電力負(fù)荷建模

第5講

電力負(fù)荷建模I.

負(fù)荷建模原則與結(jié)構(gòu)1.1原則

1.可用性原則電力負(fù)荷建模的特點(diǎn)使得各負(fù)荷點(diǎn)、時(shí)間點(diǎn)都“定量精確”建模極其困難但至少要做到“定性”正確“可用”負(fù)荷模型的的最基本要求是

能夠反映負(fù)荷的實(shí)際本質(zhì)特征2.

實(shí)用性原則模型盡量簡單最好與現(xiàn)有程序銜接方法盡量簡單3.針對(duì)性原則國外做法不能完全照搬借鑒外國經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)我國實(shí)際情況走一條有中國特色的負(fù)荷建模之路1.2目標(biāo)總體目標(biāo)：

理論工程化生產(chǎn)力

現(xiàn)階段目標(biāo)：

建立重要負(fù)荷的分區(qū)、分類、分時(shí)的模型和參數(shù)范圍。1.3結(jié)構(gòu)1.3.1經(jīng)典模型（CLM）P+jQ110kV等值靜態(tài)負(fù)荷U·等值電動(dòng)機(jī)配網(wǎng)無功補(bǔ)償220kV35kV經(jīng)典負(fù)荷模型（CLM）結(jié)構(gòu)較多采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)加ZIP模型，這種模型保留了等值電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，真實(shí)地描述了用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定計(jì)算地綜合負(fù)荷的動(dòng)特性。但該模型結(jié)構(gòu)也存在一些不足：（1）模型的靜態(tài)部分沒有考慮配電系統(tǒng)阻抗的影響；（2）模型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子電抗計(jì)及配電系統(tǒng)阻抗時(shí)，沒有考慮配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償及靜態(tài)負(fù)荷的影響，這將導(dǎo)致配電系統(tǒng)等值阻抗的壓降增加，惡化電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件；（3）模型靜態(tài)部分的無功功率可能有負(fù)的恒定電流和恒定功率成分，即被處理成無功電源，可能導(dǎo)致系統(tǒng)仿真穩(wěn)定水平大幅度提高，影響極限運(yùn)行方式仿真計(jì)算的可信度。1.3.2綜合負(fù)荷模型（SLM）220kVP+jQ110kV等值靜態(tài)負(fù)荷U·配電網(wǎng)等值阻抗等值電動(dòng)機(jī)配網(wǎng)無功補(bǔ)償RD+jXDUL·PL+jQL35kV虛擬低壓母線II.

在線綜合建模系統(tǒng)2.1建模策略（1）分類（2）在線（3）綜合（4）實(shí)用分類。如果每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都要建立不同的負(fù)荷參數(shù)，則不管是負(fù)荷建模還是應(yīng)用于計(jì)算，都是不現(xiàn)實(shí)的。但如果全網(wǎng)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都采用相同的負(fù)荷參數(shù)，雖然簡單，卻不符合實(shí)際。因此，提出分類確定負(fù)荷參數(shù)。也就是將220kV變電站按照其性質(zhì)進(jìn)行分類，認(rèn)為每一類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的特性大致相同，可以采用同一種參數(shù)。一般來說，分為3～4類是合適的，那么全系統(tǒng)就是3～4種負(fù)荷參數(shù)。這樣，既避免了每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)采用不同參數(shù)帶來的過分繁瑣，又避免了所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都采用相同參數(shù)帶來的過分粗略。在線。如果對(duì)于負(fù)荷進(jìn)行一次建模工作后，就想一勞永逸，是不符合電力負(fù)荷實(shí)際情況的。當(dāng)然，實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷構(gòu)成的變化也是逐步的、緩慢的。因此，本項(xiàng)目提出在線調(diào)用各種數(shù)據(jù)、在線分析負(fù)荷構(gòu)成、在線分類、在線確定參數(shù)，從而進(jìn)行負(fù)荷建模定期（比如按照季節(jié)）更新，達(dá)到負(fù)荷建模長效動(dòng)態(tài)管理的目的。綜合。這里的“綜合”，包括綜合運(yùn)用各種建模方法、綜合利用各種數(shù)據(jù)來源兩個(gè)涵義。一方面，以往進(jìn)行負(fù)荷建模時(shí)數(shù)據(jù)來源大都單一。而目前擁有SCADA系統(tǒng)、故障信息系統(tǒng)、WAMS系統(tǒng)、負(fù)控系統(tǒng)等。所以提出充分地、綜合地利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)，開展負(fù)荷建模工作。另一方面，從負(fù)荷建模的方法來看，目前已經(jīng)形成了三種方法，即統(tǒng)計(jì)綜合法、總體測(cè)辨法和故障仿真法。由于很難對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也很難對(duì)每一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都安裝測(cè)量裝置。因此，單一地采用統(tǒng)計(jì)綜合法或者總體測(cè)辨法都是困難的。所以本項(xiàng)目提出綜合應(yīng)用幾種方法，汲取各種方法所長加以互補(bǔ)。2.2建模方法（1）統(tǒng)計(jì)綜合法（2）總體測(cè)辨法（3）故障仿真法（4）綜合方法綜合方法的基本步驟（1）根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的日負(fù)荷曲線，自動(dòng)進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷構(gòu)成特征分析，這一步類似統(tǒng)計(jì)法（2）采用聚合分類理論，以負(fù)荷構(gòu)成比例、空調(diào)比例、小水電比例作為分類指標(biāo)，對(duì)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類

（3）根據(jù)重要性和代表性，確定每類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)中的典型節(jié)點(diǎn)，每類一般選擇2個(gè)節(jié)點(diǎn)

（4）在典型節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)據(jù)采集裝置，深入搞準(zhǔn)典型節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷模型參數(shù)，參數(shù)由基于動(dòng)態(tài)實(shí)測(cè)的辨識(shí)法和基于負(fù)控的在線統(tǒng)計(jì)綜合法共同給出

（5）根據(jù)分類情況，將典型負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的參數(shù)經(jīng)過綜合后，推廣到同類其它負(fù)荷節(jié)點(diǎn)

（6）利用系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)，校核負(fù)荷模型及參數(shù)，這一步類似故障仿真法1.負(fù)荷分類特征動(dòng)態(tài)負(fù)荷比例，但事先難以獲得較易獲得（1）工業(yè)負(fù)荷比例（2）空調(diào)負(fù)荷比例（3）電源比例2.3特征分析與節(jié)點(diǎn)分類日負(fù)荷曲線很容易從EMS獲得（1）將日負(fù)荷曲線劃分為4個(gè)時(shí)間段：低谷、早高峰、平緩和晚高峰（2）確定每個(gè)時(shí)間段中的典型時(shí)間區(qū)間（3）求解各典型時(shí)間區(qū)間負(fù)荷功率平均值（4）構(gòu)造負(fù)荷構(gòu)成的方程式（5）求出各負(fù)荷在各時(shí)間區(qū)間上的比例2.負(fù)荷構(gòu)成分析具體實(shí)施時(shí)，采用了實(shí)用化的方法：

（1）分離出小水電比重較大的特殊類型負(fù)荷。（2）收集所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的冬季日負(fù)荷曲線信息，對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)用電情況進(jìn)行構(gòu)成分析，得出該節(jié)點(diǎn)的似工業(yè)負(fù)荷比例。3.負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分類（3）根據(jù)節(jié)點(diǎn)的冬季的似工業(yè)負(fù)荷比例，得到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)分類。（4）進(jìn)一步分析夏季各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷變化，尤其是空調(diào)負(fù)荷情況。（5）修正夏季負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的分類類型。

河南電網(wǎng)負(fù)荷站點(diǎn)的分類結(jié)果

根據(jù)河南電網(wǎng)2004年冬季負(fù)荷站點(diǎn)日負(fù)荷曲線，按照上述方法，分類結(jié)果如下表所示。

聚類數(shù)目聚類負(fù)荷站點(diǎn)編號(hào)3類1，4，5，6，7，11，12，15，16，17，18，21，24，26，28，29，31，33，34，35，37，38，44，45，48，49，51，52，54，55，56，57，58，60，61，62，64，65，67，68，69，702，3，8，13，19，20，22，23，25，27，30，32，36，39，40，41，42，43，47，50，53，63，669，10，14，46，59

4類1，4，5，6，7，11，12，15，16，17，18，21，24，26，28，29，31，33，34，35，37，38，44，45，48，49，51，52，54，55，56，57，58，60，61，62，64，65，67，68，69，702，19，20，22，23，25，27，47，50，663，8，13，30，32，36，39，40，41，42，43，53，639，10，14，46，595類1，4，5，6，7，11，12，15，16，17，18，21，24，26，28，29，31，33，34，35，37，38，44，45，48，49，51，52，54，55，56，57，58，60，61，62，64，65，67，68，69，702，19，20，22，23，25，27，47，50，663，8，13，30，32，36，39，40，41，42，43，53，639，46，5910，14由運(yùn)行結(jié)果可見，該分類方法既保持了負(fù)荷類型的相對(duì)穩(wěn)定性，又能反映負(fù)荷類型的適當(dāng)變化。分類結(jié)果與電網(wǎng)實(shí)際情況基本吻合。提高了負(fù)荷建模的實(shí)用性與可行性。分別在每一類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)中挑選1～3個(gè)典型節(jié)點(diǎn)安裝測(cè)量裝置（負(fù)荷測(cè)量裝置、PMU、故障錄波）模型誤差優(yōu)化2.4在線總體測(cè)辨方法1.基本原理僅辨識(shí)重點(diǎn)參數(shù)，其他參數(shù)取典型值定子電抗Xs電動(dòng)機(jī)初始負(fù)載率KL電動(dòng)機(jī)慣性電動(dòng)機(jī)比例PMP

時(shí)間常數(shù)Tj這樣既可以確保模型的可辨識(shí)性，又能提高辨識(shí)速度2.辨識(shí)策略蟻群優(yōu)化算法（AntColonyOptionalalgorithm，ACO）

3.辨識(shí)方法4.參數(shù)搜索范圍太大影響準(zhǔn)確性和搜索效率太小不能覆蓋可能的參數(shù)電動(dòng)機(jī)比例PMP

：0.1～0.8定子電抗Xs：0.10～0.40初始負(fù)載率KL：0.3～0.8慣性時(shí)間常數(shù)Tj：1.0～4.05.流程6.河南電網(wǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果No.Sta.DateY/M/DTimeH./M./S.電動(dòng)機(jī)比例定子電抗初始滑差動(dòng)態(tài)誤差1103/02/0918/21/5746.02980.1476860.0108080.2226052203/02/0917/48/2942.46790.1451490.0248380.0293063303/02/0920/04/0541.48500.1467030.0182860.4175984303/02/0920/12/4545.49490.1459200.0144740.1273935303/02/0920/18/3243.11960.1527420.0169170.3570936303/02/0920/24/1542.18150.1813480.0502110.1200007303/02/0921/37/3641.75240.1910510.0164730.1160768303/02/0922/33/3043.45160.1542110.0127720.2208459303/02/0922/56/5146.00230.1937300.0093810.07366610403/02/0918/32/4143.94410.1991960.0197580.03730211503/02/0922/33/5840.17210.2050710.0587580.06225112603/02/0916/51/2837.58380.2125200.0448420.02143613603/02/0917/38/5736.58450.2016240.0208040.00024114603/02/0918/26/2741.56800.2196660.0407500.04039515603/02/0918/53/2337.31110.1455150.0348760.00069416703/02/0916/53/0445.18760.1554280.0195770.44959517703/02/0920/08/2131.48730.1625040.0326400.11822118703/02/0920/37/2941.07730.1730690.0220190.33162319803/02/0918/53/3242.47920.1587470.0107490.84947120803/02/0919/31/1146.57800.1536330.0165070.38619921803/02/0919/45/5544.80780.1450490.0139480.200895平均值41.94120.1709790.0242570.199186電動(dòng)機(jī)比例比較穩(wěn)定，同一個(gè)站點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)的比例比較接近，但不同站點(diǎn)之間還是存在一定差異的，比如計(jì)山異步電動(dòng)機(jī)比例的平均值為43.36％，而商丘為38.26％。八個(gè)站點(diǎn)的總平均值為41.94％，比目前計(jì)算中使用的50％～65％的比例要小。這表明目前使用的電動(dòng)機(jī)比例偏大，可以進(jìn)一步減少，以提高輸送容量；結(jié)果表明對(duì)于電動(dòng)機(jī)的定子電抗，辨識(shí)結(jié)果在0.145～0.22之間，平均值為0.171，比電科院新推薦的典型值0.18稍小，比以前使用的0.295更是小得多。等效定子電抗由兩部分組成，即異步電動(dòng)機(jī)本身的定子電抗和配電網(wǎng)（含變壓器）的等值電抗。異步電動(dòng)機(jī)本身定子電抗的典型值為0.12，而配電網(wǎng)的等值電抗在考慮到目前配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有了較大改善后，電科院經(jīng)聚合處理后建議配電線路等值電抗取0.06，兩者相加即得電科院的推薦值0.18。等效定子電抗之所以下降的可能原因包括：一是目前各電網(wǎng)不斷采用定子電抗較小的新型電動(dòng)機(jī)，二是原來配電網(wǎng)供電范圍大線路長，而目前配電網(wǎng)經(jīng)過改造后供電半徑小線路短，三是配電網(wǎng)的補(bǔ)償電容會(huì)使等效定子電抗下降；初始滑差的辨識(shí)結(jié)果相對(duì)來說分散性較大，在0.009～0.06之間，但都在合理的范圍之內(nèi)，平均值為0.024，也是比較符合實(shí)際情況的；將河南負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分為3類，分別套用。常規(guī)統(tǒng)計(jì)綜合法的缺點(diǎn)：同時(shí)率的問題實(shí)際負(fù)荷情況可能發(fā)生變化花費(fèi)大量的人力物力2.5在線統(tǒng)計(jì)綜合方法1.基本原理采取抽樣調(diào)查方法對(duì)典型用戶的用電情況進(jìn)行調(diào)查，獲得用戶電動(dòng)機(jī)比例確定用戶負(fù)荷模型收集負(fù)控?cái)?shù)據(jù)將典型負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)比例，通過負(fù)控功率比例作為權(quán)系數(shù)，采用綜合加權(quán)求和方法，獲得低電壓等級(jí)下的電動(dòng)機(jī)比例2.基本步驟根據(jù)負(fù)荷類型，電動(dòng)機(jī)參數(shù)采用典型值，將低電壓等級(jí)模型考慮輸電線路向110kV歸算，獲得該線路的負(fù)荷參數(shù)將110kV主變下的各條線路再一次根據(jù)功率加權(quán)綜合，獲得主變的綜合參數(shù)簡化處理抽樣調(diào)查，而不是全部調(diào)查用戶分為2類，即工業(yè)負(fù)荷、非工業(yè)負(fù)荷將用電設(shè)備類型簡化，最少時(shí)劃分為2類

3.調(diào)查統(tǒng)計(jì)安兜變底層用戶電動(dòng)機(jī)比例表工業(yè)負(fù)荷非工業(yè)負(fù)荷夏季冬季一般夏季冬季一般工作日03點(diǎn)至05點(diǎn)0.739170.716170.738320.2851760.1214380.12143809點(diǎn)至11點(diǎn)0.739670.716580.731800.7118620.1927660.19528720點(diǎn)至22點(diǎn)0.773140.752710.770310.4809000.1878170.189127休息日03點(diǎn)至05點(diǎn)0.767460.744860.766960.2851880.1214380.12143809點(diǎn)至11點(diǎn)0.790280.764770.782770.6618570.1957540.19707720點(diǎn)至22點(diǎn)0.786100.769930.779470.4809090.1878170.1895184.實(shí)際應(yīng)用結(jié)果對(duì)于工業(yè)負(fù)荷而言，在各種運(yùn)行狀況下的電動(dòng)機(jī)比例基本接近(72%～79%)對(duì)于非工業(yè)負(fù)荷而言，夏季電動(dòng)機(jī)比例大，而且不平穩(wěn)季節(jié)日類型時(shí)段

PMP％RsXsKLTj

冬季工作日03點(diǎn)至05點(diǎn)24.600.00070.13100.46642.003209點(diǎn)至11點(diǎn)28.460.00120.14530.46141.984820點(diǎn)至22點(diǎn)26.690.00170.14500.46231.9842休息日03點(diǎn)至05點(diǎn)23.310.00050.12840.46642.000509點(diǎn)至11點(diǎn)28.130.00130.13800.46482.000020點(diǎn)至22點(diǎn)24.840.00110.13430.46521.9972一般工作日03點(diǎn)至05點(diǎn)28.830.00070.13160.46612.002409點(diǎn)至11點(diǎn)31.460.00180.14450.46081.981320點(diǎn)至22點(diǎn)29.140.00220.14420.45771.9624休息日03點(diǎn)至05點(diǎn)27.780.00070.13110.46602.001909點(diǎn)至11點(diǎn)30.690.00140.13990.46321.992320點(diǎn)至22點(diǎn)27.760.00110.13600.46331.9860夏季工作日03點(diǎn)至05點(diǎn)36.820.00100.13550.46511.997809點(diǎn)至11點(diǎn)69.210.00340.17490.45051.927620點(diǎn)至22點(diǎn)51.770.00250.15490.45701.9564休息日03點(diǎn)至05點(diǎn)38.330.00100.13580.46441.993909點(diǎn)至11點(diǎn)66.340.00260.16340.45351.936820點(diǎn)至22點(diǎn)51.170.00190.14790.45811.95512.62種方法結(jié)果比較Ⅱ/Ⅲ類負(fù)荷PMPXsKLTj辨識(shí)法春秋季平均值30.81%0.180.472.03統(tǒng)計(jì)法春秋季平均值29.28%0.140.461.99在線統(tǒng)計(jì)綜合法與在線總體測(cè)辨法所得到的PMP、KL、Tj

相當(dāng)接近在線統(tǒng)計(jì)綜合法所得的Xs比在線總體測(cè)辨法所得的Xs小一些，原因？III.

直接考慮配電網(wǎng)的

綜合負(fù)荷模型（SLM）中國電力科學(xué)研究院提出了一種新的負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)，即直接考慮配電網(wǎng)支路的綜合負(fù)荷模型－

SLM。3.1模型與參數(shù)模型參數(shù)配電網(wǎng)：電阻RD，電抗XD電動(dòng)機(jī)：PMP，Tj，XS，XM，Rr

，Xr，KL，A

B，C，Tdo’靜態(tài)負(fù)荷：pv，qv電容補(bǔ)償：C

1.方法與步驟簡化負(fù)荷模型：電容補(bǔ)償并入靜態(tài)負(fù)荷將負(fù)荷模型線性化采用拉氏傳遞函數(shù)法分析所得線性化模型的可辨識(shí)性再分析原來模型參數(shù)的可辨識(shí)性3.2可辨識(shí)性分析2.可辨識(shí)性分析結(jié)論XD

、

RD都未知除T’以外，其他參數(shù)均不可唯一辨識(shí)。XD

、

RD已知其一RD，XD，M，T’，C，X，X’，Ps0，Qs0，Tm0，全部可以唯一辨識(shí)。XD/RD已知參數(shù)唯一可辨識(shí)Xs已知參數(shù)唯一可辨識(shí)1.方法與步驟可辨識(shí)性分析表明：一次性全部辨識(shí)所有參數(shù)是不唯一的3個(gè)參數(shù)XD，RD，Xs已知其中之一，則參數(shù)可以唯一辨識(shí)或者已知其間的一個(gè)條件，則參數(shù)也可以唯一辨識(shí)3.3簡化SLM的參數(shù)辨識(shí)（1）RD+jXD

用統(tǒng)計(jì)綜合法確定或者取典型值

，辨識(shí)其它關(guān)鍵參數(shù)（2）Xs用統(tǒng)計(jì)綜合法確定或者取典型值

，辨識(shí)其它關(guān)鍵參數(shù)（3）Xs+XD

用統(tǒng)計(jì)綜合法確定或者取典型值

，辨識(shí)其它關(guān)鍵參數(shù)（4）XD/RD用統(tǒng)計(jì)綜合法確定或者取典型值

，辨識(shí)其它關(guān)鍵參數(shù)XD和

RD隨著配電長短變化較大，但其比例和XD/RD變化較小，或者說在相同電壓等級(jí)情況下是相對(duì)固定的。IEEE-9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.仿真算例仿真步驟該系統(tǒng)中包括A、B、C三個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)從A、B、C三節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷中選取A、C節(jié)點(diǎn)負(fù)荷作為待辨識(shí)負(fù)荷，并設(shè)定它們的模型參數(shù)在節(jié)點(diǎn)A、C以外的節(jié)點(diǎn)或輸電線路上設(shè)定故障，并且測(cè)量各待辨識(shí)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷電壓及負(fù)荷吸收的有功和無功的擾動(dòng)曲線。辨識(shí)測(cè)得的擾動(dòng)數(shù)據(jù)得到負(fù)荷模型，并將辨識(shí)的負(fù)荷模型和原先設(shè)定的負(fù)荷模型進(jìn)行比較。圖4-2B點(diǎn)三相短路故障持續(xù)0.2s時(shí)節(jié)點(diǎn)A負(fù)荷的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)參數(shù)名稱PMP(%)XDXSKL節(jié)點(diǎn)A參數(shù)精確值60.000.0850.120.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值57.640.08720.11080.6730故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值63.250.09340.11520.6389節(jié)點(diǎn)C參數(shù)精確值40.000.0850.120.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值39.210.08680.11790.6422故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值41.790.08820.11440.6169RD已知、XD未知時(shí)，參數(shù)辨識(shí)結(jié)果參數(shù)名稱PMP(%)RDXDXSKL節(jié)點(diǎn)A參數(shù)精確值60.000.350.0850.120.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值20.710.2526890.0852150.1214670.538082故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值20.720.2903540.0897810.1409500.563627節(jié)點(diǎn)C參數(shù)精確值40.000.350.0850.120.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值20.710.24110.0736030.1226000.579170故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值20.720.23160.0858650.1411730.585980RD、XD未知時(shí)，參數(shù)辨識(shí)結(jié)果圖

擬合曲線實(shí)測(cè)曲線模型擬合曲線圖4-4B點(diǎn)發(fā)生故障二，A點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)RD未知XD未知，辨識(shí)參數(shù)PMP，RD，XD，XS，KL時(shí)的擬合曲線實(shí)測(cè)曲線模型擬合曲線參數(shù)名稱PMP(%)XDXSKL節(jié)點(diǎn)A參數(shù)精確值60.000.0850.120.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值54.650.07290.12540.6605故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值62.460.06900.13760.6573節(jié)點(diǎn)C參數(shù)精確值40.000.0850.120.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值37.790.07600.12010.6438故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值40.060.07040.130300.6250

RD、XD未知但XD/RD=4.118已知時(shí)，參數(shù)辨識(shí)結(jié)果已知XD＋Xs=0.205時(shí)，參數(shù)辨識(shí)結(jié)果參數(shù)名稱PMP(%)XDXSKL節(jié)點(diǎn)A參數(shù)精確值60.000.350.0850.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值57.030.32190.09050.6818故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)A參數(shù)辨識(shí)值64.170.28980.08090.6893節(jié)點(diǎn)C參數(shù)精確值40.000.350.0850.648故障一時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值39.870.35080.09280.6576故障二時(shí)節(jié)點(diǎn)C參數(shù)辨識(shí)值41.290.32170.09370.6353擬合曲線實(shí)測(cè)曲線模型擬合曲線結(jié)論當(dāng)RD和XD已知其一時(shí)，待辨識(shí)參數(shù)的和精確值之間的誤差較小，曲線的擬合效果較好。當(dāng)RD和XD都未知時(shí)，待辨識(shí)參數(shù)的和精確值之間的誤差較大，曲線的擬合效果較差。已知RD/XD

時(shí)，表中各參數(shù)的辨識(shí)值與精確值之間都是比較接近的，模型的計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線的擬合程度也很高，這表明參數(shù)可辨識(shí)。已知Xs+XD

時(shí)，表中各參數(shù)的辨識(shí)值與精確值之間都是比較接近的，模型的計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線的擬合程度也很高，這表明參數(shù)可辨識(shí)。河南電網(wǎng)湖北電網(wǎng)西北電網(wǎng)3.工程實(shí)例SLM模型和CLM模型的擬合曲線

實(shí)測(cè)曲線SLM模型擬合曲線CLM模型擬合曲線河南電網(wǎng)

湖北電網(wǎng)SLM和CLM對(duì)比擾動(dòng)記錄Error（SLM）Error（CLM）擾動(dòng)記錄Error（SLM）Error（CLM）0200020804081243130.02250.04630200020804080318590.00950.00810100020804081932150.00990.01000200020804080425500.01950.01560100020804081932210.01460.01350200020804100444480.00160.00170200020804081932150.00990.01000100020804080209370.00320.00310100020804100444480.00160.00170100020804080309120.01310.01170200020804080209370.00320.00310100020804080318590.00950.00810200020804080309120.01310.0117平均0.01080.01140100020804080425500.01960.0156黑色實(shí)線：測(cè)量值紅色虛線：CLM仿真值

藍(lán)色點(diǎn)劃線：SLM仿真值a.SLMb.CLM

西北電網(wǎng)動(dòng)態(tài)曲線表明，和CLM相比，SLM具有較高的擬合精度。這進(jìn)一步說明了綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)的合理性。3.4完整SLM的參數(shù)辨識(shí)完整SLM的模型方程完整SLM的辨識(shí)策略完整SLM的初始化計(jì)算完整SLM的辨識(shí)過程仿真算例工程實(shí)例1.完整SLM的模型方程圖3-1模型結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)支路、ZIP部分以及電動(dòng)機(jī)部分的模型方程和第2章相同補(bǔ)償電容器部分220kVP+jQ110kVZIPU·MCRD+jXDUL·PL+jQL35kV2.完整SLM的辨識(shí)策略只辨識(shí)重點(diǎn)參數(shù)，其他參數(shù)采用推薦值重點(diǎn)參數(shù)搜索范圍：0.1～0.8；

：0.1～0.2；

：0.3～0.8；

：0～0.06；

：0～1.0；

K=10～20定值。3.完整SLM的初始化計(jì)算計(jì)算虛擬母線上的UL0

、PL0和QL0；計(jì)算PM0、QM0，進(jìn)而求得PS0、QS0

；確定補(bǔ)償電容器的容抗XC0

；圖3-2MZIPC模型簡化圖由圖可知：

(3-1)

若給定PFS則有

(3-2)

(3-3)

(3-4)

求初始狀態(tài)量，，。

(3-4)

(3-5)

至此初始化完成其中求靜態(tài)負(fù)荷功率，；4.完整SLM的辨識(shí)過程計(jì)算虛擬母線上，，；初始化計(jì)算得到，，，，，；解微分方程得，，，以及，；

(3-6)

(3-7)

求配網(wǎng)支路功率；

(3-8)

(3-9)

確定目標(biāo)函數(shù)；蟻群優(yōu)化得到MZIPC模型參數(shù)。5.仿真算例圖3-3IEEE9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖線路號(hào)PMPXS(p.u.)KLXD(p.u.)ZpIp6-40.60910.12840.47760.03490.41650.29256-90.60920.12790.47830.03500.41640.29238-90.62300.12650.47290.03490.41490.2928真值0.60000.12000.46800.04000.40000.3000線路號(hào)PpZqIqPqXC(p.u.)Error6-40.29100.51560.29260.19182.54410.34556-90.29120.51530.29260.19202.54790.25918-90.29230.51440.29290.19272.51730.5311真值0.30000.50000.30000.20002.4738

參數(shù)辨識(shí)結(jié)果線路號(hào)模型Error6-4簡化SLM0.4911完整SLM0.34556-9簡化SLM0.3063完整SLM0.25918-9簡化SLM0.6734完整SLM0.5311

誤差對(duì)比

動(dòng)態(tài)曲線

粗實(shí)線－實(shí)測(cè)細(xì)實(shí)線－完整SLM

虛線－簡化SLM

西北電網(wǎng)馬營變6.工程實(shí)例擾動(dòng)號(hào)PMPXS(p.u.)KLXD(p.u.)ZpIp10.51340.16250.45450.04260.87170.056520.57660.16290.47750.04310.87630.059830.51350.16250.45550.04260.87210.056540.57030.16290.47510.04310.87500.0588擾動(dòng)號(hào)PpZqIqPqXC(p.u.)Error10.07180.87720.07480.04801.72620.256520.06390.86760.08250.04991.72030.285630.07140.87710.07510.04781.42700.25240.06630.86950.08160.04891.77610.2786

動(dòng)態(tài)曲線

粗實(shí)線－實(shí)測(cè)細(xì)實(shí)線－完整SLM

虛線－簡化SLM由結(jié)果可見算例中辨識(shí)所得參數(shù)與真值相當(dāng)接近實(shí)例中完整SLM的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果比較平穩(wěn)完整SLM的擬合效果明顯好于簡化SLM

IV.廣義負(fù)荷建模廣義負(fù)荷的定義：包含有電源、但依然以負(fù)荷為主的區(qū)域被稱之為廣義電力負(fù)荷（可以簡稱為廣義負(fù)荷），負(fù)荷為主意味著純負(fù)荷明顯大于電源、總的功率由外部供給。

4.1定義電廠容量在實(shí)際負(fù)荷中所占比重電廠離負(fù)荷母線距離當(dāng)電廠容量大而且較近時(shí)，同步發(fā)電機(jī)就會(huì)對(duì)廣義負(fù)荷特性產(chǎn)生較大影響，原有的經(jīng)典模型就不能準(zhǔn)確地描述實(shí)際負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性4.2影響因素4.3模型結(jié)構(gòu)P+jQ110kV等值靜態(tài)負(fù)荷U·等值電動(dòng)機(jī)配網(wǎng)無功補(bǔ)償～等值發(fā)電機(jī)220kV35kV220kVP+jQ110kV等值靜態(tài)負(fù)荷U·配電網(wǎng)等值阻抗等值電動(dòng)機(jī)配網(wǎng)無功補(bǔ)償RD+jXDUL·PL+jQL35kV虛擬低壓母線等值發(fā)電機(jī)～單一方法難以確定所有參數(shù)；統(tǒng)計(jì)綜合（或者理論等值）方法確定線路和發(fā)電機(jī)參數(shù)；總體測(cè)辨方法確定負(fù)荷參數(shù)；4.4參數(shù)確定方法廣義負(fù)荷模型的可辨識(shí)性；獲得明確結(jié)論；4.5參數(shù)可辨識(shí)性數(shù)據(jù)編號(hào)GLM誤差CLM誤差010102060817171806——0101020611121805090.0152000.0289830101020611172258170.0205310.0501430101020611172319270.0208770.0370460101020611172331410.0077330.027792010102070422075940——0101020705241700150.0364880.086017010102070528181646——5.實(shí)際應(yīng)用結(jié)果福建蘭田變廣義負(fù)荷擬合曲線

實(shí)線―實(shí)測(cè)藍(lán)色―GLM紅色―CLMV.

包含空調(diào)的電力負(fù)荷建模實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)：分體式房間空調(diào)器，型號(hào)KFR-120LW/S5.1單臺(tái)空調(diào)負(fù)荷正常擾動(dòng)階段，有功波動(dòng)小，無功波動(dòng)大電壓低于0.6p.u.時(shí)，停機(jī)當(dāng)電壓恢復(fù)到187V后再經(jīng)過3～5秒空調(diào)可重新啟動(dòng)，空調(diào)啟動(dòng)時(shí)電流沖擊倍數(shù)可達(dá)5～10倍，在0.3～0.5秒之內(nèi)平息

采用機(jī)理模型純電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型綜合電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型參數(shù)PMPXsKL純電動(dòng)機(jī)模型1.00.0590.855綜合負(fù)荷模型0.9430.0870.312黑色－實(shí)測(cè)曲線

(b)蘭色－純電動(dòng)機(jī)模型

(c)紅色－電動(dòng)機(jī)綜合模型空調(diào)負(fù)荷一般不能夠采用純電動(dòng)機(jī)來描述，而應(yīng)該采用電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型來描述。電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型中，電動(dòng)機(jī)比例較高，靜態(tài)成分比例較小。由于難以進(jìn)行實(shí)際空調(diào)群的試驗(yàn)，通過仿真方法獲得各種數(shù)據(jù)，分析空調(diào)群的總體特性5.2空調(diào)群負(fù)荷的特性與建模電壓等級(jí)越高，沖擊越大空調(diào)同時(shí)啟動(dòng)，沖擊最大確定空調(diào)負(fù)荷比例K%在正常擾動(dòng)下，采用綜合電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型

空調(diào)停機(jī)后，K%的空調(diào)負(fù)荷功率為0，剩余（100-K）%的負(fù)荷，采用恒定阻抗5.3空調(diào)負(fù)荷建?；静襟E空調(diào)重啟動(dòng)時(shí)，K%的空調(diào)負(fù)荷采用沖擊模型接入系統(tǒng)；其余（100-K）%恢復(fù)采用經(jīng)典的綜合電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型?？照{(diào)啟動(dòng)以后，恢復(fù)綜合電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型

地理分區(qū)（山區(qū)、沿海等）分別統(tǒng)計(jì)屬于山區(qū)和沿海的Ⅰ～Ⅳ類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，以及這些節(jié)點(diǎn)所屬的地級(jí)行政區(qū)計(jì)算出某一地理區(qū)域每一類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上，空調(diào)負(fù)荷與日最高溫度的關(guān)系曲線5.4空調(diào)負(fù)荷比例的確定計(jì)算某一地理區(qū)域每一類負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的綜合負(fù)荷曲線結(jié)合最大最小負(fù)荷，分別計(jì)算出某一地理區(qū)域每一類負(fù)荷的空調(diào)負(fù)荷比例地區(qū)節(jié)點(diǎn)類型起始溫度℃起始負(fù)荷MW飽和溫度℃飽和負(fù)荷MW最大空調(diào)負(fù)荷MW空調(diào)負(fù)荷增加率MW/℃空調(diào)負(fù)荷相對(duì)增加率%/℃最大空調(diào)負(fù)荷比例K%廈門I類234603660014010.771.8023.3II類23.558036.580022016.922.1227.5III類2311036200906.923.4645福州I類25100039150050035.712.3833.3II類2360038100040026.72.6740III類232003940020012.53.1350泉州I類24120036143023019.171.3416.1II類245803774016012.31.6621.6III類243203650018015336莆田III類233203748016011.422.3833漳州I類2414038180402.851.5822.2II類242603842016011.432.7238.1沿海I類232800373710910651.7524.5II類23202037296094067.12.2731.8III類23950371580630452.8539.95.5實(shí)際應(yīng)用結(jié)果Ⅰ類負(fù)荷的空調(diào)比例最小，而Ⅲ類負(fù)荷中空調(diào)比例最大VI.

電動(dòng)機(jī)綜合模型的轉(zhuǎn)換6.1研究背景統(tǒng)計(jì)綜合法中10kV低壓側(cè)統(tǒng)計(jì)后向高壓側(cè)折算；總體測(cè)辨法中220-110kV測(cè)量與應(yīng)用側(cè)不一致靜態(tài)模型已經(jīng)有轉(zhuǎn)換公式電動(dòng)機(jī)并聯(lián)純電容經(jīng)過純電感有公式一般認(rèn)為低壓側(cè)轉(zhuǎn)換到高壓側(cè)時(shí)電動(dòng)機(jī)比例會(huì)降低6.2模型結(jié)構(gòu)負(fù)荷采用M+Z（不是純電容）電動(dòng)機(jī)采用3階機(jī)電暫態(tài)模型線路采用恒定阻抗（不是純電感）6.3低壓側(cè)向高壓側(cè)轉(zhuǎn)換不改變?cè)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)，只需對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整電動(dòng)機(jī)定子側(cè)阻抗以及慣性時(shí)間常數(shù)發(fā)生了變化，但轉(zhuǎn)子側(cè)阻抗以及激磁電抗并沒有變化6.4高壓側(cè)向低壓側(cè)轉(zhuǎn)換給定低壓側(cè)模型參數(shù)初值；計(jì)算出m1

，m2

，m3；高壓側(cè)模型（設(shè)為HVM1）參數(shù)已知，相減可得出新的低壓側(cè)負(fù)荷模型（設(shè)為LVM）參數(shù)；再次計(jì)算出LVM相應(yīng)的高壓側(cè)負(fù)荷模型（設(shè)為HVM2）；比較HVM1與HVM2，如果前后兩次的參數(shù)變化小于給定的誤差，計(jì)算停止，LVM則為所求的低壓側(cè)負(fù)荷模型。否則，返回（2）繼續(xù)迭代。近似情況下（靜態(tài)負(fù)荷阻抗大大于配電線路阻抗），將配電網(wǎng)阻抗直接并入電動(dòng)機(jī)定子阻抗靜態(tài)阻抗6.5近似分析可見轉(zhuǎn)換前后動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線非常吻合6.6仿真算例

1.節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果定性分析和實(shí)際計(jì)算都表明：電動(dòng)機(jī)比例從低壓側(cè)折算到高壓側(cè)一般來說降低，但也有可能上升，究竟是降低還是上升與運(yùn)行條件有關(guān)。這一點(diǎn)在以前的文獻(xiàn)中并沒有認(rèn)識(shí)到。靜態(tài)負(fù)荷電抗為負(fù)（容性）時(shí)一般降低，說明前面的定性分析是正確的。但當(dāng)靜態(tài)負(fù)荷電抗為正（感性）時(shí)反而上升。2.系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果可見轉(zhuǎn)換前后動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線非常吻合負(fù)荷參數(shù)PMPXss0Tj類型Ⅰ（低壓側(cè)）精確春秋季平均值0.2900.22170.02962.5042夏季平均值0.2990.22660.03072.494冬季平均值0.30630.23770.03392.447全年平均值0.29730.22680.03082.49類型Ⅰ（低壓側(cè)）簡化春秋季平均值0.2920.22040.02932.4996夏季平均值0.29660.2270.03072.4957冬季平均值0.30370.2380.03352.4424全年平均值0.29640.22690.03072.48856.7實(shí)際應(yīng)用結(jié)果新疆電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)PMPXss0Tj類型Ⅱ（低壓側(cè)）精確春季平均值0.47830.2190.03542.507夏季平均值0.26730.20850.02762.294全年平均值0.29480.20980.02492.236類型Ⅱ（低壓側(cè)）簡化春季平均值0.47280.21980.03482.5021夏季平均值0.26670.20910.02752.2931全年平均值0.29280.21050.02832.3188負(fù)荷參數(shù)PMPXss0Tj類型Ⅲ（低壓側(cè)）精確春秋季平均值0.26180.22220.02832.5167夏季平均值0.23460.22010.03012.536冬季平均值0.25090.23910.0312.529全年平均值0.26450.22470.02942.526類型Ⅲ（低壓側(cè)）簡化春秋季平均值0.28970.2230.02822.5165夏季平均值0.23420.22040.03012.5363冬季平均值0.25040.23930.0312.5294全年平均值0.26370.22520.02932.5259電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型從高壓側(cè)折算到低壓側(cè)以后電動(dòng)機(jī)比例有所增大，這與一般理解是一致的；定子電抗有所降低，這是由于扣除主變串連支路的原因；初始滑差基本保持不變；慣性時(shí)間常數(shù)略有增加。VII.

考慮頻率特性的負(fù)荷建模6-1頻率特性頻率特性對(duì)低頻減載、低頻振蕩、暫態(tài)穩(wěn)定影響大一般地區(qū)頻率變化很小，但部分地區(qū)變化較大負(fù)荷功率隨頻率變化的特性稱之為負(fù)荷的頻率特性，分為動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性先提出線性動(dòng)態(tài)特性模型，再由線性動(dòng)態(tài)模型獲得靜態(tài)頻率特性考慮頻率特性的電動(dòng)機(jī)綜合模型6.2考慮頻率變化的綜合負(fù)荷模型配電網(wǎng)電容補(bǔ)償

ZIP靜態(tài)負(fù)荷電動(dòng)機(jī)6.3考慮頻率變化的線性動(dòng)態(tài)模型線性動(dòng)態(tài)模型的輸入變量為△U、△f，輸出變量為△P、△Q。傳遞函數(shù)參數(shù)的最小二乘法辨識(shí)離散差分方程待辨識(shí)參數(shù)向量寫成矩陣形式：其中則有待辨識(shí)參數(shù)的估計(jì)值由線性動(dòng)態(tài)模型確定靜態(tài)參數(shù)令離散傳遞函數(shù)中的z=1可得靜態(tài)特征參數(shù)其中由上面的推導(dǎo)可見：由線性動(dòng)態(tài)模型可以很方便地獲得靜態(tài)特征系數(shù)。計(jì)算公式非常簡單，幾乎不增加多少計(jì)算量。大大增強(qiáng)了負(fù)荷在線測(cè)辨功能，可以同時(shí)獲得動(dòng)態(tài)模型與靜態(tài)模型。另外線性動(dòng)態(tài)模型方程的方程結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，與具體的負(fù)荷組成無關(guān)，因此，線性動(dòng)態(tài)模型具有使用上的方便性與通用性。新疆頻率變化有時(shí)較大實(shí)測(cè)電壓和頻率

6.4工程實(shí)例采用SLM－考慮頻率與否的比較

表1靜態(tài)特征系數(shù)puqupfqfErrorNF0.96300.9950--0.0024YF0.57302.37400.5270-2.94400.0017表2電動(dòng)機(jī)重點(diǎn)參數(shù)PMPXS(p.u.)KLRD(p.u.)XD(p.u.)ErrorNF0.17630.15630.78210.00220.04480.0054YF0.17970.15480.75500.00180.03590.0036

采用線性動(dòng)態(tài)模型－模型階次比較

由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得整體靜態(tài)特征系數(shù)

靜態(tài)系數(shù)pvqvpfqf北京變1.00390.2860-0.5469-2.2875鯉魚山變0.57272.37400.5268-2.9443考慮頻率與否的比較

三階線動(dòng)模型三階電動(dòng)機(jī)模型兩種模型的比較

可見線性動(dòng)態(tài)模型采用三階較好考慮頻率變化的結(jié)果略好于不考慮頻率變化三階線性動(dòng)態(tài)模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)略好于三階電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型IIX.

國內(nèi)外電網(wǎng)負(fù)荷模型及參數(shù)負(fù)荷類型功率因數(shù)pupfquqf民用夏季0.91.22.90.8-2.2民用冬季0.991.53.21.0-1.5商業(yè)夏季0.850.993.51.2-1.6商業(yè)冬季0.91.33.11.5-1.1工業(yè)0.850.186.02.61.6電廠廠用電0.80.11.62.91.88.1國外電網(wǎng)負(fù)荷模型參數(shù)各類負(fù)荷的特征系數(shù)部分公司的有功電壓特征系數(shù)pu

公

司

名

稱居民

負(fù)荷商業(yè)負(fù)荷公

司

名

稱居民

負(fù)荷商業(yè)

負(fù)荷美國電力公司AEP10.800.78康林摩（Consumers）電力公司0.831.38美國電力公司AEP20.900.86圣地亞哥天然氣和電力公司1.140.08加拿大OntarioHydro的ZIP模型參數(shù)

有功無功區(qū)域Pp

(%)PI

(%)PZ(%)QP(%)QI(%)QZ(%)1119.2458.8021.9645.32-174.71229.391234.0252.6013.3839.04-148.46209.431316.7461.3021.9649.52-189.74240.211415.0362.1522.8250.52-193.68243.161511.7065.9722.3357.15-217.23260.081614.0867.8318.0962.33-233.85271.512122.1965.5912.2161.39-227.91266.522225.2161.1713.6353.29-199.55246.26236.0475.8018.1675.67-281.59305.922414.9069.0416.0665.33-243.69278.36253.7775.7820.4574.54-278.52303.98263.7780.1616.0783.99-310.39326.403183.2123.57-6.790.000.00100.003282.5724.16-6.730.96-3.46102.503377.3128.99-6.318.86-31.91123.043583.2123.57-6.790.000.00100.003683.2123.57-6.790.000.00100.0099100.000.000.00100.000.000.0041100.000.000.00100.000.000.0042100.000.000.00100.000.000.00131.1358.0310.8349.37-184.30234.93

IEEE負(fù)荷建模工作組推薦的電動(dòng)機(jī)模型參數(shù)

負(fù)荷類型模型參數(shù)Rs

/puxs0/puxm

/puRr

/puxr0/puABTj

/sLFm

/puIEEE-1

（工業(yè)小電動(dòng)機(jī)）0.03100.10003.20000.01800.18001.001.40000.6000IEEE-2

（工業(yè)大電動(dòng)機(jī)）0.01300.06703.80000.0090