基本负荷

基本负荷研究背景

为了解决供电系统的无功补偿等任务，务须知道各种电气设备有功、无功功率之间的关系。其中，主要的有同步发电机、应用广泛的异步电动机及整流转换装置。

随着世界经济的不断发展，全球更加重视环境保护，而天然气作为一种优质、清洁的能源，其需求量将迅速增大，也必然会促进液化天然气(LNG)工业的发展。常见的制冷液化工艺有级联式制冷、混合制冷剂循环制冷和膨胀机循环制冷等。级联式制冷工艺具有以下特点: 天然气液化过程能耗低；制冷剂单一，不存在配比问题，冷剂压缩机均为单组分压缩机，设计更容易，采购更方便，压缩机运行更稳定，并可采用国产化设备，有效降低液化工厂的投资建设成本；液化过程换热器选择范围大，可采用冷箱结构，也可采用管壳式结构，或者两者相结合的结构。世界上首座基本负荷型级联式天然气液化装置建在阿尔及利亚，李士富等人、王勇等人分别从不同角度建立了级联式天然气液化模拟流程，对流程进行了工艺参数模拟。研究介绍了级联式制冷工艺的基本流程，根据级联式制冷工艺形式，用HYSYS软件建立了级联式制冷工艺模拟循环，对相关参数进行了模拟计算，并进行优化，对工艺中各相关参数的相互影响进行分析。

基本负荷级联式制冷工艺的模拟计算

级联式制冷工艺又被称为阶式或复叠式制冷工艺，或者串联蒸发冷凝制冷工艺；该工艺主要应用于基本负荷型天然气液化装置。级联式制冷工艺利用冷剂常压下沸点不同的情况，逐级降低天然气温度，最终使其温度降低至-162℃左右，由气相成为液相，即液化天然气(LNG)，见图 1。级联式制冷工艺以丙烷/丙烯、乙烯、甲烷作为各制冷循环制冷剂；第一级为丙烷/丙烯制冷循环，为冷剂乙烯、甲烷和天然气三股物流提供冷量，使其温度初步降低；第二级为乙烯制冷循环，为冷剂甲烷和天然气两股物流提供冷量，使其温度进一步降低；第三级为甲烷制冷循环，为天然气一股物流提供冷量，使其温度最终降低至露点以下，达到使天然气液化的目的。

基本负荷级联式制冷工艺的适应性分析

级联式制冷工艺存在各循环中组分单一，优化调节操作简便，相对于混合制冷循环，不存在冷剂优化配比问题，系统操作条件的优化涉及参数相对较少，全局优化计算过程相对简单。基于上述建立的计算模型，分别对原料气处理量、各循环压缩机出口压力与系统功耗和制冷剂操作循环量之间的关系进行分析，找出相互之间的规律，为相关系统的运行操作提供理论支持。

随着原料气处理量的增大，系统功耗和各制冷剂循环量也随之增长，它们之间存在较明显的线性关系。实际生产过程中，原料气处理量与压缩机运行功率之间的匹配关系相对复杂些。一般来说，在设计系统处理能力时，已将压缩机选型，确定了其最大额定功率，若处理量较小时，压缩机所能提供的功率往往大于处理原料气所需的功率，造成能耗浪费，增大生产成本;而当处理量较大时，处理原料气所需功率大于压缩机额定功率，就会对压缩机等设备造成影响。所以，实际运行时要考虑最小和最大处理量，以保证运行成本和设备运行安全。

当压缩机出口压力增大时，压缩机功耗受其影响程度较大，而制冷剂循环量受其影响程度较小。在对该因素进行分析时，当压缩机出口压力较小时，不能满足下游用户需求；在压力达到满足条件的最小值后，压力增大对系统功耗及各制冷剂循环量的影响较小。因而，在实际运行过程中，应考虑压缩机出口压力对系统参数的影响，达到系统所需最小压力值以上，且不应较高。

基本负荷研究背景

在电力市场中，实施需求响应的目的是通过价格机制与激励手段促使用户改变用电行为，增加电力市场的价格弹性，从而减少高峰电力负荷与市场成员操纵市场的几率，降低价格波动风险与系统整体成本，增加系统安全可靠性，提高市场经济效率，促进环境与社会的可持续发展。这是用户、系统与社会等多方共赢的目标。实现这一目标的关键是按什么方式给用户激励以及给用户多少激励才能充分激起用户实施需求响应。对需求响应的研究大多集中在需求响应的作用、电价机制、需求侧管理风险、可中断负荷合同模型等方面。实际上，根据用户在事故期间的需求响应状况，即用户响应性能(demand response performance，DRP)，实施激励便是鼓励与引导用户主动卖出其响应资源的重要策略。其中公平合理的性能评价与量化规则是维持与发展需求侧响应资源的重要环节。常用的量化用户响应性能的方法是把其定义为用户表记录的实际用电量与其基本负荷的差额。用户基本负荷(customer baseline load，CBL)是指用户在事故期间不实施需求响应的情况下，每小时可能消耗的负荷，这是对未发生情况的一个估计值。有了这个估计值，就可以计算用户在事故期间的负荷削减量，进而评价用户的响应性能，并依此对用户进行奖惩，激励用户合理规划电力需求、主动进行需求响应，从而减少系统峰荷值，促进电力系统的安全可靠运行。因此，用户基本负荷的计算是基础，用户需求响应性能评价是桥梁，而对用户的经济补偿是诱导手段。

用户响应性能反映用户的响应意愿与响应能力，是独立系统运行者(independent systemoperator，ISO)评价需求响应资源可靠性的重要指标。研究将讨论用户基本负荷的计算原则和方法，分析用户响应性能的评价方法，并对用户的经济补偿算法进行讨论。通过对美国PJM及CaliforniaISO、New York ISO和New England ISO等所用算法进行比较分析，指出可按用户响应性能数值细分用户响应的重要性等级。

基本负荷用户基本负荷的计算原则与方法

（1）用户基本负荷的计算目的与原则

计算用户基本负荷的目的是在事故期间为用户的需求响应性能提供公平评价的基础，给用户以经济激励或处罚，促使更多的用户实施需求响应，为资源规划、方案规划和经济效益合算提供依据，最终实现电力系统经济可靠运行。

用户基本负荷计算的原则是公平合理、准确简明、数据典型、最小化投机机会、最大化需求响应收益。公平合理是指制定计算规则时要考虑负荷类型(负荷规模、负荷时间等)，并保障需求响应资源买卖双方的利益；准确简明是指计算出的用户基本负荷要尽量减少偏差，同时易于管理者与用户理解和使用；数据典型是指所选择的历史数据要与所估算用户的基本负荷强相关；最小化用户的投机机会是指计算规则要具有抑制用户投机行为(人为地抬高基本负荷获得超额激励的行为)的功能， 使用户无机会投机或使其投机行为得不偿失；最大化需求响应的收益是指规则要能起到聚拢并高效利用需求侧资源的作用。

（2）用户基本负荷的计算方法

用户基本负荷的计算按负荷类型分为能量基本负荷计算与容量基本负荷计算；按时间分为日前基本负荷计算与实时基本负荷计算等。不同类型的计算方法一般不同，美国不同ISO计算用户基本负荷的方法存在差别，但这些方法基本上都包括3个要素：数据选择原则、计算方法和修正算法。数据选择原则决定选择哪些数据参与基本负荷的估算；计算方法是对参与运算的数据采用何种运算，常用的有求历史典型日负荷平均值法与基于制冷度日(cooling degree days，CDD)的回归法；修正算法是对特殊情况产生的影响进行计算，一般按事故前若干小时的负荷对基本负荷进行修正，常用的有乘法因子修正法和加法因子修正法。

基本负荷需求响应性能的评价原则与方法

需求响应性能的评价原则与用户基本负荷的计算原则基本相同，这是因为前者是建立在后者基础上的。需求响应性能是对用户响应效果的最终评价，也是 ISO 给予用户经济激励或惩罚的依据。因此需求响应性能的计算一定要公平合理，以激励用户的响应行为，实现需求响应效益的最大化。

需求响应性能的计算方法有绝对计算法(负荷削减量法)与相对指标法。

1）绝对计算法。负荷削减量等于用户基本负荷减去用户实际负荷。负荷削减量越大，响应性能越好。

对于只有发电机组的用户，其在事故期间比平时增加的出力相当于负荷削减量。对于既有负荷削减、又有发电机组的情况，其负荷削减性能是 2 种方式的性能之和。

2）相对指标法。该方法是建立在基本负荷计算基础上的。为方便比较规模或类型不同的用户响应性能，有 2 种性能指标法：认缴性能指标(subscribed performance index，SPI)法与峰荷性能指标(peak performance index，PPI)法。SPI是用户实际每小时削减的负荷与其认缴负荷削减量之比，它用来评价用户完成其承诺的真实性能。只要需求响应方案允许用户就其需求响应资源事先作出削减承诺或参与竞价销售，就可以应用 SPI 来评价用户的削减性能，如EDRP、ICAPSCR、DADRP与DSASP等。SPI 等于1，表示该用户的表现达到了其认缴目标；SPI小于 1，表示该用户的性能未达到负荷削减目标；SPI大于1，表示该用户超额完成了负荷削减目标。PPI 是用户在事故期间实际每小时平均负荷削减量与非同时峰荷需求的比值。非同时峰荷代表用户最高负荷水平，因此在任何情况下，削减值都不可能比非同时峰荷大，即PPI最大是 1，此时用户的所有负荷都从电网切除。PPI 可用来表示用户的相应技术潜力。PPI低，意味着该用户当前较少有负荷削减机会，需要给其额外的技术支持、 指导与信息或采用更高级的实现技术。PPI与用户规模结合起来，可以考察不同负荷类型用户的相对负荷削减潜力。

指标评价的结果表明了资源的可靠性，它为ISO提供了仅根据用户的承诺来判断这些可调度资源可靠性的一种方法。性能指标越高，负荷削减作为应对峰荷事故的手段越可靠，为取得总体削减效果所需的参与用户越少，交易成本与管理成本也越少。 2100433B

在电网日负荷曲线上，平均负荷以上的部分为尖峰负荷，最小负荷以下的部分成为基本负荷，平均负荷与最小负荷的之间的部分称为中间负荷。

基本负荷锅炉是大容量、高效锅炉机组在接近全负荷运行条件下连续运行，运行小时通常较高，以达到电厂和全网最佳经济运行模式为目的的锅炉。

中文名称

基本负荷锅炉

英文名称

base load boiler

定　　义

大容量、高效锅炉机组在接近全负荷运行条件下连续运行，运行小时通常较高，以达到电厂和全网最佳经济运行模式为目的的锅炉。

应用学科

电力（一级学科），锅炉（二级学科）

中文名称

燃气轮机基本负荷额定输出功率

英文名称

base load rated output of gas turbine

定　　义

燃气轮机在规定的条件和在透平基本负荷的额定温度下，并处于新和清洁状态下运行时的标称或保证的输出功率。

应用学科

电力（一级学科），汽轮机、燃气轮机（二级学科）

对一个电厂来说，负荷要求总是时时发生变化的，因此，一个电厂必须应付用户不断变化的负荷要求。当负荷要求增加，发电机组就要多发功率，而当负荷要求减少时，发电机组就要减负荷运行，甚至停运。不过，对一个电厂来说，一般总有一个一天内基本保持不变的负荷分量，这就是所谓基本负荷分量(基荷)。负荷中除了基本负荷之外，其它的称峰值负荷如图1所示。

有时候，把基本负荷以上的部分，更进一步划分为腰荷与峰荷。由于负荷具有这样的特性，这就意味着，随着负荷的增减，个别发电机组可能投入运行或停运。很显然，电厂不能按最高峰值负荷的要求来设计，否则在一年大部分时间内，电厂内某些发电机组将不能得到满负荷运行，从而就要降低利用因数，增加发电成本。

高峰负荷的延续时间一般是不长的，考虑到这一点，可以设置某些发电机组，使它们专门用来满足这些峰值负荷短时间的需要。很显然，为满足这些高峰负荷而发出的电能将是非常昂贵的，因为时间它们只有很低的负荷率。