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住宅建筑的電力負荷分析與計算(編輯修改稿)

2025-07-26 01:30 本頁面
 

【文章內容簡介】 住宅單位用電指標[17]Table Power indicators of residential units in Beijing 北京地區(qū)住宅負荷需要系數[17]Table Residential Beijing need to factor load 天津地區(qū)住宅單位用電指標[18]Table Power indicators of residential units in Tianjin 重慶地區(qū)各類住宅綜合用電指標[19]Table 26 Chongqing various types of residential electricity consumption indicators integrated 重慶地區(qū)各類住宅負荷計算需要系數[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 需要系數法使用前提及存在的問題需要系數法,其計算公式為P30=KXΣPN,KX為需要系數,ΣPN為用電設備組所有設備的額定容量之和。它不考慮大容量設備最大負荷造成的負荷波動及用電設備的容量和臺數,適用于確定全廠計算負荷、車間變電所計算負荷及負荷較穩(wěn)定的干線計算負荷。需要系數法比較簡便,因而廣泛使用,但當用電設備臺數少而功率相差懸殊時,需要系數法的計算結果往往偏小,故不適用于低壓配電線路計算,而適用于計算變、配電所的負荷。從該方法的計算公式中不難看出,需要系數的選取直接關系到負荷計算的精度及可靠性,但現行的需要系數值大多數是轉抄或參照國外的,實踐證明,這些系數往往偏高偏大,比較保守。 二項式系數法使用前提及存在的問題二項式系數法,其計算公式為P30=bPN+cPX,b,c為二項式系數,PN為用電設備組所有設備的額定容量之和,PX為x臺最大容量的設備總容量。二項式法考慮兩種因素:①平均負荷。②x臺最大設備的最大負荷重疊造成的附加負荷,以彌補需要系數法計算結果在上述情況下偏小的不足。 由于二項系數法不僅考慮了用電設備最大負荷時的平均功率,而且考慮了少數容量最大的設備投人運行時對總計算負荷的額外影響。所以二項式法比較適合于確定設備臺數較少而容量差別較大的低壓干線和分支線的負荷計算。但是二項式計算系數(經驗系數)b、c和x的值,缺乏充分的理論依據,而且這些系數也只適于機械加工工業(yè),其他行業(yè)缺乏這方面數據,從而使其引用受到一定局限。因此,對于負荷波動較大的干線或支線采用二項系數法確定計算負荷較為準確。在確定車間變電所和全廠總負荷計算時,則通常不采用,還是采用“需要系數法”比采用“二項式法”更接近實際用電情況。 利用系數法和單位產品耗電法使用前提及存在的問題利用系數法是以平均負荷為基礎,利用概率論分析出最大負荷與平均負荷的關系。利用系數法雖然有一定的理論根據,但因要確定的系數較多,計算步驟復雜,公式中的“最大系數”與“利用系數k”的數據目前也較缺乏,因此,通常在工作中多不采用這種計算方法。單位產品耗電量法是在初步設計階段對供電方案作比較時,可根據車間的單位產品耗電定額,產品的年產量和年工作小時數來估算的一種方法。單位產品耗電量法求出的用電設備負荷可能與實際負荷相差較大,所以在缺乏正式的用電設備容量時,還要按“需要系數法”重新進行計算。以盡可能取得更接近實際的計算負荷,作為選擇配電設備和導線的依據。 國內住宅建筑用電負荷及計算的現狀 住宅建筑的供電方案住宅建筑內住戶的負荷等級按《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB 5005295)[20],配電方式基本上是多層住宅采用放射式供電、高層住宅采用混合式(樹干式和放射式)供電。因此其供電方案基本上是按小區(qū)變電所(10kV)一各棟(層)樓電表箱一各戶配電箱這種模式設計。小區(qū)內單臺變壓器容量根據規(guī)范一般要求不大于630 kVA,對于建筑面積較大、戶數較多的住宅建筑一般要求設兩臺及以上變壓器,以便避免日后檢修時造成長時間停電。同時筆者還發(fā)現國內大部分電氣設計人員在建筑設計時沒有對建筑性質、用戶用電特點等做認真的調查研究,僅簡單地套用規(guī)范來設計。例如調查了某甲級建筑設計院的兩套112住宅樓的電氣施工圖,11樓為農民拆遷安置房,多層建筑,12樓為高層商住樓,112兩棟樓的每戶住宅建筑面積相同,均為1lOm2,故從典型住宅建筑設計圖中()住戶的用電負荷指標均選擇為6kW。這看起來似乎滿足規(guī)范要求,但從用戶性質來看,這兩者的指標應當有所區(qū)別。經過相關科研人員的回返調查,基本上11,而12(該數據根據該建筑住宅所處地區(qū)氣候特點,于夏日7月中旬測試)。因此僅單純地依據建筑面積來套用規(guī)范以確定用電負荷,勢必造成負荷計算的偏差,影響了變壓器容量及配電施的合理選用。國內現今采用最多的計算負荷的方法是需要系數法,然而需要系數取值帶有很大經驗成分,甚至隨意性很大。例如調查了某個較大規(guī)模的住宅建筑一、二、三期工程的電氣設計圖紙,其分別由三家設計單位設計,發(fā)現其中需要系數的取值有較大差異,有的是戶內建筑面積、戶數以及每戶用電指標都相同的住宅樓,其需要系數的取值卻不同,甚至更有其他指標都一樣、戶數多的其需要系數的取值卻比戶數少的取的更高。、用電負荷指標為6kW的原電氣設計圖紙,因需要系數的取值不同,造成了其計算負荷、計算電流、所選擇的配電設施以及初期投資上的差異。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的取值不同勢必影響了供配電設施的合理選擇以及初期投資狀況。 住宅建筑典型的戶內配電箱系統(tǒng)圖Figure A typical indoor residential building distribution box system diagram 某地兩棟住宅建筑設計參數對比Table to 2 in a parison of residential architectural design parameters因此,因住宅用電負荷指標及需要系數的取值不同,勢必影響了整個建筑總的計算負荷值,從而不但影響了變壓器容量的合理選擇,以及影響了其配電設施、建筑占地面積的合理選擇(如400kVA的變壓器其低壓銅母線規(guī)格為4()、低壓保護開關整定值為800A,而630kVA的其低壓銅母線規(guī)格為4(80x8)、低壓保護開關整定值為1250A)[21],增加了用戶初投資,而且也降低變壓器的負荷率,增加了今后變壓器運行的有功損耗和無功損耗(可參見文獻[22]計算)。造成這些問題當然一方面有電氣設計人員的主觀因素,如有的設計人員責任心不強,經驗不足等,有的是選值時趨于保守,無視用戶投資將其值選高,另一方面則主要是當前設計規(guī)范中存在的缺陷。因此,如何根據每個住宅建筑自身特點,選擇一個科學的、能真實反映實際情況的住宅用電負荷指標和需要系數,對當前住宅建筑電氣設計是有十分重要的現實意義和工程價值。 問題的提出根據現行國家規(guī)范《民用建筑電氣設計規(guī)范》(JGJ/T 1692),目前住宅各單元樓總負荷計算公式如下:(1) 當每戶用電負荷指標一樣時,則總有功功率ΣP30=3*N*KX*PN,式中ΣP30為單元樓總計算負荷,KX為需要系數,PN為每戶用電負荷指標,N為同一相上戶數。(2) 當住宅每戶用電負荷指標有不同取值時,則總有功功率ΣP30=3*KX*(PN1*N1+ PN2*N2+ PN3*N3+…),式中,PNPNPN3…為不同的每戶用電負荷指標,NNN3…為同一相上相應的戶數。因此可以從上面兩式中不難看出,住宅負荷計算結果的準確與否,取決于每戶用電負荷PN和需要系數KX的取值是否合理。目前住宅每戶用電負荷與需要系數的取值主要參照《住宅建筑電氣設計規(guī)范》中的規(guī)定,、。、:首先,用電指標劃分因素的單一性。,這是不盡合理的。因為居民用電指標的確定不僅與居住面積有直接關系,還與用戶經濟水平、氣候環(huán)境等都有密切關系,特別是用戶經濟水平,其高低直接反映了住宅家用電器的擁有量和用電量的承受能力,決定了住宅用電負荷的大小。其次,需要系數值的不確定性。(1)當用戶同一相戶數值N=1150、150戶時,需要系數KX該等于多少了?表中并沒有明確。(2)根據電工理論,隨著負載量增多其消耗功率也應增多,即總計算負荷功率應隨著戶數的增多而增大,但若此時同一相上住戶戶數分別為99戶與102戶時,按上表所示,、設每戶用電指標為6kW,則99戶的總計算負荷功率P30=3*99*6*=;而102戶時的P30=3*102*6*=。即95戶戶數的總計算功率反而大于102戶的!這顯然是不合常規(guī)的。 住宅建筑設計計算負荷標準Table Calculation of a standard residential building design 住宅建筑需要系數推薦值Table Coefficient of remended value of residential construction needs因此在住宅建筑電氣規(guī)劃設計中采用需要系數法進行負荷計算時,選擇一個科學、真實并能夠基本反映居民經濟水平的住宅用電指標以及合理的需要系數,對于指導住宅建筑配電設施的合理選擇具有很強的緊迫性和十分重要的意義。4 典型住宅電力負荷的回歸預測與分析 用電量的調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,據資料顯示,[23],而且隨著改革開放的深入。人均收入水平有較大提高,據北京市發(fā)展計劃委員會報告2009年16月北京市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入達到13567元。隨著生活水平的提高,家用電器的擁有量大大增加,這勢必引起住宅用電負荷的增長。實際上住宅除了照明外,其用電量是由家用電器的擁有量(設備功率)所決定的,這是一個不爭的事實。它的普及率和使用率已構成了住宅的用電負荷主體。住戶擁有家用電器數量與用電量,能反映出其家庭的收入及支付日常費用的能力,體現了其家庭成員通過使用這些家電所能獲得物質上或精神上的收益。研究住戶家用電器的擁有量(設備功率)和用電量,是為了研究不同經濟基礎的住宅用電負荷的情況。在供電單位的支持下,本次調查獲取了某住宅樓42戶住戶2004年—2006年每月用電量數據,分析近三年數據表,不難看出住戶用電量具有周期性、季節(jié)性和趨勢性特點,一般用電量大的月份集中在夏季的9月份以及l(fā)、2月份,這主要是由于北京夏季氣溫高,空調的使用以及2月份春節(jié)來臨等季節(jié)、節(jié)日因素的影響。表中體現了住戶每月平均用電量呈明顯級差,從表中不難看出,其中平均用電量最高的(502室)比用電量最低的(303室)。這說明了經濟條件較好的住戶在用電消費方面不再吝嗇使用時間,能夠根據家用電器情況達到按需分配。 住宅建筑計算負荷的預測 預測方法的確定用電負荷預測按預測期限可分為即期預測(日或周)、短期預測(1224個月)、中期預測(510年)和長期預測(1030年)[24]。預測方法比如有時間序列法、電力彈性系數法、灰色預測法、神經網絡法、小區(qū)密度法等。根據住宅用電負荷的影響因素、預測期限及增長趨勢性,本次研究采用回歸分析的方法,以家用電器總功率為自變量,住宅計算負荷為因變量,來做住宅計算負荷的中期預測,從而確定不同家用電器總功率即不同類型住宅建筑所對應的計算負荷。 各住戶06年每月用電情況 單位:kwhTable The monthly household electricity consumption in 2006 unit: kwh 回歸分析理論基礎回歸分析是研究自變量為一般變量(非隨機變量),因變量為隨機變量時兩者之間的相關關系的統(tǒng)計分析方法。回歸預測方法根據影響因素可分為線性回歸與非線性回歸。因此要根據不同情況,選用不同的回歸預測方法。一元線性回歸預測是最基本的、最簡單的預測方法,其數學表達式為 y=a+bx ()其中,y預測對象,因變量;x影響因素,自變量;a,b回歸系數確定回歸系數a、b最常用的方法是偏最小二乘法[25][26][27]。若經回歸分析得到預測模型
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