仍然采用步驟一中的三階感應(yīng)電動機(jī)模型。在電網(wǎng)頻率不變的情 況下，變頻空調(diào)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，因此變頻空調(diào)模型 結(jié)構(gòu)中靜態(tài)部分可用恒有功負(fù)荷P表示，無功部分歸算到電動機(jī)M2中；同時考慮到其無功 調(diào)節(jié)特性，在負(fù)荷母線上還包含有虛擬靜態(tài)負(fù)荷Q和虛擬并聯(lián)電容器C，在穩(wěn)態(tài)運行點附近 靜態(tài)負(fù)荷Q吸收的無功近似與電容器C補(bǔ)償?shù)臒o功Q。相抵消，Q= cocU2= Q。，其中ω = 2 π f，其中Q為靜態(tài)負(fù)荷Q的電量，c為虛擬電容器C的電容，ω為電動機(jī)角速度，f為交流 電變化頻率，U為母線電壓。變頻空調(diào)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)如附圖3所示，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，再接在三繞組變壓 器的一側(cè)，接入電網(wǎng)進(jìn)行分析。
[0053] 與常規(guī)空調(diào)相似，在PSCAD平臺下建立變頻空調(diào)的詳細(xì)模型，得到相應(yīng)的動態(tài)仿 真曲線如圖6所示。由圖6(b)可見，網(wǎng)側(cè)電壓下降后，變頻空調(diào)的有功需求突降。經(jīng)過一 定延時后，逆變器的控制器動作，有功功率需求補(bǔ)償抬升，抬升后的值略小于原值，總體與 前穩(wěn)態(tài)相比近似不變。由圖6(c)可見，網(wǎng)側(cè)電壓下降后，變頻空調(diào)的無功需求也突降。逆 變器的控制器動作后，無功功率抬升，且抬升后的數(shù)值高于正常電壓下的無功數(shù)值?？梢?， 變頻空調(diào)與常規(guī)空調(diào)的特性是完全不同的，就其靜態(tài)特性而言，在電網(wǎng)電壓下降一定幅度 的情況下，有功消耗近似于恒功率。電壓跌落幅度越大，后穩(wěn)態(tài)消耗的無功越大，甚至超過 額定值，即無功功率具有較大的負(fù)調(diào)節(jié)特性。
[0054] 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 (IQ和定子電抗（X s)三個重點參數(shù)，得出的結(jié)果如表2(電動機(jī)其余參數(shù)取典型值，同步驟 一）：
[0055] 表 2
[0056] CN 105138737 A m ~P 5/6 頁
[0057] 研究表明，采用異步電動機(jī)加恒功率P，再并聯(lián)虛擬靜態(tài)負(fù)荷Q和虛擬并聯(lián)電容器 C的變頻空調(diào)負(fù)荷模型可以較好的反應(yīng)變頻空調(diào)負(fù)荷特性。
[0058] 步驟三：建立綜合空調(diào)負(fù)荷模型并擬合綜合空調(diào)參數(shù)。
[0059] 結(jié)合以上常規(guī)空調(diào)負(fù)荷和變頻空調(diào)負(fù)荷各自的模型，將兩種空調(diào)負(fù)荷并聯(lián)，提出 一種綜合空調(diào)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)。綜合空調(diào)負(fù)荷模型，其結(jié)構(gòu)仍采用經(jīng)典負(fù)荷模型CLM，其中電 動機(jī)仍然采用步驟一中的三階感應(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和虛擬并 聯(lián)電容器C，其中Q = cod]2= Q。，ω = 231 f，f為交流電變化頻率，U為母線電壓。具體結(jié) 構(gòu)如摘要附圖所示，常規(guī)空調(diào)模型中的電動機(jī)M1、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、虛擬電容器C并聯(lián)，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。
[0060] 在PSCAD平臺中，將常規(guī)空調(diào)和變頻空調(diào)，按兩種占比，20%變頻空調(diào)+80%常規(guī) 空調(diào)、80 %變頻空調(diào)+20 %常規(guī)空調(diào)，接入同一母線。圖7 (a)-圖7 (c)為常規(guī)空調(diào)為主占比 時（即20%變頻空調(diào)+80%常規(guī)空調(diào)）的綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線，圖8(a) -圖8(c)為 變頻空調(diào)為主占比時（即80%變頻空調(diào)+20%常規(guī)空調(diào)）的綜合空調(diào)負(fù)荷動態(tài)特性曲線。 可見，綜合空調(diào)負(fù)荷中變頻空調(diào)比例較小時，總的特性接近常規(guī)空調(diào)的特性；綜合空調(diào)負(fù)荷 中常規(guī)空調(diào)比例較小時，總的特性接近變頻空調(diào)的特性，無功功率不受控，其后穩(wěn)態(tài)可能小 于初始值，如圖8 (c)中Ql，Q2;也可能大于初始值，如圖8 (c)中Q3, Q4。根據(jù)以上獲得的 動態(tài)響應(yīng)曲線，辨識兩種情況下異步電動機(jī)比例（Pnip)、初始負(fù)載率（KJ和定子電抗（X s)三 個重點參數(shù)（電動機(jī)其余參數(shù)取典型值，同步驟一）：
[0061]
[0062]
[0063] 可見，同樣采用經(jīng)典負(fù)荷模型CLM結(jié)構(gòu)去擬合，常規(guī)空調(diào)負(fù)荷與變頻空調(diào)負(fù)荷的 參數(shù)有明顯差異，常規(guī)空調(diào)負(fù)荷的電動機(jī)比例及初始負(fù)載率都較大，而定子電抗較小。采用 不同比例組合的綜合空調(diào)負(fù)荷模型參數(shù)介于兩種極端情況之間，且與組合比例相關(guān)。
[0064] 該綜合空調(diào)負(fù)荷模型可用于各地區(qū)不同類型空調(diào)負(fù)荷實際使用情況，并能仿真分 析綜合空調(diào)負(fù)荷對電網(wǎng)的影響，適用性較強(qiáng)，具有推廣應(yīng)用前景。
[0065] 綜上所述，本發(fā)明通過對常規(guī)空調(diào)和變頻空調(diào)的特性研究分析，驗證了常規(guī)空調(diào) 與變頻空調(diào)的功率響應(yīng)特性。常規(guī)空調(diào)負(fù)荷在電網(wǎng)電壓波動時，靜態(tài)特性近似恒阻抗，而變 頻空調(diào)近似恒功率。結(jié)合兩者不同的特性提出一種適用的綜合空調(diào)負(fù)荷模型，根據(jù)實際常 規(guī)空調(diào)與變頻空調(diào)的組成比例，得到對應(yīng)于不同地區(qū)實際空調(diào)使用情況下的綜合空調(diào)負(fù)荷 模型，并由動態(tài)響應(yīng)曲線辨識重點參數(shù)。該綜合空調(diào)負(fù)荷模型和建模方法能單獨分析常規(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)。
【主權(quán)項】
1. 一種綜合空調(diào)負(fù)荷建模方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 建立常規(guī)空調(diào)負(fù)荷模型，具體為： 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IlOKV負(fù)荷母線上，再接在三繞組變壓器一側(cè)，最 后接入電網(wǎng)，三階感應(yīng)電動機(jī)模型如式（1)所示：其中，E'q、E'd分別為電動機(jī)q軸、d軸暫態(tài)電動勢，O 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； 定子電流方程如式（2)所示，勵磁電抗，Uq、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； 2) 建立變頻空調(diào)負(fù)荷模型，具體為： 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)； 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： 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)（Ml)、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)。2. -種基于權(quán)利要求1所述的綜合空調(diào)負(fù)荷建模方法建立的綜合空調(diào)負(fù)荷模型，其特 征在于：該模型將常規(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)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)（Ml)、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IlOKV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)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種綜合空調(diào)負(fù)荷模型及其建模方法。綜合空調(diào)負(fù)荷，包括常規(guī)空調(diào)負(fù)荷和變頻空調(diào)負(fù)荷。由于二者工作原理的不同，使得綜合空調(diào)負(fù)荷的電氣特性區(qū)別于單一的常規(guī)空調(diào)和單一的變頻空調(diào)。本發(fā)明提出一種綜合空調(diào)負(fù)荷模型，在常規(guī)空調(diào)負(fù)荷模型和變頻空調(diào)負(fù)荷的模型基礎(chǔ)上建立，該綜合空調(diào)負(fù)荷模型和建模方法能單獨分析常規(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)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105138737
【申請?zhí)枴緾N201510463902
【發(fā)明人】周榮玲, 張正利, 陳謙, 鞠平, 余一平, 秦川, 金宇清
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月31日