基于感應(yīng)電動機(jī)的負(fù)荷模型參數(shù)辨識研究及引力波的實(shí)驗(yàn)探測給我們的啟示

xx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：基于感應(yīng)電動機(jī)的負(fù)荷模型參數(shù)辨識研究課題類別：設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號：班級：專業(yè)（全稱）：指導(dǎo)教師：2021年4月一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：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，重點(diǎn)掌握靜態(tài)負(fù)荷模型、動態(tài)負(fù)荷模型并建立綜合負(fù)荷的概念。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)研究動態(tài)負(fù)荷模型中的感應(yīng)電動機(jī)模型。掌握感應(yīng)電動機(jī)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及待辨識參數(shù)的物理意義。理解感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型參數(shù)辨識實(shí)現(xiàn)過程，通過感應(yīng)電動機(jī)的三種綜合負(fù)荷模型對樣本進(jìn)行參數(shù)辨識，以比較和分析這三種模型對實(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（文獻(xiàn)綜述）：隨著我國主要電網(wǎng)互聯(lián)進(jìn)程的推進(jìn)，電網(wǎng)的復(fù)雜程度愈來愈高，其動態(tài)穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性問題愈來愈突出，負(fù)荷模型對系統(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了一定困難。為了解決這一問題，必須探索適用于我國現(xiàn)階段大規(guī)模互聯(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)確度愈來愈受到重視。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)場記錄相一致，這充分說明目前用于電力系統(tǒng)動態(tài)仿真模型或參數(shù)改進(jìn)而建立和使用基于實(shí)測數(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，即統(tǒng)計(jì)綜合法和總體測辨法。在過去的20年中，對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)70—80年代建立的負(fù)荷模型已不適用于電力系統(tǒng)動態(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)動態(tài)在線安全穩(wěn)定評估的需要。綜觀國內(nèi)外近30多年來的研究成果，負(fù)荷建模工作主要集中在如下幾個方面：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)和動態(tài)負(fù)荷模型兩類，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)電動機(jī)模型，由于感應(yīng)電動機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有比例較大，對系統(tǒng)運(yùn)行與控制有很大影響，更是主要的動態(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)電動機(jī)模型，感應(yīng)電動機(jī)模型根據(jù)所考慮的暫態(tài)過程不同可分為五階感應(yīng)電動機(jī)模型、三階感應(yīng)電動機(jī)模型和一階感應(yīng)電動機(jī)模型。近來,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)的辨識算法的研究，負(fù)荷模型確定后的參數(shù)辨識相對來說比較容易，其實(shí)質(zhì)是求解單純的數(shù)值優(yōu)化問題。對于靜態(tài)負(fù)荷模型可采用求解非線性最小二乘問題的牛頓法，也可采用各種求解非線性優(yōu)化問題的方法。對于動態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識包括算法和準(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)辨識問題就變?yōu)榍竽硿?zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算問題。尤其是遺傳算法[13](GA)作為一種有效的全局直接搜索方法，具有求解過程與梯度信息無關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和將復(fù)雜的非線性問題經(jīng)過有效搜索和動態(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)雜問題的優(yōu)化上具有很大的優(yōu)勢。因此，遺傳算法的提出為負(fù)荷建模的參數(shù)辨識開辟了新途徑。三是負(fù)荷模型對仿真計(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。四是不同激勵下負(fù)荷模型的適應(yīng)能力、負(fù)荷模型的在線辨識與等值、負(fù)荷模型參數(shù)的分散性、靈敏性和可辨識性及其等負(fù)荷模型實(shí)踐中發(fā)展的理論與方法問題；五是負(fù)荷建模工程應(yīng)用平臺的研制。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)，建立完全精確的負(fù)荷模型絕非易事，只有通過事故分析或?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)綜合法和總體測辨法各有特點(diǎn)，應(yīng)充分發(fā)揮這兩種方法的優(yōu)勢，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補(bǔ)短，盡快建立適用于我國電力系統(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)測系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)研究適用于各電網(wǎng)的典型負(fù)荷模型，并通過專門的現(xiàn)場擾動試驗(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)兩次大擾動試驗(yàn)的仿真分析結(jié)果，開展考慮配電網(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)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型三種綜合負(fù)荷模型對樣本進(jìn)行參數(shù)辨識，以比較和分析這三種模型對實(shí)際綜合負(fù)荷的描述效果。研究手段通過負(fù)荷特性數(shù)據(jù)對所建立的模型進(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周收集國內(nèi)外關(guān)于靜態(tài)負(fù)荷動態(tài)負(fù)荷模型的相關(guān)資料；第6-7周建立感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型的基本概念和參數(shù)的辨識方法；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10-11周掌握綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及待辨識參數(shù)的物理意義；第12-13周確定在利用感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型進(jìn)行參數(shù)辨識時(shí)所要用到的辨識方法；第14-15周建立模型并對模型進(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)自動化，2021，23(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)，2021[3]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)自動化，2021,28(16)：4-7[4]周文,賀仁睦,章健，電力負(fù)荷建模問題研究綜述[J]，現(xiàn)代電力,2021,16(2)：83-89[5]衛(wèi)志農(nóng)，鞠平.電力負(fù)荷在線建模方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),1995,15(6)：361-368[6]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，1993[8]金艷，綜合動態(tài)負(fù)荷特性的分類與綜合研究[D]，南京，河海大學(xué)，2021[9]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).2021[10]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,2021[11]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)，2021[12]JamesB.PattonJovanIliC.AggregateLoadParameterIdentificationUsingGeneralRegressionNeuralNetworks.IEEETransonPowerSystems.2021,13(2)：663-668[13]張紅斌，電力系統(tǒng)負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)與參數(shù)辨識的研究[D]，華北電力，2021。[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)狀與未來發(fā)展方向[J]，北京：中國電力科學(xué)研究院，2021[15]鞠平，潘學(xué)萍，韓敬東，三種感應(yīng)電動機(jī)綜合負(fù)荷模型的比較[J]，南京：河海大學(xué)，2021[16]GeneralElectricCompany.Loadmodelingforpowerflowandtransientstabilitycomputerstudies.EPRIReportEL-5003,January1987.(Thefourlames;LOADSYNcomputerprogram).指導(dǎo)教師意見簽名：月日教研室（學(xué)術(shù)小組）意見教研室主任（學(xué)術(shù)小組長）（簽章）：月日目錄摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2第一章緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的重要意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3負(fù)荷模型對潮流計(jì)算的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3負(fù)荷模型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3負(fù)荷模型對小擾動穩(wěn)定的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3負(fù)荷模型對電壓穩(wěn)定的影響．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41．3電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的發(fā)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41．4電力負(fù)荷建模的研究現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61．4．1負(fù)荷模型的基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61．4．2負(fù)荷建模的方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71．4．3負(fù)荷模型的分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81．4．3．1靜態(tài)負(fù)荷模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81．4．3．2動態(tài)負(fù)荷模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81．4．4負(fù)荷建模辨識算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91．5本文研究內(nèi)容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9摘要：電力負(fù)荷作為電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，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、常見模型及其參數(shù)可辨識性問題和辨識方法。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)電動機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有較大的比重，對系統(tǒng)的運(yùn)行與控制有很大影響，因此本文對動態(tài)負(fù)荷模型中的感應(yīng)電動機(jī)模型[6]進(jìn)行參數(shù)辨識研究。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)、負(fù)荷模型、感應(yīng)電動機(jī)模型、辨識算法第一章緒論1．1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，有時(shí)也包括將這些用電設(shè)備連接起來的配電網(wǎng)。目前，我國正處于經(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)超出了國家?guī)啄昵暗念A(yù)期，導(dǎo)致近些年來出現(xiàn)全國范圍內(nèi)電力建設(shè)落后于國民經(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，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，電力建設(shè)落后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的狀況不會在短時(shí)期內(nèi)解決，遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電的局面將會日益突出。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)。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度越來越高，電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性及電壓穩(wěn)定性問題更加突出，負(fù)荷模型對電力系統(tǒng)數(shù)字仿真結(jié)果的影響不容忽視，近年來隨著研究的深入，負(fù)荷建模問題進(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。1．2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]。1．2．1負(fù)荷模型對潮流計(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)算并不存在收斂問題。但對于運(yùn)行惡化的系統(tǒng)，如故障后斷開線路或切除發(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)荷模型時(shí)計(jì)算潮流就存在潮流收斂問題，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]。1．2．2負(fù)荷模型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響：負(fù)荷模型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響是通過負(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)而影響對各發(fā)電機(jī)起加速或者減速的剩余轉(zhuǎn)矩。也就是說，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系統(tǒng)穩(wěn)定的影響不同，一個負(fù)荷模型我們不能一概而論采用它會得到保守的或樂觀的結(jié)果，必須根據(jù)相應(yīng)的場景來確定，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，對于電壓、頻率變化幅度很大的暫態(tài)過程，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)果對負(fù)荷模型的靈敏度較高時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用動態(tài)負(fù)荷模型。需強(qiáng)調(diào)的是負(fù)荷模型對暫態(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)荷中電動機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量也有較大的影響。在評價(jià)負(fù)荷模型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響時(shí)應(yīng)著重注意模型對諸如最大傳輸功率、極限切除時(shí)間等穩(wěn)定極限的影響，而不應(yīng)僅僅注意對個別發(fā)動機(jī)功角搖擺幅度的影響[6]。1．2．3負(fù)荷模型對小擾動穩(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震蕩的鎮(zhèn)定具有重要的影響。在小信號動態(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)果要偏于樂觀[6]。1．2．4負(fù)荷模型對電壓穩(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，對負(fù)荷的依賴程度更強(qiáng)。在電壓穩(wěn)定問題分析的文獻(xiàn)中，凡提及對電壓穩(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)過程中最活躍、最關(guān)鍵的因素。從許多學(xué)者對電壓穩(wěn)定問題的研究可以看出，盡管在負(fù)荷模型的具體選擇形式上還沒有達(dá)成統(tǒng)一，但是負(fù)荷模型的選擇對電壓穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果具有重要影響。初步研究表明，對于恒定阻抗負(fù)荷的系統(tǒng)不會出現(xiàn)電壓穩(wěn)定問題，電壓穩(wěn)定問題常出現(xiàn)于長線路、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]。1．3電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的發(fā)展人們早在20世紀(jì)30、40年代就已經(jīng)認(rèn)識到負(fù)荷模型對電力系統(tǒng)分析的重要性，并開始研究負(fù)荷隨電壓和頻率變化的靜態(tài)和動態(tài)負(fù)荷特性，這一階段可以說是負(fù)荷建模的萌芽期。到了60－70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)算中采用了感應(yīng)電動機(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)辨識理論尚處在發(fā)展階段，還沒有廣泛引入到電力負(fù)荷建模中來。60年代末70年代初，由于對電力系統(tǒng)仿真計(jì)算精度要求的提高，發(fā)電機(jī)、原動機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)等元件的模型愈來愈精確，而負(fù)荷模型由于其特殊的困難性基本上停留在原來的水平。為了開創(chuàng)負(fù)荷建模的新局面，美國電力科學(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-BasedModelingApproach）負(fù)荷建模的研究。研究工作在加拿大和美國同時(shí)展開，美國的Texas大學(xué)負(fù)責(zé)建模方法的研究，GE公司負(fù)責(zé)通過現(xiàn)場試驗(yàn)對建模方法進(jìn)行評價(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)電動機(jī)、空調(diào)等）的平均特性方程；然后在一個負(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[13]EPRILOADSYN。該軟件使用時(shí)需提供三種數(shù)據(jù)：負(fù)荷組成，即各類負(fù)荷（民用、商業(yè)、工業(yè)等）在總負(fù)荷中所占的百分比；各類負(fù)荷中各用電設(shè)備（熒光燈、電動機(jī)、空調(diào)等）所占比例；各用電設(shè)備的平均特性。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——總體測辨法（Measurement-BasedModelingApproach）以其簡單、實(shí)用、數(shù)據(jù)直接來源于實(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)場進(jìn)行人為擾動試驗(yàn)或在線捕捉自然擾動，采集測量數(shù)據(jù)，然后由現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)辨識負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，最后，再用大量的實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的外推內(nèi)差效果。中國、美國、加拿大等國相繼研制了大批電力負(fù)荷特性記錄儀用來記錄負(fù)荷擾動數(shù)據(jù)，并以這些測量數(shù)據(jù)作為依據(jù)和最終檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)開展負(fù)荷特性研究工作，不斷吸收系統(tǒng)辨識理論的最新成果，推動負(fù)荷建模工作不斷向前發(fā)展。綜觀國內(nèi)外近30多年來的研究成果，負(fù)荷建模工作主要集中在如下幾個方面：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)和動態(tài)負(fù)荷模型兩類，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)電動機(jī)模型，由于感應(yīng)電動機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有比例較大，對系統(tǒng)運(yùn)行與控制有很大影響，更是主要的動態(tài)負(fù)荷，同時(shí)也是本文研究的重點(diǎn)。同時(shí)由于感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)模型，感應(yīng)電動機(jī)模型根據(jù)所考慮的暫態(tài)過程不同可分為五階感應(yīng)電動機(jī)模型、三階感應(yīng)電動機(jī)模型和一階感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)模型在電力負(fù)荷中占有較大比重，對電力系統(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)電動機(jī)模型。常用的感應(yīng)電動機(jī)模型為一階機(jī)械暫態(tài)模型和三階機(jī)電暫態(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)電動機(jī)的五階電磁暫態(tài)模型。二是模型參數(shù)的辨識算法的研究——負(fù)荷模型確定后的參數(shù)辨識相對來說比較容易，其實(shí)質(zhì)是求解單純的數(shù)值優(yōu)化問題。對于靜態(tài)負(fù)荷模型可采用求解非線性最小二乘問題的牛頓法，也可采用各種求解非線性優(yōu)化問題的方法。對于動態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識包括算法和準(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)辨識問題就變?yōu)榍竽硿?zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算問題。三是負(fù)荷模型對仿真計(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。四是不同激勵下負(fù)荷模型的適應(yīng)能力、負(fù)荷模型的在線辨識與等值、負(fù)荷模型參數(shù)的分散性、靈敏性和可辨識性及其等負(fù)荷模型實(shí)踐中發(fā)展的理論與方法問題；五是負(fù)荷建模工程應(yīng)用平臺的研制[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，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補(bǔ)短，盡快建立適用于我國電力系統(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)測的系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)研究適用于各電網(wǎng)的典型負(fù)荷模型，并通過專門的現(xiàn)場擾動試驗(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)兩次大擾動試驗(yàn)的仿真分析結(jié)果，開展考慮配電網(wǎng)絡(luò)的SLM在各區(qū)域電網(wǎng)的適用性研究，建立適用于全國聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算的負(fù)荷模型[14]。1．4電力負(fù)荷建模的研究現(xiàn)狀1．4．1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)模型和動態(tài)模型兩大類。靜態(tài)模型適用于相對緩慢的過程，精確而言指對于給定的負(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)及其無功功率(Q)是隨著負(fù)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)方程稱為負(fù)荷模型。4．2負(fù)荷建模的方法：一般認(rèn)為負(fù)荷建模方法有兩類：統(tǒng)計(jì)綜合法[6]和總體測辨法[6]。統(tǒng)計(jì)綜合法的基本思想是將負(fù)荷看成個別用戶的集合，先將這些用戶的電器分類，并確定各種電器的平均特性，然后統(tǒng)計(jì)出各類負(fù)荷中電器的種類和比例，以及母線負(fù)荷中各類負(fù)荷的比例，最后通過綜合算法得出母線負(fù)荷模型。統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模一般來說需要用到三種數(shù)據(jù)：一是單個用電設(shè)備的平均特性；二是各類負(fù)荷中用電設(shè)備的組成和比例；三是總負(fù)荷中負(fù)荷的分類和組成比例。前兩種數(shù)據(jù)相對比較穩(wěn)定，屬于共性數(shù)據(jù)，可以通過典型統(tǒng)計(jì)獲得。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)場實(shí)測，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，較少見到有關(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，還存在對無功電壓特性、頻率特性和動態(tài)特性難以較好描述的問題，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)。總體測辨法與統(tǒng)計(jì)綜合法不同，總體測辯法則是通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和在線捕捉電力系統(tǒng)的自然擾動獲得負(fù)荷所在母線的電壓、頻率、電流、有功和無功數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)辨識理論確定綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)。該方法無需了解負(fù)荷內(nèi)部的復(fù)雜構(gòu)成，是解決成千上萬用電設(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)辨識理論的發(fā)展，該建模方法變得更加簡單、易行?？傮w測辨法負(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)辨識理論的思想，總體測辨法負(fù)荷建模就是：根據(jù)負(fù)荷的實(shí)測數(shù)據(jù)來確定模型結(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)測響應(yīng)數(shù)據(jù)，并且要求通過模型驗(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)又簡化地描述負(fù)荷的行為[11]。1．4．3負(fù)荷模型的分類：按照是否反映負(fù)荷的動態(tài)特性，負(fù)荷模型一般分為靜態(tài)負(fù)荷模型和動態(tài)負(fù)荷模型兩類。前者描述同一時(shí)刻有功功率及無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)方程來描述，且是無記憶的，某時(shí)刻響應(yīng)只與同一時(shí)刻的激勵有關(guān)，而與歷史激勵和響應(yīng)無關(guān)，也就是即時(shí)的。后者描述當(dāng)前有功功率及無功功率與當(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)刻的激勵有關(guān)，而與歷史激勵和響應(yīng)也有關(guān)系。每類都有多種模型結(jié)構(gòu)[6]。1．4．3．1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。通常用一個冪函數(shù)模型在電壓變化范圍比較大的情況下仍能較好地描述很多負(fù)荷的靜態(tài)特性。但對于象空調(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)荷特性用一個冪函數(shù)模型難以作整體描述，而采用多個冪函數(shù)模型相加的形式，則可能會得到滿意的結(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，它可以看作是三個冪函數(shù)模型相加的特例，三個冪函數(shù)的冪指數(shù)分別為0、1和2，并且三個冪函數(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)果對負(fù)荷模型不太敏感的負(fù)荷點(diǎn)。1．4．3．2動態(tài)負(fù)荷模型：動態(tài)負(fù)荷模型又可進(jìn)一步分為機(jī)理模型和非機(jī)理模型。機(jī)理動態(tài)模型通常是指感應(yīng)電動機(jī)模型，由于感應(yīng)電動機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有較大的比重，對系統(tǒng)的運(yùn)行與控制有很大影響，更是最主要的動態(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)電動機(jī)并聯(lián)靜態(tài)負(fù)荷的形式來描述綜合負(fù)荷。感應(yīng)電動機(jī)模型根據(jù)所考慮的暫態(tài)過程不同可分為五階感應(yīng)電動機(jī)模型、三階感應(yīng)電動機(jī)模型和一階感應(yīng)電動機(jī)模型。由于感應(yīng)電動機(jī)定子繞組的暫態(tài)過程要比轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)過程要快得多，其更比電力系統(tǒng)暫態(tài)過程快得多，因此是否考慮定子的暫態(tài)過程影響不大，三階模型就能很好的反映感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)機(jī)電暫態(tài)過程的三階模型和只考慮機(jī)械暫態(tài)過程的一階模型。非機(jī)理模型也稱為輸入輸出式模型，它是在系統(tǒng)辨識理論發(fā)展過程中，從大量具體動態(tài)系統(tǒng)中概括抽象出來的，對一大類動態(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，主要強(qiáng)調(diào)模型對系統(tǒng)行為的描述能力。常見的非機(jī)理動態(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。動態(tài)模型的應(yīng)用場合非常廣，從負(fù)荷建模方面來說，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。1．4．4負(fù)荷建模辨識算法：負(fù)荷模型確定后的參數(shù)辨識相對來說比較容易，其實(shí)質(zhì)是求解單純的數(shù)值優(yōu)化問題。對于靜態(tài)負(fù)荷模型可采用求解非線性最小二乘問題的牛頓法、Marquart法，也可采用各種求解非線性優(yōu)化問題的方法。對于動態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識包括算法和準(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)辨識問題就變?yōu)榍竽硿?zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算問題，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]。5本文研究內(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原理、模型結(jié)構(gòu)的選擇和模型參數(shù)的辨識三方面出發(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、常見模型及其參數(shù)可辨識性問題和辨識方法，由于感應(yīng)電動機(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷中占有較大的比重，對系統(tǒng)的運(yùn)行與控制有很大影響，更是最主要的動態(tài)負(fù)荷，本文著重于對感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型的參數(shù)辨識進(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，重點(diǎn)掌握靜態(tài)負(fù)荷模型、動態(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)研究動態(tài)負(fù)荷模型中的感應(yīng)電動機(jī)模型。掌握感應(yīng)電動機(jī)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及待辨識參數(shù)的物理意義。了解感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型參數(shù)辨識實(shí)現(xiàn)過程，通過感應(yīng)電動機(jī)的三種綜合負(fù)荷模型對樣本進(jìn)行參數(shù)辨識，以比較和分析這三種模型對實(shí)際綜合負(fù)荷的描述效果。重點(diǎn)研究三階感應(yīng)電動機(jī)負(fù)荷模型。分別采用三階機(jī)電暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型、一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型三種綜合負(fù)荷模型對樣本進(jìn)行參數(shù)辨識，以比較和分析這三種模型對實(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)電動機(jī)負(fù)荷模型基本理論感應(yīng)電動機(jī)在負(fù)荷中占有比較大的比重，是負(fù)荷重最重要的動態(tài)成分。因此，一般認(rèn)為動態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中采用的綜合負(fù)荷動態(tài)特性應(yīng)該主要考慮感應(yīng)電動機(jī)的暫態(tài)過程。一般來說,感應(yīng)電動機(jī)定子繞組的暫態(tài)過程比轉(zhuǎn)子繞組要快得多,更比電力系統(tǒng)暫態(tài)過程快得多。因此,就感應(yīng)電動機(jī)對電力系統(tǒng)的影響而言,是否計(jì)及定子的暫態(tài)過程影響不大,采用三階模型就能很好地反映感應(yīng)電動機(jī)的動態(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)電動機(jī)機(jī)械暫態(tài)過程的綜合負(fù)荷動態(tài)特性對感應(yīng)電動機(jī)暫態(tài)過程的影響時(shí)，忽略其定子和轉(zhuǎn)子繞組電磁暫態(tài)過程，只考慮機(jī)械暫態(tài)過程中滑差變化對穩(wěn)態(tài)等值電路阻抗值的影響。這種模型只有轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程一個微分方程，只有滑差一個狀態(tài)變量，稱為一階模型。一階感應(yīng)電動機(jī)模型的等值電路圖2-1所示。圖圖2.1感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路圖感應(yīng)電動機(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，還與其本身的轉(zhuǎn)動慣性時(shí)間常數(shù)的大小有關(guān)。描述感應(yīng)電動機(jī)滑差變化的微分方程是(2.1)感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)最大電磁轉(zhuǎn)矩（標(biāo)么值）；——感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性中與轉(zhuǎn)速無關(guān)部分所占的比例，或稱為靜止阻力矩；——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。按照圖2.1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)電動機(jī)負(fù)荷的等值阻抗是(2.4)感應(yīng)電動機(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)過程的同時(shí)，又計(jì)及感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的機(jī)械暫態(tài)過程。感應(yīng)電動機(jī)暫態(tài)電動勢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)電動機(jī)暫態(tài)電動勢及相應(yīng)的電磁功率的變化，必須考慮感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)電暫態(tài)過程。用暫態(tài)電動勢和暫態(tài)電抗表示電壓方程（2.6）式中——暫態(tài)電動勢；——暫態(tài)電抗。設(shè)則代入式（2.6），實(shí)、虛部分分開得（2.7）（2.8）寫成矩陣的形式為(2.9)解得電流為(2.10)描述暫態(tài)電動勢變化的微分方程可從感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電磁暫態(tài)過程方程式推導(dǎo)出.用復(fù)數(shù)形式表示時(shí)，方程式可寫為（2.11）實(shí)、虛部分開后得到兩個實(shí)數(shù)方程（2.12）（2.13）轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程為（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)電動機(jī)吸收的功率為(2.16)2.2感應(yīng)電動機(jī)綜合負(fù)荷模型由于感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)綜合負(fù)荷模型,即由一個感應(yīng)電動機(jī)與一個靜態(tài)負(fù)荷并聯(lián)而成。隨著電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題研究的深入,近期提出了一階的電壓暫態(tài)模型[15]。本文對電力系統(tǒng)中采用的三種感應(yīng)電動機(jī)綜合負(fù)荷模型進(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，動態(tài)負(fù)荷模型使用得最多的是機(jī)理式的感應(yīng)電動機(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)和動態(tài)兩部分，靜態(tài)部分用一個恒定導(dǎo)納等值，動態(tài)部分用一臺感應(yīng)電動機(jī)(IM)等值，這是由于感應(yīng)電動機(jī)是最主要的動態(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IM圖2.2IM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B>0時(shí)負(fù)荷為感性)。其中，感應(yīng)電動機(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)電動機(jī)的暫態(tài)電勢；為負(fù)荷的電壓激勵；為電力系統(tǒng)的運(yùn)行角頻率，則為同步角速度；為感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率；為暫態(tài)電勢的衰減時(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)速無關(guān)部分所占的百分率，負(fù)載系數(shù)。根據(jù)感應(yīng)電動機(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)所示，其中有關(guān)中間變量由式(2.27)、(2.28)確定。（2.24）（2.25）（2.26）（2.27）(2.28)上述各式中，下標(biāo)中含“0”的表示系統(tǒng)的初始穩(wěn)態(tài)值；下標(biāo)中含“m”的代表感應(yīng)電動機(jī)的相應(yīng)量；式(2.25)中，。根據(jù)系統(tǒng)辨識理論，模型有2個輸出方程，則可確定2個非獨(dú)立待辨識參數(shù)，這樣可減少模型參數(shù)辨識過程中獨(dú)立待辨識參數(shù)的個數(shù)，非獨(dú)立待辨識參數(shù)可由獨(dú)立待辨識參數(shù)根據(jù)模型的穩(wěn)態(tài)方程求得。該模型中，以為非獨(dú)立待辨識參數(shù)，則模型獨(dú)立待辨識參數(shù)向量是。(2)模型仿真步驟己知模型獨(dú)立待辨識參數(shù)，通過仿真算出模型輸出響應(yīng)過程如下：假定，由根據(jù)上式（2.27）可算出，再結(jié)合獨(dú)立待辨識參數(shù)G和B的值根據(jù)上式（2.28）可計(jì)算出。模型的穩(wěn)態(tài)方程(2.24)—(2.26)求得狀態(tài)變量初始值和以及非對立待辨識參數(shù)。采用四階龍格—庫塔法求解模型的狀態(tài)方程(2.17)—(2.19)，得狀態(tài)變量序列：。由式(2.21)和(2.22)求得模型響應(yīng)電流序列:。由模型的輸出方程(2.23)求得模型輸出功率序列:。2.2.2一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型(1)模型數(shù)學(xué)方程和三階感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型比較，一階機(jī)械暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型忽略轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)，即對應(yīng)于（2.17）中和式（2.18）中。由此可解得：（2.29）（2.30）其中，。模型的狀態(tài)方程是一階的，也就是只有轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方程。（2.31）其中，由上式（2.29）—（2.30）求得，由式（2.20）求得。該模型的輸出方程和三階感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型一樣，如式（2.21）—（2.23）所示。模型的穩(wěn)態(tài)方程式（2.24）—（2.26）所示，其中有關(guān)中間變量由式（2.27）、（2.28）確定。和三階感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型一樣，該模型中，以為非獨(dú)立待辨識參數(shù)，則模型的獨(dú)立待辨識參數(shù)向量是。(2)模型仿真步驟已知模型獨(dú)立待辨識參數(shù)，通過仿真算出模型輸出響應(yīng)過程如下：假定，由根據(jù)式（2.27）算出，再結(jié)合獨(dú)立待辨識參數(shù)G和B的值由式（2.28）算出。由模型穩(wěn)態(tài)方程（2.24）—（2.26）求得狀態(tài)變量初始值和以及非對立待辨識參數(shù)；令。采用四階龍格一庫塔法求解模型的狀態(tài)方程(2.30)得狀態(tài)變量下一時(shí)刻的值。由式（2.29）—（2.30）求得和，再由模型的輸出方程（2.21）—（2.23）求得模型響應(yīng)電流和以及模型輸出功率和。令，轉(zhuǎn)第（3）步，直到為止。2.2.3一(1)模型數(shù)學(xué)方程參照文獻(xiàn)[[42]和[43]，即可推得一階電壓暫態(tài)感應(yīng)電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗模型。模型的狀態(tài)方程如下:（2.32）其中，=恒定值。模型的輸出方程如下：=恒定值（2.33）（2.34）（2.35）（2.36）由狀態(tài)方程和輸出方程，可推得模型的穩(wěn)態(tài)方程如下：（2.37）（2.38）該模型中，以C為非獨(dú)立待辨識參數(shù)，則模型的獨(dú)立待辨識參數(shù)向量是。(2)模型仿真步驟已知模型獨(dú)立待辨識參數(shù)，通過仿真算出模型輸出響應(yīng)過程如下：假定，由和獨(dú)立待辨識參數(shù)G和B根據(jù)式（2.35）和（2.36）算出（即）和。由模型的穩(wěn)態(tài)方程（2.37）和（2.38）求得狀態(tài)變量初始值以及非對立待辨識參數(shù)C；令。采用四階龍格一庫塔法求解模型的狀態(tài)方程（2.32）得狀態(tài)變量下一時(shí)刻的值。由（2.33）—（2.36）求得和以及模型輸出功率和。令，轉(zhuǎn)第（3）步，直到為止。

引力波的實(shí)驗(yàn)探測給我們的啟示摘要：引力理論的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)百年，從牛頓到愛因斯坦，從萬有引力定律到廣義相對論。在這過程中，科學(xué)家們引力波的預(yù)言質(zhì)疑不休、爭論不止。而引力波的實(shí)驗(yàn)探測無疑證明了一切。引力波的發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，也確定了他的理論的正確。這是人類史上出現(xiàn)的又一契機(jī)，它將為人類社會帶來重大變革?！捌莆濉笔侵袊鴤鹘y(tǒng)迎財(cái)神的日子。2016年的這一天，卻一個讓全世界物理學(xué)界沸騰的日子，甚至許多的物理學(xué)家為之痛哭流涕——被預(yù)言已經(jīng)百年的引力波，終于被探測到了。引力是什么？在今天人們所知道的物質(zhì)的四種基本相互作用中，引力作用為最弱。四種相互作用按作用強(qiáng)度比例順序是：強(qiáng)相互作用(1),電磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的運(yùn)動時(shí)，引力一般略去不計(jì)。但在天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，由于涉及的對象的質(zhì)量極其巨大，引力就成為不僅支配著天體的運(yùn)動，而且往往是天體的結(jié)構(gòu)和演化的決定因素。引力并不是一種所謂的“力”，而是一種屬性。牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中首次提出萬有引力定律，基于此，他結(jié)識了彗星的運(yùn)動軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象，并根據(jù)萬有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運(yùn)動建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。簡單的說，質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，突破了絕對時(shí)間和絕對空間的概念，否定了瞬時(shí)超距作用，從根本上動搖了建立在這些舊觀念基礎(chǔ)上的牛頓引力理論。經(jīng)過十年的探索后，愛因斯坦于1915年提出了迄今為止最成功的近代引力理論——廣義相對論。廣義相對論中，引力被歸咎于時(shí)空的彎曲。這種彎曲是由物質(zhì)造成的，物質(zhì)的質(zhì)量越大，所形成的扭曲也就越嚴(yán)重。但是這種彎曲，對于人類來說根本感知不到，一是因?yàn)槿祟惏殡S這種彎曲一起彎曲了，而是由于這種彎曲太微小。大質(zhì)量物體發(fā)生的扭曲引起了震動，而這種震動，就是引力波。科學(xué)家們通過探測這種時(shí)空震蕩，來證實(shí)引力波的存在。早在1916年，愛因斯坦在廣義相對論中就預(yù)言了引力波的存在。而科學(xué)家們普遍認(rèn)為，這次LIGO這一發(fā)現(xiàn)是愛因斯坦相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”，證實(shí)了愛因斯坦廣義相對論的正確性，彌補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，驗(yàn)證了已故科學(xué)家愛因斯坦的預(yù)言。探測的儀器叫做邁克爾遜干涉儀，或是LIGO。LIGO的“兩條腿”都有4千米長，最近的一次升級就花去了幾十億美元。LIGO的原理是什么？簡單來說是利用光速不變，在同樣的直線路程里測試耗時(shí)，而通過時(shí)間的偏差（盡最大可能排除誤差，也是耗資巨大的原因）來判定空間確實(shí)存在震動。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)置基于愛因斯坦的假設(shè)：光速不變，是因?yàn)橐怨獾囊暯强?，它沿途?jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮?？赡艿囊Σㄌ綔y源包括致密雙星系統(tǒng)（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊(duì)宣布他們已經(jīng)利用高級LIGO探測器，首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號。在過去的數(shù)十年里，許多物理學(xué)家和天文學(xué)家為證明引力波的存在進(jìn)行了大量研究。其中，泰勒和赫爾斯由于第一次得到引力波存在的間接證據(jù)榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎。到目前為止，類似的雙中子星系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近十個，但是雙黑洞系統(tǒng)卻是首次。在實(shí)驗(yàn)方面，第一個對直接探測引力波作偉大嘗試的人是韋伯。雖然他的共振棒探測器最后沒能找到引力波，但是韋伯開創(chuàng)了引力波實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先河，為如今的碩果打下了基礎(chǔ)。因?yàn)樵诘孛嫔虾苋菀资艿礁蓴_，所以物理學(xué)家們也在向太空進(jìn)軍。歐洲的空間引力波項(xiàng)目eLISA（演化激光干涉空間天線）。eLISA將由三個相同的探測器構(gòu)成為一個邊長為五百萬公里的等邊三角形，同樣使用激光干涉法來探測引力波。此項(xiàng)目已經(jīng)歐洲空間局通過批準(zhǔn)，正式立項(xiàng)，目前處于設(shè)計(jì)階段，計(jì)劃于2034年發(fā)射運(yùn)行。作為先導(dǎo)項(xiàng)目，兩顆測試衛(wèi)星已經(jīng)于2015年12月3日發(fā)射成功，目前正在調(diào)試之中。中國的科研人員，在積極參與目前的國際合作之外之外，也在籌建自己的引力波探測項(xiàng)目。引力波的實(shí)驗(yàn)探測引起了世界范圍的轟動，這些探測極其不易，宇宙中發(fā)生爆炸性的大事件時(shí)產(chǎn)生的引力波，才相對容易探測到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，愛因斯坦在預(yù)言引力波存在時(shí)就曾說：“這些數(shù)值是如此微小，她們不會對任何的東西產(chǎn)生顯著的作用，沒人能夠去測量它們。”蔡一夫給出解釋：“時(shí)間發(fā)生得越早，距離越遠(yuǎn)，越會在宇宙中傳播期間被紅移。紅移指的是由于宇宙本身的膨脹將所有的波動的波長拉直拉平，這樣其波動性就難以被探測到。例如，這次LIGO探測到的引力波，是13億年以前兩個大約30個太陽質(zhì)量的黑洞并合所產(chǎn)生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探測到真的是非常不容易，LIGO實(shí)驗(yàn)組的科學(xué)家們也是在幾十年里經(jīng)歷多次挫折，不斷調(diào)整方案，改進(jìn)儀器，才最終探測到的。”所以它的成功探測也標(biāo)志著在這個領(lǐng)域人類的技術(shù)進(jìn)步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意義不止在科學(xué)情感上，更在于能夠打開人類的一個新的世界——每個人都對它滿懷期待。如果電磁波探測是人類的眼睛，那么人類又多了一雙聆聽外界的耳朵。馬克斯·普朗克引力物理研究所說：“在《星際穿越》和《三體》中，都不約而同地將引力波選為了未來科技發(fā)達(dá)的人類的通訊手段，這也許只能是美好的幻想，但對于天文研究而言，引力波的確開啟了一扇新的窗口。吹進(jìn)來的第一縷清風(fēng)，就帶來了一個重大的信息：極重的恒星級雙黑洞系統(tǒng)存在并可以在足夠短的時(shí)間（10億年）內(nèi)并合。這是讓我們始料未及的。誰能知道在將來的更多的探測中，LIGO和一眾引力波探測器能帶給我們什么樣的驚喜呢？”引力波有兩個非常重要而且比較獨(dú)特的性質(zhì)。第一：不需要任何的物質(zhì)存在于引力波源周圍。這時(shí)就不會有電磁輻射產(chǎn)生。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進(jìn)途中的天體。比如，來自于遙遠(yuǎn)恒星的光會被星際介質(zhì)所遮擋，引力波能夠不受阻礙的穿過。對于天文學(xué)家來說，這兩個特征允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現(xiàn)象信息，而每一個電磁波譜的打開，都會為我們帶來前所未有的發(fā)現(xiàn)。天文學(xué)家們同樣期望引力波也是如此。而引力波本身的性質(zhì)也可能對基礎(chǔ)物理學(xué)產(chǎn)生巨大的影響。另外，引力波蘊(yùn)含的，很可能是宇宙誕生的畫面。我們從小都被告知一個最著名的猜想——宇宙是在一場爆炸中誕生的。這意味著，在時(shí)空的開始，宇宙又一次最為劇烈的震動。引力波就能讓我們還原這個震動——它是否存在？有多大規(guī)模？不僅如此，引力波還能傳遞信息——我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么？據(jù)科學(xué)家解釋，這次的引力波就是在遙遠(yuǎn)的距離上巨大的黑洞變化引起的。而這一結(jié)果也證明了黑洞真實(shí)存在——至少是廣義相對論預(yù)測的由純凈、真空、扭曲時(shí)空組成的完美圓形物體。并且，引力波傳遞的信息可以讓科學(xué)家更精確地估計(jì)宇宙膨脹的速度。總而言之，一個新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，總會給人類社會帶來無法預(yù)估的發(fā)展。18世紀(jì)面熟電磁波的麥克斯韋理論確認(rèn)的時(shí)候，也沒人知道會給人類帶來什么，但是現(xiàn)在不管是電視機(jī)還是移動電話，都與電磁現(xiàn)象有關(guān)。引力波的發(fā)現(xiàn)類似當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)X光一樣，是一種工具。有了這個工具，我們可以利用引力波的觀察，去觀察遙遠(yuǎn)的宇宙的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)、時(shí)空穿梭等等才是有可能實(shí)現(xiàn)的事情。如果沒有引力波，以我們現(xiàn)有的技術(shù)是做不到這些科幻世界才有的事情的。“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一條未知的路，走到半路，有人懷疑不對，結(jié)果證實(shí)是對的，那么就可以加快步伐了。”蘇萌說。世界各國都加大了探測研究引力波的力度，我國也緊跟探索引力波的步伐?！疤烨儆?jì)劃”參與者、中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長李淼教授介紹，“天琴計(jì)劃”是我國自主開展空間引力波探測的可行方案，發(fā)射三顆衛(wèi)星探測引力波，該計(jì)劃預(yù)期執(zhí)行期為2016~2035年，分四階段實(shí)施。項(xiàng)目還將挖山洞，建觀測站以及建設(shè)綜合研究大樓。預(yù)計(jì)擬投三億啟動。天琴計(jì)劃預(yù)期執(zhí)行期為2016-2035年，分四階段實(shí)施：（1）2016-2020年：完成月球/深空衛(wèi)星激光測距、空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)所需關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。主要研發(fā)成果包括：新一代月球激光測距反射器、月球激光測距臺站、高精度加速度計(jì)、無拖曳控制（包含微推進(jìn)器）、高精度星載激光干涉儀、星間激光測距技術(shù)等；（2）2021-2025年：完成空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)工程樣機(jī)，并成功發(fā)射下一代重力衛(wèi)星和空間等效原理實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。主要研發(fā)成果包含：超靜衛(wèi)星平臺、高精度大型激光陀螺儀以及進(jìn)一步提高加速度計(jì)、無拖曳控制、高精度星載激光干涉儀、星間激光測距等技術(shù)；（3）2026-2030年：完成空間引力波探測關(guān)鍵技術(shù)，完成衛(wèi)星載荷工程樣機(jī)；（4）2031-2035年：進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)整機(jī)聯(lián)調(diào)測試、系統(tǒng)組裝，發(fā)射空間引力波探測衛(wèi)星。李淼介紹，“天琴計(jì)劃”的出發(fā)點(diǎn)是切實(shí)根據(jù)我國的技術(shù)能力實(shí)際和未來幾十年的發(fā)展前景，提出我國自主開展空間引力波探測的可行方案。在目前討論的初步概念中，天琴將采用三顆全同的衛(wèi)星構(gòu)成一個等邊三角形陣列，每顆衛(wèi)星內(nèi)部都包含一個或兩個極其小心懸浮起來的檢驗(yàn)質(zhì)量。衛(wèi)星上將安裝推力可以精細(xì)調(diào)節(jié)的微牛級推進(jìn)器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)衛(wèi)星的運(yùn)動姿態(tài)，使得檢驗(yàn)質(zhì)量始終保持與周圍的保護(hù)容器互不接觸的狀態(tài)。這樣檢驗(yàn)質(zhì)量將只在引力的作用下運(yùn)動，而來自太陽風(fēng)或太陽光壓等細(xì)微的非引力擾動將被衛(wèi)星外殼屏蔽掉。高精度的激光干涉測距技術(shù)將被用來記錄由引力波引起的、不同衛(wèi)星上檢驗(yàn)質(zhì)量之間的細(xì)微距離變化，從而獲得有關(guān)引力波的信息?！疤烨佟钡男l(wèi)星將在以地球?yàn)橹行?、高度約10萬公里的軌道上運(yùn)行，針對確定的引力波源進(jìn)行探測。這樣的選擇能夠避免測到引力波信號卻無法確定引力波源的問題。中國科學(xué)院也于2016年2月16日公布了空間引力波探測與研究的“空間太極計(jì)劃”。按照這一計(jì)劃，我國將在2030年前后發(fā)射由位于等邊三角形頂端三顆衛(wèi)星組成的引力波探測星組，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測。主要科學(xué)目標(biāo)是觀測雙黑洞并合和極大質(zhì)量比天體并合時(shí)產(chǎn)生的引力波輻射，以及其他的宇宙引力波輻射過程。中科院力學(xué)研究所胡文瑞院士表示，“我國目前的技術(shù)能力與國際先進(jìn)水平還有一定的差距，這種差距可以通過良好的國際合作得到一定的彌補(bǔ)。”胡文瑞說，“空間太極計(jì)劃”是一個中歐合作的國際合作計(jì)劃，目前有兩個方案：方案一是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計(jì)劃；方案二是發(fā)射一組中國的引力波探測衛(wèi)星組，與2035年左右發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時(shí)遨游太空，進(jìn)行低頻引力波探測。據(jù)介紹，空間引力波探測被列入中科院制訂的空間2050年規(guī)劃。2008年由中科院發(fā)