電力系統(tǒng)辨識(shí)ppt課件

1、本課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求：本課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求：內(nèi)容：內(nèi)容： 1、系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念、系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念 2、 系統(tǒng)辨識(shí)應(yīng)用系統(tǒng)辨識(shí)應(yīng)用電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本原理與方法基本原理與方法要求：了解要求：了解熟習(xí)熟習(xí)運(yùn)用運(yùn)用 基本概念基本概念 基本原理基本原理 基本方法基本方法 基本應(yīng)用基本應(yīng)用第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.1 0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念(1)(1)系統(tǒng)仿真及其作用系統(tǒng)仿真及其作用 仿真的涵義：實(shí)際物理系統(tǒng)的模擬仿真的涵義：實(shí)際物理系統(tǒng)的模擬 根據(jù)模擬理論相似理論設(shè)計(jì)一個(gè)能夠反應(yīng)實(shí)際根據(jù)模擬理論相似理論設(shè)計(jì)一個(gè)能夠反應(yīng)實(shí)際系統(tǒng)或過

2、程的模型，通過模型試驗(yàn)求得結(jié)論，進(jìn)而分析得系統(tǒng)或過程的模型，通過模型試驗(yàn)求得結(jié)論，進(jìn)而分析得出實(shí)際系統(tǒng)結(jié)論的研究過程。出實(shí)際系統(tǒng)結(jié)論的研究過程。 仿真的作用：代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)仿真的作用：代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)重要實(shí)驗(yàn)重要實(shí)驗(yàn)手段手段 仿真的方法：物理仿真、數(shù)字仿真仿真的方法：物理仿真、數(shù)字仿真 仿真的過程與步驟：（仿真的過程與步驟：（a a建立模型建立模型 （b b模擬試驗(yàn)；模擬試驗(yàn)； （c c結(jié)論分析和誤差估計(jì)。結(jié)論分析和誤差估計(jì)。實(shí)際系統(tǒng)實(shí)際系統(tǒng)實(shí)際結(jié)論實(shí)際結(jié)論模型結(jié)論模型結(jié)論模型模型分析分析試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)M理論模擬理論原型：原型：實(shí)踐實(shí)踐物理物理對(duì)象對(duì)象

3、模型：模型：模擬裝置或模擬裝置或模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)模型類型：模型類型：數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型物理模型物理模型幾何相似：空間測(cè)度成比例幾何相似：空間測(cè)度成比例第第0 0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.1 0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念(2)(2)系統(tǒng)相似及其基本類型系統(tǒng)相似及其基本類型 類似：幾何上類似：幾何上 或或 物理過程相同或相近物理過程相同或相近 類型：類型：6 6種基本的種基本的 “類似類型類似類型xyzXYZ ; ; xyzXYZmmmxyzxyzmmmmxyzmmm各軸同比相似：各軸同比相似：各軸異比相似：各軸異比相似：各軸同比相似：各軸同比相似：各軸異比相似：各軸異比相似

4、： ; itititmmitmm ; 1ittmmm0.1 0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念(2)(2)系統(tǒng)相似及其基本類型系統(tǒng)相似及其基本類型 現(xiàn)象相似：現(xiàn)象相似： 不同系統(tǒng)所發(fā)生的過程中，各對(duì)應(yīng)物理量存在一個(gè)固定的比例系數(shù)不同系統(tǒng)所發(fā)生的過程中，各對(duì)應(yīng)物理量存在一個(gè)固定的比例系數(shù)第第0 0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論絕對(duì)相似：絕對(duì)相似： 2個(gè)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的全部過程物理量完全相似個(gè)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的全部過程物理量完全相似全部幾全部幾何尺寸和相應(yīng)參數(shù)在時(shí)間和空間上所產(chǎn)生的全部變化完全相似何尺寸和相應(yīng)參數(shù)在時(shí)間和空間上所產(chǎn)生的全部變化完全相似完全相似：完全相似： 2個(gè)系統(tǒng)中所研究的某一

5、某些現(xiàn)象的一切過程在時(shí)間和空個(gè)系統(tǒng)中所研究的某一某些現(xiàn)象的一切過程在時(shí)間和空間上都是相似的。間上都是相似的。 例：例：2臺(tái)同步發(fā)電機(jī)電磁現(xiàn)象完全相似：臺(tái)同步發(fā)電機(jī)電磁現(xiàn)象完全相似：i(t)、u(t)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布、電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布相似。相似。局部相似不完全相似）：個(gè)別方面的相似局部相似不完全相似）：個(gè)別方面的相似 例：例：2臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，i(t) 類似，但電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布不相似。類似，但電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布不相似。近似相似：在某些假設(shè)條件下的現(xiàn)象相似近似相似：在某些假設(shè)條件下的現(xiàn)象相似 例：研究例：研究2臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電暫態(tài)過程，可以不計(jì)定子電流中的直臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的機(jī)電暫態(tài)過程，可以不

6、計(jì)定子電流中的直流和倍頻分量流和倍頻分量 以及以及 轉(zhuǎn)子電流中的周期分量轉(zhuǎn)子電流中的周期分量第第0 0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.1 0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念(2)(2)系統(tǒng)相似及其基本類型系統(tǒng)相似及其基本類型相似判據(jù)：在模擬某一現(xiàn)象是，所參與的物理量即描述此現(xiàn)象的各有關(guān)物理量）相似判據(jù)：在模擬某一現(xiàn)象是，所參與的物理量即描述此現(xiàn)象的各有關(guān)物理量） 之間應(yīng)當(dāng)保持的某種固定關(guān)系。之間應(yīng)當(dāng)保持的某種固定關(guān)系。相似定理：描述相似定理：描述2個(gè)過程相似應(yīng)當(dāng)滿足的充分必要條件?？梢杂孟嗨婆袚?jù)應(yīng)當(dāng)滿足個(gè)過程相似應(yīng)當(dāng)滿足的充分必要條件。可以用相似判據(jù)應(yīng)當(dāng)滿足 的關(guān)系來描述。的關(guān)系來

7、描述。 相似第一定理：相似系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有同樣的相似判據(jù)相似第一定理：相似系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有同樣的相似判據(jù),即其相似指標(biāo)等于即其相似指標(biāo)等于“1” 例如：研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流或短路電流時(shí)，所參與的物理量包括例如：研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流或短路電流時(shí)，所參與的物理量包括V、I、S （P、Q）、）、 Z 、Y ，它們之間將滿足某種固定關(guān)系。，它們之間將滿足某種固定關(guān)系。 根據(jù)相似第一定理，原型系統(tǒng)（根據(jù)相似第一定理，原型系統(tǒng)（“0”）和模型系統(tǒng)（）和模型系統(tǒng)（“1”）的各物理量之間）的各物理量之間應(yīng)當(dāng)滿足：應(yīng)當(dāng)滿足：0000011111 ; ; ; ; viszyVISZYmmmmmVISZY21 ; 1 ; 1

8、; 1vivvzyszizsm mmmm mmm mm m第第0 0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.1 0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念(3)(3)系統(tǒng)模擬的基本原理系統(tǒng)模擬的基本原理相似定理相似定理 相似定理：相似定理： 相似第二定理：一個(gè)系統(tǒng)由相似第二定理：一個(gè)系統(tǒng)由n各不同量綱的物理量組成，其中有各不同量綱的物理量組成，其中有k個(gè)是獨(dú)立個(gè)是獨(dú)立 的基本量，則另外的基本量，則另外n-k個(gè)物理量與基本量所組成的個(gè)物理量與基本量所組成的n-k個(gè)無個(gè)無 量綱的比例系數(shù)可以用算式完全表達(dá)，這些比例系數(shù)就是量綱的比例系數(shù)可以用算式完全表達(dá)，這些比例系數(shù)就是 相似判據(jù)。相似判據(jù)。 相似第

9、三定理：如果兩個(gè)現(xiàn)象的單值條件相似，且從單值條件引出的相似相似第三定理：如果兩個(gè)現(xiàn)象的單值條件相似，且從單值條件引出的相似 判據(jù)數(shù)值相等，則此二現(xiàn)象相似。判據(jù)數(shù)值相等，則此二現(xiàn)象相似。 單值條件相似包括：單值條件相似包括： 幾何相似；幾何相似； 物理參數(shù)相似；物理參數(shù)相似； 其實(shí)條件相似；其實(shí)條件相似； 邊界條件相似；邊界條件相似； 時(shí)間相似。時(shí)間相似。第第0 0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.1 0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念系統(tǒng)仿真的基本概念(3)(3)系統(tǒng)模擬的基本原理系統(tǒng)模擬的基本原理相似定理相似定理第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.2 0.2 系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念

10、(1)(1)系統(tǒng)辨識(shí)的內(nèi)涵與意義系統(tǒng)辨識(shí)的內(nèi)涵與意義 系統(tǒng)辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí)System IdentificationSystem Identification是現(xiàn)代控制理論是現(xiàn)代控制理論的學(xué)科分支的學(xué)科分支 在現(xiàn)代控制理論與控制工程中具有重要地位在現(xiàn)代控制理論與控制工程中具有重要地位利用被控制系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)，估計(jì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型利用被控制系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)，估計(jì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)分析、控制、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)系統(tǒng)分析、控制、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真的前提實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真的前提系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模：第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.2 0.2 系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念(2)(2)系統(tǒng)

11、建模的兩條途徑系統(tǒng)建模的兩條途徑系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模三種情形三種情形機(jī)理建模機(jī)理建模物理機(jī)理分析，寫出模型。物理機(jī)理分析，寫出模型。Ex.Ex.： Park Park方程、潮流模型方程、潮流模型 特點(diǎn)：物理概念清晰；特點(diǎn)：物理概念清晰； 有局限性假設(shè)與簡化）；有局限性假設(shè)與簡化）； 無法計(jì)及某些實(shí)際因素?zé)o法計(jì)及某些實(shí)際因素辨識(shí)建模辨識(shí)建模系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)估計(jì)出系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型估計(jì)出系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 特點(diǎn)：機(jī)理了解要求低；特點(diǎn)：機(jī)理了解要求低； 可計(jì)及實(shí)際因素；可計(jì)及實(shí)際因素； 物理意義不夠明確物理意義不夠明確“白箱白箱”(White-box)(White-box)建模建?！昂谙浜谙?/p>

12、”(Black-box)(Black-box)建模建模“灰箱灰箱”(Grey-box)(Grey-box)建模建模辨識(shí)建模辨識(shí)建模電力系統(tǒng)建模的主要情形電力系統(tǒng)建模的主要情形機(jī)理建模機(jī)理建模第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.2 0.2 系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念(3)(3)系統(tǒng)辨識(shí)的定義和辨識(shí)原理系統(tǒng)辨識(shí)的定義和辨識(shí)原理 定義定義I I：在測(cè)量獲得系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從給：在測(cè)量獲得系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，從給定的一組模型中，確定一個(gè)與實(shí)測(cè)系統(tǒng)等價(jià)的模型定的一組模型中，確定一個(gè)與實(shí)測(cè)系統(tǒng)等價(jià)的模型 定義定義II II：按規(guī)定準(zhǔn)則，在一類模型中，選擇一個(gè)與數(shù)據(jù)擬：按規(guī)

13、定準(zhǔn)則，在一類模型中，選擇一個(gè)與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型合得最好的模型辨識(shí)三要素：（辨識(shí)三要素：（u,ymu,ym）、）、MM、J() J() 基本原理：基本原理：第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.2 0.2 系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念(4)(4)系統(tǒng)辨識(shí)的方法系統(tǒng)辨識(shí)的方法方法方法特點(diǎn)特點(diǎn)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型經(jīng)典經(jīng)典辨識(shí)法辨識(shí)法卷積辨識(shí)法卷積辨識(shí)法相關(guān)辨識(shí)法相關(guān)辨識(shí)法頻域頻域FFTFFT法法確定型、時(shí)域、非參數(shù)型確定型、時(shí)域、非參數(shù)型隨機(jī)性、時(shí)域、非參數(shù)型隨機(jī)性、時(shí)域、非參數(shù)型隨機(jī)性、頻域、非參數(shù)型隨機(jī)性、頻域、非參數(shù)型時(shí)域脈沖響應(yīng)時(shí)域脈沖響應(yīng)時(shí)域脈沖響應(yīng)時(shí)域脈沖響應(yīng)頻域，幅頻特性、

14、相頻特性頻域，幅頻特性、相頻特性現(xiàn)代現(xiàn)代辨識(shí)法辨識(shí)法最小二乘估計(jì)法最小二乘估計(jì)法極大自然法極大自然法卡爾曼濾波法卡爾曼濾波法隨機(jī)性、時(shí)域、參數(shù)型隨機(jī)性、時(shí)域、參數(shù)型狀態(tài)空間方程狀態(tài)空間方程差分方程差分方程間接辨識(shí)法間接辨識(shí)法直接辨識(shí)法直接辨識(shí)法第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.2 0.2 系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念(5)(5)系統(tǒng)辨識(shí)的過程系統(tǒng)辨識(shí)的過程先驗(yàn)知識(shí)先驗(yàn)知識(shí)積累積累模型應(yīng)用模型應(yīng)用第第0章章 系統(tǒng)辨識(shí)概論系統(tǒng)辨識(shí)概論0.2 0.2 系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念(6)(6)系統(tǒng)辨識(shí)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)辨識(shí)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)元件建模元件建模(

15、(四大參數(shù)四大參數(shù)辨識(shí)辨識(shí)) ) 故障識(shí)故障識(shí)別、狀態(tài)別、狀態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè) 控制參數(shù)在線整定控制參數(shù)在線整定(PSS(PSS、SVCSVC、HVDC)HVDC) 動(dòng)態(tài)信息測(cè)試與處理動(dòng)態(tài)信息測(cè)試與處理( (諧波檢諧波檢測(cè)、動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)測(cè)、動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè))狀態(tài)估計(jì)、工況預(yù)狀態(tài)估計(jì)、工況預(yù)報(bào)報(bào)( (負(fù)荷預(yù)測(cè)負(fù)荷預(yù)測(cè)) )動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)等值等值 自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制內(nèi)容：內(nèi)容： 1.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義 1.2 電力系統(tǒng)負(fù)荷的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷的基本概念 1.3 負(fù)荷特性、負(fù)荷模型與負(fù)荷建模負(fù)荷特性、負(fù)荷模型與負(fù)荷建模 1.4 負(fù)荷分類負(fù)荷分類 1.5 負(fù)荷模型的

16、基本類型負(fù)荷模型的基本類型 1.6 常用的負(fù)荷靜態(tài)模型常用的負(fù)荷靜態(tài)模型 1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型 1.8 選擇負(fù)荷模型的基本原則選擇負(fù)荷模型的基本原則 1.9 綜合負(fù)荷模型的應(yīng)用現(xiàn)狀綜合負(fù)荷模型的應(yīng)用現(xiàn)狀 1.10 負(fù)荷建模的基本方法負(fù)荷建模的基本方法1.1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模概論電力系統(tǒng)負(fù)荷建模概論1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模概論電力系統(tǒng)負(fù)荷建模概論1.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義1.1.1 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的基本概念電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的基本概念(1) 定義：運(yùn)用或設(shè)計(jì)合理的數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算程序、根據(jù)給定的初始運(yùn)定義：運(yùn)用或設(shè)計(jì)合理的數(shù)值計(jì)算方法和

17、計(jì)算程序、根據(jù)給定的初始運(yùn)行條件，行條件， 求解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，以確定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的過程求解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，以確定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的過程(2) 數(shù)字仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)：數(shù)字仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)：(3) 數(shù)字仿真的應(yīng)用：數(shù)字仿真的應(yīng)用： 應(yīng)用領(lǐng)域：電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制調(diào)度）應(yīng)用領(lǐng)域：電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制調(diào)度）重要的決策依據(jù)重要的決策依據(jù) 應(yīng)用方式：離線計(jì)算、在線實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用方式：離線計(jì)算、在線實(shí)時(shí)仿真1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義1.1.2 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的關(guān)鍵理論與技術(shù)問題電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的關(guān)鍵理論與

18、技術(shù)問題(1) 建模理論與技術(shù)建模理論與技術(shù)元件建模、系統(tǒng)建模元件建模、系統(tǒng)建模 成熟的元件模型：發(fā)電機(jī)、變壓器模型、線路模成熟的元件模型：發(fā)電機(jī)、變壓器模型、線路模型型 亟待完善的模型：綜合負(fù)荷模型、二次系統(tǒng)模型亟待完善的模型：綜合負(fù)荷模型、二次系統(tǒng)模型(2) 數(shù)值計(jì)算方法數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算效率與速度、收斂性、數(shù)值計(jì)算效率與速度、收斂性、數(shù)值穩(wěn)定性穩(wěn)定性(3) 超大規(guī)模系統(tǒng)的協(xié)同仿真技術(shù)超大規(guī)模系統(tǒng)的協(xié)同仿真技術(shù)(4) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信硬件支持硬件支持(5) 編程技術(shù)編程技術(shù)面向?qū)ο?、圖形化、可視化面向?qū)ο?、圖形化、可視化1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念

19、1.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的目的與意義1.1.3 負(fù)荷建模的目的與意義負(fù)荷建模的目的與意義(1) 目的：為電力系統(tǒng)仿真計(jì)算提供結(jié)構(gòu)合理、參數(shù)準(zhǔn)確的綜目的：為電力系統(tǒng)仿真計(jì)算提供結(jié)構(gòu)合理、參數(shù)準(zhǔn)確的綜合負(fù)荷模型合負(fù)荷模型 意義：準(zhǔn)確、可信賴的仿真結(jié)果，必須以準(zhǔn)確的負(fù)荷模型為前意義：準(zhǔn)確、可信賴的仿真結(jié)果，必須以準(zhǔn)確的負(fù)荷模型為前提；提； 不同的負(fù)荷模型會(huì)導(dǎo)致不同的仿真結(jié)果，甚至得出不同的負(fù)荷模型會(huì)導(dǎo)致不同的仿真結(jié)果，甚至得出相反的結(jié)論。相反的結(jié)論。 (a) 假設(shè)假設(shè) 仿真得出樂觀的結(jié)論，以此為依據(jù)的決策仿真得出樂觀的結(jié)論，以此為依據(jù)的決策 將會(huì)威脅將會(huì)威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定

20、運(yùn)行；系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行； (b) 假設(shè)假設(shè) 仿真得出保守的結(jié)論，以此為依據(jù)的決策仿真得出保守的結(jié)論，以此為依據(jù)的決策 將會(huì)浪費(fèi)將會(huì)浪費(fèi)發(fā)、輸、變電設(shè)備潛力，造成投資的浪費(fèi)。發(fā)、輸、變電設(shè)備潛力，造成投資的浪費(fèi)。 舉例：某電網(wǎng)的省網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線暫態(tài)穩(wěn)定極限控制功率計(jì)算中，舉例：某電網(wǎng)的省網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線暫態(tài)穩(wěn)定極限控制功率計(jì)算中，受電側(cè)負(fù)荷中心采用傳統(tǒng)綜合負(fù)荷模型：受電側(cè)負(fù)荷中心采用傳統(tǒng)綜合負(fù)荷模型： Z-35% + IM 65%，IM 參數(shù)：參數(shù)： Xk=0.150 (0.095+0.055)南送南送 1800MW 不失穩(wěn)；不失穩(wěn)； Z-35% + IM 65%，IM 參數(shù)：參數(shù)： Xk=0.415

21、(0.295+0.120)南送南送 1550MW 失穩(wěn)。失穩(wěn)。1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.2 電力系統(tǒng)負(fù)荷的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷的基本概念 電力負(fù)荷的兩種基本涵義：電力負(fù)荷的兩種基本涵義： (1) 用戶或設(shè)備從電網(wǎng)吸收用戶或設(shè)備從電網(wǎng)吸收(或發(fā)出或發(fā)出)的的功率功率 (如如“負(fù)荷水平負(fù)荷水平”、“負(fù)荷預(yù)測(cè)負(fù)荷預(yù)測(cè)”)； (2) 用電設(shè)備或其集合。可以是：用電設(shè)備或其集合?？梢允牵?單一用電設(shè)備單一用電設(shè)備 用電設(shè)備的集合用電設(shè)備的集合綜合負(fù)荷綜合負(fù)荷 行業(yè)綜合負(fù)荷行業(yè)綜合負(fù)荷 （企、事業(yè)單位用戶的綜合負(fù)（企、事業(yè)單位用戶的綜合負(fù)荷）荷） 線路綜合負(fù)荷線路綜合負(fù)荷

22、 母線綜合負(fù)荷母線綜合負(fù)荷 變電站綜合負(fù)荷變電站綜合負(fù)荷 綜合負(fù)荷綜合負(fù)荷=供電區(qū)域內(nèi)所有用電設(shè)備的供電區(qū)域內(nèi)所有用電設(shè)備的集合集合 + 供配電網(wǎng)絡(luò)含無功補(bǔ)供配電網(wǎng)絡(luò)含無功補(bǔ)償設(shè)備）償設(shè)備） + 地方發(fā)電廠地方發(fā)電廠1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.3 負(fù)荷的分類負(fù)荷的分類(1) 負(fù)荷成分與負(fù)荷構(gòu)成負(fù)荷成分與負(fù)荷構(gòu)成 負(fù)荷成分：構(gòu)成綜合負(fù)荷的用電設(shè)備的集合負(fù)荷成分：構(gòu)成綜合負(fù)荷的用電設(shè)備的集合（工業(yè)感應(yīng)電動(dòng)（工業(yè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、 空調(diào)、熒光燈、白熾燈、電加熱、制冷、電子設(shè)備、整流負(fù)空調(diào)、熒光燈、白熾燈、電加熱、制冷、電子設(shè)備、整流負(fù)荷、冶煉負(fù)荷

23、荷、冶煉負(fù)荷 負(fù)荷構(gòu)成：構(gòu)成綜合負(fù)荷的負(fù)荷成分比例。例如負(fù)荷構(gòu)成：構(gòu)成綜合負(fù)荷的負(fù)荷成分比例。例如 ：IM 15% + 熒光燈熒光燈45% + 中央空調(diào)中央空調(diào)40%(2) 負(fù)荷的分類負(fù)荷的分類 (a) 按用途分類：工業(yè)負(fù)荷、農(nóng)業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷按用途分類：工業(yè)負(fù)荷、農(nóng)業(yè)負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷 (b) 按特性性質(zhì)分類：靜態(tài)負(fù)荷、動(dòng)態(tài)負(fù)荷按特性性質(zhì)分類：靜態(tài)負(fù)荷、動(dòng)態(tài)負(fù)荷 / 線性負(fù)荷、非線性負(fù)線性負(fù)荷、非線性負(fù)荷荷 靜態(tài)負(fù)荷：無記憶靜態(tài)負(fù)荷：無記憶當(dāng)前響應(yīng)只與當(dāng)前時(shí)刻激勵(lì)有關(guān)。當(dāng)前響應(yīng)只與當(dāng)前時(shí)刻激勵(lì)有關(guān)。 即時(shí)性即時(shí)性 激勵(lì)變化立刻導(dǎo)致響應(yīng)的變化，無過渡過程激勵(lì)變化立刻導(dǎo)致響應(yīng)的變

24、化，無過渡過程 靜態(tài)負(fù)荷可用代數(shù)方程組描畫靜態(tài)負(fù)荷可用代數(shù)方程組描畫 動(dòng)態(tài)負(fù)荷：有記憶動(dòng)態(tài)負(fù)荷：有記憶當(dāng)前響應(yīng)不僅與當(dāng)前時(shí)刻激勵(lì)有關(guān)，而且與歷當(dāng)前響應(yīng)不僅與當(dāng)前時(shí)刻激勵(lì)有關(guān)，而且與歷史激勵(lì)及響應(yīng)有關(guān)史激勵(lì)及響應(yīng)有關(guān) 非即時(shí)非即時(shí) 從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài) 經(jīng)歷一經(jīng)歷一個(gè)過渡過程個(gè)過渡過程 動(dòng)態(tài)負(fù)荷需用代數(shù)動(dòng)態(tài)負(fù)荷需用代數(shù)微分差分方程組描畫微分差分方程組描畫 線性負(fù)荷：響應(yīng)可用關(guān)于激勵(lì)的線性方程組描畫線性負(fù)荷：響應(yīng)可用關(guān)于激勵(lì)的線性方程組描畫 非線性負(fù)荷：響應(yīng)需用關(guān)于激勵(lì)的非線性方程組描畫非線性負(fù)荷：響應(yīng)需用關(guān)于激勵(lì)的非線性方程組描畫1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念

25、電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.4 負(fù)荷特性、負(fù)荷模型與負(fù)荷建模負(fù)荷特性、負(fù)荷模型與負(fù)荷建模(1) 負(fù)荷特性的兩種基本含義負(fù)荷特性的兩種基本含義 (a) 電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度 意義上的負(fù)荷特性：意義上的負(fù)荷特性： 在某一定時(shí)間范圍內(nèi)，負(fù)荷功率隨時(shí)間的變化規(guī)律在某一定時(shí)間范圍內(nèi)，負(fù)荷功率隨時(shí)間的變化規(guī)律 例如：例如： 日有功無功負(fù)荷特性；日有功無功負(fù)荷特性； 年繼續(xù)負(fù)荷特性；年繼續(xù)負(fù)荷特性； (b) 電網(wǎng)仿真意義上的負(fù)荷特性電網(wǎng)仿真意義上的負(fù)荷特性 ： 負(fù)荷吸收的功率負(fù)荷吸收的功率(P、Q ) 隨母線電壓幅值隨母線電壓幅值V）、系統(tǒng)頻）、系統(tǒng)頻率率f ）的變化而表現(xiàn)）的變化而表現(xiàn) 出的變化

26、特性出的變化特性 V、f 作用在負(fù)荷上的激勵(lì)輸入）；作用在負(fù)荷上的激勵(lì)輸入）； P、Q 負(fù)荷產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)響應(yīng)輸出），負(fù)荷產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)響應(yīng)輸出）， 也可以用電流描述也可以用電流描述ip、iq or ix、iy）。）。(2) 負(fù)荷特性的類型：負(fù)荷特性的類型： 靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性 電壓特性、頻率特性、電壓電壓特性、頻率特性、電壓-頻率關(guān)聯(lián)的負(fù)荷特性頻率關(guān)聯(lián)的負(fù)荷特性 有功特性、無功特性有功特性、無功特性1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.4 負(fù)荷特性、負(fù)荷模型與負(fù)荷建模負(fù)荷特性、負(fù)荷模型與負(fù)荷建模(3) 負(fù)荷模型負(fù)荷模型 描述負(fù)荷特性的數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)模型描述負(fù)荷特性的

27、數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)模型 時(shí)域參數(shù)型模型時(shí)域參數(shù)型模型 頻域參數(shù)型模型頻域參數(shù)型模型 （傳遞函數(shù)模型）（傳遞函數(shù)模型） 負(fù)荷模型的兩個(gè)基本要素負(fù)荷模型的兩個(gè)基本要素 模型結(jié)構(gòu)：數(shù)學(xué)方程式組的形式模型結(jié)構(gòu)：數(shù)學(xué)方程式組的形式fp、fq 的形式）的形式） 模型參數(shù)：模型參數(shù)：、(4) 負(fù)荷建模：負(fù)荷建模： 根據(jù)已知條件和應(yīng)用要求，確定負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和模根據(jù)已知條件和應(yīng)用要求，確定負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)型參數(shù)( )( ( ),( ), )( )( ( ),( ), )pqP tfU tf tQ tf U tf t( )( ),( ), ) , ( )( ),( ), )pqP sfU sf ssjQ sf U

28、 sf s1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.5 負(fù)荷模型的基本類型負(fù)荷模型的基本類型(1) 按是否反映負(fù)荷機(jī)理按是否反映負(fù)荷機(jī)理 機(jī)理模型：根據(jù)負(fù)荷用電設(shè)備工作機(jī)理建立的負(fù)荷模型。例如：機(jī)理模型：根據(jù)負(fù)荷用電設(shè)備工作機(jī)理建立的負(fù)荷模型。例如：IM 模型模型 非機(jī)理模型：僅基于負(fù)荷外特性等效建立的負(fù)荷模型非機(jī)理模型：僅基于負(fù)荷外特性等效建立的負(fù)荷模型 輸入輸入- 輸出模輸出模型型負(fù)荷靜態(tài)模型：描述負(fù)荷靜態(tài)模型：描述V、f 緩慢變化時(shí)，緩慢變化時(shí)，P、Q的變化特性的變化特性不含時(shí)間變量的代數(shù)方程不含時(shí)間變量的代數(shù)方程(組組)負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型：描述負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型：描述V V、f

29、f 急劇變化時(shí)，急劇變化時(shí)，P P、Q Q的變化特性的變化特性 含時(shí)間變量的代數(shù)含時(shí)間變量的代數(shù)- -微分方程或差分方程微分方程或差分方程),()(),()(fUftQfUftPqp0,y,x,ug,y,x,ufx),)()()()()()(tttttt(2) 按是否反映負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性按是否反映負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念 1.5 負(fù)荷模型的基本類型負(fù)荷模型的基本類型(3) 按時(shí)間域是否連續(xù)分類按時(shí)間域是否連續(xù)分類 時(shí)域連續(xù)模型：時(shí)域連續(xù)模型： 用時(shí)間的連續(xù)函數(shù)描述，如微分方程模型、空間狀態(tài)方程模型用時(shí)間的連續(xù)函數(shù)描述，如微分方程模型、空間狀態(tài)方程模型 時(shí)

30、域離散模型：時(shí)域離散模型： 用時(shí)域上的離散時(shí)間點(diǎn)描述，如差分方程模型用時(shí)域上的離散時(shí)間點(diǎn)描述，如差分方程模型 在總體測(cè)辨建模時(shí)，由于輸入在總體測(cè)辨建模時(shí)，由于輸入-輸出數(shù)據(jù)是離散的時(shí)間序列，輸出數(shù)據(jù)是離散的時(shí)間序列， 即使是時(shí)域連續(xù)模型如即使是時(shí)域連續(xù)模型如IM模型），也將是在離散時(shí)域上辨識(shí)。模型），也將是在離散時(shí)域上辨識(shí)。(4) 按是否在時(shí)間域描述按是否在時(shí)間域描述 時(shí)域模型：微分方程模型、狀態(tài)方程、差分方程模型時(shí)域模型：微分方程模型、狀態(tài)方程、差分方程模型 頻域模型：如頻域模型：如 傳遞函數(shù)模型傳遞函數(shù)模型(5) 按負(fù)荷特性描述方式按負(fù)荷特性描述方式 參數(shù)模型：有確定模型類構(gòu)造和確定模型參

31、數(shù)的模型參數(shù)模型：有確定模型類構(gòu)造和確定模型參數(shù)的模型 非參數(shù)模型：沖擊響應(yīng)模型、階躍響應(yīng)模型等非參數(shù)模型：沖擊響應(yīng)模型、階躍響應(yīng)模型等1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.5 負(fù)荷模型的基本類型負(fù)荷模型的基本類型(6) 按是否反映負(fù)荷非線性特性按是否反映負(fù)荷非線性特性 線性模型：線性模型： P、Q （或（或 ix、iy ）與）與V、f 是是 線性關(guān)系線性關(guān)系 非線性模型：非線性模型： P、Q （或（或 ix、iy ）與）與V、f 是是 非線性關(guān)系非線性關(guān)系 特別注意：模型、系統(tǒng)的線性與非線性的特別注意：模型、系統(tǒng)的線性與非線性的2個(gè)相關(guān)概念：個(gè)相關(guān)概念： (a) 系統(tǒng)線

32、性系統(tǒng)線性 和和 關(guān)于參數(shù)空間線性關(guān)于參數(shù)空間線性 系統(tǒng)線性：模型的輸出關(guān)于輸入變量是線性的；系統(tǒng)線性：模型的輸出關(guān)于輸入變量是線性的； 關(guān)于參數(shù)空間線性：模型的輸出關(guān)于參數(shù)是線性的。關(guān)于參數(shù)空間線性：模型的輸出關(guān)于參數(shù)是線性的。 例：此模型系統(tǒng)例：此模型系統(tǒng) 非線性非線性 但但 關(guān)于參數(shù)空間關(guān)于參數(shù)空間 線性線性(b) 本質(zhì)線性本質(zhì)線性 和和 本質(zhì)非線性本質(zhì)非線性 經(jīng)適當(dāng)變換可將本來為非線性的模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性模型，則原來的模型為本質(zhì)線性；經(jīng)適當(dāng)變換可將本來為非線性的模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性模型，則原來的模型為本質(zhì)線性； 不能經(jīng)數(shù)學(xué)變換將非線性的模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性模型，則原來模型為本質(zhì)非線性。不能經(jīng)數(shù)學(xué)變換將

33、非線性的模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性模型，則原來模型為本質(zhì)非線性。 例：如本質(zhì)線性模型例：如本質(zhì)線性模型 本質(zhì)非線性模型：本質(zhì)非線性模型：2000 pppPPaV VbV Vc000vfppPP V Vff1 (1)xye1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.6 常用的負(fù)荷靜態(tài)模型常用的負(fù)荷靜態(tài)模型(1) 多項(xiàng)式類負(fù)荷模型多項(xiàng)式類負(fù)荷模型00 ; PPQQ220000 ; PP V VQQV V多項(xiàng)式模型多項(xiàng)式模型一般形式一般形式 ：ZIP模型：模型：恒阻抗模型：恒阻抗模型：恒電流模型：恒電流模型：恒功率模型：恒功率模型：0000 ; P P VVQ Q VV20002000 ; 1

34、; 1ppppppqqqqqqPPaV VbV VcabcQQaV Vb V Vcabc0.0.000.0.00 ; 1 ; 1nnkp kp kkkmmkq kq kkkPPaV VaQQaV Va1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.6 常用的負(fù)荷靜態(tài)模型常用的負(fù)荷靜態(tài)模型000()1 : ()fnfafforff 0000vvpqPPV VQQV V(3) 頻率影響的考慮頻率影響的考慮考慮頻率影響時(shí)的常用靜態(tài)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)：考慮頻率影響時(shí)的常用靜態(tài)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)：2000.02000.011pppp fqqqq fPPaV VbV VcnffQQaV VbV Vcnff

35、 000000vfvfppqqPP V VffQQV VffZIP模型：模型：冪函數(shù)模型：冪函數(shù)模型：(2) 冪函數(shù)負(fù)荷模型冪函數(shù)負(fù)荷模型 1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.6 常用的負(fù)荷靜態(tài)模型常用的負(fù)荷靜態(tài)模型(4) 負(fù)荷的電壓和頻率特征指數(shù)負(fù)荷的電壓和頻率特征指數(shù) (a) 定義：在基準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)初始運(yùn)行點(diǎn)），負(fù)荷吸收功率對(duì)電壓定義：在基準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)初始運(yùn)行點(diǎn)），負(fù)荷吸收功率對(duì)電壓頻率的變化率頻率的變化率有功電壓特征指數(shù)：有功電壓特征指數(shù)：有功頻率特征指數(shù)：有功頻率特征指數(shù)：無功電壓特征指數(shù)：無功電壓特征指數(shù)：無功頻率特征指數(shù)：無功頻率特征指數(shù)：000(/)(/)

36、ffd P Pd V V000(/)(/)V Vd P Pd ff000(/)(/)ffd Q Qd V V000(/)(/)V Vd Q Qd ff(b) 冪函數(shù)模型的電壓、頻率特征指數(shù)：冪函數(shù)模型的電壓、頻率特征指數(shù)：000(/)(/)vffd P Ppd V V000(/)(/)fV Vd P Ppd ff 000(/)(/)vffd Q Qqd V V000(/)(/)fV Vd Q Qqd ff 1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.6 常用的負(fù)荷靜態(tài)模型常用的負(fù)荷靜態(tài)模型(4) 負(fù)荷的電壓和頻率特征系數(shù)指數(shù)）負(fù)荷的電壓和頻率特征系數(shù)指數(shù)）(c) ZIP模型參數(shù)

37、與電壓特征指數(shù)的關(guān)系模型參數(shù)與電壓特征指數(shù)的關(guān)系 當(dāng)已知負(fù)荷的特征指數(shù)，則可確定其對(duì)應(yīng)的當(dāng)已知負(fù)荷的特征指數(shù)，則可確定其對(duì)應(yīng)的 ZIP 模型的參模型的參數(shù)：數(shù)：(d) 意義：意義： 描述了負(fù)荷的靜態(tài)特性，反映了負(fù)荷功率的電壓頻率調(diào)節(jié)能力，其描述了負(fù)荷的靜態(tài)特性，反映了負(fù)荷功率的電壓頻率調(diào)節(jié)能力，其值為在基準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，每單位電壓頻率變化引起的負(fù)荷功率的變化量。值為在基準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，每單位電壓頻率變化引起的負(fù)荷功率的變化量。.(1/ 2)(1) , (2) , 1()(1/ 2)(1) , (2) , 1() , pvvpvvpppqvvqvvqqqp ffq ffappbppcabaqqbqp

38、cabnpnq當(dāng)已知當(dāng)已知 ZIP 模型的參數(shù)，則可確定負(fù)荷的電壓特征指數(shù)：模型的參數(shù)，則可確定負(fù)荷的電壓特征指數(shù)：.2 2vppfp fvqqfq fpabpnqabqn1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.6 常用的負(fù)荷靜態(tài)模型常用的負(fù)荷靜態(tài)模型(4) 負(fù)荷的電壓和頻率特征系數(shù)指數(shù)）負(fù)荷的電壓和頻率特征系數(shù)指數(shù)） (e) 典型負(fù)荷用電設(shè)備的靜態(tài)特性典型負(fù)荷用電設(shè)備的靜態(tài)特性 參數(shù)參數(shù)用電設(shè)備用電設(shè)備pvpfqvqf白熾燈白熾燈1.6000熒光燈熒光燈1.2-1.03.0-2.8電熱器電熱器2.0000感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1.8冶煉冶煉1.9-0.52

39、.10鋁廠鋁廠1.8-1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型 1.7.1 機(jī)電暫態(tài)三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型機(jī)電暫態(tài)三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 (1) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等值電路感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等值電路. imim xim yEEjE( )()()/ /()( )1( )imSSmmrrimimimimimimZsRjxRjxRsjxRjXYsZsGjB()SSmrmrZRj xxxx xxx SmkSrXxxXxx0() ()mrrBTxxR 1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)

40、模型1.7.1 三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 (2) 描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程.imim x im xim y im yimim y im xim x im yPVIVIQVIVI(a) 電壓平衡方程和輸出方程電壓平衡方程和輸出方程2.2.()()()()im xSim xim xim yim yim ySim yim yim xim xIRVEx VEZIRVEx VEZimimimimimSVEI ZEIRj ximimimSVIimimimVEIZ1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)

41、態(tài)模型1.7.1三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 (2) 描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程(b) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程(c) 幾種基本的機(jī)械負(fù)載特性幾種基本的機(jī)械負(fù)載特性20201111(1)im.xBim.yim.xsim.yim.yim.xim.xim.yBim.xim.ysim.xim.xim.yim.ymemJJXxpE s EER V E x VETZXxpEs eER V E x V ETZTTPpsTTs T (1)eJJPs T0 000201 1111 ; 1nmnmmmmmmmmTTsTTkksTTAsBsCABC1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概

42、念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型1.7.1 三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 (2) 描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程描述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本方程(d) 電磁轉(zhuǎn)矩功率的描述電磁轉(zhuǎn)矩功率的描述eimimPIm EI 2esim.yim.xim.yim.ysim.xim.yim.xim.xPR E xEVER E xEVEZ 2.m ax1 ; 2imrecrkkVRTsXX222.max121crcrcrcreimimimessssNNkssssTVVVTVVX 用狀態(tài)變量描述：用狀態(tài)變量描述： 用特性參數(shù)描述：用特性參數(shù)描述：1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模

43、的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型1.7.2 一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型(1) 一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 輸出方程輸出方程 狀態(tài)方程狀態(tài)方程22( ( )( ( )imimimimPRe VY s tQIm VY s tJmeT psTT 電磁轉(zhuǎn)矩描述電磁轉(zhuǎn)矩描述1.7.1 (2) (d) 機(jī)械轉(zhuǎn)矩描述機(jī)械轉(zhuǎn)矩描述1.7.1 (2) (c)2.max2.max12(2) , crcreimessNsseimkcrrkTVTVTVXsRX1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)

44、態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型1.7.2 一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型(2) 一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 考慮轉(zhuǎn)子繞組電磁暫態(tài)的狀態(tài)方程考慮轉(zhuǎn)子繞組電磁暫態(tài)的狀態(tài)方程220imimimmimdEXXxTEVP x Edtxx 2.0.002.0.0022.0.0.0()() () , () imimimimimimimimimimimimimimimPRe VYsQIm VYsxXKKExEPQVxVKVPx E留意：留意：Pm機(jī)械轉(zhuǎn)矩，由初始平衡條件決定，暫態(tài)過程中恒定，可以近似機(jī)械轉(zhuǎn)矩，由初始平衡條件決定，暫態(tài)過程中恒定，可以

45、近似為：為：.0( )(0)mmmimPP tPPconst1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型1.7.2 一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型一階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型(2) 一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 功率輸出方程功率輸出方程.0.00.0222 imimimimimimimimimimimmPVEx sinPconstQVVE cosxVxE VxP 留意：留意：Pm機(jī)械轉(zhuǎn)矩，由初始平衡條件決定，暫態(tài)過程中恒定，機(jī)械轉(zhuǎn)矩，由初始平衡條件決定，暫態(tài)過程中恒定， 可以近似為：可以近似為：.0( )(0)mmmimPP tPPco

46、nst1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.7 常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型常用的負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型1.7.3 差分方程模型差分方程模型 (1) 差分方程模型的一般形式差分方程模型的一般形式( )( ( -1), ( - ); ( ), ( -), ), 1,2,.y kf y ky k n u ku k mkf(.)是關(guān)于差分項(xiàng)的非線性函數(shù)。例如是關(guān)于差分項(xiàng)的非線性函數(shù)。例如 下式所示即為一種具體的非線性差分方程模型：下式所示即為一種具體的非線性差分方程模型：2111000( ) ()() (1)() ()()nniiiiniiqmljijijiiy kAy kiBykiCy kiy

47、kiDVkiHf ki +(2) 線性差分方程模型線性差分方程模型100( )()()()nmliiiiiiy kA y kiBU kiCf ki1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.8 綜合負(fù)荷模型的選擇原則綜合負(fù)荷模型的選擇原則1.8.1 負(fù)荷靜態(tài)模型的應(yīng)用場(chǎng)合負(fù)荷靜態(tài)模型的應(yīng)用場(chǎng)合描述靜態(tài)負(fù)荷的特性和動(dòng)態(tài)描述靜態(tài)負(fù)荷的特性和動(dòng)態(tài)負(fù)荷的靜特性負(fù)荷的靜特性 (1) 描述靜態(tài)負(fù)荷特性描述靜態(tài)負(fù)荷特性 潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定仿真中，均可以使用靜態(tài)模潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定仿真中，均可以使用靜態(tài)模 型型描述靜態(tài)負(fù)荷特性描述靜態(tài)負(fù)荷特性 (2) 描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷的慢動(dòng)態(tài)特性描述動(dòng)

48、態(tài)負(fù)荷的慢動(dòng)態(tài)特性 暫態(tài)穩(wěn)定仿真時(shí)，對(duì)于時(shí)間常數(shù)為數(shù)十秒、分鐘數(shù)量級(jí)的暫態(tài)穩(wěn)定仿真時(shí)，對(duì)于時(shí)間常數(shù)為數(shù)十秒、分鐘數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，可用靜態(tài)動(dòng)態(tài)負(fù)荷，可用靜態(tài) 模型近似描述模型近似描述 (3) 穩(wěn)態(tài)潮流、靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析中，可以使用靜態(tài)模型穩(wěn)態(tài)潮流、靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析中，可以使用靜態(tài)模型近似描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷。近似描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷。 如：如：IM 用恒定阻抗模型描述用恒定阻抗模型描述1.8.2 負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型的應(yīng)用場(chǎng)合負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型的應(yīng)用場(chǎng)合描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷的動(dòng)特性描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷的動(dòng)特性 (1) 暫態(tài)穩(wěn)定仿真中的快動(dòng)態(tài)負(fù)荷需用動(dòng)態(tài)模型暫態(tài)穩(wěn)定仿真中的快動(dòng)態(tài)負(fù)荷需用動(dòng)態(tài)模型 （時(shí)間常數(shù)為秒級(jí)及以下，如（時(shí)間常數(shù)為秒級(jí)及

49、以下，如 IM） (2) 小擾動(dòng)穩(wěn)定仿真中的動(dòng)態(tài)負(fù)荷小擾動(dòng)穩(wěn)定仿真中的動(dòng)態(tài)負(fù)荷 (3) 長過程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定仿真中，描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷、尤其是慢動(dòng)態(tài)負(fù)長過程動(dòng)態(tài)穩(wěn)定仿真中，描述動(dòng)態(tài)負(fù)荷、尤其是慢動(dòng)態(tài)負(fù)荷荷留意：綜合負(fù)荷的描述本身就是近似的，在選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮：留意：綜合負(fù)荷的描述本身就是近似的，在選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮：應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用場(chǎng)合、 研究對(duì)象、研究內(nèi)容、對(duì)精度的要求等因素。研究對(duì)象、研究內(nèi)容、對(duì)精度的要求等因素。1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.9 綜合負(fù)荷模型的應(yīng)用現(xiàn)狀綜合負(fù)荷模型的應(yīng)用現(xiàn)狀(1) 潮流計(jì)算中負(fù)荷模型的應(yīng)用潮流計(jì)算中負(fù)荷模型的應(yīng)用 一般采用恒定功率模型；一

50、般采用恒定功率模型； 也使用也使用ZIP模型和冪函數(shù)模型模型和冪函數(shù)模型(2) 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中負(fù)荷模型的應(yīng)用暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中負(fù)荷模型的應(yīng)用 綜合負(fù)荷接于綜合負(fù)荷接于220kV變電站變電站 110kV母線：母線： 動(dòng)態(tài)負(fù)荷動(dòng)態(tài)負(fù)荷+靜態(tài)負(fù)荷靜態(tài)負(fù)荷 動(dòng)態(tài)負(fù)荷：三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型動(dòng)態(tài)負(fù)荷：三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型 IM參數(shù)基本上全國統(tǒng)一參數(shù)基本上全國統(tǒng)一 “典型參數(shù)典型參數(shù)”： Xk=0.295+0.12 國調(diào)國調(diào)(EPRI)修正：修正：Xk=0.18+0.12 靜態(tài)負(fù)荷：靜態(tài)負(fù)荷：Z模型模型 或或 ZIP模型，模型， 動(dòng)態(tài)負(fù)荷比例動(dòng)態(tài)負(fù)荷比例Km ： 4565(3) 小擾動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算中負(fù)荷模型的應(yīng)用小擾動(dòng)

51、穩(wěn)定計(jì)算中負(fù)荷模型的應(yīng)用 一般采用一般采用 三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī)三階感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 并聯(lián)并聯(lián) 恒阻抗恒阻抗 模型模型1.電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本概念1.10 負(fù)荷建模的基本方法負(fù)荷建模的基本方法(1) 系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模方法 機(jī)理建模：機(jī)理建模：“白箱建模白箱建模 辨識(shí)建模：辨識(shí)建模： “黑箱建模、黑箱建模、 “灰箱建模灰箱建模(2) 負(fù)荷建模方法負(fù)荷建模方法 (a) 統(tǒng)計(jì)綜合法統(tǒng)計(jì)綜合法Component-based approach) 基本思想：調(diào)查基本思想：調(diào)查統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)綜合綜合 基本信息：典型用電設(shè)備平均特性參數(shù)基本信息：典型用電設(shè)備平均特性參數(shù)(如：電壓、頻率如：電壓、

52、頻率特征指數(shù)、特征指數(shù)、IM參數(shù)參數(shù))； 行業(yè)負(fù)荷行業(yè)負(fù)荷(分類負(fù)荷分類負(fù)荷) 成份及其構(gòu)成比例成份及其構(gòu)成比例 變電站行業(yè)構(gòu)成及其比例變電站行業(yè)構(gòu)成及其比例 主要問題：基本信息調(diào)查統(tǒng)計(jì)投入太大、且難以準(zhǔn)確主要問題：基本信息調(diào)查統(tǒng)計(jì)投入太大、且難以準(zhǔn)確 應(yīng)用情況：相對(duì)較少應(yīng)用情況：相對(duì)較少 (b) 總體測(cè)辨法總體測(cè)辨法Measurement-based approach) 基本思想：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集基本思想：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模型結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)辨模型結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)辨識(shí)識(shí)模型檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋z驗(yàn) 基本信息：變電站的負(fù)荷特性數(shù)據(jù)在線采集基本信息：變電站的負(fù)荷特性數(shù)據(jù)在線采集 主要問題：采集數(shù)據(jù)覆蓋面小、特性時(shí)變性、

53、模型適應(yīng)主要問題：采集數(shù)據(jù)覆蓋面小、特性時(shí)變性、模型適應(yīng)性、通用性性、通用性 應(yīng)用情況：應(yīng)用較多應(yīng)用情況：應(yīng)用較多總體測(cè)辨法負(fù)荷建?？傮w測(cè)辨法負(fù)荷建模基本原理與方法基本原理與方法2. 總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法總體測(cè)辨法負(fù)荷建模基本原理與方法2.1 總體測(cè)辨建模的基本原理與基本概念總體測(cè)辨建模的基本原理與基本概念(1) 系統(tǒng)辨識(shí)的定義系統(tǒng)辨識(shí)的定義 系統(tǒng)辨識(shí)是指：以系統(tǒng)實(shí)測(cè)輸入系統(tǒng)辨識(shí)是指：以系統(tǒng)實(shí)測(cè)輸入-輸出數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按規(guī)定準(zhǔn)則，在一類模型輸出數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按規(guī)定準(zhǔn)則，在一類模型中選擇中選擇 一個(gè)與實(shí)測(cè)輸出數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。一個(gè)與實(shí)測(cè)輸出數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。(2) 總體測(cè)辨法建模

54、的基本原理總體測(cè)辨法建模的基本原理系統(tǒng)辨識(shí)原理系統(tǒng)辨識(shí)原理11kkLLu( ),y( ) ; . ; u( ),y( ) ;.; u( ),y( )(3)系統(tǒng)辨識(shí)三要素：系統(tǒng)辨識(shí)三要素： M ； J()2. 總體測(cè)辨法負(fù)荷建模基本原理與方法總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法2.1 總體測(cè)辨建模的基本原理與基本概念總體測(cè)辨建模的基本原理與基本概念(3)系統(tǒng)辨識(shí)三要素：系統(tǒng)辨識(shí)三要素： (a) 輸入輸出數(shù)據(jù)樣本的獲取輸入輸出數(shù)據(jù)樣本的獲取 數(shù)據(jù)在線采集數(shù)據(jù)在線采集 數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理 (b) 模型結(jié)構(gòu)的確定模型結(jié)構(gòu)的確定模型類的選擇模型類的選擇 在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，辨識(shí)在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，辨識(shí)檢驗(yàn)檢驗(yàn)選擇選擇

55、 不能單純最求不能單純最求“準(zhǔn)確準(zhǔn)確”，實(shí)用是關(guān)鍵，實(shí)用是關(guān)鍵 逼近逼近“較精確較精確”, 構(gòu)造構(gòu)造“較簡單較簡單” (c) 準(zhǔn)則函數(shù)準(zhǔn)則函數(shù)J() 通常取離差殘差平方和通常取離差殘差平方和 2.111( )=( )( )( )( ) =( )( )LLnTmmii mkkiJkkkky kyk yyyy 1,2,.,kkkLu( ),y( ) 11( ) ; ( ) , ( ) 1,2,.,hnmkRkkRkLuyy( )( ) ( ), 2( )( )( ), ( )( )( ) 2TxyTTmmmkV kVkhkP kQ kkP kQknuyy 2211( )=( )( )( )( )

56、=( )( )( )( )LLTmmmmkkJP kPkP kPkP kPkQ kQk設(shè)：設(shè)：那么：那么：例：例：2. 總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法2.2 總體測(cè)辨建模的基本步驟總體測(cè)辨建模的基本步驟(1) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)獲取試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)獲取 采集裝置開發(fā)采集裝置開發(fā) 試驗(yàn)地點(diǎn)選擇試驗(yàn)地點(diǎn)選擇 數(shù)據(jù)要求數(shù)據(jù)要求 記錄長度記錄長度(2) 模型類和辨識(shí)方法選擇模型類和辨識(shí)方法選擇 時(shí)域時(shí)域/頻域非參數(shù)型模型頻域非參數(shù)型模型經(jīng)典辨識(shí)方法經(jīng)典辨識(shí)方法間接辨識(shí)間接辨識(shí) 時(shí)域參數(shù)性模型時(shí)域參數(shù)性模型現(xiàn)代辨識(shí)方法現(xiàn)代辨識(shí)方法直接辨識(shí)直接辨識(shí)(3) 模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)辨識(shí)模型

57、結(jié)構(gòu)和參數(shù)辨識(shí) 結(jié)構(gòu)辨識(shí)結(jié)構(gòu)辨識(shí)方程階次的辨識(shí)方程階次的辨識(shí) 數(shù)據(jù)樣本處理長度、靜態(tài)數(shù)據(jù)樣本處理長度、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性）動(dòng)態(tài)特性） 數(shù)據(jù)擬合方法數(shù)據(jù)擬合方法(優(yōu)化方法選擇優(yōu)化方法選擇) 辨識(shí)程序設(shè)計(jì)辨識(shí)程序設(shè)計(jì) 收斂準(zhǔn)則終止條件）收斂準(zhǔn)則終止條件）(4) 模型檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋z驗(yàn) 擬合效果擬合效果 參數(shù)分散性參數(shù)分散性 泛化能力泛化能力 應(yīng)用檢驗(yàn)應(yīng)用檢驗(yàn)2. 總體測(cè)辨法負(fù)荷建模基本原理與方法總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法數(shù)據(jù)擬合方法（1 1數(shù)據(jù)擬合的基本概念數(shù)據(jù)擬合的基本概念 選擇一種函數(shù)模型），描述已知的某個(gè)數(shù)據(jù)樣本的選擇一種函數(shù)模型），描述已知的某個(gè)數(shù)據(jù)樣本的L L組數(shù)據(jù)之間的

58、函數(shù)組數(shù)據(jù)之間的函數(shù)關(guān)系關(guān)系 (a) (a) 數(shù)據(jù)擬合的基本過程：數(shù)據(jù)擬合的基本過程： 給定數(shù)據(jù)樣本給定數(shù)據(jù)樣本選擇擬合函數(shù)選擇擬合函數(shù)( (模型）模型）選擇擬合方法選擇擬合方法擬合結(jié)果擬合結(jié)果分析分析 (b) (b) 注意的的基本問題：注意的的基本問題： 函數(shù)的選擇：與問題的復(fù)雜程度有關(guān)，簡單函數(shù)的選擇：與問題的復(fù)雜程度有關(guān)，簡單/ /復(fù)雜復(fù)雜 擬合效果：近似，不可能絕對(duì)精確擬合效果：近似，不可能絕對(duì)精確 數(shù)據(jù)樣本噪聲干擾、函數(shù)本身的近似性、數(shù)據(jù)擬合方法數(shù)據(jù)樣本噪聲干擾、函數(shù)本身的近似性、數(shù)據(jù)擬合方法或優(yōu)化算法）或優(yōu)化算法） (c) (c) 舉例：舉例： , 1 ,2,.,()kkSt Pk

59、LP f t0.6modelmeasuredt/sP/p.u（2 2線性回歸模型線性回歸模型 設(shè)設(shè) 變量變量 y y 之取值依賴于之取值依賴于n n 個(gè)自變量個(gè)自變量 x x ： 滿足近似滿足線性關(guān)系：滿足近似滿足線性關(guān)系： 設(shè)設(shè) 獲得獲得L L組觀測(cè)數(shù)據(jù)：組觀測(cè)數(shù)據(jù)： 那么那么 方程組成立：方程組成立： 即有即有 線性回歸模型：線性回歸模型：2. 總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法總體測(cè)辨法負(fù)荷建模基本原理與方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法數(shù)據(jù)擬合方法12,.,Tnxxxx01 122.nnyxxx01122011212.,., 1,2,., ,.,Tiiinin

60、xiTiiiinTxnyxxxxxxiL xx1011121212012122220112201122.nnnniiininLLLnLnyxxxyxxxyxxxyxxx1112(,),.,(,),.,(,)(,)(,., ; )iiLLiiiiiniSyyyyxxxyxxxx（3 3最小二乘法數(shù)據(jù)擬合的基本原理最小二乘法數(shù)據(jù)擬合的基本原理 線性回歸模型中，未知參數(shù)：線性回歸模型中，未知參數(shù)： 設(shè)設(shè) 參數(shù)的近似估計(jì)值：參數(shù)的近似估計(jì)值： 使得使得 殘差離差平方和最小殘差離差平方和最小 令：令： 得：最小二乘估計(jì)得：最小二乘估計(jì)2. 總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法總體測(cè)辨法負(fù)荷建?；驹砼c方法