電力系統(tǒng)辨識精品課件

1、電力系統(tǒng)辨識第1頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四本課程的基本內(nèi)容與教學要求：內(nèi)容： 1、系統(tǒng)辨識的基本概念 2、 系統(tǒng)辨識應用電力系統(tǒng)負荷建模的基本原理與方法要求：了解熟悉應用 基本概念 基本原理 基本方法 基本應用第2頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念(1)系統(tǒng)仿真及其作用 仿真的涵義：實際物理系統(tǒng)的模擬 根據(jù)模擬理論（相似理論）設計一個能夠反應實際系統(tǒng)或過程的模型，通過模型試驗求得結論，進而分析得出實際系統(tǒng)結論的研究過程。 仿真的作用：代替實際系統(tǒng)進行實驗，分析系統(tǒng)運行狀態(tài)重要實驗手段 仿真的方

2、法：物理仿真、數(shù)字仿真 仿真的過程與步驟：（a）建立模型 （b）模擬試驗； （c）結論分析和誤差估計。原型：實際物理對象模型：模擬裝置或模擬系統(tǒng)模型類型：數(shù)學模型物理模型第3頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四幾何相似：空間測度成比例第0章 系統(tǒng)辨識概論0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念(2)系統(tǒng)相似及其基本類型 相似：幾何上 或 物理過程相同或相近 類型：6種基本的 “相似”類型各軸同比相似：各軸異比相似：第4頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四各軸同比相似：各軸異比相似：0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念(2)系統(tǒng)相似及其基本類型 現(xiàn)象相似： 不同系統(tǒng)所發(fā)生的過

3、程中，各對應物理量存在一個固定的比例系數(shù)第0章 系統(tǒng)辨識概論第5頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四絕對相似： 2個系統(tǒng)中所產(chǎn)生的全部過程（物理量）完全相似全部幾何尺寸和相應參數(shù)在時間和空間上所產(chǎn)生的全部變化完全相似完全相似： 2個系統(tǒng)中所研究的某一（某些）現(xiàn)象的一切過程在時間和空間上都是相似的。 例：2臺同步發(fā)電機電磁現(xiàn)象完全相似：i(t)、u(t)、電場和磁場分布相似。局部相似（不完全相似）：個別方面的相似 例：2臺同步發(fā)電機，i(t) 相似，但電場和磁場分布不相似。近似相似：在某些假設條件下的現(xiàn)象相似 例：研究2臺同步發(fā)電機的機電暫態(tài)過程，可以不計定子電流中的直流和

4、倍頻分量 以及 轉子電流中的周期分量第0章 系統(tǒng)辨識概論0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念(2)系統(tǒng)相似及其基本類型第6頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四相似判據(jù)：在模擬某一現(xiàn)象是，所參與的物理量（即描述此現(xiàn)象的各有關物理量） 之間應當保持的某種固定關系。相似定理：描述2個過程相似應當滿足的充分必要條件?？梢杂孟嗨婆袚?jù)應當滿足 的關系來描述。 相似第一定理：相似系統(tǒng)應當有同樣的相似判據(jù),即其相似指標等于“1” 例如：研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流或短路電流時，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系。 根據(jù)相似第一定理，原型系統(tǒng)（“0”）和模型系

5、統(tǒng)（“1”）的各物理量之間應當滿足：第0章 系統(tǒng)辨識概論0.1 系統(tǒng)仿真的基本概念(3)系統(tǒng)模擬的基本原理相似定理第7頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四 相似定理： 相似第二定理：一個系統(tǒng)由n各不同量綱的物理量組成，其中有k個是獨立 的基本量，則另外n-k個物理量與基本量所組成的n-k個無 量綱的比例系數(shù)可以用算式完全表達，這些比例系數(shù)就是 相似判據(jù)。 相似第三定理：如果兩個現(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。 單值條件相似包括： 幾何相似； 物理參數(shù)相似； 其實條件相似； 邊界條件相似； 時間相似。第0章 系統(tǒng)辨識概論0.1 系統(tǒng)

6、仿真的基本概念(3)系統(tǒng)模擬的基本原理相似定理第8頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.2 系統(tǒng)辨識的基本概念(1)系統(tǒng)辨識的內(nèi)涵與意義 系統(tǒng)辨識（System Identification）是現(xiàn)代控制理論的學科分支 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)，估計系統(tǒng)的數(shù)學模型系統(tǒng)分析、控制、設計的基礎實現(xiàn)系統(tǒng)仿真的前提系統(tǒng)動態(tài)建模：第9頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.2 系統(tǒng)辨識的基本概念(2)系統(tǒng)建模的兩條途徑系統(tǒng)建模三種情形機理建模物理機理分析，寫出模型。Ex.： P

7、ark方程、潮流模型 特點：物理概念清晰； 有局限性（假設與簡化）； 無法計及某些實際因素辨識建模系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)估計出系統(tǒng)數(shù)學模型 特點：機理了解要求低； 可計及實際因素； 物理意義不夠明確“白箱”(White-box)建?！昂谙洹?Black-box)建?！盎蚁洹?Grey-box)建模辨識建模電力系統(tǒng)建模的主要情形機理建模第10頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.2 系統(tǒng)辨識的基本概念(3)系統(tǒng)辨識的定義和辨識原理 定義I：在測量獲得系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)的基礎上，從給定的一組模型中，確定一個與實測系統(tǒng)等價的模型 定義II：按規(guī)定準則，在一類

8、模型中，選擇一個與數(shù)據(jù)擬合得最好的模型辨識三要素：（u,ym）、M、J() 基本原理：第11頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.2 系統(tǒng)辨識的基本概念(4)系統(tǒng)辨識的方法方法特點數(shù)學模型經(jīng)典辨識法卷積辨識法相關辨識法頻域FFT法確定型、時域、非參數(shù)型隨機性、時域、非參數(shù)型隨機性、頻域、非參數(shù)型時域脈沖響應時域脈沖響應頻域，幅頻特性、相頻特性現(xiàn)代辨識法最小二乘估計法極大自然法卡爾曼濾波法隨機性、時域、參數(shù)型狀態(tài)空間方程差分方程間接辨識法直接辨識法第12頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.2 系統(tǒng)辨識的基本

9、概念(5)系統(tǒng)辨識的過程先驗知識積累模型應用第13頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四第0章 系統(tǒng)辨識概論0.2 系統(tǒng)辨識的基本概念(6)系統(tǒng)辨識在電力系統(tǒng)中的應用電力系統(tǒng)元件建模(四大參數(shù)辨識) 故障識別、狀態(tài)監(jiān)測 控制參數(shù)在線整定(PSS、SVC、HVDC) 動態(tài)信息測試與處理(諧波檢測、動態(tài)電能質量監(jiān)測)狀態(tài)估計、工況預報(負荷預測)動態(tài)等值 自適應控制第14頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四內(nèi)容： 1.1 電力系統(tǒng)負荷建模的目的與意義 1.2 電力系統(tǒng)負荷的基本概念 1.3 負荷特性、負荷模型與負荷建模 1.4 負荷分類 1.5 負荷模型的

10、基本類型 1.6 常用的負荷靜態(tài)模型 1.7 常用的負荷動態(tài)模型 1.8 選擇負荷模型的基本原則 1.9 綜合負荷模型的應用現(xiàn)狀 1.10 負荷建模的基本方法1.電力系統(tǒng)負荷建模概論第15頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模概論1.1 電力系統(tǒng)負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(1) 定義：運用或設計合理的數(shù)值計算方法和計算程序、根據(jù)給定的初始運行條件， 求解系統(tǒng)數(shù)學模型，以確定系統(tǒng)運行狀態(tài)的過程(2) 數(shù)字仿真系統(tǒng)的整體結構：(3) 數(shù)字仿真的應用： 應用領域：電力系統(tǒng)規(guī)劃設計、運行控制（調度）重要的決策依據(jù) 應用方式：離線計

11、算、在線實時仿真第16頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.1 電力系統(tǒng)負荷建模的目的與意義1.1.2 電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的關鍵理論與技術問題(1) 建模理論與技術元件建模、系統(tǒng)建模 成熟的元件模型：發(fā)電機、變壓器模型、線路模型 亟待完善的模型：綜合負荷模型、二次系統(tǒng)模型(2) 數(shù)值計算方法計算效率與速度、收斂性、數(shù)值穩(wěn)定性(3) 超大規(guī)模系統(tǒng)的協(xié)同仿真技術(4) 計算機技術與通信硬件支持(5) 編程技術面向對象、圖形化、可視化第17頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.1 電力系統(tǒng)負荷建

12、模的目的與意義1.1.3 負荷建模的目的與意義(1) 目的：為電力系統(tǒng)仿真計算提供結構合理、參數(shù)準確的綜合負荷模型 意義：準確、可信賴的仿真結果，必須以準確的負荷模型為前提； 不同的負荷模型會導致不同的仿真結果，甚至得出相反的結論。 (a) 若 仿真得出樂觀的結論，以此為依據(jù)的決策 將會威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行； (b) 若 仿真得出保守的結論，以此為依據(jù)的決策 將會浪費發(fā)、輸、變電設備潛力，造成投資的浪費。 舉例：某電網(wǎng)的省網(wǎng)間聯(lián)絡線暫態(tài)穩(wěn)定極限控制功率計算中，受電側負荷中心采用傳統(tǒng)綜合負荷模型： Z-35% + IM 65%，IM 參數(shù)： Xk=0.150 (0.095+0.055)南送 1

13、800MW 不失穩(wěn)； Z-35% + IM 65%，IM 參數(shù)： Xk=0.415 (0.295+0.120)南送 1550MW 失穩(wěn)。第18頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.2 電力系統(tǒng)負荷的基本概念 電力負荷的兩種基本涵義： (1) 用戶或設備從電網(wǎng)吸收(或發(fā)出)的功率 (如“負荷水平”、“負荷預測”)； (2) 用電設備或其集合?？梢允牵?單一用電設備 用電設備的集合綜合負荷 行業(yè)綜合負荷 （企、事業(yè)單位用戶的綜合負荷） 線路綜合負荷 母線綜合負荷 變電站綜合負荷 綜合負荷=供電區(qū)域內(nèi)所有用電設備的集合 + 供配電網(wǎng)絡（含無功補償

14、設備） + 地方發(fā)電廠第19頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.3 負荷的分類(1) 負荷成分與負荷構成 負荷成分：構成（綜合）負荷的用電設備的集合（工業(yè)）感應電動機、同步電動機、 空調、熒光燈、白熾燈、電加熱、制冷、電子設備、整流負荷、冶煉負荷 負荷構成：構成綜合負荷的負荷成分比例。例如 ：IM 15% + 熒光燈45% + 中央空調40%(2) 負荷的分類 (a) 按用途分類：工業(yè)負荷、農(nóng)業(yè)負荷、商業(yè)負荷、居民負荷 (b) 按特性（性質）分類：靜態(tài)負荷、動態(tài)負荷 / 線性負荷、非線性負荷 靜態(tài)負荷：無記憶當前響應只與當前時刻激勵有關。

15、 即時性 激勵變化立刻導致響應的變化，無過渡過程 靜態(tài)負荷可用代數(shù)方程（組）描述 動態(tài)負荷：有記憶當前響應不僅與當前時刻激勵有關，而且與歷史激勵及響應有關 非即時 從一個穩(wěn)定狀態(tài)另一個穩(wěn)定狀態(tài) 經(jīng)歷一個過渡過程 動態(tài)負荷需用代數(shù)微分（差分）方程（組）描述 線性負荷：響應可用關于激勵的線性方程（組）描述 非線性負荷：響應需用關于激勵的非線性方程（組）描述第20頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.4 負荷特性、負荷模型與負荷建模(1) 負荷特性的兩種基本含義 (a) 電網(wǎng)規(guī)劃、調度 意義上的負荷特性： 在某一定時間范圍內(nèi)，負荷功率隨時間的變化

16、規(guī)律 例如： 日有功（無功）負荷特性； 年（持續(xù)）負荷特性； (b) 電網(wǎng)仿真意義上的負荷特性 ： 負荷吸收的功率(P、Q ) 隨母線電壓（幅值V）、系統(tǒng)頻率（f ）的變化而表現(xiàn) 出的變化特性 V、f 作用在負荷上的激勵（輸入）； P、Q 負荷產(chǎn)生的對應響應（輸出）， 也可以用電流描述（ip、iq or ix、iy）。(2) 負荷特性的類型： 靜態(tài)特性、動態(tài)特性 電壓特性、頻率特性、電壓-頻率關聯(lián)的負荷特性 有功特性、無功特性第21頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.4 負荷特性、負荷模型與負荷建模(3) 負荷模型 描述負荷特性的數(shù)學數(shù)學

17、模型 時域參數(shù)型模型 頻域參數(shù)型模型 （傳遞函數(shù)模型） 負荷模型的兩個基本要素 模型結構：數(shù)學方程式（組）的形式（fp、fq 的形式） 模型參數(shù)：、(4) 負荷建模： 根據(jù)已知條件和應用要求，確定負荷模型的結構和模型參數(shù)第22頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.5 負荷模型的基本類型(1) 按是否反映負荷機理 機理模型：根據(jù)負荷（用電設備）工作機理建立的負荷模型。例如：IM 模型 非機理模型：僅基于負荷外特性等效建立的負荷模型 輸入- 輸出模型負荷靜態(tài)模型：描述V、f 緩慢變化時，P、Q的變化特性不含時間變量的代數(shù)方程(組)負荷動態(tài)模型：

18、描述V、f 急劇變化時，P、Q的變化特性 含時間變量的代數(shù)-微分方程或差分方程(2) 按是否反映負荷動態(tài)特性第23頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念 1.5 負荷模型的基本類型(3) 按時間域是否連續(xù)分類 時域連續(xù)模型： 用時間的連續(xù)函數(shù)描述，如微分方程模型、空間狀態(tài)方程模型 時域離散模型： 用時域上的離散時間點描述，如差分方程模型 在總體測辨建模時，由于輸入-輸出數(shù)據(jù)是離散的時間序列， 即使是時域連續(xù)模型（如IM模型），也將是在離散時域上辨識。(4) 按是否在時間域描述 時域模型：微分方程模型、狀態(tài)方程、差分方程模型 頻域模型：如 傳遞函

19、數(shù)模型(5) 按負荷特性描述方式 參數(shù)模型：有確定模型類（結構）和確定模型參數(shù)的模型 非參數(shù)模型：沖擊響應模型、階躍響應模型等第24頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.5 負荷模型的基本類型(6) 按是否反映負荷非線性特性 線性模型： P、Q （或 ix、iy ）與V、f 是 線性關系 非線性模型： P、Q （或 ix、iy ）與V、f 是 非線性關系 特別注意：模型、系統(tǒng)的線性與非線性的2個相關概念： (a) 系統(tǒng)線性 和 關于參數(shù)空間線性 系統(tǒng)線性：模型的輸出關于輸入變量是線性的； 關于參數(shù)空間線性：模型的輸出關于參數(shù)是線性的。 例：

20、此模型系統(tǒng) 非線性 但 關于參數(shù)空間 線性(b) 本質線性 和 本質非線性 經(jīng)適當變換可將本來為非線性的模型轉變?yōu)榫€性模型，則原來的模型為本質線性； 不能經(jīng)數(shù)學變換將非線性的模型轉變?yōu)榫€性模型，則原來模型為本質非線性。 例：如本質線性模型 本質非線性模型：第25頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.6 常用的負荷靜態(tài)模型(1) 多項式類負荷模型多項式模型一般形式 ：ZIP模型：恒阻抗模型：恒電流模型：恒功率模型：第26頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.6 常用的負荷靜態(tài)模型(3) 頻

21、率影響的考慮考慮頻率影響時的常用靜態(tài)負荷模型結構：ZIP模型：冪函數(shù)模型：(2) 冪函數(shù)負荷模型 第27頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.6 常用的負荷靜態(tài)模型(4) 負荷的電壓和頻率特征指數(shù) (a) 定義：在基準穩(wěn)態(tài)運行點（初始運行點），負荷吸收功率對電壓（頻率）的變化率有功電壓特征指數(shù)：有功頻率特征指數(shù)：無功電壓特征指數(shù)：無功頻率特征指數(shù)：(b) 冪函數(shù)模型的電壓、頻率特征指數(shù)： 第28頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.6 常用的負荷靜態(tài)模型(4) 負荷的電壓和頻率特征系數(shù)（

22、指數(shù)）(c) ZIP模型參數(shù)與電壓特征指數(shù)的關系 當已知負荷的特征指數(shù)，則可確定其對應的 ZIP 模型的參數(shù)：(d) 意義： 描述了負荷的靜態(tài)特性，反映了負荷（功率）的電壓（頻率）調節(jié)能力，其值為在基準穩(wěn)態(tài)運行點，每單位電壓（頻率）變化引起的負荷功率的變化量。當已知 ZIP 模型的參數(shù)，則可確定負荷的電壓特征指數(shù)：第29頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.6 常用的負荷靜態(tài)模型(4) 負荷的電壓和頻率特征系數(shù)（指數(shù)） (e) 典型負荷（用電設備）的靜態(tài)特性 參數(shù)用電設備pvpfqvqf白熾燈1.6000熒光燈1.2-1.03.0-2.8電

23、熱器2.0000感應電動機0.12.80.61.8冶煉1.9-0.52.10鋁廠1.8-0.32.20.6第30頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型 1.7.1 機電暫態(tài)三階感應電動機模型 (1) 感應電動機的等值電路第31頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型1.7.1 三階機電暫態(tài)感應電動機模型 (2) 描述感應電動機的基本方程(a) 電壓平衡方程和輸出方程第32頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建

24、模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型三階機電暫態(tài)感應電動機模型 (2) 描述感應電動機的基本方程(b) 狀態(tài)方程(c) 幾種基本的機械負載特性第33頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型1.7.1 三階機電暫態(tài)感應電動機模型 (2) 描述感應電動機的基本方程(d) 電磁轉矩（功率）的描述 用狀態(tài)變量描述： 用特性參數(shù)描述：第34頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型1.7.2 一階感應電動機模型(1) 一階機械暫態(tài)感應電動機模型 輸出方程 狀

25、態(tài)方程 電磁轉矩描述1.7.1 (2) (d) 機械轉矩描述1.7.1 (2) (c)第35頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型1.7.2 一階感應電動機模型(2) 一階電壓暫態(tài)感應電動機模型 考慮轉子繞組電磁暫態(tài)的狀態(tài)方程注意：Pm機械轉矩，由初始平衡條件決定，暫態(tài)過程中恒定，可以近似為：第36頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型1.7.2 一階感應電動機模型(2) 一階電壓暫態(tài)感應電動機模型 功率輸出方程注意：Pm機械轉矩，由初始平衡條

26、件決定，暫態(tài)過程中恒定， 可以近似為：第37頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.7 常用的負荷動態(tài)模型1.7.3 差分方程模型 (1) 差分方程模型的一般形式f(.)是關于差分項的非線性函數(shù)。例如 下式所示即為一種具體的非線性差分方程模型：(2) 線性差分方程模型第38頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.8 綜合負荷模型的選擇原則1.8.1 負荷靜態(tài)模型的應用場合描述靜態(tài)負荷的特性和動態(tài)負荷的靜特性 (1) 描述靜態(tài)負荷特性 潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定仿真中，均可以使用靜態(tài)模 型描述靜

27、態(tài)負荷特性 (2) 描述動態(tài)負荷的慢動態(tài)特性 暫態(tài)穩(wěn)定仿真時，對于時間常數(shù)為數(shù)十秒、分鐘數(shù)量級的動態(tài)負荷，可用靜態(tài) 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)模型近似描述動態(tài)負荷。 如：IM 用恒定阻抗模型描述1.8.2 負荷動態(tài)模型的應用場合描述動態(tài)負荷的動特性 (1) 暫態(tài)穩(wěn)定仿真中的快動態(tài)負荷需用動態(tài)模型 （時間常數(shù)為秒級及以下，如 IM） (2) 小擾動穩(wěn)定仿真中的動態(tài)負荷 (3) 長過程動態(tài)穩(wěn)定仿真中，描述動態(tài)負荷、尤其是慢動態(tài)負荷注意：綜合負荷的描述本身就是近似的，在選擇時，應綜合考慮：應用場合、 研究對象、研究內(nèi)容、對精度的要求等因素。第39頁，共84頁

28、，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.9 綜合負荷模型的應用現(xiàn)狀(1) 潮流計算中負荷模型的應用 一般采用恒定功率模型； 也使用ZIP模型和冪函數(shù)模型(2) 暫態(tài)穩(wěn)定計算中負荷模型的應用 綜合負荷接于220kV變電站 110kV母線： 動態(tài)負荷+靜態(tài)負荷 動態(tài)負荷：三階感應電動機模型 IM參數(shù)基本上全國統(tǒng)一 “典型參數(shù)”： Xk=0.295+0.12 國調(EPRI)修正：Xk=0.18+0.12 靜態(tài)負荷：Z模型 或 ZIP模型， 動態(tài)負荷比例Km ： 4565(3) 小擾動穩(wěn)定計算中負荷模型的應用 一般采用 三階感應電動機 并聯(lián) 恒阻抗 模型第40

29、頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四1.電力系統(tǒng)負荷建模的基本概念1.10 負荷建模的基本方法(1) 系統(tǒng)建模方法 機理建模：“白箱”建模 辨識建模： “黑箱”建模、 “灰箱”建模(2) 負荷建模方法 (a) 統(tǒng)計綜合法（Component-based approach) 基本思想：調查統(tǒng)計綜合 基本信息：典型用電設備平均特性參數(shù)(如：電壓、頻率特征指數(shù)、IM參數(shù))； 行業(yè)負荷(分類負荷) 成份及其構成比例 變電站行業(yè)構成及其比例 主要問題：基本信息調查統(tǒng)計投入太大、且難以準確 應用情況：相對較少 (b) 總體測辨法（Measurement-based approach)

30、 基本思想：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模型結構選擇與參數(shù)辨識模型檢驗 基本信息：變電站的負荷特性數(shù)據(jù)在線采集 主要問題：采集數(shù)據(jù)覆蓋面小、特性時變性、模型適應性、通用性 應用情況：應用較多第41頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四總體測辨法負荷建模基本原理與方法第42頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.1 總體測辨建模的基本原理與基本概念(1) 系統(tǒng)辨識的定義 系統(tǒng)辨識是指：以系統(tǒng)實測輸入-輸出數(shù)據(jù)為基礎，按規(guī)定準則，在一類模型中選擇 一個與實測輸出數(shù)據(jù)擬合得最好的模型。(2) 總體測辨法建模的基本原理系統(tǒng)辨識原理(3)系

31、統(tǒng)辨識三要素： M ； J()第43頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.1 總體測辨建模的基本原理與基本概念(3)系統(tǒng)辨識三要素： (a) 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)預處理 (b) 模型結構的確定模型類的選擇 在經(jīng)驗基礎上，辨識檢驗選擇 不能單純最求“精確”，實用是關鍵 逼近“較精確”, 結構“較簡單” (c) 準則函數(shù)J() 通常取離差（殘差）平方和設：則：例：第44頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.2 總體測辨建模的基本步驟(1) 試驗設計和數(shù)據(jù)

32、獲取 采集裝置開發(fā) 試驗地點選擇 數(shù)據(jù)要求 記錄長度(2) 模型類和辨識方法選擇 時域/頻域非參數(shù)型模型經(jīng)典辨識方法間接辨識 時域參數(shù)性模型現(xiàn)代辨識方法直接辨識(3) 模型結構和參數(shù)辨識 結構辨識方程階次的辨識 數(shù)據(jù)樣本處理（長度、靜態(tài)/動態(tài)特性） 數(shù)據(jù)擬合方法(優(yōu)化方法選擇) 辨識程序設計 收斂準則（終止條件）(4) 模型檢驗 擬合效果 參數(shù)分散性 泛化能力 應用檢驗第45頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法（1）數(shù)據(jù)擬合的基本概念 選擇一種函數(shù)（模型），描述已知的某個數(shù)據(jù)樣本的L組數(shù)據(jù)之間的函數(shù)關系 (a) 數(shù)

33、據(jù)擬合的基本過程： 給定數(shù)據(jù)樣本選擇擬合函數(shù)(模型）選擇擬合方法擬合結果分析 (b) 注意的的基本問題： 函數(shù)的選擇：與問題的復雜程度有關，簡單/復雜 擬合效果：近似，不可能絕對精確 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（或優(yōu)化算法） (c) 舉例：第46頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四（2）線性回歸模型 設 變量 y 之取值依賴于n 個自變量 x ： 滿足（近似滿足）線性關系： 設 獲得L組觀測數(shù)據(jù)： 則 方程組成立： 即有 線性回歸模型：2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法第47頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，

34、星期四（3）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)： 設 參數(shù)的近似估計值： 使得 殘差（離差）平方和最小 令： 得：最小二乘估計2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法第48頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四（3）最小二乘法數(shù)據(jù)擬合的基本原理用矩陣描述 線性回歸模型 最小二乘準則函數(shù) 極值條件： 得：最小二乘估計2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法第49頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四（3）最小二乘法數(shù)據(jù)擬合的基本原理線性回歸模型不含參數(shù)0 線性回歸模型 最小二乘估計2. 總體測辨法負荷

35、建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法第50頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四（4）關于參數(shù)空間線性的非線性模型的最小二乘估計 設 對參數(shù)空間線性的非線性模型： 有 L組觀測數(shù)據(jù)樣本： 則有 線性回歸模型：2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法第51頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法（4）關于參數(shù)空間線性的非線性回歸模型的最小二乘估計 則 誤差準則函數(shù)離差平方和： 令 得 參數(shù) 的最小二乘估計為：第52頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體

36、測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法（5）本質非線性回歸模型的最小二乘估計 設 本質非線性系統(tǒng)： 已知 L組觀測數(shù)據(jù)： 則 對任一組數(shù)據(jù)(i )，有非線性回歸方程： 最小二乘估計的準則函數(shù)： 第53頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法（5）本質非線性回歸模型的最小二乘估計 基本思路：將非線性最小二乘問題化為一系列線性最小二乘問題疊代求解 設 經(jīng) 第 k 次 疊代 得到 估計參數(shù)(k) ，線性化 f(x, )： 得 線性最小二乘問題：第54頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總

37、體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.3 數(shù)據(jù)擬合方法（5）本質非線性回歸模型的最小二乘估計 令 得參數(shù)修正量： 修正后的最小二乘參數(shù)估計值： 收斂判據(jù)：第55頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.1 ZIP 模型的辨識 模型不計頻率影響 （1）基本思路 不計頻率影響，模型關于參數(shù)空間線性 線性回歸模型線性最小二乘估計 有功模型參數(shù)、無功模型參數(shù)分別獨立估計（2）有功特性參數(shù)的辨識 設 已獲得觀測數(shù)據(jù)樣本 則 線性回歸模型 第56頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷

38、建模基本原理與方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.1 ZIP 模型的辨識（2）有功特性參數(shù)的辨識 定義： 則 定義： 極值條件：第57頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.1 ZIP 模型的辨識（2）有功特性參數(shù)的辨識 得解： 由此，即可得 cp=1-（ap+bp） 問題：參數(shù)可能為負值！ 解決：帶約束的非線性規(guī)劃問題第58頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.1 ZIP 模型的辨識（3）無功特性參數(shù)的辨識 類

39、似上述推導，即得： 由此，即可得 cq=1-（aq+bq） 同樣問題：參數(shù)可能為負值！第59頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.1 ZIP 模型的辨識（4）考慮參數(shù)非負約束的 ZIP 參數(shù)辨識 ZIPP 參數(shù) ZIPQ 參數(shù) 第60頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.2 冪函數(shù)模型的辨識 問題：已知觀測數(shù)據(jù) 辨識冪函數(shù)模型參數(shù)（1）冪函數(shù)模型的線性回歸模型 原始模型： 標幺變換： 轉換為線性回歸模型：第61頁

40、，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.2 冪函數(shù)模型的辨識（2）有功功率-電壓、頻率特征指數(shù)的辨識 定義有功誤差函數(shù)： 辨識準則函數(shù) 離差平方和 極值條件： 參數(shù)求解方程：第62頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.4 負荷靜態(tài)模型的辨識2.4.2 冪函數(shù)模型的辨識（3）無功功率-電壓、頻率特征指數(shù)的辨識 定義無功誤差函數(shù)： 辨識準則函數(shù) 離差平方和 極值條件： 參數(shù)求解方程：第63頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2.

41、 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP)模型的辨識（1）模型物理結構第64頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP)模型的辨識（2）模型的數(shù)學描述（Z+IM）動態(tài)微分方程：輸出方程：穩(wěn)態(tài)方程：動態(tài)負荷靜態(tài)負荷第65頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP)模型的辨識（2）模型的數(shù)學描述（Z+IM）第

42、66頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機 +Z(ZIP)模型的辨識（3）初始狀態(tài)的求解（a）初始轉差率的求解第67頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建?；驹砼c方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP)模型的辨識（3）初始狀態(tài)的求解（b）初始暫態(tài)電勢的求解（c）機械負載率的求解第68頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP)模型的辨識（3）初始狀態(tài)的求解（d）初始靜態(tài)負荷功率的求解（e）靜態(tài)負荷恒阻抗的求解第69頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP)模型的辨識（4）綜合負荷的響應（a）IM 的響應（b）靜態(tài)負荷 的響應（c）綜合負荷的總響應第70頁，共84頁，2022年，5月20日，18點27分，星期四2. 總體測辨法負荷建模基本原理與方法2.5 負荷動態(tài)模型的辨識2.5.1 三階感應電動機+Z(ZIP