建筑工程电气负荷中心矢量计算方法及变电所设计方法技术

本发明专利技术提供了一种建筑工程电气负荷中心矢量计算方法，利用最小负荷矩法量化计算电气负荷中心，获得变电所的最佳理论位置，具体包括(1)设定该计算方法的计算前提：电气线路都是按照三个轴线敷设的；(2)对于不完全平衡的系统，按照经纬柱网下最佳负荷中心的坐标点(x,y,z)将分别落在某些负荷的轴线对应的坐标点上的规律，除了完全平衡的系统，把一组负荷分解到三个轴线的坐标系中，找到一个点，所有负荷到这一个点上的负荷矩之和是最小，从而获得的这一个点就是系统的最佳负荷中心，其坐标点对应变电所的最佳理论位置。还公开了基于此方法的变电所设计方法，确定科学的变电所供电面积和负荷容量，克服了变电所容量过大，单台容量过大，系统过于集中，能耗损失的问题，结合负荷分布状态，形成多个小容量变电所供电的系统供电思路。

【技术实现步骤摘要】
建筑工程电气负荷中心矢量计算方法及变电所设计方法
本专利技术涉及电力系统
，特别是涉及一种电气负荷中心矢量计算方法以及根据该计算方法确定变电所数量和位置的方法。
技术介绍
变电所设计属于电气系统设计，其目的在于通过负荷分析，设立合适的电气系统，寻找出系统最小的总负荷矩，以达到节能目的。通常将变电所设置在负荷中心，可减少配电损耗，线路压降最小化，即电能效率最高。既往的变电所设计存在如下缺点：(1)对于负荷中心仅仅是定性的分析，没有定量的计算；(2)即使存在粗略的定量计算，其方法的准确性也是有待确定。具体来说，现有技术通常使用负荷重心法，负荷中心究竟是否应该按照负荷的相对重心来计算，需要具体分析一下。1)负荷重心法：IEC60364-8附录中提出的是负荷的重心作为负荷的中心。如图1所示，在区域内的负荷的容量及位置分别为：L1(x1,y1,z1)；L2(x2,y2,z2),；L3(x3,y3,z3)….则负荷中心坐标位置为:(X,Y,Z)＝(L1*(x1,y1,z1)+L2*(x2,y2,z2)+L3*(x3,y3,z3))+...)/(L+L2+L3+...)从图1分析中显示的是当三个负荷相等时，负荷中心在三角形的重心上。具体计算如下：用电量分别为3个80kWh在一个平面上的负荷，计算它们的负荷中心，见图1：负荷L1:80kWh(1,1,0),负荷L2:80kWh(9,9,0)负荷L3:80kWh(20,5,0)负荷中心坐标：(x,y,z)＝(80*(1,1,0)+80*(9,9,0)+80*(20,5,0)/(80+80+80)＝(10,5,0)见图1B点。从图2分析中显示的是当三个负荷不同时，负荷中心考虑负荷的不同容量，三角形的重心位置有所调整。具体计算如下：用，电量不同的3个负载，计算它们的负荷重心，见图2：负荷L1:80kWh(1,1,0)负荷L2:80kWh(9,9,0)负荷L3:320kWh(20,5,0)该负荷中心坐标是：(x,y,z)＝(80*(1,1,0)+80*(9,9,0)+320*(20,5,0)/(80+80+320)＝(15,5,0)见图2B点。从附图1分析中显示的是当三个负荷相等时，负荷中心在三角形的重心上。附图2分析中显示的是当三个负荷不同时，负荷中心考虑负荷的不同容量，三角形的重心位置有所调整。参见图1和3，仍以上面的三角形负荷为例子，当三个顶点负荷相同，如果按照重心法，则负荷中心应该在B点(10,5,0)，但如果考虑一点到三个顶点的距离之和最短，应该是这个三角形的费马点A点(9.1247,8.4361,0)。因此可以证明重心点B并不是距离三个顶点距离和最短的一点A点。只有正三角形重心点与费马点才会重叠。再以一个数轴上的例子为例，参见图4，如果数轴上两点上各有负荷L1，L2，当两负荷相等时，负荷中心按照一般技术人员的直觉在两点的中心处，如果L2负荷是L1的4倍时，则负荷中心应该是离L2比较近的1/4处。实际上如果两点上负荷一样，其实变电所设在L1、L2之间的任意一点效果都是一样的，如果两点负荷不一样，变电所设在负荷大的L2上，而不是在离L2比较近的1/4处，参见图5。负荷中心一般是总负荷矩最小所在点，但是通过附图1-5的说明看到，当前的负荷中心计算方法(也即重心法)并不是总负荷矩最小，因此可以得出，计算电气负荷的中心不应该按照重心法去计算。另外，对于变电所的设计，变电所的位置决定了低压配电系统电缆的长度和截面积，过去的做法是按建筑物的面积，负荷的分布以及需求功率等因素确定变电所的位置及数量，这些因素之间的关联复杂且难以计算，而传统的计算电气负荷的中心的重心计算法是不准确的，不能用于指导变电所的设计。因此，需要新方法以确定电气负荷中心。
技术实现思路
据此，专利技术人提出了最小负荷矩法，也即应该找到一种新的矢量计算方法，找到一个点：各负荷到此点的负荷乘于距离(负荷矩)之和最小，而且除非系统完全平衡，最小负荷矩的坐标总是落在某一个负荷的负荷数轴坐标上。本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种建筑工程电气负荷中心矢量计算方法及基于该方法的变电所设计方法，该设计方法中所使用的建筑工程电气负荷中心的矢量计算方法按照系统最小负荷矩计算获得，通过变电所单位负荷距的比对，确定科学的变电所供电面积和负荷容量，克服了目前变电所容量过大，变压器单台容量过大，系统过于集中，造成能耗损失的问题，结合负荷分布状态，形成多个小容量变电所供电的系统供电思路。本专利技术的目的在于提供一种用于确定建筑工程的电气负荷中心的方法，其特征在于包括如下步骤：找到一个点，所有负荷到这一个点上的负荷矩之和是最小的，这一个点即为建筑工程的电气负荷中心。优选地，所述方法为矢量计算方法，所述步骤包括：(1)根据现有建筑物多为经纬柱网形式的特征，设定该计算方法的计算前提：电气线路都是按照三个轴线敷设的；(2)对于不完全平衡的系统，按照经纬柱网下最佳负荷中心的坐标点(x,y,z)将分别落在某些负荷的轴线对应的坐标点上的规律，除了完全平衡的系统，把一组负荷分解到三个轴线x轴，y轴或z轴的坐标系中，找到一个点，所有负荷到这个点上的负荷矩之和是最小的，从而获得的这个点就是电气负荷中心，其坐标点对应变电所的最佳理论位置。本专利技术的目的还在于提供一种基于建筑工程电气负荷中心计算方法的变电所设计方法，包括如下步骤：(1)利用所述方法量化计算出电气负荷中心，包括在所述建筑工程找到一个点，所有电气负荷到这一个点上的负荷矩之和是最小的，该点即为电气负荷中心，是变电所的最佳理论位置；(2)根据上述电气负荷中心以及划分的不同供电区域，设计多套变电所配置方案，计算每个配置方案中变电所区域各负荷到变电所的总负荷矩及平均负荷距，评估所设计的变电所的经济性，确定最终的变电所数量和位置。优选地，所述步骤(1)所述电气负荷指用电设备一年的用电量，所述用电量包含设备的工作制，所述工作制包括长时工作制、短时工作制和瞬时工作制。优选地，所述步骤(1)包括：(1-1)利用建筑信息模型系统(BIM)，定位每个配电箱为用电节点；(1-2)初步进行供电区域分化，区域内的用电节点通过建筑工程电气负荷中心矢量计算方法量化计算，得到理论的区域内的负荷中心坐标，也就是变电所的最佳理论位置，实际变电所的位置原则上应当尽量接近负荷中心的坐标位置。优选地，所述步骤(2)的经济性标准在于：负荷越集中在电气负荷中心，则系统的平均负荷距越小，系统能耗越低；变电所位置以及数量的不同，带来整个建筑的总负荷矩不同；负荷相同的系统，总负荷矩越小，系统越紧凑；其中所述平均负荷距定义为电气系统中各负荷到供电点的平均距离，即总负荷矩与总的负荷量的商。优选地，述步骤(2)经济性要素包括：(1)建筑面积与多中心的设置和加设分变电所的权衡；系统变压器台数、分变电所负荷开关柜数量、高压间隔数量带来的经济成本；低压电缆减少带来的成本节约。优选地，所述步骤(2)多套方案包括不同的变电所数量以及变电所的位置。优选地，所述设计方法不考虑应急负荷。本专利技术的目的还在于提供一种建筑工程，包括根据本专利技术所述方法设计的变电所。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定建筑工程的电气负荷中心的方法，其特征在于包括如下步骤：找到一个点，所有负荷到这一个点上的负荷矩之和是最小的，这一个点即为建筑工程的电气负荷中心。

【技术特征摘要】
1.一种用于确定建筑工程的电气负荷中心的方法，其特征在于包括如下步骤：找到一个点，所有负荷到这一个点上的负荷矩之和是最小的，这一个点即为建筑工程的电气负荷中心。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法为矢量计算方法，所述步骤包括：(1)根据现有建筑物多为经纬柱网形式的特征，设定该计算方法的计算前提：电气线路都是按照三个轴线敷设的；(2)对于不完全平衡的系统，按照经纬柱网下最佳负荷中心的坐标点(x,y,z)将分别落在某些负荷的轴线对应的坐标点上的规律，除了完全平衡的系统，把一组负荷分解到三个轴线x轴，y轴或z轴的坐标系中，找到一个点，所有负荷到这个点上的负荷矩之和是最小的，从而获得的这个点就是电气负荷中心，其坐标点对应变电所的最佳理论位置。3.一种基于权利要求1或2所述方法的变电所设计方法，其特征在于包括如下步骤：(1)利用所述方法量化计算出电气负荷中心，包括在所述建筑工程找到一个点，所有电气负荷到这一个点上的负荷矩之和是最小的，该点即为电气负荷中心，是变电所的最佳理论位置；(2)根据上述电气负荷中心以及划分的不同供电区域，设计多套变电所配置方案，计算每个配置方案中变电所区域各负荷到变电所的总负荷矩及平均负荷距，评估所设计的变电所的经济性，确定最终的变电所数量和位置。4.根据权利要求3所述的变电所设计方法，其特征在于：所述步骤(1)所述电气负荷指用电设备一年的用电量，所述用电量包含设备的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：王漪，胡明，李亮，胡剑辉，
申请(专利权)人：中国中元国际工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11