一種基于典型負荷群的電力系統(tǒng)負荷建模方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)及其自動化領域，尤其是涉及一種基于典型負荷群的電力系 統(tǒng)負荷建模方法。
【背景技術】
[0002] 大量的計算與試驗結果表明：負荷模型對電力系統(tǒng)動態(tài)行為的計算結果影響很 大，對潮流計算、短路計算、安全分析、電壓穩(wěn)定性等也有一定影響。在臨界情況下，還有可 能從根本上改變定性的結論。
[0003] 動態(tài)機理模型因其概念清晰，適用性強在實際工程中獲得了廣泛應用。目前我國 各級電網中的動態(tài)負荷模型均采用固定比例的電動機并聯(lián)靜態(tài)負荷，其中電動機大多采用 典型參數(shù)。一般采用的典型參數(shù)的來源有兩類，一類是IEEE負荷工作組推薦的典型電動機 參數(shù)，另一類是我國電機工程協(xié)會的推薦。在實際應用中，采用統(tǒng)一的典型參數(shù)可能影響仿 真精確度：典型電動機僅包含有限幾類，如IEEE分為7類，但實際節(jié)點負荷構成可能更復 雜，因此，典型電動機參數(shù)不能很好地反映某個特定地區(qū)節(jié)點負荷的動態(tài)行為。所以，找到 能正確反映特定地區(qū)節(jié)點動態(tài)特性的異步電動機參數(shù)具有重要意義。
[0004] 常用的建模方法有統(tǒng)計綜合法和總體測辨法。統(tǒng)計綜合法的優(yōu)點是無需進行現(xiàn)場 實測和試驗，物理模型清晰，概念明確，適用性較強。目前統(tǒng)計綜合法的一般做法是對待建 模節(jié)點下屬的網絡，負荷構成進行數(shù)據(jù)收集，然后在經過負荷分類、綜合等工作，最后得到 該節(jié)點的負荷模型及參數(shù)，工作量巨大且建模精度一般。如何在保證一定模型精度的條件 下簡化建模工作量對負荷建模工作實用化有重大意義。
[0005] 總體測辨法不依賴于用戶統(tǒng)計資料，具有簡單實用的特點，但它需要在節(jié)點安裝 相應的測量裝置，辨識得到的元件參數(shù)不能很好地解釋實際情況，不易被現(xiàn)場人員接受。在 有條件取得量測裝置數(shù)據(jù)的節(jié)點，如何結合兩種建模方法，取長補短，建立一種既方便操 作，又能獲得準確實用的節(jié)點負荷模型的建模方法也是一項很有意義的工作。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種基于典型負荷 群的電力系統(tǒng)負荷建模方法。
[0007] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0008] -種基于典型負荷群的電力系統(tǒng)負荷建模方法，包括步驟：
[0009] 1)建立典型負荷群模型：根據(jù)節(jié)點負荷信息生成典型負荷群模型；
[0010] 2)建立節(jié)點負荷模型：根據(jù)典型負荷群模型參數(shù)和各典型負荷群的占比，加權聚 合得到節(jié)點負荷模型參數(shù)，并基于此建立節(jié)點負荷模型。
[0011] 所述典型負荷群包括工業(yè)負荷群、居民負荷群和商業(yè)負荷群，且步驟1)具體包括 步驟：
[0012] 11)載入節(jié)點負荷信息，劃分典型負荷群，并確定典型負荷群構成；
[0013] 12)采用ETAP對各典型負荷群進行仿真，獲取節(jié)點的注入功率電壓響應特性；
[0014] 13)建立典型負荷群模型，并確定其模型參數(shù)。
[0015] 所述典型負荷群模型由ZIP靜態(tài)負荷子模型和異步電動機子模型組成，
[0016] 所述ZIP靜態(tài)負荷子模型為：
[0019] 其中：PjPQs分別為靜態(tài)負荷的有功功率和無功功率，Ps。，Qs。為分別為靜態(tài)負荷 有功功率和無功功率的初始值，U為節(jié)點電壓，U。為節(jié)點電壓的初始值，ap，bp，cp，aq，bq，cq為 典型負荷群模型參數(shù)的靜態(tài)負荷參數(shù)，且ap+bp+cp=l、aq+bq+cq= 1，
[0020] 所述異步電動機子模型采用三階模型。
[0021] 所述典型負荷群模型參數(shù)還包括：
[0022] 電動機負荷參數(shù)：RS為定子電阻，Xs為定子電抗，X"為勵磁電抗，XΛ轉子電抗，L 為轉子電阻，Η電動機慣性時間常數(shù)，Α為機械負荷轉矩中與轉速平方成正比部分的占比，Β 為機械負荷轉矩中與轉速成正比部分的占比，
[0023] 動靜比例系數(shù)kP和電動機負荷率系數(shù)kp
[0024] 所述典型負荷群模型參數(shù)中ap，bp，cp，aq，bq，cq，Rs，X"，LA，B采用經驗值， Xs，LH，kP，&采用遺傳算法辨識得到。
[0025] 所述步驟2)具體包括步驟：
[0026] 21)載入和各典型負荷群的占比以及配電網等值壓降；
[0027] 22)加權聚合得到節(jié)點負荷模型參數(shù)，具體為：
[0028]
[0030]其中：pSm。，PkS&k，S。為節(jié)點注入功率，kP,k為第k個典 型負荷群模型的動靜比例系數(shù)，Pk為第k個典型負荷群的占比，kuk為第k個典型負荷群 模型的電動機負荷率系數(shù)，Hk為第k個典型負荷群模型的電動機慣性時間常數(shù)，RSik為第k個典型負荷群模型的定子電阻，XSik為第k個典型負荷群模型的定子電抗，X^為第k個典 型負荷群模型的勵磁電抗?第k個典型負荷群模型的轉子電抗，Ru為轉子電阻，AkS 第k個典型負荷群模型的機械負荷轉矩中與轉速平方成正比部分的占比，Bk為機械負荷轉 矩中與轉速成正比部分的占比，為PkSQkP,k/kuk;
[0031] 23)基于獲得的節(jié)點負荷模型參數(shù)建立節(jié)點負荷模型。
[0032] 所述各典型負荷群的占比以及配電網等值壓降由故障錄波器測量得到。
[0033] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0034] 1)相對于目前仿真中采用的典型負荷參數(shù)，采用多種典型負荷群的加權聚合獲取 節(jié)點負荷模型參數(shù)的負荷參數(shù)，因此節(jié)點有功電壓響應特性和無功電壓響應特性更接近實 測情況。
[0035] 2)典型負荷群設計為工業(yè)負荷群、居民負荷群和商業(yè)負荷群三種，可以在保證精 度的同時，最大限度地減小計算量。
[0036] 3)典型負荷群模型由ZIP靜態(tài)負荷子模型和異步電動機子模型，此種建模方式技 術成熟，簡單方便。
[0037] 4)典型負荷群模型參數(shù)中，僅對靈敏度高的參數(shù)進行辨識，其余參數(shù)采用典型值， 可以進一步在不影響精度的如提下提尚建t旲效率。
[0038] 5)各典型負荷群的占比以及配電網等值壓降由故障錄波器測量得到，功率電壓響 應曲線與實測曲線的吻合度更高，在有條件獲取節(jié)點實測數(shù)據(jù)時，應該采用實測數(shù)據(jù)對統(tǒng) 計獲取的節(jié)點負荷模型進行修正。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明的主要步驟流程示意圖；
[0040] 圖2為異步電動機模型電路示意圖；
[0041] 圖3為改進遺傳算法參數(shù)辨識步驟流程示意圖；
[0042] 圖4為節(jié)點負荷_旲型電路不意圖；
[0043] 圖5 (a)為地區(qū)典型居民負荷群功率響應特性；
[0044] 圖5 (b)為地區(qū)典型商業(yè)負荷群功率響應特性；
[0045] 圖5 (c)為地區(qū)典型工業(yè)負荷群功率響應特性；
[0046] 圖6為本申請方法和現(xiàn)有技術相比節(jié)點負荷模型功率響應特性示意圖；
[0047] 圖7為本實施例中情況1和情況2節(jié)點負荷模型功率響應特性對比示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0049] -種基于典型負荷群的電力系統(tǒng)負荷建模方法，包括步驟：
[0050] 1)建立典型負荷群模型：根據(jù)節(jié)點負荷信息生成典型負荷群模型；
[0051] -般而言，可將地區(qū)負荷群分為工業(yè)負荷、商業(yè)負荷和居民負荷和特殊負荷四類， 其典型構成如表1所示。工業(yè)負荷指為工廠供電負荷，其中50%以上為電動機負荷，以異步 電動機為主。商業(yè)負荷指為商業(yè)大樓或商業(yè)區(qū)塊的負荷，其中空調和照明負荷占比大，空調 可達40%-50%。居民負荷指居民居住區(qū)的負荷，荷主要由照明和家用電器組成，以家用電 器負荷為主，夏天以空調（單體）為主，冬天以空調和取暖器為主。特殊負荷主要是指主動 負荷，如電動汽車，和沖擊負荷，如冶煉和電氣化鐵路等。各地區(qū)可根據(jù)地區(qū)負荷特點及建 模需要劃分亞群，例如工業(yè)負荷，可按負荷性質進一步劃分。特殊負荷一般單獨建模，本申 請針對一般節(jié)點建模，因此模型中不包括特殊負荷。
[0052] 表 1
[0053]
[0055] 步驟1)具體包括步驟：
[0056] 11)載入節(jié)點負荷信息，劃分典型負荷群，并確定典型負荷群構成；
[0057] 12)采用ETAP對各典型負荷群進行仿真，獲取節(jié)點的注入功率電壓響應特性；
[0058] 在ETAP軟件中對調研得到的典型負荷群進行仿真，得到負荷群節(jié)點的功率電壓 響應特性P(U)和Q(U)。
[0059] 13)建立典型負荷群模型，并確定其模型參數(shù)。工業(yè)負荷群、商業(yè)負荷群和居民負 荷群均可表示成由一組ZIP靜態(tài)負荷和異步電動機（三階模型）組合而成。
[0060] 靜態(tài)負荷用ZIP模型表示，如式（1)所示：
[0063] 其中：PjPQs分別為靜態(tài)負荷的有功功率和無功功率，Ps。，Qs。為分別為靜態(tài)負荷 有功功率和無功功率的初始值，U為節(jié)點電壓，U。為節(jié)點電壓的初始值，ap，bp，cp，aq，bq，cq為 典型負荷群模型參數(shù)的靜態(tài)負荷參數(shù)，其中ap，bp，％為有功電壓相關系數(shù)，aq，bq，cq為無功 電壓相關系數(shù)，且ap+bp+cp=l、aq+bq+cq= 1，
[0064] Ps。，Qs。計算式如式⑵，
[0065] PsQ=P〇X(1-kp'）
[0066] (2)
[0067] Qs〇=Q〇X(1-V)
[0068] 其中：P。，Q。分別為節(jié)點注入的總有功功率和無功功率，kP'為節(jié)點總負荷中電動 機所占比例。
[0069] 異步電動機構成如圖2所示，采用三階模型，xy坐標系統(tǒng)時，模型可用公式（3)~ (5)表不。
[0074]上述公式中，除ωΒ= 2 31fB= 1〇〇π、時間t及慣性時間常數(shù)Η外，均采取以電動 機額定容量為基準的標幺值：
[0076] 其中：Srt=S"kp是穩(wěn)態(tài)時的電動機注入功率，h為負荷率。
[0077] 綜上，典型負荷群模型中的參數(shù)包括：
[0078]靜態(tài)負荷參數(shù)：ap，bp，cp和aq，bq，cq，
[0079]電動機負荷參數(shù)：Rs，Xs，X"，Xr，Rr，H，A，B
[0080] 動靜比例系數(shù)kP和電動機負荷率系數(shù)
[0081] 上述參數(shù)中，電動機負荷參數(shù)各自的含義分別為：RS為定子電阻，Xs為定子電抗， Xm為勵磁電抗，X為轉子電抗，R為轉子電阻，Η電動機慣性時間常數(shù)，A為機械負荷轉矩中 與轉速平方成正比部分的占比，B為機械負荷轉矩中與轉速成正比部分的占比。
[0082] 暫態(tài)負荷模型中，靜