專利名稱：一種電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型中各負(fù)荷成分所占比例的計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型中各負(fù)荷成分所占比例的計算方法，屬于電力 系統(tǒng)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)數(shù)字仿真已成為電力系統(tǒng)設(shè)計、規(guī)劃、運行的主要工具，仿真結(jié)果的 準(zhǔn)確性對電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行具有重要的影響。電力系統(tǒng)各組件的數(shù)學(xué)模型 準(zhǔn)確與否直接影響著仿真結(jié)果和以仿真結(jié)果為基礎(chǔ)而產(chǎn)生的決策方案。與發(fā)電機、調(diào)速系 統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、變壓器和輸電線路等單一設(shè)備不同，電力負(fù)荷是由數(shù)量眾多、形式各異、容量 不等的用電設(shè)備以及輸配電網(wǎng)絡(luò)和無功補償裝置等構(gòu)成，具有隨機性、時變性、離散性等特 點，因此，電力負(fù)荷的建模和辨識問題是長期困擾電力系統(tǒng)分析的難題。
負(fù)荷建模方法總體上可以分為兩類統(tǒng)計綜合法和總體測辨法。其中前者是基于 元件的建模方法，而后者是基于量測的負(fù)荷建模方法。
對于統(tǒng)計綜合法，美國電科院在這方面的研究最為深入和最有影響，并研制完成 了相關(guān)軟件包美國電科院負(fù)荷綜合程序。但是該軟件包在實際應(yīng)用中存在相關(guān)負(fù)荷數(shù)據(jù)難 以準(zhǔn)確獲取的問題，并難以精確考慮負(fù)荷的時變性，負(fù)荷模型的應(yīng)用困難和無功擬合效果 是影響美國電科院負(fù)荷綜合程序?qū)嵱没闹饕獑栴}。
對于總體測辨法，其基本思想是將負(fù)荷群看成一個整體，通過在負(fù)荷節(jié)點安裝測 量記錄裝置，現(xiàn)場采集母線電壓、頻率、有功、無功數(shù)據(jù)，然后按照系統(tǒng)辨識理論確定負(fù)荷模 型結(jié)構(gòu)和參數(shù)?？傮w測辨法中采用的負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)主要分為兩大類。第一類是以電動機 并聯(lián)靜負(fù)荷為代表的機理模型，之后還有學(xué)者提出了考慮配電網(wǎng)的機理模型以及考慮發(fā)電 機組的機理模型。第二類是以差分方程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的非機理模型。從模型結(jié)構(gòu)來 看，以差分方程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的非機理模型結(jié)構(gòu)比較簡單而且有著較為成熟的數(shù)學(xué)處 理方法，缺點是物理意義不強，而且求解過程存在多解，初值依賴性強，外推特性較差的特 點。目前來看，學(xué)術(shù)界和工程界都傾向于采用包含感應(yīng)電動機的機理負(fù)荷模型，一種常用 的綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)如

圖1所示，由恒阻抗負(fù)荷(constant reactance load, Z)、恒電流 負(fù)荷(constant current load, I)，恒功率負(fù)荷(constant power load, P)和感應(yīng)電動機 (induction motor, M)按照某種比例組成,不同的比例反映了負(fù)荷的不同外特性。機理模 型具有模型和參數(shù)的物理意義清晰，能較好地描述實際系統(tǒng)動態(tài)特性等優(yōu)點。然而，由于這 種模型用非線性微分方程形式表示，準(zhǔn)確辨識其參數(shù)、最大程度地減小負(fù)荷外特性的擬合 誤差成為需要解決的難題和研究的熱點。
參數(shù)辨識算法是決定負(fù)荷模型建模是否準(zhǔn)確可靠的數(shù)學(xué)工具。負(fù)荷模型的參數(shù)辨 識方法總體上可分為兩類離線辨識算法和在線辨識算法。離線辨識要求較高的辨識準(zhǔn)確 性和收斂性，對計算速度不作要求；而在線辨識算法則將計算速度作為最重要的目標(biāo)。
在數(shù)學(xué)方法上，離線辨識算法主要指經(jīng)典的非線性最小二乘法和遺傳進化類隨機 搜索方法。其中非線性最小二乘法包括最速下降法、高斯-牛頓法、阻尼最小二乘法等，遺傳進化類隨機搜索方法包括遺傳基因法、進化策略法、遺傳進化法、模擬退火法、蟻群算法等。這類算法具有易于理解，算法研究相對比較成熟，通過采用一些技巧，能夠有效的避免局部最小點的問題。但是依然無法完全克服對于初值敏感，計算時間不穩(wěn)定的問題。此外， 為了避免局部最小點，需要增加跳出局部最小點和重新搜索的計算量，尤其是對于綜合負(fù)荷這種非線性動態(tài)模型，參數(shù)無法直接辨識，啟發(fā)式算法往往需要進行多次數(shù)值仿真才能最后收斂，計算量比較大，難以適應(yīng)在線辨識的快速性要求，目前主要應(yīng)用于離線的參數(shù)校核。
為了適應(yīng)電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析的需要，負(fù)荷模型參數(shù)在線辨識算法受到越來越多的關(guān)注。目前，負(fù)荷參數(shù)在線辨識算法主要包括遞推非線性最小二乘法、擴展卡爾曼濾波、強跟蹤濾波、基于沃爾泰拉模型的辨識方法等。在線辨識的最重要的目標(biāo)是加快計算速度，然而負(fù)荷模型參數(shù)眾多，最簡單的感應(yīng)電動機加恒阻抗負(fù)荷也有7個待辨識參數(shù)，要在毫秒級的計算時間內(nèi)完成這么多個參數(shù)的準(zhǔn)確辨識是不可能的，為此，有學(xué)者提出主導(dǎo)參數(shù)辨識的概念，這是基于這樣一個規(guī)律負(fù)荷模型中不同參數(shù)對輸出特性具有不同的靈敏度，那些靈敏度很低的參數(shù)恰恰是難以準(zhǔn)確辨識的。把這部分靈敏度低的參數(shù)設(shè)定為典型值，盡可能準(zhǔn)確地辨識其余靈敏度高的參數(shù)，同樣可以較為準(zhǔn)確地擬合電力負(fù)荷的輸出特性。這些對負(fù)荷輸出特性具有較高靈敏度的參數(shù)被稱為主導(dǎo)參數(shù)，分析表明，在如圖1所示的包含恒阻抗負(fù)荷、恒電流負(fù)荷、恒功率負(fù)荷和感應(yīng)電動機和的綜合負(fù)荷模型中，感應(yīng)電動機比例Km，感應(yīng)電動機初始滑差s0，感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電阻Rr，感應(yīng)電動機定子電抗Xs是主導(dǎo)參數(shù)，其中Km具有最高的靈敏度?，F(xiàn)有的在線辨識算法通常選取一至兩個主導(dǎo)參數(shù)作為待辨識對象，辨識過程需要利用負(fù)荷的前穩(wěn)態(tài)和動態(tài)過程中的數(shù)據(jù)，計算時間通常需要 20-60個數(shù)據(jù)步長，辨識誤差往往超過10%。對于電力系統(tǒng)在線安全穩(wěn)定分析而言，現(xiàn)有的負(fù)荷模型在線辨識算法在計算速度、辨識精度等方面都有待提高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型中各負(fù)荷成分所占比例的計算方法， 為電網(wǎng)的在線安全穩(wěn)定分析和控制提供基礎(chǔ)。
本發(fā)明提出的電網(wǎng)綜 合負(fù)荷模型中各負(fù)荷成分所占比例的計算方法，包括以下步驟
(I)測量電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓U、有功功率P、無功功率Q以及母線電壓的初相位Θ，設(shè)電網(wǎng)中一個平衡節(jié)點的母線電壓的初相位為O度，電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點母線電壓的初相位等于該母線電壓與平衡節(jié)點之間的相位差；
(2)當(dāng)電網(wǎng)運行達到穩(wěn)態(tài)時，將電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓、有功功率、無功功率以及母線電壓的初相位的四個測量值分別記為％、匕、Qtl和Θ ^ ;
(3)設(shè)定一個電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點母線電壓的閾值，將實時測量的電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓與閾值相比較，若電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓的實時測量值小于閾值，則認(rèn)定電網(wǎng)發(fā)生擾動，并進行步驟(4)，若電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓的實時測量值大于或等于閾值，則繼續(xù)實時測量；
(4)當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動時，記錄第i次擾動時電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓、有功功率、 無功功率以及母線電壓的初相位的四個測量值分別記為UpPpQi和QpiWl開始計數(shù)；
(5)若i計數(shù)到4，則進行步驟(6)，若i小于4，則進行步驟(3)，繼續(xù)實時測量；
(6)根據(jù)步驟(2)的穩(wěn)態(tài)測量值和步驟(3) —步驟(5)的四組擾動測量值，建立一個電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型的聯(lián)立方程如下
權(quán)利要求
1. 一種電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型中各負(fù)荷成分所占比例的計算方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)測量電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓U、有功功率P、無功功率Q以及母線電壓的初相位Θ，設(shè)電網(wǎng)中一個平衡節(jié)點的母線電壓的初相位為O度，電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點母線電壓的初相位等于該母線電壓與平衡節(jié)點之間的相位差； (2)當(dāng)電網(wǎng)運行達到穩(wěn)態(tài)時，將電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓、有功功率、無功功率以及母線電壓的初相位的四個測量值分別記為U0、P0, Qtl和Θ ^ ; (3)設(shè)定一個電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點母線電壓的閾值，將實時測量的電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓與閾值相比較，若電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓的實時測量值小于閾值，則認(rèn)定電網(wǎng)發(fā)生擾動，并進行步驟(4)，若電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓的實時測量值大于或等于閾值，則繼續(xù)實時測量; (4)當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動時，記錄第i次擾動時電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓、有功功率、無功功率以及母線電壓的初相位的四個測量值分別記為UpPpQi和開始計數(shù)； (5)若i計數(shù)到4，則進行步驟(6)，若i小于4，則進行步驟(3)，繼續(xù)實時測量； (6 )根據(jù)步驟(2 )的穩(wěn)態(tài)測量值和步驟(3 ) 一步驟(5 )的四組擾動測量值，建立一個電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型的聯(lián)立方程如下
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)綜合負(fù)荷模型中各負(fù)荷成分所占比例的計算方法，屬于電力系統(tǒng)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域。首先測量電網(wǎng)運行穩(wěn)態(tài)時的電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點的母線電壓、母線電壓的初相位、有功功率以及無功功率；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動時，重新測量上述參數(shù)。累積有四次擾動的量測數(shù)據(jù)后，根據(jù)四次測量值，列寫負(fù)荷模型參數(shù)的八元一次代數(shù)方程組，求解該方程組，計算得到電動機功率比例。本發(fā)明的算方法，物理意義明晰、實現(xiàn)簡單、結(jié)果準(zhǔn)確，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)負(fù)荷建模和參數(shù)辨識軟件系統(tǒng)中，實現(xiàn)負(fù)荷主導(dǎo)參數(shù)的快速辨識，為后續(xù)的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析和控制提供基礎(chǔ)。
文檔編號G01R31/00GK103033716SQ201210576620
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者袁志昌, 陸超, 于松泰 申請人:清華大學(xué)