住宅建筑的電力負(fù)荷分析與計(jì)算(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 住宅單位用電指標(biāo)[17]Table Power indicators of residential units in Beijing 北京地區(qū)住宅負(fù)荷需要系數(shù)[17]Table Residential Beijing need to factor load 天津地區(qū)住宅單位用電指標(biāo)[18]Table Power indicators of residential units in Tianjin 重慶地區(qū)各類(lèi)住宅綜合用電指標(biāo)[19]Table 26 Chongqing various types of residential electricity consumption indicators integrated 重慶地區(qū)各類(lèi)住宅負(fù)荷計(jì)算需要系數(shù)[19]Table 27 Load calculation for residential development in Chongqing need to factor 各種計(jì)算方法的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn) 需要系數(shù)法使用前提及存在的問(wèn)題需要系數(shù)法，其計(jì)算公式為P30=KXΣPN，KX為需要系數(shù)，ΣPN為用電設(shè)備組所有設(shè)備的額定容量之和。它不考慮大容量設(shè)備最大負(fù)荷造成的負(fù)荷波動(dòng)及用電設(shè)備的容量和臺(tái)數(shù)，適用于確定全廠計(jì)算負(fù)荷、車(chē)間變電所計(jì)算負(fù)荷及負(fù)荷較穩(wěn)定的干線(xiàn)計(jì)算負(fù)荷。需要系數(shù)法比較簡(jiǎn)便，因而廣泛使用，但當(dāng)用電設(shè)備臺(tái)數(shù)少而功率相差懸殊時(shí)，需要系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果往往偏小，故不適用于低壓配電線(xiàn)路計(jì)算，而適用于計(jì)算變、配電所的負(fù)荷。從該方法的計(jì)算公式中不難看出，需要系數(shù)的選取直接關(guān)系到負(fù)荷計(jì)算的精度及可靠性，但現(xiàn)行的需要系數(shù)值大多數(shù)是轉(zhuǎn)抄或參照國(guó)外的，實(shí)踐證明，這些系數(shù)往往偏高偏大，比較保守。 二項(xiàng)式系數(shù)法使用前提及存在的問(wèn)題二項(xiàng)式系數(shù)法，其計(jì)算公式為P30=bPN+cPX，b，c為二項(xiàng)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(tái)最大容量的設(shè)備總?cè)萘俊６?xiàng)式法考慮兩種因素:①平均負(fù)荷。②x臺(tái)最大設(shè)備的最大負(fù)荷重疊造成的附加負(fù)荷，以彌補(bǔ)需要系數(shù)法計(jì)算結(jié)果在上述情況下偏小的不足。 由于二項(xiàng)系數(shù)法不僅考慮了用電設(shè)備最大負(fù)荷時(shí)的平均功率，而且考慮了少數(shù)容量最大的設(shè)備投人運(yùn)行時(shí)對(duì)總計(jì)算負(fù)荷的額外影響。所以二項(xiàng)式法比較適合于確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別較大的低壓干線(xiàn)和分支線(xiàn)的負(fù)荷計(jì)算。但是二項(xiàng)式計(jì)算系數(shù)(經(jīng)驗(yàn)系數(shù))b、c和x的值，缺乏充分的理論依據(jù)，而且這些系數(shù)也只適于機(jī)械加工工業(yè)，其他行業(yè)缺乏這方面數(shù)據(jù)，從而使其引用受到一定局限。因此，對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)較大的干線(xiàn)或支線(xiàn)采用二項(xiàng)系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷較為準(zhǔn)確。在確定車(chē)間變電所和全廠總負(fù)荷計(jì)算時(shí)，則通常不采用，還是采用“需要系數(shù)法”比采用“二項(xiàng)式法”更接近實(shí)際用電情況。 利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品耗電法使用前提及存在的問(wèn)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。利用系數(shù)法雖然有一定的理論根據(jù)，但因要確定的系數(shù)較多，計(jì)算步驟復(fù)雜，公式中的“最大系數(shù)”與“利用系數(shù)k”的數(shù)據(jù)目前也較缺乏，因此，通常在工作中多不采用這種計(jì)算方法。單位產(chǎn)品耗電量法是在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)供電方案作比較時(shí)，可根據(jù)車(chē)間的單位產(chǎn)品耗電定額，產(chǎn)品的年產(chǎn)量和年工作小時(shí)數(shù)來(lái)估算的一種方法。單位產(chǎn)品耗電量法求出的用電設(shè)備負(fù)荷可能與實(shí)際負(fù)荷相差較大，所以在缺乏正式的用電設(shè)備容量時(shí)，還要按“需要系數(shù)法”重新進(jìn)行計(jì)算。以盡可能取得更接近實(shí)際的計(jì)算負(fù)荷，作為選擇配電設(shè)備和導(dǎo)線(xiàn)的依據(jù)。 國(guó)內(nèi)住宅建筑用電負(fù)荷及計(jì)算的現(xiàn)狀 住宅建筑的供電方案住宅建筑內(nèi)住戶(hù)的負(fù)荷等級(jí)按《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shù)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(hù)配電箱這種模式設(shè)計(jì)。小區(qū)內(nèi)單臺(tái)變壓器容量根據(jù)規(guī)范一般要求不大于630 kVA，對(duì)于建筑面積較大、戶(hù)數(shù)較多的住宅建筑一般要求設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器，以便避免日后檢修時(shí)造成長(zhǎng)時(shí)間停電。同時(shí)筆者還發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)大部分電氣設(shè)計(jì)人員在建筑設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有對(duì)建筑性質(zhì)、用戶(hù)用電特點(diǎn)等做認(rèn)真的調(diào)查研究，僅簡(jiǎn)單地套用規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)。例如調(diào)查了某甲級(jí)建筑設(shè)計(jì)院的兩套112住宅樓的電氣施工圖，11樓為農(nóng)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(hù)住宅建筑面積相同，均為1lOm2，故從典型住宅建筑設(shè)計(jì)圖中（）住戶(hù)的用電負(fù)荷指標(biāo)均選擇為6kW。這看起來(lái)似乎滿(mǎn)足規(guī)范要求，但從用戶(hù)性質(zhì)來(lái)看，這兩者的指標(biāo)應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別。經(jīng)過(guò)相關(guān)科研人員的回返調(diào)查，基本上11，而12(該數(shù)據(jù)根據(jù)該建筑住宅所處地區(qū)氣候特點(diǎn)，于夏日7月中旬測(cè)試)。因此僅單純地依據(jù)建筑面積來(lái)套用規(guī)范以確定用電負(fù)荷，勢(shì)必造成負(fù)荷計(jì)算的偏差，影響了變壓器容量及配電施的合理選用。國(guó)內(nèi)現(xiàn)今采用最多的計(jì)算負(fù)荷的方法是需要系數(shù)法，然而需要系數(shù)取值帶有很大經(jīng)驗(yàn)成分，甚至隨意性很大。例如調(diào)查了某個(gè)較大規(guī)模的住宅建筑一、二、三期工程的電氣設(shè)計(jì)圖紙，其分別由三家設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其中需要系數(shù)的取值有較大差異，有的是戶(hù)內(nèi)建筑面積、戶(hù)數(shù)以及每戶(hù)用電指標(biāo)都相同的住宅樓，其需要系數(shù)的取值卻不同，甚至更有其他指標(biāo)都一樣、戶(hù)數(shù)多的其需要系數(shù)的取值卻比戶(hù)數(shù)少的取的更高。、用電負(fù)荷指標(biāo)為6kW的原電氣設(shè)計(jì)圖紙，因需要系數(shù)的取值不同，造成了其計(jì)算負(fù)荷、計(jì)算電流、所選擇的配電設(shè)施以及初期投資上的差異。目前暫無(wú)定論說(shuō)該兩種取值中哪種性?xún)r(jià)比上更合理，但從中可知需要系數(shù)的取值不同勢(shì)必影響了供配電設(shè)施的合理選擇以及初期投資狀況。 住宅建筑典型的戶(hù)內(nèi)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(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比Table to 2 in a parison of residential architectural design parameters因此，因住宅用電負(fù)荷指標(biāo)及需要系數(shù)的取值不同，勢(shì)必影響了整個(gè)建筑總的計(jì)算負(fù)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(shè)施、建筑占地面積的合理選擇(如400kVA的變壓器其低壓銅母線(xiàn)規(guī)格為4()、低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)整定值為800A，而630kVA的其低壓銅母線(xiàn)規(guī)格為4(80x8)、低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)整定值為1250A)[21]，增加了用戶(hù)初投資，而且也降低變壓器的負(fù)荷率，增加了今后變壓器運(yùn)行的有功損耗和無(wú)功損耗(可參見(jiàn)文獻(xiàn)[22]計(jì)算)。造成這些問(wèn)題當(dāng)然一方面有電氣設(shè)計(jì)人員的主觀因素，如有的設(shè)計(jì)人員責(zé)任心不強(qiáng)，經(jīng)驗(yàn)不足等，有的是選值時(shí)趨于保守，無(wú)視用戶(hù)投資將其值選高，另一方面則主要是當(dāng)前設(shè)計(jì)規(guī)范中存在的缺陷。因此，如何根據(jù)每個(gè)住宅建筑自身特點(diǎn)，選擇一個(gè)科學(xué)的、能真實(shí)反映實(shí)際情況的住宅用電負(fù)荷指標(biāo)和需要系數(shù)，對(duì)當(dāng)前住宅建筑電氣設(shè)計(jì)是有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。 問(wèn)題的提出根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 1692)，目前住宅各單元樓總負(fù)荷計(jì)算公式如下：（1） 當(dāng)每戶(hù)用電負(fù)荷指標(biāo)一樣時(shí)，則總有功功率ΣP30=3*N*KX*PN，式中ΣP30為單元樓總計(jì)算負(fù)荷，KX為需要系數(shù)，PN為每戶(hù)用電負(fù)荷指標(biāo)，N為同一相上戶(hù)數(shù)。（2） 當(dāng)住宅每戶(hù)用電負(fù)荷指標(biāo)有不同取值時(shí)，則總有功功率ΣP30=3*KX*（PN1*N1+ PN2*N2+ PN3*N3+…），式中，PNPNPN3…為不同的每戶(hù)用電負(fù)荷指標(biāo)，NNN3…為同一相上相應(yīng)的戶(hù)數(shù)。因此可以從上面兩式中不難看出，住宅負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確與否，取決于每戶(hù)用電負(fù)荷PN和需要系數(shù)KX的取值是否合理。目前住宅每戶(hù)用電負(fù)荷與需要系數(shù)的取值主要參照《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，、。、：首先，用電指標(biāo)劃分因素的單一性。，這是不盡合理的。因?yàn)榫用裼秒娭笜?biāo)的確定不僅與居住面積有直接關(guān)系，還與用戶(hù)經(jīng)濟(jì)水平、氣候環(huán)境等都有密切關(guān)系，特別是用戶(hù)經(jīng)濟(jì)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(fù)荷的大小。其次，需要系數(shù)值的不確定性。（1）當(dāng)用戶(hù)同一相戶(hù)數(shù)值N=1150、150戶(hù)時(shí)，需要系數(shù)KX該等于多少了？表中并沒(méi)有明確。（2）根據(jù)電工理論，隨著負(fù)載量增多其消耗功率也應(yīng)增多，即總計(jì)算負(fù)荷功率應(yīng)隨著戶(hù)數(shù)的增多而增大，但若此時(shí)同一相上住戶(hù)戶(hù)數(shù)分別為99戶(hù)與102戶(hù)時(shí)，按上表所示，、設(shè)每戶(hù)用電指標(biāo)為6kW，則99戶(hù)的總計(jì)算負(fù)荷功率P30=3*99*6*=；而102戶(hù)時(shí)的P30=3*102*6*=。即95戶(hù)戶(hù)數(shù)的總計(jì)算功率反而大于102戶(hù)的！這顯然是不合常規(guī)的。 住宅建筑設(shè)計(jì)計(jì)算負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)Table Calculation of a standard residential building design 住宅建筑需要系數(shù)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(shè)計(jì)中采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，選擇一個(gè)科學(xué)、真實(shí)并能夠基本反映居民經(jīng)濟(jì)水平的住宅用電指標(biāo)以及合理的需要系數(shù)，對(duì)于指導(dǎo)住宅建筑配電設(shè)施的合理選擇具有很強(qiáng)的緊迫性和十分重要的意義。4 典型住宅電力負(fù)荷的回歸預(yù)測(cè)與分析 用電量的調(diào)查分析隨著近幾年北京市發(fā)展開(kāi)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，[23]，而且隨著改革開(kāi)放的深入。人均收入水平有較大提高，據(jù)北京市發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)報(bào)告2009年16月北京市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入達(dá)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(shì)必引起住宅用電負(fù)荷的增長(zhǎng)。實(shí)際上住宅除了照明外，其用電量是由家用電器的擁有量(設(shè)備功率)所決定的，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。它的普及率和使用率已構(gòu)成了住宅的用電負(fù)荷主體。住戶(hù)擁有家用電器數(shù)量與用電量，能反映出其家庭的收入及支付日常費(fèi)用的能力，體現(xiàn)了其家庭成員通過(guò)使用這些家電所能獲得物質(zhì)上或精神上的收益。研究住戶(hù)家用電器的擁有量(設(shè)備功率)和用電量，是為了研究不同經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的住宅用電負(fù)荷的情況。在供電單位的支持下，本次調(diào)查獲取了某住宅樓42戶(hù)住戶(hù)2004年—2006年每月用電量數(shù)據(jù)，分析近三年數(shù)據(jù)表，不難看出住戶(hù)用電量具有周期性、季節(jié)性和趨勢(shì)性特點(diǎn)，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(diào)的使用以及2月份春節(jié)來(lái)臨等季節(jié)、節(jié)日因素的影響。表中體現(xiàn)了住戶(hù)每月平均用電量呈明顯級(jí)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(shuō)明了經(jīng)濟(jì)條件較好的住戶(hù)在用電消費(fèi)方面不再吝嗇使用時(shí)間，能夠根據(jù)家用電器情況達(dá)到按需分配。 住宅建筑計(jì)算負(fù)荷的預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)方法的確定用電負(fù)荷預(yù)測(cè)按預(yù)測(cè)期限可分為即期預(yù)測(cè)(日或周)、短期預(yù)測(cè)(1224個(gè)月)、中期預(yù)測(cè)(510年)和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)(1030年)[24]。預(yù)測(cè)方法比如有時(shí)間序列法、電力彈性系數(shù)法、灰色預(yù)測(cè)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、小區(qū)密度法等。根據(jù)住宅用電負(fù)荷的影響因素、預(yù)測(cè)期限及增長(zhǎng)趨勢(shì)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(jì)算負(fù)荷為因變量，來(lái)做住宅計(jì)算負(fù)荷的中期預(yù)測(cè)，從而確定不同家用電器總功率即不同類(lèi)型住宅建筑所對(duì)應(yīng)的計(jì)算負(fù)荷。 各住戶(hù)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(chǔ)回歸分析是研究自變量為一般變量(非隨機(jī)變量)，因變量為隨機(jī)變量時(shí)兩者之間的相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。回歸預(yù)測(cè)方法根據(jù)影響因素可分為線(xiàn)性回歸與非線(xiàn)性回歸。因此要根據(jù)不同情況，選用不同的回歸預(yù)測(cè)方法。一元線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)是最基本的、最簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)方法，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 y=a+bx ()其中，y預(yù)測(cè)對(duì)象，因變量；x影響因素，自變量；a,b回歸系數(shù)確定回歸系數(shù)a、b最常用的方法是偏最小二乘法[25][26][27]。若經(jīng)回歸分析得到預(yù)測(cè)模型