(wǎng)規(guī)劃以及小區(qū)變電所布局等系統(tǒng)方面。而對于需要系數(shù)的取值，因其影響因素多，因此國內(nèi)目前可利用資料不多。 本文主要研究內(nèi)容： （ 1） 分析國內(nèi)常用的一些負(fù)荷計算的主要方法（ 利用系數(shù)法、單位產(chǎn)品耗電量法、需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法 ）； （ 2） 基于這些經(jīng)典方法，研究它們在使用過程中的優(yōu)缺點和適用狀況； （ 3） 從使用最為廣泛的需要系數(shù)法著手，通過住宅建筑總的計算負(fù)荷公式 Σ P30=3*N*KX*PN 中兩個重要參數(shù) PN、 KX的分析為突破口，找出它們更貼合實際的擬合函數(shù)。 電力負(fù)荷 的分級及對供電電源的要求 電力負(fù)荷（ electric power load） 又稱電力負(fù)載，有兩種含義：一種是指耗用電能的用電設(shè)備或用戶，如說重要負(fù)荷、一般負(fù)荷、動力負(fù)荷、 照明負(fù)荷等；另一種是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流大小，如說輕負(fù)荷（輕載） 、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）等。用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大 量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等；中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作，例如重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館等用電單位中的重要電負(fù)荷。三級負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，所有不屬于上述一、二級負(fù)荷者均屬三級負(fù)荷。為保證對特別重要負(fù)荷的供電，嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。供電變壓器也應(yīng)有兩臺（這兩臺變壓器不一定在同一變電所）。 （ 3）三級負(fù)荷對供電電源的要求。在制定計劃、初步設(shè)計，特別是方案比較時可以較粗略的方法。在求出年耗電量 Wɑ后，除以用戶的年最大負(fù)荷利用小時 Tmax，就可求得用戶的有功計算負(fù)荷： P30=maxTW? （ ） 國 家民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范中的負(fù)荷計算 計算負(fù)荷，作為按發(fā)熱條件選擇配電變壓器、導(dǎo)體及電器的依據(jù)，并用來計算電壓損失和功率損耗。 季節(jié)性負(fù)荷，從經(jīng)濟運行條件出發(fā)，用以考慮變壓器的臺數(shù)和容量 。 用電設(shè)備臺數(shù)較少，各臺設(shè)備容量相差懸殊時，宜采用二項式法，一般用于支干線和配電屏（箱）的負(fù)荷計算。 （ 3） 電焊機的設(shè)備功率是指將額定功率換算到負(fù)載持續(xù)率為 100%時的有功功率。 整流器的設(shè)備功率是指額定交流輸入功率。 單相負(fù)荷應(yīng)均衡分配到三相上。 （ 3） 既有線間負(fù)荷又有相負(fù)荷時，應(yīng)先將線間負(fù)荷換算為相負(fù)荷，然后各相負(fù)荷分別相加，選取最大相負(fù)荷乘 3 倍作為等效三相負(fù)荷。 當(dāng)采用需 要系數(shù)法計算負(fù)荷時，應(yīng)將配電干線范圍內(nèi)的用電設(shè)備按類型統(tǒng)一劃組。 ，應(yīng)注意以下幾點： （ 1） 應(yīng)將計算范圍內(nèi)的所有設(shè)備統(tǒng)一劃組，不應(yīng)逐級計算； （ 2） 不考慮同時系數(shù)； （ 3） 當(dāng)用電設(shè)備等于或少于 4 臺時，該用電設(shè)備組的計算負(fù)荷按設(shè)備功率乘以計算系數(shù)求得； （ 4） 計算多個用電設(shè)備組的負(fù)荷時，如果每組中的用電設(shè) 備臺數(shù)小于最大用電設(shè)備臺數(shù) n時，則取小于 n 的兩組或更多組中最大用電設(shè)備的附加功率之和作為總的附加功率。 負(fù)荷計算方法 負(fù)荷計算方法有多種，主要有需要系數(shù)法、二項式法、利用系數(shù)法、單位面積法、單位指標(biāo)法以及單位產(chǎn)品耗電量法等。這種方法計算進程稍繁，目前利用系數(shù)的有關(guān)資料均為工業(yè)方面，故 在民用建筑方面應(yīng)用很少。 目前國內(nèi)住宅電氣負(fù)荷計算基本上都采用需要系數(shù)法和單位指標(biāo)法。 北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 9 表 《住宅設(shè)計規(guī)范》 GB500961999 普通住宅用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn) Table Residential Design Code GB500961999 standard ordinary residential power load 表 《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》 JCJ/T1692 住宅負(fù)荷需要系數(shù) Table 22 civil electrical design JCJ/T1692 need residential load factor 表 北京地區(qū)住宅單位用電指標(biāo) [17] Table Power indicators of residential units in Beijing 表 北京地區(qū)住宅負(fù)荷需要系數(shù) [17] Table Residential Beijing need to factor load 北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 10 表 天津地區(qū)住宅單位用電指標(biāo) [18] Table Power indicators of residential units in Tianjin 表 重慶地區(qū)各類住宅綜合用電指標(biāo) [19] Table 26 Chongqing various types of residential electricity consumption indicators integrated 表 重慶地區(qū)各類住宅負(fù)荷計算需要系數(shù) [19] Table 27 Load calculation for residential development in Chongqing need to factor 各種計算方法的適用條件及優(yōu)缺點 需要系數(shù)法使用前提及存在的問題 需 要 系數(shù)法 ，其 計算公式為 P30=KXΣ PN， KX為需要系數(shù)，Σ PN為用電設(shè)備組所有設(shè)備的額定容北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 11 量之和 。 二項式系數(shù)法使用前提及存在的問題 二項 式系數(shù)法，其計算公式 為 P30=bPN+cPX， b， c為二項式系數(shù)， PN為用電設(shè)備組所有設(shè)備的額定容量之和， PX為 x臺 最大容量的設(shè)備總?cè)萘俊Ｋ远検椒ū容^適合于確定設(shè)備臺數(shù)較少而容量差別較大的低壓干線和分支線的負(fù)荷計算。 利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電法使用前提及存在的問題 利用系數(shù)法 是 以平均負(fù)荷為基礎(chǔ)，利用概率論分析出最大負(fù)荷與平均負(fù)荷的關(guān)系。以盡可能取得更接近實際的計算負(fù)荷，作為選擇配電設(shè)備和導(dǎo)線的依據(jù)。 同時筆者還發(fā)現(xiàn)國內(nèi)大部分電氣設(shè)計人員在建筑設(shè)計時沒有對建筑性質(zhì)、用戶用電特點等做認(rèn)真的調(diào)查研究，僅簡單地套用規(guī)范來設(shè)計。 因此僅單純地依據(jù)建筑面積來套用規(guī)范以確定用電負(fù)荷，勢必造成負(fù)荷計算的偏差，影 響了變壓器容量及配電施的合理 選用。目前暫無定論說該兩種取值中哪種性價比上更合理，但從中可知需要系數(shù)的取值不同勢必影響了供配電設(shè)施的合理選擇以及初期投資狀況。 問題的提出 根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》 (JGJ/T 1692)第 ，目前住宅各單元樓總負(fù)荷計算公式如下： （ 1） 當(dāng)每戶用電負(fù)荷指標(biāo)一樣時，則總有功功率Σ P30=3*N*KX*PN，式中Σ P30為單元樓總計算負(fù)荷，KX為需要系數(shù)， PN為每戶用電負(fù)荷指標(biāo)， N為同一相上戶數(shù)。 分析表 、表 ： 首先， 用電指標(biāo)劃分因素的單一性。 （ 1） 當(dāng)用戶同一相戶數(shù)值 N= 1 1 50、 150戶時，需要系數(shù) KX該等于多少了 ？ 表中 并 沒有明確 。 北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 16 4 典型住宅電力負(fù)荷的 回歸 預(yù)測與分析 用電量的調(diào)查分析 隨著近幾年 北京 市 發(fā)展開發(fā) 步子的加大，居民的住宅面積和住宅條件得到大大改善，據(jù)資料顯示， 2021年 北京 市人均住宅建筑面積為 [23]， 而且隨著改革開放的深入 。它的普及率和使用率已構(gòu)成了住宅的用電負(fù)荷主體。表 42戶 2021年每月用電量及年總用電量和月平均用電量情況。預(yù)測方法 比 如有時間序列法、電力彈性系數(shù)法、灰色預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、小區(qū)密度法等。因此要根據(jù)不同情況，選用不同的回歸預(yù)測方法。 偏最小二乘法是以誤差平方和最小這一原理來估計 a、 b系數(shù)，從而建立回歸預(yù)測模型的。 樣本數(shù)據(jù)的獲取 本次預(yù)測的樣本數(shù)據(jù)是根據(jù)調(diào)查典型住宅居民家用電器的擁有量和年用電量的統(tǒng)計獲得 的 ，計算負(fù)荷是根據(jù)年最大負(fù)荷利用小時數(shù)計算得到，見表 。因此以下列幾種函數(shù)曲線進行擬合 [28]： （ 1） 直線函數(shù)： y=a+bx。 （ 2） 冪函數(shù)： y=axb，可以設(shè) y’=lny， a’=lna， x’=lnx,轉(zhuǎn)換成 y’=a’+bx’。 ,其中回歸系數(shù) a、 b的置信水平為 95%的置信區(qū)間分別為（ ， ）和（ ， ） ，其曲線形式通過 MATLAB 產(chǎn)生如圖 。 另外通過下圖 y=x Figure power function y = ? residual plot 預(yù)測模型的應(yīng)用 在實際住宅電氣設(shè)計工程階段，一般無法對家用電器及今后的發(fā)展作出統(tǒng)計，因此 本文 提出在電氣設(shè)計階段可以根據(jù)住宅的插座布置數(shù)量進行統(tǒng)計來確定家用電器功率。 北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 24 圖 典型三居室的電氣插座平面圖 Figure a typical threebedroom floor plan for electrical outlet 北京林業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)論文 25 5 住宅電力 負(fù)荷 需要系數(shù)的分析與研究 住宅建筑需要系數(shù)的分析 需要系數(shù)的分析 正如前文所介紹的， 需要系數(shù)法：計算公式為 P30=KXΣ PN， KX為需要系數(shù)，Σ PN為用電設(shè)備組所有設(shè)備的額定容量，這種方法最關(guān)鍵的就是選擇需要系數(shù) KX。 因此在工程實際中，需要系數(shù) KX要通過 KT、 KM、 ?E、 ?P這四個系數(shù)來確定，可見不確定性和難度是很大的。目前國內(nèi)研究這方面的也有，但是大多數(shù)方法都是通過獲取大量的樣本數(shù)據(jù)，然后進行統(tǒng)計分析來獲得需要系數(shù)，這不僅需要耗費大量的人 力物力，而且所