一種綜合空調(diào)負(fù)荷模型及其建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)負(fù)荷建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種綜合空調(diào)負(fù)荷的建模方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代社會，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，空調(diào)負(fù)荷的比例日趨增大，在夏季的局部地區(qū)占 比很大，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了潛在的危害。另外，近年來在整個空調(diào)負(fù)荷中，變頻 空調(diào)的比例不斷增大。在變頻器的作用下，相比于普通的定頻空調(diào)，變頻空調(diào)具有很多不同 特性，致使其負(fù)荷特性與常規(guī)空調(diào)差別很大，尤其是在電網(wǎng)電壓突然下降情況下的特性。
[0003] 現(xiàn)有空調(diào)類負(fù)荷相關(guān)文獻(xiàn)主要針對常規(guī)空調(diào)和變頻空調(diào)的動、靜態(tài)特性進(jìn)行了實(shí) 驗(yàn)研究，其中也不乏常規(guī)空調(diào)負(fù)荷建模的研究，但是針對變頻空調(diào)負(fù)荷的建模研究幾乎還 沒有?？傮w看來，之前的研究存在以下兩個問題，其一是沒有建立適用的變頻空調(diào)負(fù)荷模 型，考慮其在綜合空調(diào)負(fù)荷中的影響因素；其二是沒有建立適用的綜合空調(diào)負(fù)荷模型，并仿 真分析綜合空調(diào)負(fù)荷對實(shí)際電網(wǎng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對目前存在的問題，本發(fā)明提出一種綜合空調(diào)負(fù)荷的建模方法，它將同時考慮 常規(guī)空調(diào)和變頻空調(diào)在綜合空調(diào)負(fù)荷中的影響，能夠針對不同地區(qū)，不同空調(diào)使用情況進(jìn) 行準(zhǔn)確判斷，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種綜合空調(diào)負(fù)荷建模方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、建立常規(guī)空調(diào)負(fù)荷模型，具體為：
[0007] 采用靜態(tài)恒阻抗負(fù)荷加三階感應(yīng)電動機(jī)模型來描述常規(guī)空調(diào)負(fù)荷的動態(tài)特性，將 電動（Ml)機(jī)與靜態(tài)恒阻抗負(fù)荷（Z)并聯(lián)后接在110KV負(fù)荷母線上，再接在三繞組變壓器一 偵牝最后接入電網(wǎng)，三階感應(yīng)電動機(jī)模型如式（1)所示：
[0008]
CD
[0009] 其中，E' q、E'd分別為電動機(jī)q軸、d軸暫態(tài)電動勢，ω ^為電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，X為轉(zhuǎn) 子穩(wěn)態(tài)電抗，Id、Iq分別為電動機(jī)d軸、q軸電流，X'為轉(zhuǎn)子暫態(tài)電抗，T' d。為轉(zhuǎn)子繞組時 間常數(shù)，T1轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，T E、Tm分別為機(jī)械負(fù)載力矩和電磁力矩；
[0010] 定子電流方程如式⑵所示，
[0011] (2) LlN 丄UOldS/d/ A I ^ Z/0 JM
[0012] ；
[0013] 子電阻和電抗，I為轉(zhuǎn)子電抗， Xm為勵磁電抗，U q、Ud*別為電動機(jī)端電壓的q軸、d軸分量，A、B、C為機(jī)械轉(zhuǎn)矩系數(shù)，T M。為 初始機(jī)械轉(zhuǎn)矩，s。為初始轉(zhuǎn)子滑差；
[0014] 步驟2、建立變頻空調(diào)負(fù)荷模型，具體為：
[0015] 電動機(jī)仍然采用三階感應(yīng)電動機(jī)模型，靜態(tài)部分用恒有功負(fù)荷（P)表示，無功部 分歸算到電動機(jī)（M2)中，在負(fù)荷母線上還包含有虛擬靜態(tài)負(fù)荷（Q)和虛擬電容器（C)，模型 結(jié)構(gòu)為將電動機(jī)（M2)與靜態(tài)恒有功負(fù)荷（P)、虛擬靜態(tài)負(fù)荷（Q)、虛擬電容器（C)并聯(lián)，接 在IlOkv負(fù)荷母線上，再接在三組變壓器的一側(cè)，進(jìn)而接入電網(wǎng)；
[0016] 步驟3、以常規(guī)空調(diào)模型和變頻空調(diào)模型為基礎(chǔ)建立綜合空調(diào)負(fù)荷模型，具體為：
[0017] 將常規(guī)空調(diào)負(fù)荷和變頻空調(diào)負(fù)荷并聯(lián)，其中電動機(jī)仍然采用三階感應(yīng)電動機(jī)模 型，靜態(tài)部分為常規(guī)空調(diào)的靜態(tài)恒阻抗負(fù)荷（Z)和變頻空調(diào)的恒有功負(fù)荷（P)，以及用于調(diào) 節(jié)變頻空調(diào)無功特性的虛擬靜態(tài)負(fù)荷（Q)和虛擬電容器（C)，模型結(jié)構(gòu)為將常規(guī)空調(diào)模型 中的電動機(jī)（M 1)、靜態(tài)恒阻抗負(fù)荷（Z)與變頻空調(diào)模型中的電動機(jī)（M2)、靜態(tài)恒有功負(fù)荷 (P)、虛擬靜態(tài)負(fù)荷（Q)以及虛擬電容器（C)并聯(lián)，接在110KV負(fù)荷母線上，然后再接在三繞 組變壓器的一側(cè)，最后接入電網(wǎng)。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能單獨(dú)分析常規(guī)空調(diào)和變頻空調(diào)，也能綜合分析兩 者不同構(gòu)成比例下的情況，可以針對不同地區(qū)，不同空調(diào)使用情況，適用性很強(qiáng)
【附圖說明】
[0019] 圖1為常規(guī)空調(diào)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為變頻空調(diào)結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ] 圖3為變頻空調(diào)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖4為綜合空調(diào)負(fù)荷建模流程；
[0023] 圖5(a)為常規(guī)空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的網(wǎng)測電壓變化曲線圖；
[0024] 圖5(b)為常規(guī)空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的常規(guī)空調(diào)有功響應(yīng)曲線圖；
[0025] 圖5(c)為常規(guī)空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的常規(guī)空調(diào)無功響應(yīng)曲線圖；
[0026] 圖6(a)為變頻空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的網(wǎng)測電壓變化曲線圖；
[0027] 圖6(b)為變頻空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的常規(guī)空調(diào)有功響應(yīng)曲線圖；
[0028] 圖6(c)為變頻空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的常規(guī)空調(diào)無功響應(yīng)曲線圖；
[0029] 圖7(a)為常規(guī)空調(diào)為主占比時綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的綜合空調(diào)網(wǎng)測電 壓變化曲線圖；
[0030] 圖7為（b)為常規(guī)空調(diào)為主占比時綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的綜合空調(diào)有功 響應(yīng)曲線圖；
[0031] 圖7為（c)為常規(guī)空調(diào)為主占比時綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的綜合空調(diào)無功 響應(yīng)曲線圖；
[0032] 圖8(a)為變頻空調(diào)為主占比時綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的綜合空調(diào)網(wǎng)測電 壓變化曲線圖；
[0033] 圖8 (b)為變頻空調(diào)為主占比時綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的綜合空調(diào)有功響 應(yīng)曲線圖；
[0034] 圖8 (C)為變頻空調(diào)為主占比時綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線中的綜合空調(diào)無功響 應(yīng)曲線圖；
[0035] 圖9為綜合空調(diào)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0037] 如圖1-圖9所示，一種綜合空調(diào)負(fù)荷建模方法，具體包括以下步驟：
[0038] 常規(guī)空調(diào)負(fù)荷，根據(jù)原理近似于異步電動機(jī)拖動負(fù)荷?？紤]到空調(diào)的其它外圍器 件，采用靜態(tài)恒阻抗負(fù)荷Z加動態(tài)異步電動機(jī)的經(jīng)典負(fù)荷模型CLM(Classi C Load Model) 來描述其動態(tài)特性，其中異步電動機(jī)模型選用三階感應(yīng)電動機(jī)模型，三階感應(yīng)電動機(jī)模型 如下式（1)所示。常規(guī)空調(diào)負(fù)荷模型如附圖1所示，電動機(jī)Ml與靜態(tài)恒阻抗負(fù)荷Z并聯(lián)后 接在IlOkV負(fù)荷母線上，再接在三繞組變壓器的一側(cè)，接入電網(wǎng)進(jìn)行分析
[0039]
CO
[0040] 其中，E' q、E'd分別為電動機(jī)q軸、d軸暫態(tài)電動勢，ω ^為電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，X為轉(zhuǎn) 子穩(wěn)態(tài)電抗，Id、Iq分別為電動機(jī)d軸、q軸電流，X'為轉(zhuǎn)子暫態(tài)電抗，T' d。為轉(zhuǎn)子繞組時 間常數(shù)，T1轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，T E、Tm分別為機(jī)械負(fù)載力矩和電磁力矩；
[0041] 定子電流方程如式（2)所示，
[0042] ⑵
[0043]
[0044] 子電阻和電抗，轉(zhuǎn)子電抗， Xm為勵磁電抗，U q、Ud*別為電動機(jī)端電壓的q軸、d軸分量，A、B、C為機(jī)械轉(zhuǎn)矩系數(shù)，T M。為 初始機(jī)械轉(zhuǎn)矩，s。為初始轉(zhuǎn)子滑差；
[0045] 基于上述常規(guī)空調(diào)負(fù)荷模型，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓在1.5s時分別跌落5%，10%，15%， 20%，常規(guī)空調(diào)的動態(tài)響應(yīng)曲線如圖5所示。圖5(a)中分別為不同電壓跌落情況，常規(guī)空 調(diào)吸收的有功和無功響應(yīng)曲線分別如圖5(b)和圖5(c)所示。根據(jù)該模型的有功和無功動 態(tài)響應(yīng)曲線擬合異步電動機(jī)比例（Pnip)、初始負(fù)載率og和定子電抗（xs)三個重點(diǎn)參數(shù)，得 出的結(jié)果如表1 (電動機(jī)其余參數(shù)取典型值）：
[0046] 表 1
[0047]
[0048] 由圖可見，當(dāng)網(wǎng)側(cè)發(fā)生一定幅度的電壓跌落時，常規(guī)空調(diào)需要一定的無功支持，這 對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定較為不利。
[0049] 研究表明，采用異步電動機(jī)加恒阻抗Z的經(jīng)典負(fù)荷模型CLM可以較好的反應(yīng)常規(guī) 空調(diào)負(fù)荷特性。
[0050] 步驟二、建立變頻空調(diào)負(fù)荷模型
[0051] 變頻空調(diào)的結(jié)構(gòu)簡圖如附圖2所示，其是根據(jù)環(huán)境溫度與設(shè)定溫度的差值，通過 變頻器控制制冷功率，從而達(dá)到控制室溫的目的。因而，在電網(wǎng)頻率不變的情況下，其制冷 功率與電網(wǎng)電壓小幅波動無關(guān)，接近于恒功率特性。變頻空調(diào)整流環(huán)節(jié)多用不可控二極管 的方式，因此從電網(wǎng)吸收的無功是不可控的。
[0052] 變頻空調(diào)負(fù)荷仍然采用經(jīng)典負(fù)荷模型CLM結(jié)構(gòu)。因變頻空調(diào)負(fù)荷中電動機(jī)與常規(guī) 空調(diào)負(fù)荷電動機(jī)相同，故