電氣化鐵路負荷對電網負荷特性的影響分析

米曉東，劉毅敏，趙文華

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

電氣化鐵路負荷對電網負荷特性的影響分析

米曉東1，劉毅敏2，趙文華3

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

結合山西某地區(qū)的實際情況，基于電氣化鐵路負荷進行研究，分析了電氣化鐵路負荷的特點，并對其進行負荷特性指標計算，闡述了電氣化鐵路負荷對網供負荷的曲線平穩(wěn)度以及負荷周期性等的影響，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)安全可靠運行提供理論依據。

電氣化鐵路；負荷特性；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，電氣化鐵路負荷不斷增加，該負荷在電網負荷中所占比重越來越大，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了隱患，因此對電氣化鐵路負荷的研究分析十分重要。

1 電氣化鐵路負荷

隨著經濟的發(fā)展，科學的進步，山西省部分地區(qū)電網中的不可控負荷所占比重越來越大，負荷的調控難度增大；尤其是類似電氣化鐵路負荷的沖擊性負荷不斷增加，嚴重影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，因此，對電氣化鐵路的電力負荷進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荷的增長情況。

圖1 電氣化鐵路負荷增長情況

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

2 負荷實測分析

負荷特性分析是為了摸清負荷結構，正確描述電力系統(tǒng)負荷隨時間的變化特性，準確把握負荷運行規(guī)律，估計出電力系統(tǒng)負荷隨時間變化的趨勢等。

2.1 山西某地區(qū)負荷特性指標計算

負荷特性的指標計算對電網的規(guī)劃運行、安排調峰措施、設備檢修、發(fā)電計劃的制定有重要的指導意義。表1是對該地區(qū)2012年9月對電網負荷進行指標計算的結果。

表1 負荷特性指標計算表

2.2 負荷特性分析

以9月為例對該地區(qū)進行負荷特性指標計算分析，從總體來看，負荷曲線一般呈現早晚兩個高峰期，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，且較頻繁地改變運行計劃，有時會出現早晚高峰之間的負荷低谷抬升，或早高峰會變成1 d中的低谷期的現象[2]。

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

3 電氣化鐵路對電網負荷的影響分析

結合負荷特性指標計算結果，觀察電氣化鐵路負荷數據及負荷曲線，分析電氣化鐵路負荷對該地區(qū)的負荷曲線的影響。

3.1 影響電網負荷波動

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

圖2 電氣化鐵路負荷曲線

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

圖3 網供負荷曲線

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

3.2 電氣化鐵路負荷倒送功率

圖4是該地區(qū)2012年9月15號軒崗牽引站電氣化鐵路負荷曲線圖，可以看出，1 d內出現2次明顯的負荷負值，表明電氣化鐵路負荷在向系統(tǒng)倒送功率。由于電力機車制動時，電機處于發(fā)電狀態(tài)，此時將動能轉換為電能，電氣化鐵路負荷相當于一個發(fā)電廠，于是就出現了負值負荷。由于負值負荷出現的次數有限，且一般出現在不同時刻，當多個牽引站疊加后，負荷出現負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 軒崗電氣化鐵路負荷曲線

3.3 影響電力系統(tǒng)規(guī)律性

電力系統(tǒng)負荷與人們日常生產生活密切相關，存在一定規(guī)律性，若能掌握負荷的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢，對電力部門的調控工作及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行十分有利。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荷的規(guī)律性影響[4]。

通過對山西省某地區(qū)（內含電氣化鐵路負荷）的日周期性進行研究分析，可以看出，連續(xù)1周內的每天同一時段的負荷值多變，周期性、規(guī)律性不明顯。除了對值相似進行周期性對比，還進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周內的負荷曲線圖可以看出，每天負荷曲線的變化趨勢不同，曲線形狀也是不同的，沒有較強規(guī)律性。綜合以上分析，電氣化鐵路負荷嚴重影響了電力系統(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荷，而電氣化鐵路負荷波動性大，受其影響使得負荷規(guī)律性弱。通過研究分析可以看出，電網負荷會隨著電氣化鐵路負荷的波動增加其自身的波動性，而波動的增大意味著電網負荷的非規(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

研究分析了山西省包含電氣化鐵路的某地區(qū)電網負荷，對其進行了特性分析和特性指標計算，發(fā)現電氣化鐵路負荷具有隨機波動性大、向系統(tǒng)倒送功率等特點，直接影響著總的電網負荷特性。由于電氣化鐵路負荷的波動性，使得網供負荷曲線出現大量的毛刺，影響負荷的平穩(wěn)度。另外，電氣化鐵路負荷的運行規(guī)律不同于常規(guī)電力負荷，使得日負荷曲線的部分區(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荷的研究分析，能更好地掌握電氣化鐵路負荷的特性以及對電網負荷的影響，對保證電力系統(tǒng)安全可靠運行具有十分重要的意義。

［1］曾方明.電鐵牽引負荷對電網運行造成的影響及其解決措施［J］.自動化應用，2011（10）：63-65.

［2］景德炎.電氣化鐵路的負荷特性及電能質量分析［J］.中國標準化，2010（12）：18-22.

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

［4］賀輝，楊潔.武廣客運專線鐵路電力負荷特性分析及預測［J］.電力需求側管理，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，從事信息通信調控工作；

趙文華（1989-），女，山西晉城人，2011級太原理工大學電氣工程專業(yè)碩士在讀，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。