基于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)研究

1、xx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目：基于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)研究 課 題 類(lèi) 別： 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：專(zhuān)業(yè)（全稱(chēng)）：指 導(dǎo) 教 師：2010年 4月一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：(1) 了解電力系統(tǒng)負(fù)荷建模重要性的基礎(chǔ)上， 掌握電力負(fù)荷模型的基本概念及分類(lèi)，重點(diǎn)掌握靜態(tài)負(fù)荷模型、動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型并建立綜合負(fù)荷的概念。(2) 了解電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的方法及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型。(3) 掌握感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及待辨識(shí)參數(shù)的物理意義。(4) 理解感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的三種綜合負(fù)荷模型對(duì)樣本進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，

2、以比較和分析這三種模型對(duì)實(shí)際綜合負(fù)荷的描述效果。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）：隨著我國(guó)主要電網(wǎng)互聯(lián)進(jìn)程的推進(jìn)，電網(wǎng)的復(fù)雜程度愈來(lái)愈高，其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性問(wèn)題愈來(lái)愈突出，負(fù)荷模型對(duì)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果的影響已變得不容忽視。在東北華北交流聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和東北華北聯(lián)網(wǎng)工程調(diào)試等工程項(xiàng)目的研究中，采用的負(fù)荷模型和參數(shù)嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的可信度，給決策方案的取舍帶來(lái)了一定困難。為了解決這一問(wèn)題，必須探索適用于我國(guó)現(xiàn)階段大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的負(fù)荷模型和建模方法。由于電力系統(tǒng)數(shù)字仿真已被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和研究等領(lǐng)域，數(shù)字仿真結(jié)果常常被作為相關(guān)決策的依據(jù)，因此仿真的準(zhǔn)

3、確度愈來(lái)愈受到重視。隨著研究的深入，最后將負(fù)荷模型從恒電流模型改成電動(dòng)機(jī)加上某種靜態(tài)負(fù)荷的模型后，仿真結(jié)果才與現(xiàn)場(chǎng)記錄相一致，這充分說(shuō)明目前用于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型或參數(shù)改進(jìn)而建立和使用基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的負(fù)荷模型具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 目前，負(fù)荷建模方法可歸納為兩類(lèi)，即統(tǒng)計(jì)綜合法和總體測(cè)辨法。在過(guò)去的 20 年中，對(duì)于采用上述兩種方法進(jìn)行負(fù)荷建模的研究已取得了許多成果。由于電網(wǎng)運(yùn)行水平越來(lái)越接近于極限以及大量電力電子設(shè)備的涌現(xiàn)，導(dǎo)致了20世紀(jì)7080年代建立的負(fù)荷模型已不適用于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。因此，電力系統(tǒng)負(fù)荷建模被列為重大研究課題之一，旨在建立更為精確的負(fù)荷模型以滿足電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)在線安全穩(wěn)定

4、評(píng)估的需要。綜觀國(guó)內(nèi)外近30多年來(lái)的研究成果，負(fù)荷建模工作主要集中在如下幾個(gè)方面：一是負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)的研究主要提出的模型分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型兩類(lèi)，靜態(tài)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)主要為冪函數(shù)和多項(xiàng)式負(fù)荷模型，具體有恒功率、恒阻抗、恒電流負(fù)荷模型及其綜合的zip模型以及發(fā)展的任意多項(xiàng)式模型、冪函數(shù)模型；動(dòng)態(tài)模型分為機(jī)理和非機(jī)理模型，機(jī)理模型又名感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有比例較大，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與控制有很大影響，更是主要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，也是本文研究的重點(diǎn)。同時(shí)由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型應(yīng)用廣泛，人們根據(jù)其不同的應(yīng)用領(lǐng)域和分析計(jì)算目的提出了多種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型根據(jù)所考慮的暫態(tài)過(guò)程不同可分為五階

5、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型、三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型和一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型。近來(lái),又有人提出了一階的電壓暫態(tài)模型。較詳細(xì)的模型是五階電磁暫態(tài)模型，它考慮了定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)特性以及轉(zhuǎn)子的機(jī)械暫態(tài)特性。當(dāng)忽略定子繞組的電磁暫態(tài)特性時(shí)可得到三階機(jī)電暫態(tài)模型。如果進(jìn)一步忽略轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)即可獲得一階機(jī)械暫態(tài)模型。二是模型參數(shù)的辨識(shí)算法的研究，負(fù)荷模型確定后的參數(shù)辨識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，其實(shí)質(zhì)是求解單純的數(shù)值優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷模型可采用求解非線性最小二乘問(wèn)題的牛頓法，也可采用各種求解非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題的方法。對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識(shí)包括算法和準(zhǔn)則，常用的準(zhǔn)則有最小二乘、最大似然、最小方差等。準(zhǔn)則確定后，參

6、數(shù)辨識(shí)問(wèn)題就變?yōu)榍竽硿?zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算問(wèn)題。尤其是遺傳算法13(ga)作為一種有效的全局直接搜索方法，具有求解過(guò)程與梯度信息無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和將復(fù)雜的非線性問(wèn)題經(jīng)過(guò)有效搜索和動(dòng)態(tài)演化而達(dá)到優(yōu)化狀態(tài)的特性，使得其在應(yīng)用于復(fù)雜問(wèn)題的優(yōu)化上具有很大的優(yōu)勢(shì)。因此，遺傳算法的提出為負(fù)荷建模的參數(shù)辨識(shí)開(kāi)辟了新途徑。三是負(fù)荷模型對(duì)仿真計(jì)算（尤其是暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算）結(jié)果以及運(yùn)行狀態(tài)的影響研究。四是不同激勵(lì)下負(fù)荷模型的適應(yīng)能力、負(fù)荷模型的在線辨識(shí)與等值、負(fù)荷模型參數(shù)的分散性、靈敏性和可辨識(shí)性及其等負(fù)荷模型實(shí)踐中發(fā)展的理論與方法問(wèn)題；五是負(fù)荷建模工程應(yīng)用平臺(tái)的研制。由于電力負(fù)荷具有復(fù)雜性、分散性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，建立完

7、全精確的負(fù)荷模型絕非易事，只有通過(guò)事故分析或?qū)嶒?yàn)結(jié)果進(jìn)行校核、分析和修正才能逐步建立切合實(shí)際的、合理的負(fù)荷模型。且由于統(tǒng)計(jì)綜合法和總體測(cè)辨法各有特點(diǎn)，應(yīng)充分發(fā)揮這兩種方法的優(yōu)勢(shì)，尤其要加快統(tǒng)計(jì)綜合法的研究步伐，在兩種方法之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，盡快建立適用于我國(guó)電力系統(tǒng)分析計(jì)算的負(fù)荷模型。根據(jù)各電網(wǎng)的實(shí)際情況和實(shí)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)研究適用于各電網(wǎng)的典型負(fù)荷模型，并通過(guò)專(zhuān)門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行修正、確認(rèn)是非常必要的。積極總結(jié)東北電網(wǎng)兩次大擾動(dòng)試驗(yàn)的仿真分析結(jié)果，開(kāi)展考慮配電網(wǎng)絡(luò)的 slm 在各區(qū)域電網(wǎng)的適用性研究，建立適用于全國(guó)聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算的負(fù)荷模型。三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）：本課

8、題要求在深入了解電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的方法及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型。難點(diǎn)在于分別采用三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型三種綜合負(fù)荷模型對(duì)樣本進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，以比較和分析這三種模型對(duì)實(shí)際綜合負(fù)荷的描述效果。研究手段通過(guò)負(fù)荷特性數(shù)據(jù)對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真分析，并利用matlab軟件編程進(jìn)行仿真。四、設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃： 第4-5周 收集國(guó)內(nèi)外關(guān)于靜態(tài)負(fù)荷動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的相關(guān)資料；第6-7周 建立感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型的基本概念和參數(shù)的辨識(shí)方法；第8-9周 分析綜合負(fù)荷模型在描述電力負(fù)荷時(shí)所具有的的優(yōu)點(diǎn)；第

9、10-11周 掌握綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及待辨識(shí)參數(shù)的物理意義；第12-13周 確定在利用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)時(shí)所要用到的辨識(shí)方法；第14-15周 建立模型并對(duì)模型進(jìn)行仿真分析；第16周 總結(jié)課題及設(shè)計(jì)成果。五、參考文獻(xiàn)：1 鞠平，電力系統(tǒng)負(fù)荷建模理論與實(shí)踐j，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23(19)：1-7。2 沈峰，電力負(fù)荷建模及其應(yīng)用的研究d，鄭州,鄭州大學(xué)，20053 賀仁睦，電力系統(tǒng)精確仿真與負(fù)荷模型實(shí)用化j，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004,28(16)：4-74 周文,賀仁睦,章健，電力負(fù)荷建模問(wèn)題研究綜述j，現(xiàn)代電力,1999,16(2)：83-895 衛(wèi)志農(nóng)，鞠平.電力負(fù)荷在

10、線建模方法j.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1995,15(6)：361-3686 鞠平，馬大強(qiáng)，電力系統(tǒng)負(fù)荷建模m，北京：水利電力出版社，1995，54-56。7 陳寶林，最優(yōu)化理論與算法m，北京：清華大學(xué)出版社，19938 金艷，綜合動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性的分類(lèi)與綜合研究d，南京，河海大學(xué)，20029 郭建，基于負(fù)荷導(dǎo)納模型的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究d，太原，太原理工大學(xué).200510鄭慧嬈，陳紹林，莫忠良，數(shù)值計(jì)算方法m,武漢：武漢大學(xué)出版社,200211 祝晶，基于統(tǒng)計(jì)綜合法的負(fù)荷建模理論和方法研究d，湖南：湖南大學(xué)，2006 12 james b. patton jovan ilic. aggregat

11、e load parameter identification using general regression neural networks. ieee trans on power systems.1999,13(2)：663-66813張紅斌，電力系統(tǒng)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)與參數(shù)辨識(shí)的研究d，華北電力，2003。14張紅斌，湯涌，張東霞，侯俊賢，負(fù)荷建模技術(shù)的研究現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展方向j， 北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2007 15 鞠平，潘學(xué)萍，韓敬東，三種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型的比較j，南京：河海大學(xué)，199916 general electric company.load modeling fo

12、r power flow and transient stability computer studies. epri report el-5003,january 1987.(the four lames;loadsyn computer program).指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽名： 月 日教研室（學(xué)術(shù)小組）意見(jiàn)教研室主任（學(xué)術(shù)小組長(zhǎng)）（簽章）：月 日 目 錄摘 要2第一章 緒 論211 研究背景212 電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的重要意義3121 負(fù)荷模型對(duì)潮流計(jì)算的影響3122 負(fù)荷模型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響3123 負(fù)荷模型對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定的影響3124 負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響4 13 電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的發(fā)展4

13、 14 電力負(fù)荷建模的研究現(xiàn)狀6 141 負(fù)荷模型的基本概念6 142 負(fù)荷建模的方法7 143 負(fù)荷模型的分類(lèi)8 1431靜態(tài)負(fù)荷模型8 1432動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型8 144 負(fù)荷建模辨識(shí)算法9 15 本文研究?jī)?nèi)容9摘要：電力負(fù)荷作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制中有著重要的影響，受到國(guó)內(nèi)外電力學(xué)者的高度重視。本文概述了電力系統(tǒng)負(fù)荷建模6的發(fā)展和現(xiàn)狀，介紹了負(fù)荷建模的重要性、基本概念、方法、常見(jiàn)模型及其參數(shù)可辨識(shí)性問(wèn)題和辨識(shí)方法。在分析比較現(xiàn)有負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有較大的比重，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行與控制有很大影響，因此本文對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型中的感

14、應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型6進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)研究。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)、負(fù)荷模型、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型、辨識(shí)算法第一章 緒論11研究背景： 電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電力負(fù)荷組成的電能生產(chǎn)、傳輸和轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，而電力負(fù)荷則是該系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設(shè)備所消耗的電功率的總稱(chēng)，有時(shí)也包括將這些用電設(shè)備連接起來(lái)的配電網(wǎng)。目前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)期，電力系統(tǒng)也步入了大電網(wǎng)、超高壓、大機(jī)組、遠(yuǎn)距離的時(shí)代，但由于目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國(guó)家?guī)啄昵暗念A(yù)期，導(dǎo)致近些年來(lái)出現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)電力建設(shè)落后于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的局面，電力系統(tǒng)運(yùn)行在接近電網(wǎng)極限輸送能力狀態(tài)的幾率大大增加，從而較大程度上存在著發(fā)生電壓崩潰事故的威脅。此外，

15、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，電力建設(shè)落后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的狀況不會(huì)在短時(shí)期內(nèi)解決，遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電的局面將會(huì)日益突出。這就迫使電力系統(tǒng)運(yùn)行于接近網(wǎng)絡(luò)極艱輸送能力的狀態(tài)。隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度越來(lái)越高，電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性問(wèn)題更加突出，負(fù)荷模型對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字仿真結(jié)果的影響不容忽視，近年來(lái)隨著研究的深入，負(fù)荷建模問(wèn)題進(jìn)一步引起了研究者的重視。在影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性諸多因素中，負(fù)荷特性是最活躍、最關(guān)鍵、最直接的因素，它從很大程度上決定了電壓失穩(wěn)和電壓崩潰的進(jìn)程。負(fù)荷模型對(duì)潮流計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果影響較大，若不恰當(dāng)?shù)呢?fù)荷模型會(huì)使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不一致，從而造成系統(tǒng)的潛

16、在危險(xiǎn)或造成不必要的浪費(fèi)。因此，為了使系統(tǒng)分析結(jié)果更加可信，使分析真正起到定量作用，負(fù)荷模型為電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行和控制提供準(zhǔn)確依據(jù)。有必要建立切合實(shí)際的負(fù)荷模型。12電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的重要意義大量的仿真計(jì)算表明：負(fù)荷特性對(duì)電力系統(tǒng)仿真計(jì)算結(jié)果具有重要影響，表現(xiàn)在負(fù)荷模型的變化對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定以及潮流計(jì)算的結(jié)果具有不同程度的影響； 在臨界情況下，將發(fā)生質(zhì)的變化6。 121負(fù)荷模型對(duì)潮流計(jì)算的影響：當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行條件好的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)電壓幅值在額定值附近，采用恒功率模型的潮流計(jì)算并不存在收斂問(wèn)題。但對(duì)于運(yùn)行惡化的系統(tǒng)，如故障后斷開(kāi)線路或切除發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值較遠(yuǎn)，采用恒功率的負(fù)荷

17、模型時(shí)計(jì)算潮流就存在潮流收斂問(wèn)題，此時(shí)若采用考慮實(shí)際負(fù)荷功率隨典雅變化的負(fù)荷模型時(shí)，潮流計(jì)算的收斂性就會(huì)得到一定的改善。實(shí)際的潮流收斂在降低的負(fù)荷有功、無(wú)功上，采用恰當(dāng)?shù)呢?fù)荷模型能改善潮流的收斂性及計(jì)算精度6。122負(fù)荷模型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響： 負(fù)荷模型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響是通過(guò)負(fù)荷功率隨電壓、頻率的變化影響作用在各發(fā)電機(jī)上的電磁功率，進(jìn)而影響對(duì)各發(fā)電機(jī)起加速或者減速的剩余轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，負(fù)荷消耗的功率隨電壓的變化將影響發(fā)電機(jī)的輸入輸出功率的不平衡，進(jìn)而影響功角的偏移和系統(tǒng)第一擺的穩(wěn)定性。與其他的系統(tǒng)元件不同，由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，同一種負(fù)荷特性處于系統(tǒng)的不同地點(diǎn)和在不同的故障條件下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響

18、不同，一個(gè)負(fù)荷模型我們不能一概而論采用它會(huì)得到保守的或樂(lè)觀的結(jié)果，必須根據(jù)相應(yīng)的場(chǎng)景來(lái)確定，選擇合理的模型是得到正確結(jié)果的重要因素。仿真實(shí)例表明，對(duì)于電壓、頻率變化幅度很大的暫態(tài)過(guò)程，采用一般的適用于電壓變化幅度不大的靜態(tài)負(fù)荷模型是不合適的。當(dāng)結(jié)果對(duì)負(fù)荷模型的靈敏度較高時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型。需強(qiáng)調(diào)的是負(fù)荷模型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響不僅與模型的結(jié)構(gòu)與參數(shù)有關(guān)，還與具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，負(fù)荷在系統(tǒng)中的位置，故障點(diǎn)的位置等有關(guān)，負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也有較大的影響。在評(píng)價(jià)負(fù)荷模型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響時(shí)應(yīng)著重注意模型對(duì)諸如最大傳輸功率、極限切除時(shí)間等穩(wěn)定極限的影響，而不應(yīng)僅僅注意對(duì)個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)功角搖擺幅度的影響

19、6。123負(fù)荷模型對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定的影響：區(qū)間震蕩可能涉及分布于系統(tǒng)中的許多發(fā)電機(jī)組，通常會(huì)造成系統(tǒng)電壓、區(qū)域頻率的顯著變化。在此情況下，負(fù)荷的電壓特性和頻率特性對(duì)震蕩的鎮(zhèn)定具有重要的影響。在小信號(hào)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析中，采用恒阻抗的負(fù)荷模型所得到的結(jié)果比精確結(jié)果要偏于樂(lè)觀6。124負(fù)荷模型對(duì)電壓穩(wěn)定的影響： 電壓穩(wěn)定的計(jì)算與電力系統(tǒng)其他的定量計(jì)算相比較，對(duì)負(fù)荷的依賴(lài)程度更強(qiáng)。在電壓穩(wěn)定問(wèn)題分析的文獻(xiàn)中，凡提及對(duì)電壓穩(wěn)定影響因素及仿真元件模型時(shí)，必首推負(fù)荷特性和負(fù)荷模型，這是因?yàn)樨?fù)荷特性是電壓失穩(wěn)過(guò)程中最活躍、最關(guān)鍵的因素。從許多學(xué)者對(duì)電壓穩(wěn)定問(wèn)題的研究可以看出，盡管在負(fù)荷模型的具體選擇形式上還沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)

20、一，但是負(fù)荷模型的選擇對(duì)電壓穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果具有重要影響。初步研究表明，對(duì)于恒定阻抗負(fù)荷的系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)電壓穩(wěn)定問(wèn)題，電壓穩(wěn)定問(wèn)題常出現(xiàn)于長(zhǎng)線路、重負(fù)荷且負(fù)荷具有在低電壓下功率自恢復(fù)特性系統(tǒng)6。13電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的發(fā)展人們?cè)缭?0世紀(jì)30、40年代就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到負(fù)荷模型對(duì)電力系統(tǒng)分析的重要性，并開(kāi)始研究負(fù)荷隨電壓和頻率變化的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性，這一階段可以說(shuō)是負(fù)荷建模的萌芽期。到了6070年代，由于數(shù)字電子計(jì)算機(jī)及控制理論的發(fā)展，電力系統(tǒng)這門(mén)工程學(xué)科煥發(fā)了新的活力。人們大量采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜電力系統(tǒng)的仿真，負(fù)荷建模工作有了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，除提出了最常用的恒阻抗、恒電流和恒功率負(fù)荷模型以外，還在計(jì)算中采用

21、了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、多項(xiàng)式和冪函數(shù)等負(fù)荷模型。這些負(fù)荷模型參數(shù)的確定當(dāng)時(shí)主要靠定性估計(jì)，并輔以靜態(tài)函數(shù)擬合，系統(tǒng)辨識(shí)理論尚處在發(fā)展階段，還沒(méi)有廣泛引入到電力負(fù)荷建模中來(lái)。60年代末70年代初，由于對(duì)電力系統(tǒng)仿真計(jì)算精度要求的提高，發(fā)電機(jī)、原動(dòng)機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)等元件的模型愈來(lái)愈精確，而負(fù)荷模型由于其特殊的困難性基本上停留在原來(lái)的水平。為了開(kāi)創(chuàng)負(fù)荷建模的新局面，美國(guó)電力科學(xué)研究院（epri）主持了一項(xiàng)龐大的研究計(jì)劃，其主要目的是致力于統(tǒng)計(jì)綜合法（component-based modelingapproach）負(fù)荷建模的研究。研究工作在加拿大和美國(guó)同時(shí)展開(kāi)，美國(guó)的texas大學(xué)負(fù)責(zé)建模方法的研究，ge公司負(fù)

22、責(zé)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)建模方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法是在實(shí)驗(yàn)室里確定每種典型負(fù)荷（例如熒光燈、電冰箱、工業(yè)電動(dòng)機(jī)、空調(diào)等）的平均特性方程；然后在一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)上統(tǒng)計(jì)一些特殊時(shí)刻負(fù)荷（如夏季峰值負(fù)荷、冬季峰值負(fù)荷）的組成，即每種典型負(fù)荷所占的百分比，以及配電線路和變壓器的數(shù)據(jù)，最后綜合這些數(shù)據(jù)得出該負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷模型。epri經(jīng)過(guò)多年的努力發(fā)表了許多研究報(bào)告，并且研制了到目前為止統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模中最具影響的軟件包13epri loadsyn。該軟件使用時(shí)需提供三種數(shù)據(jù)：負(fù)荷組成，即各類(lèi)負(fù)荷（民用、商業(yè)、工業(yè)等）在總負(fù)荷中所占的百分比；各類(lèi)負(fù)荷中各用電設(shè)備（熒光燈、電動(dòng)機(jī)、空調(diào)等）所占比例；各用電設(shè)備的平均特性。

23、但由使用者必須提供的只有第一種數(shù)據(jù)，后兩種數(shù)據(jù)可以采用軟件包提供的典型值。這給軟件包的使用者提供了一定的方便。80年代前后，隨著系統(tǒng)辨識(shí)理論的日趨豐富與完善，加之計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)的發(fā)展，一種新的負(fù)荷建模方法總體測(cè)辨法（measurement-basedmodeling approach）以其簡(jiǎn)單、實(shí)用、數(shù)據(jù)直接來(lái)源于實(shí)際系統(tǒng)等多種優(yōu)點(diǎn)受到廣大電力負(fù)荷建模者的關(guān)注。該方法的基本思想是將負(fù)荷群作為一整體，先在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人為擾動(dòng)試驗(yàn)或在線捕捉自然擾動(dòng)，采集測(cè)量數(shù)據(jù)，然后由現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)辨識(shí)負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，最后，再用大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的外推內(nèi)差效果。中國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)相繼研制了大批

24、電力負(fù)荷特性記錄儀用來(lái)記錄負(fù)荷擾動(dòng)數(shù)據(jù)，并以這些測(cè)量數(shù)據(jù)作為依據(jù)和最終檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展負(fù)荷特性研究工作，不斷吸收系統(tǒng)辨識(shí)理論的最新成果，推動(dòng)負(fù)荷建模工作不斷向前發(fā)展。 綜觀國(guó)內(nèi)外近30多年來(lái)的研究成果，負(fù)荷建模工作主要集中在如下幾個(gè)方面：一是負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)的研究主要提出的模型分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型兩類(lèi)，靜態(tài)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)主要為冪函數(shù)和多項(xiàng)式負(fù)荷模型，具體有恒功率、恒阻抗、恒電流負(fù)荷模型及其綜合的zip模型以及發(fā)展的任意多項(xiàng)式模型、冪函數(shù)模型；動(dòng)態(tài)模型分為機(jī)理和非機(jī)理模型，機(jī)理模型又名感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有比例較大，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與控制有很大影響，更是主要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，同時(shí)也是本文

25、研究的重點(diǎn)。同時(shí)由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型應(yīng)用廣泛，人們根據(jù)其不同的應(yīng)用領(lǐng)域和分析計(jì)算目的提出了多種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型根據(jù)所考慮的暫態(tài)過(guò)程不同可分為五階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型、三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型和一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型。較詳細(xì)的模型是五階電磁暫態(tài)模型，它考慮了定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)特性以及轉(zhuǎn)子的機(jī)械暫態(tài)特性。當(dāng)忽略定子繞組的電磁暫態(tài)特性時(shí)可得到三階機(jī)電暫態(tài)模型。如果進(jìn)一步忽略轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)即可獲得 一階機(jī)械暫態(tài)模型。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型在電力負(fù)荷中占有較大比重，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與控制具有很大的影響，很多電力負(fù)荷建模軟件包均包含感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型。常用的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型為 一 階機(jī)械暫態(tài)模型和三階機(jī)電暫

26、態(tài)模型，一般僅在電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析中考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的五階電磁暫態(tài)模型。二是模型參數(shù)的辨識(shí)算法的研究負(fù)荷模型確定后的參數(shù)辨識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，其實(shí)質(zhì)是求解單純的數(shù)值優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷模型可采用求解非線性最小二乘問(wèn)題的牛頓法，也可采用各種求解非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題的方法。對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識(shí)包括算法和準(zhǔn)則，常用的準(zhǔn)則有最小二乘、最大似然、最小方差等。準(zhǔn)則確定后，參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題就變?yōu)榍竽硿?zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算問(wèn)題。三是負(fù)荷模型對(duì)仿真計(jì)算（尤其是暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算）結(jié)果以及運(yùn)行狀態(tài)的影響研究。四是不同激勵(lì)下負(fù)荷模型的適應(yīng)能力、負(fù)荷模型的在線辨識(shí)與等值、負(fù)荷模型參數(shù)的分散性、靈敏性和可辨識(shí)性及其等負(fù)荷模

27、型實(shí)踐中發(fā)展的理論與方法問(wèn)題；五是負(fù)荷建模工程應(yīng)用平臺(tái)的研制11。由于電力負(fù)荷具有復(fù)雜性、分散性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，建立完全精確的負(fù)荷模型絕非易事，只有通過(guò)事故分析或?qū)嶒?yàn)結(jié)果進(jìn)行校核、分析和修正才能逐步建立切合實(shí)際的、合理的負(fù)荷模型。且由于統(tǒng)計(jì)綜合法和總體測(cè)辨法各有特點(diǎn)，因此應(yīng)充分發(fā)揮這兩種方法的優(yōu)勢(shì)， 尤其要加快統(tǒng)計(jì)綜合法的研究步伐，在兩種方法之間取長(zhǎng)補(bǔ)短， 盡快建立適用于我國(guó)電力系統(tǒng)分析計(jì)算的負(fù)荷模型。根據(jù)各電網(wǎng)的實(shí)際情況和實(shí)測(cè)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)研究適用于各電網(wǎng)的典型負(fù)荷模型，并通過(guò)專(zhuān)門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行修正、確認(rèn)是非常必要的。 積極總結(jié)東北電網(wǎng)兩次大擾動(dòng)試驗(yàn)的仿真分析結(jié)果，開(kāi)展考慮配電網(wǎng)絡(luò)的 s

28、lm 在各區(qū)域電網(wǎng)的適用性研究，建立適用于全國(guó)聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算的負(fù)荷模型14。14 電力負(fù)荷建模的研究現(xiàn)狀141 負(fù)荷模型的基本概念： 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型是指描述負(fù)荷端口得功率或電流隨其端口電壓和頻率特性的數(shù)學(xué)方程和相應(yīng)的參數(shù)。負(fù)荷特性包括兩方面：電壓特性和頻率特性。負(fù)荷模型分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型兩大類(lèi)。靜態(tài)模型適用于相對(duì)緩慢的過(guò)程，精確而言指對(duì)于給定的負(fù)荷水平，在符合端口保持不同電壓和頻率的各種穩(wěn)態(tài)情況下，負(fù)荷功率或電流與電壓、頻率的關(guān)系。動(dòng)態(tài)模型則要反映電壓頻率變化弓l起的負(fù)荷功率(或電流)變化的全過(guò)程。本文負(fù)荷模型的研究主要基于電壓穩(wěn)定得分析。負(fù)荷吸收的有功功率(p)及其無(wú)功功率(q)是隨著負(fù)

29、荷母線的電壓(u)和頻率( f )的變化而變化的，這即使負(fù)荷的電壓、頻率特性，用于描述負(fù)荷特性的數(shù)學(xué)方程稱(chēng)為負(fù)荷模型。1 42負(fù)荷建模的方法：一般認(rèn)為負(fù)荷建模方法有兩類(lèi)：統(tǒng)計(jì)綜合法6和總體測(cè)辨法6。統(tǒng)計(jì)綜合法的基本思想是將負(fù)荷看成個(gè)別用戶的集合，先將這些用戶的電器分類(lèi)，并確定各種電器的平均特性，然后統(tǒng)計(jì)出各類(lèi)負(fù)荷中電器的種類(lèi)和比例，以及母線負(fù)荷中各類(lèi)負(fù)荷的比例，最后通過(guò)綜合算法得出母線負(fù)荷模型。統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模一般來(lái)說(shuō)需要用到三種數(shù)據(jù)：一是單個(gè)用電設(shè)備的平均特性；二是各類(lèi)負(fù)荷中用電設(shè)備的組成和比例；三是總負(fù)荷中負(fù)荷的分類(lèi)和組成比例。前兩種數(shù)據(jù)相對(duì)比較穩(wěn)定，屬于共性數(shù)據(jù)，可以通過(guò)典型統(tǒng)計(jì)獲得。

30、而最后一種數(shù)據(jù)是負(fù)荷群特殊性的具體體現(xiàn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于它建模時(shí)不需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，但三種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的獲得費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且難以準(zhǔn)確。另外，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不可能經(jīng)常進(jìn)行，所以該方法也不適合研究負(fù)荷的時(shí)變性。由于統(tǒng)計(jì)綜合法存在上述困難，近年來(lái)，較少見(jiàn)到有關(guān)的文獻(xiàn)和實(shí)際應(yīng)用。目前，利用統(tǒng)計(jì)綜合法現(xiàn)有的算法得出的模型，還存在對(duì)無(wú)功電壓特性、頻率特性和動(dòng)態(tài)特性難以較好描述的問(wèn)題，因此基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的綜合或集結(jié)算法也有待改進(jìn)。總體測(cè)辨法與統(tǒng)計(jì)綜合法不同，總體測(cè)辯法則是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和在線捕捉電力系統(tǒng)的自然擾動(dòng)獲得負(fù)荷所在母線的電壓、頻率、電流、有功和無(wú)功數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)辨識(shí)理論確定綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)。該方法無(wú)需了

31、解負(fù)荷內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)成，是解決成千上萬(wàn)用電設(shè)備構(gòu)成的負(fù)荷群建模的一種可行方法。隨著計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)和系統(tǒng)辨識(shí)理論的發(fā)展，該建模方法變得更加簡(jiǎn)單、易行?？傮w測(cè)辨法負(fù)荷建模中，除數(shù)據(jù)采集、濾波、剔除野值、必要的電氣量計(jì)算這些軟件外，其核心為負(fù)荷模型辨識(shí)軟件，它是負(fù)荷建模理論與方法的具體體現(xiàn)。按系統(tǒng)辨識(shí)理論的思想，總體測(cè)辨法負(fù)荷建模就是：根據(jù)負(fù)荷的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)，使得模型響應(yīng)能最好地?cái)M合負(fù)荷實(shí)測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并且要求通過(guò)模型驗(yàn)證，確保所建模型在仿真計(jì)算要求范圍內(nèi)具備良好的外推、內(nèi)插能力，使模型既能突出本質(zhì)又簡(jiǎn)化地描述負(fù)荷的行為11。143負(fù)荷模型的分類(lèi)： 按照是否反映負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，負(fù)荷

32、模型一般分為靜態(tài)負(fù)荷模型和動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型兩類(lèi)。前者描述同一時(shí)刻有功功率及無(wú)功功率與母線電壓幅值和頻率之間的關(guān)系。通常用代數(shù)方程來(lái)描述，且是無(wú)記憶的，某時(shí)刻響應(yīng)只與同一時(shí)刻的激勵(lì)有關(guān)，而與歷史激勵(lì)和響應(yīng)無(wú)關(guān)，也就是即時(shí)的。后者描述當(dāng)前有功功率及無(wú)功功率與當(dāng)前和歷史電壓幅值和頻率之間的關(guān)系。通常用微分方程或差分方程描述，且是有記憶的，某時(shí)刻響應(yīng)除了與同一時(shí)刻的激勵(lì)有關(guān)，而與歷史激勵(lì)和響應(yīng)也有關(guān)系。每類(lèi)都有多種模型結(jié)構(gòu)6。1431靜態(tài)負(fù)荷模型： 靜態(tài)負(fù)荷模型反映了負(fù)荷有功、無(wú)功功率隨頻率和電壓緩慢變化而變化的規(guī)律。其模型結(jié)構(gòu)主要為冪函數(shù)模型和多項(xiàng)式模型。通常用一個(gè)冪函數(shù)模型在電壓變化范圍比較大的情況下

33、仍能較好地描述很多負(fù)荷的靜態(tài)特性。但對(duì)于象空調(diào)等負(fù)荷，其特性比較特殊，低電壓下隨電壓降低吸收功率反而增加16，這樣的負(fù)荷特性用一個(gè)冪函數(shù)模型難以作整體描述，而采用多個(gè)冪函數(shù)模型相加的形式，則可能會(huì)得到滿意的結(jié)果。多項(xiàng)式負(fù)荷模型由恒阻抗、恒電流和恒功率模型組合而成，它可以看作是三個(gè)冪函數(shù)模型相加的特例，三個(gè)冪函數(shù)的冪指數(shù)分別為0、1和2，并且三個(gè)冪函數(shù)的系數(shù)之和為1。因此，靜態(tài)負(fù)荷模型采用冪函數(shù)形式具有很大靈活性。靜態(tài)負(fù)荷模型主要適用于潮流計(jì)算和以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)的穩(wěn)態(tài)分析。在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中，靜態(tài)負(fù)荷模型一般適用于計(jì)算結(jié)果對(duì)負(fù)荷模型不太敏感的負(fù)荷點(diǎn)。1432動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型： 動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型又可進(jìn)一

34、步分為機(jī)理模型和非機(jī)理模型。機(jī)理動(dòng)態(tài)模型通常是指感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有較大的比重，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行與控制有很大影響，更是最主要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，同時(shí)也是本文研究的重點(diǎn)。因此在實(shí)際應(yīng)用中常采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)靜態(tài)負(fù)荷的形式來(lái)描述綜合負(fù)荷。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型根據(jù)所考慮的暫態(tài)過(guò)程不同可分為五階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型、三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型和一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的暫態(tài)過(guò)程要比轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)過(guò)程要快得多，其更比電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程快得多，因此是否考慮定子的暫態(tài)過(guò)程影響不大，三階模型就能很好的反映感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能。一般五階模型僅在電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析中考慮，常用的為考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)電

35、暫態(tài)過(guò)程的三階模型和只考慮機(jī)械暫態(tài)過(guò)程的一階模型。非機(jī)理模型也稱(chēng)為輸入輸出式模型，它是在系統(tǒng)辨識(shí)理論發(fā)展過(guò)程中，從大量具體動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中概括抽象出來(lái)的，對(duì)一大類(lèi)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)具有很強(qiáng)描述能力的模型。非機(jī)理模型并不苛求模型的機(jī)理解釋?zhuān)饕獜?qiáng)調(diào)模型對(duì)系統(tǒng)行為的描述能力。常見(jiàn)的非機(jī)理動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的形式有:常微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、狀態(tài)空間模型和時(shí)域離散模型。另外，還有描述負(fù)荷非線性特性的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。動(dòng)態(tài)模型的應(yīng)用場(chǎng)合非常廣，從負(fù)荷建模方面來(lái)說(shuō)，它主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析和電壓穩(wěn)定分析。144負(fù)荷建模辨識(shí)算法：負(fù)荷模型確定后的參數(shù)辨識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，其實(shí)質(zhì)是求解單純的數(shù)值優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷模

36、型可采用求解非線性最小二乘問(wèn)題的牛頓法、marquart 法，也可采用各種求解非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題的方法。對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識(shí)包括算法和準(zhǔn)則兩部分，常用的準(zhǔn)則有最小二乘、最大似然、最小方差等。準(zhǔn)則確定后，參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題就變?yōu)榍竽硿?zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算問(wèn)題，可以采用各種優(yōu)化方法進(jìn)行求解，例如：最速下降法、共軛梯度法、變尺度法和直接法等14。1 5 本文研究?jī)?nèi)容 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制中具有重要的作用， 本文首先從模型的辨識(shí)原理、模型結(jié)構(gòu)的選擇和模型參數(shù)的辨識(shí)三方面出發(fā)，介紹了電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的發(fā)展和現(xiàn)狀，介紹了負(fù)荷建模的重要性、基本概念、方法、常見(jiàn)模型及其參數(shù)可辨識(shí)性問(wèn)

37、題和辨識(shí)方法，由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有較大的比重，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行與控制有很大影響，更是最主要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，本文著重于對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型的參數(shù)辨識(shí)進(jìn)行研究。 在深入了解電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的方法及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，掌握電力負(fù)荷模型的基本概念及分類(lèi)，重點(diǎn)掌握靜態(tài)負(fù)荷模型、動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型并建立綜合負(fù)荷的概念。同時(shí)了解電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的方法及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型。掌握感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及待辨識(shí)參數(shù)的物理意義。了解感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的三種綜合負(fù)荷模型對(duì)樣本進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，以比較和分析這三種模型對(duì)實(shí)際綜合負(fù)荷的描述效果。重點(diǎn)研究三階

38、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型。分別采用三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型三種綜合負(fù)荷模型對(duì)樣本進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，以比較和分析這三種模型對(duì)實(shí)際綜合負(fù)荷的描述效果。并用負(fù)荷特性數(shù)據(jù)對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真分析，并利用matlab軟件編程進(jìn)行仿真。 2.1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型基本理論 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在負(fù)荷中占有比較大的比重，是負(fù)荷重最重要的動(dòng)態(tài)成分。因此，一般認(rèn)為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中采用的綜合負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性應(yīng)該主要考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)過(guò)程。一般來(lái)說(shuō), 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的暫態(tài)過(guò)程比轉(zhuǎn)子繞組要快得多,更比電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程快得多。因此,就感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)電力

39、系統(tǒng)的影響而言,是否計(jì)及定子的暫態(tài)過(guò)程影響不大,采用三階模型就能很好地反映感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。為了進(jìn)一步減少計(jì)算量, 在電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析計(jì)算中還經(jīng)常采用一階的機(jī)械暫態(tài)模型。2.1.1 一階機(jī)械暫態(tài)模型考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械暫態(tài)過(guò)程的綜合負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)暫態(tài)過(guò)程的影響時(shí)，忽略其定子和轉(zhuǎn)子繞組電磁暫態(tài)過(guò)程，只考慮機(jī)械暫態(tài)過(guò)程中滑差變化對(duì)穩(wěn)態(tài)等值電路阻抗值的影響。這種模型只有轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程一個(gè)微分方程，只有滑差一個(gè)狀態(tài)變量，稱(chēng)為一階模型。一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型的等值電路圖2-1所示。圖2.1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路圖感應(yīng)電動(dòng)機(jī)滑差的變化除與其軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩（機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩之差）所決定外

40、，還與其本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性時(shí)間常數(shù)的大小有關(guān)。描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)滑差變化的微分方程是 (2.1)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓及滑差的大小有關(guān)，其計(jì)算公式是 (2.2)式中 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)最大電磁轉(zhuǎn)矩（標(biāo)么值）； 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的臨界滑差； 機(jī)端額定電壓（計(jì)算中常用正常方式下的初始電壓代替）。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩同轉(zhuǎn)速（1-s）之間的關(guān)系一般可表示為 (2.3)式中 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性中與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)部分所占的比例，或稱(chēng)為靜止阻力矩； 與機(jī)械負(fù)載特性有關(guān)的指數(shù)；k感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率，當(dāng)、給定時(shí)，應(yīng)選擇k值使穩(wěn)定情況下滿足。按照?qǐng)D2.1所示的穩(wěn)態(tài)等值電路計(jì)算，如果已知某一時(shí)刻的滑差s，則感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的等值阻抗是

41、 (2.4)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)吸收的功率為 (2.5) 2.1.2 三階機(jī)電暫態(tài)模型三階機(jī)電暫態(tài)模型在考慮轉(zhuǎn)子電磁暫態(tài)過(guò)程的同時(shí)，又計(jì)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的機(jī)械暫態(tài)過(guò)程。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的變化除直接決定于端電壓的變化并受轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)的約束外，還受轉(zhuǎn)子滑差變化的影響。因此，計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)及相應(yīng)的電磁功率的變化，必須考慮感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)電暫態(tài)過(guò)程。用暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗表示電壓方程 （2.6） 式中暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)； 暫態(tài)電抗。設(shè)則代入式（2.6），實(shí)、虛部分分開(kāi)得 （2.7） （2.8）寫(xiě)成矩陣的形式為 (2.9)解得電流為 (2.10)描述暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)變化的微分方程可從感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電磁

42、暫態(tài)過(guò)程方程式推導(dǎo)出.用復(fù)數(shù)形式表示時(shí)，方程式可寫(xiě)為 （2.11）實(shí)、虛部分開(kāi)后得到兩個(gè)實(shí)數(shù)方程 （2.12） （2.13）轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為 （2.14）其中，機(jī)械轉(zhuǎn)矩為同方程式（2.3）。電磁轉(zhuǎn)矩為 （2.15）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)吸收的功率為 (2.16) 2.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷(尤其是工業(yè)負(fù)荷)中占有較大比重,對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與控制具有相當(dāng)大的影響。在不少電力系統(tǒng)計(jì)算軟件包中均包含感應(yīng)電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型,即由一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與一個(gè)靜態(tài)負(fù)荷并聯(lián)而成。隨著電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問(wèn)題研究的深入,近期提出了一階的電壓暫態(tài)模型15。本文對(duì)電力系統(tǒng)中采用的三種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型

43、進(jìn)行比較,以便更好地應(yīng)用和選擇這些模型。當(dāng)前的電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算中，動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型使用得最多的是機(jī)理式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型。構(gòu)建該模型基本思路是：綜合負(fù)荷包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩部分，靜態(tài)部分用一個(gè)恒定導(dǎo)納等值，動(dòng)態(tài)部分用一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(im)等值，這是由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是最主要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷。x-y-0同步坐標(biāo)系中該模型結(jié)構(gòu)如下圖。 im圖2.2 im并聯(lián)恒阻抗模型其中，：負(fù)荷電壓，即變電站母線電壓，分別為其x軸、y軸分量；：綜合負(fù)荷系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收的總電流，分別為其x軸、y軸分量；：為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電流，分別為其x軸、y軸分量；：綜合負(fù)荷系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收的總功率；：綜合負(fù)荷中靜態(tài)部分的等值導(dǎo)納(電納b0時(shí)負(fù)荷為

44、感性)。其中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用不同的模型，就形成了不同的綜合負(fù)荷模型。當(dāng)im計(jì)及轉(zhuǎn)子的電磁暫態(tài)和機(jī)械暫態(tài)，就形成三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型；im只計(jì)及轉(zhuǎn)子的機(jī)械暫態(tài)，就形成一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型；im只計(jì)及轉(zhuǎn)子的電磁暫態(tài)，就形成一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型。下面就詳細(xì)介紹這三種模型。2.2.1 三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型(1) 模型數(shù)學(xué)方程 模型的詳細(xì)推導(dǎo)見(jiàn)文獻(xiàn)39和41，模型的狀態(tài)方程如下(2.17)(2.19)式所示。 （2.17） （2.18） （2.19）上式中，為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)電勢(shì)；為負(fù)荷的電壓激勵(lì)；為電力系統(tǒng)的運(yùn)行角頻率，則為同步角速度；為感應(yīng)電動(dòng)

45、機(jī)的轉(zhuǎn)差率；為暫態(tài)電勢(shì)的衰減時(shí)間常數(shù)；為定子電阻，為定子和轉(zhuǎn)子同步電抗，為定子和轉(zhuǎn)子暫態(tài)電抗；為轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)；為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載功率，由其相應(yīng)的機(jī)械負(fù)載特性決定，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載功率 通常用如下（2.20）式描述 （2.20）其中，為負(fù)載率，為機(jī)械負(fù)載中與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)部分所占的百分率，負(fù)載系數(shù)。 根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓方程并基于圖2.2運(yùn)用kcl定律，推得以綜合負(fù)荷電流作為中間輸出變量的模型的輸出方程如下(2.21)(2.23)式所示。 （2.21） （2.22） （2.23）上式中, p、q是綜合負(fù)荷總電流對(duì)應(yīng)的綜合負(fù)荷從電網(wǎng)吸收的功率。 模型的穩(wěn)態(tài)方程由狀態(tài)方程和輸出方程聯(lián)立求得，如式(2.24)(2.26)所