基本負荷

基本負荷是在電網日負荷曲線上，平均負荷以上的部分為尖峰負荷，最小負荷以下的部分成為基本負荷，平均負荷與最小負荷的之間的部分稱為中間負荷。

基本介紹

• 中文名：基本負荷
• 外文名：Basic load
• 描述：電機功率
• 套用：供電系統載荷
• 學科：物理

概念

在電網日負荷曲線上，平均負荷以上的部分為尖峰負荷，最小負荷以下的部分成為基本負荷，平均負荷與最小負荷的之間的部分稱為中間負荷。

基本負荷型級聯式製冷工藝用能分析

研究背景

為了解決供電系統的無功補償等任務，務須知道各種電氣設備有功、無功功率之間的關係。其中，主要的有同步發電機、套用廣泛的異步電動機及整流轉換裝置。

隨著世界經濟的不斷發展，全球更加重視環境保護，而天然氣作為一種優質、清潔的能源，其需求量將迅速增大，也必然會促進液化天然氣(LNG)工業的發展。常見的製冷液化工藝有級聯式製冷、混合製冷劑循環製冷和膨脹機循環製冷等。級聯式製冷工藝具有以下特點: 天然氣液化過程能耗低；製冷劑單一，不存在配比問題，冷劑壓縮機均為單組分壓縮機，設計更容易，採購更方便，壓縮機運行更穩定，並可採用國產化設備，有效降低液化工廠的投資建設成本；液化過程換熱器選擇範圍大，可採用冷箱結構，也可採用管殼式結構，或者兩者相結合的結構。世界上首座基本負荷型級聯式天然氣液化裝置建在阿爾及利亞，李士富等人、王勇等人分別從不同角度建立了級聯式天然氣液化模擬流程，對流程進行了工藝參數模擬。研究介紹了級聯式製冷工藝的基本流程，根據級聯式製冷工藝形式，用HYSYS軟體建立了級聯式製冷工藝模擬循環，對相關參數進行了模擬計算，並進行最佳化，對工藝中各相關參數的相互影響進行分析。

級聯式製冷工藝的模擬計算

級聯式製冷工藝又被稱為階式或復疊式製冷工藝，或者串聯蒸發冷凝製冷工藝；該工藝主要套用於基本負荷型天然氣液化裝置。級聯式製冷工藝利用冷劑常壓下沸點不同的情況，逐級降低天然氣溫度，最終使其溫度降低至-162℃左右，由氣相成為液相，即液化天然氣(LNG)，見圖 1。級聯式製冷工藝以丙烷/丙烯、乙烯、甲烷作為各製冷循環製冷劑；第一級為丙烷/丙烯製冷循環，為冷劑乙烯、甲烷和天然氣三股物流提供冷量，使其溫度初步降低；第二級為乙烯製冷循環，為冷劑甲烷和天然氣兩股物流提供冷量，使其溫度進一步降低；第三級為甲烷製冷循環，為天然氣一股物流提供冷量，使其溫度最終降低至露點以下，達到使天然氣液化的目的。

圖 1 級聯式製冷工藝示意圖

級聯式製冷工藝的適應性分析

級聯式製冷工藝存在各循環中組分單一，最佳化調節操作簡便，相對於混合製冷循環，不存在冷劑最佳化配比問題，系統操作條件的最佳化涉及參數相對較少，全局最佳化計算過程相對簡單。基於上述建立的計算模型，分別對原料氣處理量、各循環壓縮機出口壓力與系統功耗和製冷劑操作循環量之間的關係進行分析，找出相互之間的規律，為相關係統的運行操作提供理論支持。

隨著原料氣處理量的增大，系統功耗和各製冷劑循環量也隨之增長，它們之間存在較明顯的線性關係。實際生產過程中，原料氣處理量與壓縮機運行功率之間的匹配關係相對複雜些。一般來說，在設計系統處理能力時，已將壓縮機選型，確定了其最大額定功率，若處理量較小時，壓縮機所能提供的功率往往大於處理原料氣所需的功率，造成能耗浪費，增大生產成本;而當處理量較大時，處理原料氣所需功率大於壓縮機額定功率，就會對壓縮機等設備造成影響。所以，實際運行時要考慮最小和最大處理量，以保證運行成本和設備運行安全。

當壓縮機出口壓力增大時，壓縮機功耗受其影響程度較大，而製冷劑循環量受其影響程度較小。在對該因素進行分析時，當壓縮機出口壓力較小時，不能滿足下游用戶需求；在壓力達到滿足條件的最小值後，壓力增大對系統功耗及各製冷劑循環量的影響較小。因而，在實際運行過程中，應考慮壓縮機出口壓力對系統參數的影響，達到系統所需最小壓力值以上，且不應較高。

電力市場中用戶基本負荷計算方法

研究背景

在電力市場中，實施需求回響的目的是通過價格機制與激勵手段促使用戶改變用電行為，增加電力市場的價格彈性，從而減少高峰電力負荷與市場成員操縱市場的幾率，降低價格波動風險與系統整體成本，增加系統安全可靠性，提高市場經濟效率，促進環境與社會的可持續發展。這是用戶、系統與社會等多方共贏的目標。實現這一目標的關鍵是按什麼方式給用戶激勵以及給用戶多少激勵才能充分激起用戶實施需求回響。對需求回響的研究大多集中在需求回響的作用、電價機制、需求側管理風險、可中斷負荷契約模型等方面。實際上，根據用戶在事故期間的需求回響狀況，即用戶回響性能(demand response performance，DRP)，實施激勵便是鼓勵與引導用戶主動賣出其回響資源的重要策略。其中公平合理的性能評價與量化規則是維持與發展需求側回響資源的重要環節。常用的量化用戶回響性能的方法是把其定義為用戶表記錄的實際用電量與其基本負荷的差額。用戶基本負荷(customer baseline load，CBL)是指用戶在事故期間不實施需求回響的情況下，每小時可能消耗的負荷，這是對未發生情況的一個估計值。有了這個估計值，就可以計算用戶在事故期間的負荷削減量，進而評價用戶的回響性能，並依此對用戶進行獎懲，激勵用戶合理規劃電力需求、主動進行需求回響，從而減少系統峰荷值，促進電力系統的安全可靠運行。因此，用戶基本負荷的計算是基礎，用戶需求回響性能評價是橋樑，而對用戶的經濟補償是誘導手段。

用戶回響性能反映用戶的回響意願與回響能力，是獨立系統運行者(independent systemoperator，ISO)評價需求回響資源可靠性的重要指標。研究將討論用戶基本負荷的計算原則和方法，分析用戶回響性能的評價方法，並對用戶的經濟補償算法進行討論。通過對美國PJM及CaliforniaISO、New York ISO和New England ISO等所用算法進行比較分析，指出可按用戶回響性能數值細分用戶回響的重要性等級。

用戶基本負荷的計算原則與方法

（1）用戶基本負荷的計算目的與原則

計算用戶基本負荷的目的是在事故期間為用戶的需求回響性能提供公平評價的基礎，給用戶以經濟激勵或處罰，促使更多的用戶實施需求回響，為資源規劃、方案規劃和經濟效益合算提供依據，最終實現電力系統經濟可靠運行。

用戶基本負荷計算的原則是公平合理、準確簡明、數據典型、最小化投機機會、最大化需求回響收益。公平合理是指制定計算規則時要考慮負荷類型(負荷規模、負荷時間等)，並保障需求回響資源買賣雙方的利益；準確簡明是指計算出的用戶基本負荷要儘量減少偏差，同時易於管理者與用戶理解和使用；數據典型是指所選擇的歷史數據要與所估算用戶的基本負荷強相關；最小化用戶的投機機會是指計算規則要具有抑制用戶投機行為(人為地抬高基本負荷獲得超額激勵的行為)的功能， 使用戶無機會投機或使其投機行為得不償失；最大化需求回響的收益是指規則要能起到聚攏並高效利用需求側資源的作用。

（2）用戶基本負荷的計算方法

用戶基本負荷的計算按負荷類型分為能量基本負荷計算與容量基本負荷計算；按時間分為日前基本負荷計算與實時基本負荷計算等。不同類型的計算方法一般不同，美國不同ISO計算用戶基本負荷的方法存在差別，但這些方法基本上都包括3個要素：數據選擇原則、計算方法和修正算法。數據選擇原則決定選擇哪些數據參與基本負荷的估算；計算方法是對參與運算的數據採用何種運算，常用的有求歷史典型日負荷平均值法與基於製冷度日(cooling degree days，CDD)的回歸法；修正算法是對特殊情況產生的影響進行計算，一般按事故前若干小時的負荷對基本負荷進行修正，常用的有乘法因子修正法和加法因子修正法。

需求回響性能的評價原則與方法

需求回響性能的評價原則與用戶基本負荷的計算原則基本相同，這是因為前者是建立在後者基礎上的。需求回響性能是對用戶回響效果的最終評價，也是 ISO 給予用戶經濟激勵或懲罰的依據。因此需求回響性能的計算一定要公平合理，以激勵用戶的回響行為，實現需求回響效益的最大化。

需求回響性能的計算方法有絕對計算法(負荷削減量法)與相對指標法。

1）絕對計算法。負荷削減量等於用戶基本負荷減去用戶實際負荷。負荷削減量越大，回響性能越好。

對於只有發電機組的用戶，其在事故期間比平時增加的出力相當於負荷削減量。對於既有負荷削減、又有發電機組的情況，其負荷削減性能是 2 種方式的性能之和。

2）相對指標法。該方法是建立在基本負荷計算基礎上的。為方便比較規模或類型不同的用戶回響性能，有 2 種性能指標法：認繳性能指標(subscribed performance index，SPI)法與峰荷性能指標(peak performance index，PPI)法。SPI是用戶實際每小時削減的負荷與其認繳負荷削減量之比，它用來評價用戶完成其承諾的真實性能。只要需求回響方案允許用戶就其需求回響資源事先作出削減承諾或參與競價銷售，就可以套用 SPI 來評價用戶的削減性能，如EDRP、ICAPSCR、DADRP與DSASP等。SPI 等於1，表示該用戶的表現達到了其認繳目標；SPI小於 1，表示該用戶的性能未達到負荷削減目標；SPI大於1，表示該用戶超額完成了負荷削減目標。PPI 是用戶在事故期間實際每小時平均負荷削減量與非同時峰荷需求的比值。非同時峰荷代表用戶最高負荷水平，因此在任何情況下，削減值都不可能比非同時峰荷大，即PPI最大是 1，此時用戶的所有負荷都從電網切除。PPI 可用來表示用戶的相應技術潛力。PPI低，意味著該用戶當前較少有負荷削減機會，需要給其額外的技術支持、 指導與信息或採用更高級的實現技術。PPI與用戶規模結合起來，可以考察不同負荷類型用戶的相對負荷削減潛力。

指標評價的結果表明了資源的可靠性，它為ISO提供了僅根據用戶的承諾來判斷這些可調度資源可靠性的一種方法。性能指標越高，負荷削減作為應對峰荷事故的手段越可靠，為取得總體削減效果所需的參與用戶越少，交易成本與管理成本也越少。