米曉東，劉毅敏，趙文華

（1.國網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司，山西忻州034000；2.國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司，山西陽泉045000；3.太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院，山西太原030024）

電氣化鐵路負(fù)荷對電網(wǎng)負(fù)荷特性的影響分析

米曉東1，劉毅敏2，趙文華3

（1.國網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司，山西忻州034000；2.國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司，山西陽泉045000；3.太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院，山西太原030024）

結(jié)合山西某地區(qū)的實(shí)際情況，基于電氣化鐵路負(fù)荷進(jìn)行研究，分析了電氣化鐵路負(fù)荷的特點(diǎn)，并對其進(jìn)行負(fù)荷特性指標(biāo)計算，闡述了電氣化鐵路負(fù)荷對網(wǎng)供負(fù)荷的曲線平穩(wěn)度以及負(fù)荷周期性等的影響，通過研究分析，能夠更好地了解和掌握電氣化鐵路負(fù)荷的發(fā)展趨勢及變化情況，從而為電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供理論依據(jù)。

電氣化鐵路；負(fù)荷特性；周期性；波動性

0 引言

近年來，電氣化鐵路大量修建并投入營運(yùn)，電氣化鐵路負(fù)荷不斷增加，該負(fù)荷在電網(wǎng)負(fù)荷中所占比重越來越大，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患，因此對電氣化鐵路負(fù)荷的研究分析十分重要。

1 電氣化鐵路負(fù)荷

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，山西省部分地區(qū)電網(wǎng)中的不可控負(fù)荷所占比重越來越大，負(fù)荷的調(diào)控難度增大；尤其是類似電氣化鐵路負(fù)荷的沖擊性負(fù)荷不斷增加，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，對電氣化鐵路的電力負(fù)荷進(jìn)行研究分析就顯得十分重要[1]。圖1是山西某地區(qū)近幾年電氣化鐵路負(fù)荷的增長情況。

圖1 電氣化鐵路負(fù)荷增長情況

電氣化鐵路負(fù)荷的改變隨著鐵路運(yùn)輸計劃而改變，該類負(fù)荷很難長久維持不變，經(jīng)常會在短時間內(nèi)從零負(fù)荷變化為滿負(fù)荷，或從滿負(fù)荷快速降至零負(fù)荷；電氣化鐵路負(fù)荷一般來說，相同工作日的最大負(fù)荷和最小負(fù)荷不可確定，1 d之內(nèi)負(fù)荷變化很大。通過研究分析，電網(wǎng)負(fù)荷的波動性會由于電氣化鐵路負(fù)荷的不確定性增大，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 負(fù)荷實(shí)測分析

負(fù)荷特性分析是為了摸清負(fù)荷結(jié)構(gòu)，正確描述電力系統(tǒng)負(fù)荷隨時間的變化特性，準(zhǔn)確把握負(fù)荷運(yùn)行規(guī)律，估計出電力系統(tǒng)負(fù)荷隨時間變化的趨勢等。

2.1 山西某地區(qū)負(fù)荷特性指標(biāo)計算

負(fù)荷特性的指標(biāo)計算對電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行、安排調(diào)峰措施、設(shè)備檢修、發(fā)電計劃的制定有重要的指導(dǎo)意義。表1是對該地區(qū)2012年9月對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行指標(biāo)計算的結(jié)果。

表1 負(fù)荷特性指標(biāo)計算表

2.2 負(fù)荷特性分析

以9月為例對該地區(qū)進(jìn)行負(fù)荷特性指標(biāo)計算分析，從總體來看，負(fù)荷曲線一般呈現(xiàn)早晚兩個高峰期，早高峰期發(fā)生時間變化較大，由于電氣化鐵路存在天窗期，時間不固定，且較頻繁地改變運(yùn)行計劃，有時會出現(xiàn)早晚高峰之間的負(fù)荷低谷抬升，或早高峰會變成1 d中的低谷期的現(xiàn)象[2]。

經(jīng)過負(fù)荷特性指標(biāo)計算得出，電氣化鐵路的日平均負(fù)荷約為206.982MW，日峰谷差約為141.962MW，日負(fù)荷率約為0.726，最小日負(fù)荷率約為0.502，日峰谷差率為0.498，同時對總負(fù)荷進(jìn)行特性指標(biāo)計算，得出總負(fù)荷的日負(fù)荷率約為0.855，日峰谷差率為0.238，對比可見，電氣化鐵路負(fù)荷的波動性很大，電氣化鐵路負(fù)荷的日最大（?。┴?fù)荷發(fā)生時間并不確定，且與網(wǎng)供負(fù)荷的日最大（?。┴?fù)荷發(fā)生時間不重疊。從大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得出，受到電氣化鐵路的影響，最大負(fù)荷與最小負(fù)荷發(fā)生時間不可預(yù)測，且波動性增大。

3 電氣化鐵路對電網(wǎng)負(fù)荷的影響分析

結(jié)合負(fù)荷特性指標(biāo)計算結(jié)果，觀察電氣化鐵路負(fù)荷數(shù)據(jù)及負(fù)荷曲線，分析電氣化鐵路負(fù)荷對該地區(qū)的負(fù)荷曲線的影響。

3.1 影響電網(wǎng)負(fù)荷波動

電網(wǎng)負(fù)荷的波動性會由于電氣化鐵路負(fù)荷的不確定性增大，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。圖2是該地區(qū)2012年9月15日的電氣化鐵路負(fù)荷曲線。從圖2中可知，電氣化鐵路負(fù)荷的波動性大，圖2是將該地區(qū)的所有牽引站負(fù)荷疊加得出的全市電氣化鐵路負(fù)荷值，可以看出，即使負(fù)荷基數(shù)增大，電氣化鐵路負(fù)荷的曲線還是波動劇烈。由此可見，電氣化鐵路負(fù)荷波動性非常大，隨機(jī)性很強(qiáng)，同時，由于電氣化鐵路負(fù)荷的影響，電網(wǎng)負(fù)荷曲線的波動性也增大。

圖2 電氣化鐵路負(fù)荷曲線

圖3為該地區(qū)同1 d電網(wǎng)總負(fù)荷的曲線圖，可以看出，受到電氣化鐵路負(fù)荷沖擊性的影響，網(wǎng)供總負(fù)荷曲線出現(xiàn)了毛刺多、波動性大的特征。

圖3 網(wǎng)供負(fù)荷曲線

電氣化鐵路負(fù)荷會隨著電力機(jī)車的數(shù)量、載重、路面狀況及行車速度發(fā)生變化，因此，電氣化鐵路負(fù)荷隨時都在變化，呈現(xiàn)出波動頻繁的狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷平穩(wěn)、含較少的沖擊性負(fù)荷時，不影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時電力部門能較好地進(jìn)行調(diào)控工作，而電氣化鐵路負(fù)荷的波動性很大，沖擊性較強(qiáng)，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。

3.2 電氣化鐵路負(fù)荷倒送功率

圖4是該地區(qū)2012年9月15號軒崗牽引站電氣化鐵路負(fù)荷曲線圖，可以看出，1 d內(nèi)出現(xiàn)2次明顯的負(fù)荷負(fù)值，表明電氣化鐵路負(fù)荷在向系統(tǒng)倒送功率。由于電力機(jī)車制動時，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時將動能轉(zhuǎn)換為電能，電氣化鐵路負(fù)荷相當(dāng)于一個發(fā)電廠，于是就出現(xiàn)了負(fù)值負(fù)荷。由于負(fù)值負(fù)荷出現(xiàn)的次數(shù)有限，且一般出現(xiàn)在不同時刻，當(dāng)多個牽引站疊加后，負(fù)荷出現(xiàn)負(fù)值的情況就會大大減小，同時減小對電力系統(tǒng)的影響，因此電氣化鐵路負(fù)荷的倒送功率特征不會給電力系統(tǒng)造成太大影響[3]。

圖4 軒崗電氣化鐵路負(fù)荷曲線

3.3 影響電力系統(tǒng)規(guī)律性

電力系統(tǒng)負(fù)荷與人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活密切相關(guān)，存在一定規(guī)律性，若能掌握負(fù)荷的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢，對電力部門的調(diào)控工作及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行十分有利。周期性按照時間劃分為日周期、月周期等，本文以日周期性為例說明電氣化鐵路對電力負(fù)荷的規(guī)律性影響[4]。

通過對山西省某地區(qū)（內(nèi)含電氣化鐵路負(fù)荷）的日周期性進(jìn)行研究分析，可以看出，連續(xù)1周內(nèi)的每天同一時段的負(fù)荷值多變，周期性、規(guī)律性不明顯。除了對值相似進(jìn)行周期性對比，還進(jìn)行了曲線形相似的對比分析。通過研究對比該地區(qū)連續(xù)1周內(nèi)的負(fù)荷曲線圖可以看出，每天負(fù)荷曲線的變化趨勢不同，曲線形狀也是不同的，沒有較強(qiáng)規(guī)律性。綜合以上分析，電氣化鐵路負(fù)荷嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的規(guī)律性，正由于該地區(qū)含有比重較大的電氣化鐵路負(fù)荷，而電氣化鐵路負(fù)荷波動性大，受其影響使得負(fù)荷規(guī)律性弱。通過研究分析可以看出，電網(wǎng)負(fù)荷會隨著電氣化鐵路負(fù)荷的波動增加其自身的波動性，而波動的增大意味著電網(wǎng)負(fù)荷的非規(guī)則性增大，直接影響其規(guī)律性與周期性，對電力系統(tǒng)造成影響。

4 總結(jié)

研究分析了山西省包含電氣化鐵路的某地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷，對其進(jìn)行了特性分析和特性指標(biāo)計算，發(fā)現(xiàn)電氣化鐵路負(fù)荷具有隨機(jī)波動性大、向系統(tǒng)倒送功率等特點(diǎn)，直接影響著總的電網(wǎng)負(fù)荷特性。由于電氣化鐵路負(fù)荷的波動性，使得網(wǎng)供負(fù)荷曲線出現(xiàn)大量的毛刺，影響負(fù)荷的平穩(wěn)度。另外，電氣化鐵路負(fù)荷的運(yùn)行規(guī)律不同于常規(guī)電力負(fù)荷，使得日負(fù)荷曲線的部分區(qū)間發(fā)生曲線的畸變，從而影響了電力負(fù)荷周期性，使其規(guī)律性減弱[5]。通過對包含有電氣化鐵路負(fù)荷的研究分析，能更好地掌握電氣化鐵路負(fù)荷的特性以及對電網(wǎng)負(fù)荷的影響，對保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

［1］曾方明.電鐵牽引負(fù)荷對電網(wǎng)運(yùn)行造成的影響及其解決措施［J］.自動化應(yīng)用，2011（10）：63-65.

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［3］施海.電氣化鐵路相關(guān)問題研究［J］.新疆電力技術(shù)，2009（2）：74-76.

［4］賀輝，楊潔.武廣客運(yùn)專線鐵路電力負(fù)荷特性分析及預(yù)測［J］.電力需求側(cè)管理，2011（3）：47-50.

［5］朱天貽，周德勇.電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響［J］.河南科技，1993（10）：6-7.

The Analysis of Im pact of Electrified Railway Load on the Characteristics of Power Grid

M IXiao-dong1，LIU Yi-m in2，ZHAO W en-hua3
（1.State Grid Xinzhou Power Supply Company of SEPC，Xinzhou，Shanxi 034000，China；2.State Grid Yangquan Power Supply Com pany of SEPC，Yangquan，Shanxi 045000，China；3.College of Electrical and Power Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Combined with the actualsituation in a certain region of Shanxi,based on the research and analysis ofelectrified railway load,the characteristicsofelectrified railway load are analyzed.According to the load characteristic indicators and analysis，the impactof electrified railway load on the curve smoothness of grid load and load cycle are expounded.Through research and analysis，electrified railway load can be betterunderstood andmastered，so as to providea theoreticalbasis to safe and reliable operation ofpower system.

electrified railway；load characteristics；periodically；fluctuation

TM714

A

1671-0320（2014）04-0028-03

2014-02-05，

2014-04-07

米曉東（1971-），男，山西忻州人，1993年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事信息通信調(diào)控工作；

劉毅敏（1974-），男，山西陽泉人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事信息通信調(diào)控工作；

趙文華（1989-），女，山西晉城人，2011級太原理工大學(xué)電氣工程專業(yè)碩士在讀，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動化。