（电力系统及其自动化专业论文）电力系统分行业负荷构成建模研究.pdf

l o a d m o d e l i n g o fp o w e r s y s t e m b a s e do nl o a d c o m p o s i t i o n b yd a iq i ，f o rm a s t e rd e g r e e o fh o h a iu n i v e r s i t y a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h er e s e a r c hw o r ko nt h el o a dm o d e l i n go fp o w e rs y s t e mi sb a s e do nl o a d c o m p o s i t i o n t h ef o l l o w i n gi s s u e sa r ei n v e s t i g a t e d 1 o nt h eb a s i so fl o a di n d e x ，i n d u s t r i a l ，a g r i c u l t u r a l ，c o m m e r c i a la n dc i v i ll o a dc h a r a c t e r i s t i c s a r ea n a l y z e d d a i l yl o a do fac i t yo fe a s tc h i n ap o w e rg r i di sc l a s s i f i e da c c o r d i n gt oa n n u a l ， s e a s o n a l ，w e e k l ya n dd a i l yc h a r a c t e r i s t i c s 2 a c c o r d i n g t od a i l yl o a dc u r v eo ft h ec i t y , t h eb a s i cl o a dm o d e lb a s e do nl o a dc o m p o s i t i o n i s e s t a b l i s h e d c o n s i d e r i n gt h el o a dr a t eo f m o n t ha n dl o a dc h a r a c t e r i s t i c si ng e n e r a ls e a s o n ， s u l n n l e ra n dw i n t e r , t h eb a s i cl o a dm o d e li sr e p l a c e db yt h es e a s o nt i m e s h a r i n gl o a dm o d e l b a s e do nl o a dc o m p o s i t i o n t h es i m u l a t i o ni l l u s t r a t i o ns h o w st h en e wl o a dm o d e li sr i g h t 3 t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nw e a t h e ri n d e xa n da i rc o n d i t i o n e rl o a do fh e n a np r o v i n c ei n s u m m e ri sr e s e a r c h e d ，t h ep r o b a b i l i t ym o d e lo fa i rc o n d i t i o n e rl o a dc o n s i d e r i n gw e a t h e ri n d e xi s e s t a b l i s h e d 4 t h em e a s u r e m e n t - b a s e da n d c o m p o n e n t b a s e dm e t h o d so f l o a dm o d e l i n ga r eh y b r i d i z e d t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h eh y b r i dm e t h o di sv i a b l e k e y w o r d s ：p o w e r s y s t e m ；l o a dm o d e l i n g ；d a i l yl o a d ；l o a dc o m p o s i t i o n 学位论文独创性声明： 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行的研 究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人 负全部责任。 学位论文作者( 签名) ：缒m 年；只谚e t 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文 全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 学位论文作者( 签名) ：沁3 月w 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力负荷建模的重要意义 电能需求的快速增长以及某些地区扩容所需的资金限制等原因使得提高电力系统基 础设施的利用率成为必要。由于电力系统的运行越来越接近警戒状态，所以精确的电力系 统负荷建模已变得日益重要。被埋藏在用离线计算得到的稳定导则和限度之下的安全裕度 变得贵不可支，另一方面，电力电子元件、计算装置以及外围设备性能的提高，使得我们 在较为全面地掌握系统动态和静态特性后，对系统进行实时控制成为可能。所以，对电力 系统四大参数的实测成为电力系统的迫切需求。 电力负荷模型对电力系统稳定性的计算结果影响较大，对潮流计算、短路计算、安全 分析等也有一定的影响。在临界情况下，还有可能改变定性结论，或者掩盖一些重要现象。 不恰当的负荷模型会使得计算结果与实际情况不相一致，或偏乐观，或偏保守，从而构成 系统的潜在危险或造成不必要的浪费。 电力负荷建模的重要性也逐步引起生产部门的重视，国内越来越多的单位认识到必须 开展这一工作。首先，在运行方式的选择上，各网、省局都有运行方式科( 组) ，通过稳定 计算来确定安全功率极限，并以此保证系统的安全稳定运行。在计算中人们发现负荷模型 及其参数的选取( 如电科院综合程序中电动机所占百分比数) 对计算结果影响很大，成为 目前运行方式选择计算中的主要问题。其次，目前国内在调度员模拟培训器研制及使用方 面正处于蓬勃发展时期，而其中暂态和中、长期动态仿真都与负荷模型有密切联系。负荷 模型是否正确，将会直接影响到培训的效果。再次，进行电力系统规划时，采用不同的负 荷模型，在i 临界情况下计算结果可能相差一条线路的投资，相差上千万元。在新颁布的电 力系统安全稳定导则中明确指出在暂态稳定计算条件中要考虑负荷特性。 在过去的几十年间，发电机及输电网络的建模已取得了很大的发展，相比之下，电力 负荷建模则发展较慢。电力负荷建模所具有的时变性、随机性、分布性、多样性、非连续 性等特点，使之成为电力界几个最困难的研究领域之一，其发展过程也是几起几落。虽然 如此，经过几十年的不懈努力已经取得相当多的成果，文献超过两百篇i l l 。我国电力工作 者在电力负荷建模领域也开展了不少工作，取得了富有创造性的成果。 河海大学硕士论文 1 2 电力负荷建模的总体原则瞻1 1 2 1 可用性原则 电力负荷建模具有时变性、随机性、 虽然人们做了大量努力，但要对所有负荷点、 分布性、多样性、非连续性等特点，多年来 所有时间点建立“精确”模型可能是不现实 的。虽然不能做到定量完全精确，但至少要做到定性正确。所以，在目前只能考虑建立“可 用”的负荷模型，对该模型的最基本的要求是能够反映负荷的实际本质特征。 1 2 2 实用性原则 电力负荷建模的目的当然是为了应用。这就要求模型在能够反映负荷本质的前提下要 尽量简单，最好与现有电力系统计算程序能够衔接。同时要求方法也要尽量简单，最好少 做全系统性的大规模试验尤其是稳定试验。 1 2 3 针对性原则 国外对电力负荷建模已有大量研究，美国等国家进行了大量实际负荷参数的研究， 给出了推荐参数。但不同国家的管理体制和负荷情况具有明显差异，国外的做法不一定就 能够照搬，国外的数据也不一定能够照用。我国开展负荷建模工作，一方面要借鉴国外的 经验，但另一方面要针对我国的实际，立足国内，走一条有中国特色的负荷建模之路。 1 3 研究现状 1 3 1 负荷模型研究概述 1静态负荷模型。，” 在电力系统的潮流分析、静态稳定分析以及研究长期动态过程中，以及负荷以静态成 分为主f 如商业、民用负荷) 的情况下，一般采用静态负荷模型。长期以来，人们对静态负 荷特性研究较为透彻。常用的有多项式和幂函数翻两类，另外还有在这两种模型基础上的 变形或组合 2 第一章绪论 2 物理动态负荷模型 a感应电动机。1 感应电动机在电力负荷( 尤其是工业负荷) 中占有较大比重，对电力系统运行分析与控 制具有相当大的影响，在不少电力系统计算软件包中均包含感应电动机模型，因此成为电 力系统模型中的重要部分。一般来说，感应电动机定子绕组的暂态过程比转子绕组的电磁 暂态要快得多，而更比电力系统暂态过程快得多。因此，就感应电动机对电力系统的影响 而言，是否计及定子的暂态过程影响不大，采用三阶模型就能很好地反映感应电动机的性 能。为了进一步减少计算量，在电力系统机电暂态过程分析计算中还经常采用一阶的机械 暂态模型。随着电力系统电压稳定问题研究的发展，美国学者提出了一阶的电压暂态模型。 相应的还有采用两台或更多的等值感应电动机【”，以及在感应电动机上弗联有关静态 模型等几种形式。文献 6 】改进了传统的机理模型，忽略了励磁阻抗，并选择动态负荷电阻 r e 作为状态变量，在保持精度不变的条件下减少了参数个数，提高了可辨识性a 文献【7 】 提出了一种新的负荷动态机理模型，该模型考虑了稳态约束条件，即消除了稳态误差又减 少了需辨识的参数个数。文献【8 】仿真比较了稳定分析中使用感应电动机模型的高阶和低阶 模型的区别，同时对感应电动机和恒电流负荷不同组成的动特性也作了探讨，指出电动机 负荷比例越大，系统的电压稳定性就越脆弱。 b同步电动机 同步电动机有时也用到，比如在抽水蓄能电站。同步电机模型人们非常熟悉，程序中 也都有。电动机与发电机所不同的是运行状态不同、机械转矩不同，同步电动机的机械转 矩可以采用与感应电动机一样的方程。 c 有载调压变压器 这在长期动态过程中需要考虑。 d 负荷减载及投切”1 在一些动态或准动态计算中需要考虑低频或低压减载及投切，最简单的情况是按比例 切除负荷。大部分低频减载继电器没有人为安排的时延，但有6 - - 9 周波的操作时间。低 压减载继电器一般具有人为安排的时延。另外，开关动作时间为5 一1 5 周波。 河海大学硕士论文 3非物理动态负荷模型 非机理模型是从大量的系统建模中概括出来的，对一大类动态系统有很强的描述能 力。有时，负荷群中动态成分复杂，难以用物理模型描述。或者，为了降低动态模型的阶 次，突出主要矛盾。人们提出了非物理动态负荷模型，也就是将整个负荷群当作一个从该 节点看进去的“黑箱”或“灰箱”，用一个非物理模型来描述其输入一输出特性。可以分 为三种： a线性动态模型 线性动态模型可以采用传递函数、差分方程、状态方程等形式，互相之间可以转换。 典型的线性模型如s a b i r 和l e e 于1 9 8 2 年提出的工业负荷动态模型，h a n d s c h i n 等于 1 9 8 8 年提出的工业负荷综合模型【1 1 1 ，w e l f o n d e r 等1 9 8 9 年提出的工业负荷传递函数模型 u 2 1 ，m e v e r ，l e e 【1 3 等于1 9 8 2 年提出以及k a t a o k a ，y 于1 9 9 5 年改进的状态方程负荷模型。 b 非线性动态模型 非线性动态模型也可以采用传递函数、差分方程、状态方程等形式，但互相之间一般 难以直接转换。典型的非线性模型如h i l l 于1 9 9 0 年提出的恢复型一阶模型1 4 1 ，d a v i dj h 归纳总结了感应电动机、恒温负荷、含有载调压变压器负荷的特性，提出了一种具有功率 恢复特性的所谓非线性通用模型，在此基础上k a r l s s o n 【1 5 】于1 9 9 4 年又对其进行了改进， 并验证了一定程度的电压降低情况下功率恢复现象的存在，x u 和m a n s o u r ”1 对上述模型稍 加改进，并用该模型对电压稳定问题作了全面的阐述。鞠平等于1 9 8 9 年提出、1 9 9 5 年扩 展了一种动静综合负荷模型【1 7 , 1 8 , 1 9 】。在文献 2 0 】中，鞠平证明了h i l l 模型、k a r l s s o n 模型、 动静综合负荷模型在本质上是一致的，可以统一。另外李欣然等于1 9 9 9 年2 ”提出了一种 具有全电压范围适应性的非机理综合负荷模型。 c 人工神经网络模型。2 _ 2 3 2 ” 从理论上讲，人工神经网络可以描述复杂的映射关系。近年来，国内外学者将a n n 用作负荷模型。基本上都采用离散形式，有点类似于复杂的差分方程。对于其适应性、实 用性等问题仍然有待深入研究。 4 适用于电压稳定的负荷摸型研究概况 适用于全电压范围的负荷模型目前尚不完善，实地测量数据也比较困难，所以，建立 第一章绪论 用于电压稳定分析的负荷模型是目前负荷建模研究的一个方向型【3 l 】。文献 2 5 】指出了负荷 模型中关于状态变量的速率函数的非线性和非单调特性是模型既能描述负荷的功率恢复 特性，又能描述其低压失稳行为的必要条件，确定了电压稳定分析中综合负荷的基本结构。 文献1 2 6 1 介绍了瑞典的电压稳定控制措施和系统的详缅负荷模型，并研究了一次全电压扰 动实测( 包含2 0 0 0 m w 负荷的系统) 的数据。文献【2 7 】提出了进行电压稳定分析负荷实测 建模的一套可行方法。电压稳定中综合负荷建模的思路和原则是： 1 模型的状态变量：描述负荷的动态行为应当选择能其内在本质特征的状态 变量， 不应只以负荷的输入或输出变量来作为状态变量。 2 模型的阶数：应抓住负荷中起主导作用的结构和主要变量，而不应当过分强调其非本 质特征的细节描述。 3 动态与静态的关系：综合负荷的静态与动态行为是负荷系统在不同外部条件( 扰动或 激励) 下的两种固有的行为，二者本质上是同一动态系统特性的不同表现形式。负荷模型 应当能揭示动态与静态之间的内在联系。 4 动态与静态的关系：综合负荷的静态与动态行为是负荷系统在不同外部条件( 扰动 或激励) 下的两种固有的行为，二者本质上是同一动态系统特性的不同表现形式。负荷模 型应当能揭示动态与静态之间的内在联系。 5 有功功率和无功功率的关系：从能量转换的本质来讲，负荷从电网吸收的无功是为 其提供间接的内部转换条件，吸收无功的多少是依赖于其能量也即有功输出的。因此，模 型应能够实现有功功率和无功功率的统一综合描述而不是相互独立描述。 5 负荷模型的选择。1 负荷模型的评判是困难的，因为不同的应用目的对负荷的要求不同，不同的研究人员 看问题的出发点可能也不一样。一般来说，需要考虑以下几个方面：( 1 ) 精确度；( 2 ) 计算 量；( 3 ) 物理背景；( 3 ) 参数获取；( 4 ) 应用方便。可以说，目前没有一种负荷模型在各方 匾都优。事实上，上述几个方面有的有时甚至是互相矛盾的。因此，往往要根据应用者关 心的主要方面，选择一种折中的负荷模型。 1 3 2 负荷模型参数的获取 迄今为止，负苟建模的方法可以归结为两大类。1 ：第一类是统计综合法即基于元 5 河海大学硕士论文 件特性综合的间接法；第二类是总体测辨法即基于现场辨识的直接法。 1 统计综合法。8 这一方法的基本思想是把综合负荷看成成千上万用户的集合，首先在实验室确定各种 典型负荷的平均特性( 如日光灯、电机、空调器等的平均电气特性) ，然后统计出各类负 荷如居民负荷、商业负荷、工业负荷等这些典型负荷的比例，估计出各类负荷的平均特性 最后再根据各类负荷所占的比例，得出综合负荷的模型，如图1 1 所示。 枢 纽 母 线 2 总体测辨法。2 “” 混合负荷电器分类 图1 - 1统计综合法建模过程示意图 就综合电力负荷而言，只要负荷模型能反映出真实系统的输入一输出特性，就可以认 为模型是合理的，而不必拘泥于模型的形式。总体测辨法的基本思想正是把负荷看成一整 体，作为一个随机系统来考虑。先利用数据采集装置，从现场采集负荷所在母线的电量， 然后根据系统辨识理论确定综合负荷模型，如图1 2 所示。 这种方法避免了大量的统计工作，具有强有力的理论依据辨识理论。所依据的测 量技术和辨识理论发展很快，已基本趋于成熟。随着测量速度的加快和数字处理技术的完 善，我们将有可能得到随时间变化的在线实时负荷特性，这是统计综合法所不可能的。从 数据采集角度看，总体测辨法有两种数据来源：即人为干扰下采集数据和自然扰动下采集 数据。从参数辨识角度看，可分为在线辨识和离线辨识两种方式。后一种方法能够较好反 第一章绪论 映负荷特性随时间的变化。 图1 - 2 总体测辨法建模过程示意图 通过对统计综合法和总体测辨法的比较，可以看出只有总体测辨法才可能把负荷特性 随时间变化的性质反映出来，这样的结果才更具有说服力。现代化数据收集手段及数字滤 波、辨识理论的发展，为其提供了理论支撑。因此，负荷建模正朝着以总体测辨法为主、 统计综合法为辅的方向发展。 1 4 本文所做的工作 1 4 1 负荷建模方法研究中存在的问题 1 用统计综合法得到的负荷模型具有物理概念清晰，易于被现场工作人员理解的优 点，但其核心是建立在“统计资料齐全，负荷特性精确”的基础之上的，而这一点往往是 很难做到的。而且不可能经常进行，从而无法考虑负荷随时间变化的特性。 2 总体测辨法在线计算量大，要做到实时性，对计算方法和硬件要求较高。其具体 困难之一是信噪比小，要从信号处理技术和辨识方法入手，尽量避免噪声的影响。另一个 困难是参数的不确定性，这要从可辨识性和辨识方法方面去解决，另外就是要进一步加深 动态负荷特性的分类与综合方面的研究。 3 负荷曲线特性分析在负荷建模中没有得到充分的利用。 河海大学硕士论文 1 4 2 本文主要工作 针对目前负荷建模研究已经取得的成果和现存的问题，用负荷特性分析把统计综合法 与总体辨识法结合起来，具体做了如下的工作： 1 分析不同行业负荷的主要特点；阐述了十个负荷衡量负荷特性的指标，把不同负荷 特性指标在不同行业负荷中的大致特点做了简要分析；按照年、季节、周、日的时间周期， 用负荷特性指标分析了华东电网某市负荷曲线，本文第二章要在此基础上建立分行业负荷构 成模型，这一章也是后续工作的基础。 2 在分析了负荷特性的基础上，根据实际负荷曲线，建立了分行业负荷构成的基本模 型，然后进一步根据分时的原则，得出分行业负荷构成模型。 3 对河南省夏季降温负荷进行了研究，分别比较气温数据和气候指数与降温负荷的关 系，分析规律性。 4 分行业负荷构成模型在综合负荷模型中的应用，从不同角度对该模型的应用进行 研究。 第二章行业负荷特性分析与负荷曲线特性研究 第二章行业负荷特性分析与负荷曲线特性研究 本章首先对工业负荷、农业负荷、商业负荷和市政及居民生活负荷的特点进行了分析 然后对具体负荷曲线进行了研究。 2 1 负荷特性分析 2 1 1 负荷特性指标分类。4 负荷特性指标数量多，涉及日、月、季、年等不同时间段，有的是数值型，有的是曲 线类；有的是反映负荷特性总体状况的，用于进行国内外和各地区横向比较；有的是在电 力系统规划设计中需要用于进行分析计算的。到目前为止，还没有一个统一的分类方式和 规范的指标体系，造成在实际应用中，选用的指标不一致，难以进行对比分析，也容易造 成指标的混淆，带来错误和偏差。因此，本论文结合实际数据，考虑实用性，把选用的负 荷特性指标归结并分类如下。 表2 1 负荷特性指标分类 描述类( 绝对量)比较类( 相对量)曲线类 1 日最大负荷1 日负荷率1 日负荷曲线 2 日最小负荷2 日最小负荷率2 周负荷曲线 3 日平均负荷3 日峰谷差率3 年负荷曲线 4 日峰谷差4 季负荷率( 季不均衡系数) 5 年最大负荷 6 年最小负荷 7 年平均负荷 2 1 2 负荷特性指标的含义。o ”1 ”1 负荷曲线是表示负荷随时间变动情况的坐标图，负荷曲线一般包括日负荷曲线，周负 荷曲线，月负荷曲线以及年负荷曲线。虽然负荷曲线是地区负荷情况的真实反映，但是， 河海大学硕士论文 负荷曲线本身并不能说明负荷的内在特点，也不能说明负荷性质等情况，在实际应用中， 根据负荷曲线数据的可获得程度和应用的方便性，扩展得出一些常用的负荷特性指标，这 些负荷特性指标的物理含义明确，概念性较强。一些常用的负荷特性指标定义如下： ( 典型日) 日最大( 小) 负荷：典型日中记录的负荷中，数值最大( 小) 的个。记 录时间间隔可以为小时、半小时、1 5 m i n 或瞬时，典型f 1 一般选最大负荷日，也可选最大 峰谷差日，还可根据各地区情况选不同季节的某一代表日。 ( 典型) 日负荷曲线：( 典型日) 按一天中逐小时( 半小时，1 5 m i n ) 负荷变化绘制的 曲线。 日负荷率( y ) ：日平均负荷与日最大负荷的比值，即，= p 。p h 。 式中p 。一日平均负荷 p d 。一一日最大负荷 日最小负荷率( ) ：日最小负荷与目最大负荷的比值，即= p 。p 。 式中p 。一一日最小负荷 p 。一一日最大负荷 日峰谷差：目最大负荷与最小负荷之差。 日峰谷差率：日最大负荷与最小负荷之差与日最大负荷的比值。 月比率是指各年同月的最大整点负荷的平均值与所有月份的最大整点负荷的平均值 之比。 季负荷率( p ) ：又称季不平衡系数，一年内1 2 个月各月最大负荷日的最大负荷之和 1 2 的平均值与年最大负荷的比值，即 p = p 登k 1 2 p 。 j = l 周负荷曲线：按一周中系统负荷的数值大小及持续的小时数顺序绘制曲线。 年负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续的小时数顺序绘制曲线。 平均电力负荷：一定时期负荷量与时间之比。一般包括日平均负荷、月平均负荷、年 平均负荷。 第二章行业负荷特性分析与负荷曲线特性研究 2 2 行业负荷特点概况分析阳5 3 4 3 。“1 ： 现阶段我国在电力规划及电力i 业统计中常把我国的电力负荷按负荷行业分成咀下几 种典型负荷：工业负荷、农业负荷、商业负荷、市政生活负荷四类。这四类行业负荷的特 点各异，各个行业负荷都具有不同的变化规律，日负荷则为这四种负荷交合而成。 2 2 1 工业负荷特点分析 工业是国家最大的电力消耗行业，工业负荷主要包括以下几个主要方面：煤炭工业负 荷，钢铁工业负荷，铝工业负荷，石油工业负荷，机械制造工业负荷，建筑材料工业负荷， 轻工业负荷，化学工业负荷等。 煤炭工业负荷的主要特点是负荷率较低，一般在7 0 - - 7 5 之间，煤矿负荷多为感性 负荷，自然功率因数一般低于0 8 ，要求供电可靠性高。 钢铁工业的负荷特点主要是规模大，耗电量多，平均日负荷率为7 5 一8 0 之间，要 求供电可靠性高，负荷设备连续运行工作制较多，由于连续生产的设备多，负荷比较集中， 负荷率较高，同时率较高，无功负荷较大，对电能的质量和供电可靠性要求较高，冲击性 负荷及高次谐波对电力系统稳定运行有较大影响。 铝工业是高耗电能工业，绝大多数是一级负荷，主要特点是负荷可靠性高，日负荷曲 线很平稳，生产日负荷率在8 5 一9 5 左右，负荷量大。 石油工业的生产流程长，从原料投入到出产品需要较长的时间，生产过程呈现连续性 和均衡性，其主要负荷特点是负荷曲线较平稳，正常情况下日负荷率在9 5 左右，年负荷 率在8 5 以上，负荷单耗差异大，热电联产，对供电的可靠性要求商。 机械制造工业是国民经济生产技术装备的基础工业，生产设备随生产班次运行或常年 运行，负荷稳定，负荷量和电力负荷占用较大比例，机械制造工业的主要负荷特点是负荷 变化大，自然功率因数低，一般低于0 8 。 建筑材料工业负荷的主要特点是耗电量大，负荷曲线波动较小，负荷率较高，不受季 节影响，要求供电可靠。 轻工业负荷的主要特点是负荷率高，日负荷率在9 0 以上，负荷曲线基本是平稳的， 自然功率因数低，一般在0 8 以下，设备多、单机容量小、总负荷大，对负荷可靠性要求 较高。 化学工业的负荷特点是负荷量大，电力负荷集中，电力负荷平稳，负荷率高达9 5 以 河海大学硕士论文 上，供电可靠性要求高。 总结以上各类工业负荷，基本可得出工业负荷的一些总体特点，工业负荷有两大特点， 一是工业负荷量大，二是工业负荷比较稳定。但是在工业内部的各行业之间，这两大特点 又是不平衡的。 2 2 2 农业负荷特点分析 由于城市和农村的差别很大，农村生产与工业生产的条件不同，农业负荷与工业负荷 的特点有明显的区别。我国农村负荷具体有如下几方面的特点： ( 1 ) 季节性强 农业负荷的季节性是由农业生产的季节性所决定的。灌溉和农副产品加工负荷的季 节性决定了春秋两季农业负比其它季节高，防洪排涝负荷的季节性特点更为突出。所以季 节性强是农业负荷最基本和最重要的特点。 ( 2 ) 年最大利用小时数低 我国农业负荷年最大负荷利用小时数在2 5 0 0 3 0 0 0 h 之间，所以农村负荷年最大负荷 利用小时数较低。 ( 3 ) 负荷密度小 我国农村地域辽阔、生产分散决定了农村负荷具有密度小、分布不均匀的特点。 ( 4 ) 功率因数低 由于农村负荷主要是小型异步电动机，其容量占总负荷的9 5 以上，无功功率需要 量较大，所以功率因数很低。同时，农村电力网络很少装设无功功率补偿设备，致使农村 负荷的功率因数只有0 6 o 7 ，甚至有的地区低至0 4 o 5 。功率因数过低是造成农村 电力网能源损耗、电压损耗大的主要原因之一。 ( 5 ) 农村负荷的结构变化大 随着农村经济的发展、农村产业结构的变化，农村负荷的结构也随之发生变化。国 家对农网大力改造后，使得农网的电能质量、可靠性逐步提高，电价下降，负荷水平有很 大提高，农村居民生活负荷增长很快，农业生产负荷量也增加，但占农村负荷总量的比重 却在下降。所以，农村负荷的结构随着农网改造的进行发生了很大的变化。 ( 6 ) 农村负荷增长迅速 我国农村负荷在计划经济体制下，由于各方面的原因，电能质量差、可靠性低、电 1 2 第二章行业负荷特性分析与负荷曲线特性研究 价高，由于受缺电和调峰的影响，农村负荷增长速度受到影响，但年均增长速度仍达到1 0 左右。随着农网的大力改造，农村负荷的增长速度已经远远超过了1 0 。 2 2 3 商业负荷特点分析 商业负荷主要表现在大型商厦、高级写字楼及宾馆等的负荷。 ( 1 ) 大型商厦、高级写字楼的负荷特点主要表现为：负荷曲线峰谷差很大，负荷率较 低，其负荷高峰段和电网总体负荷的高峰重叠，与温度变化关系密切。 ( 2 ) 宾馆的负荷特点主要表现为：日负荷曲线较为平缓，波动不大，负荷率较高。 因为行业特性，商业负荷的总体负荷特性表现出极强的时间性和季节性，商业负荷已 经成为电网峰负荷的主要组成部分，同时，商业系统的构成及运营方式较为统一，负荷曲 线也没有很大的差别。 2 2 4 市政及居民生活负荷特点分析 城市共同使用的城市设施负荷称为市政公用设麓负荷，因为市政负荷与居民生活负荷 的规律性基本相同，所以统称为市政及居民生活负荷加以分析。市政及居民生活负荷的总 体特点大致有以下几点： ( 1 ) 负荷变化大：年内的日变化和日内的时度变化较大，一天之内每小时的负荷量也 不同，白天负荷大，夜间负荷小季节性负荷较为突出，冬夏季节负荷明显。 ( 2 ) 负荷率跨度大，负荷同时率高：因为市政及居民生活负荷的负荷利用小时数低且 不确定，所以负荷率的跨度比较大，一般年负荷率为0 7 5 一o ，9 5 ，日负荷率为0 。7 - - 0 ，9 5 ； 但是这类负荷的同时率高，约为0 7 0 9 ，容易形成一至两个日负荷高峰负荷。 ( 3 ) 负荷功率因数低：市政及居民生活负荷的设施大多属于感性负荷，这类负荷的功 率因数一般在o 4 一o 。6 5 之间。例如：排绘水设施负荷，城市交通机车负荷，城市路灯( 大 多是气体放电灯) 负荷，居民负荷中的电冰箱、电风扇、电炊具、电视机、空调等家负荷 器负荷。 综上，可以得出以下几点规律： 工业负荷量大，负荷时间与人们的生活规律关联小，全天工业负荷量波动小，峰谷差 小，日负荷工业负荷率要大于日负荷率。而农业负荷、商业负荷和市政及居民生活负荷与 人们的生活规律存在很大关联，负荷量波动较大，峰谷差大，日负荷农业负荷率、日负荷 商业负荷率和日负荷市政及居民生活负荷率均要小于日负荷率。 河海大学硕士论文 性。 不同季节各个负荷行业的负荷规律有一定变化，这些变化在一定程度上也呈现规律 2 2 5 行业负荷特性综合对比分析。“。”- “- “ 日负荷率( ，) 和日最小负荷率( 7 ) 的数值大小，与电力用户的性质和类别有很 大关联，电力用户的构成对日负荷率( y ) 和日最小负荷率( 口) 这两个指标有很大影响； 电力用户的生产班次以及系统内的工艺负荷，动力负荷，生活负荷所占的比重会导致衡量 负荷指标的数值大小有很大变化，此外，调整负荷的措施也会影响负荷指标值。，的数值 在口和1 之间，即7 商业负荷 市政及居民生活负 移农业负荷 负荷剥夏季：工业负荷 目负荷 商业负荷 市政及居民生活负j 移农业负荷 l 冬季：工业负掺日负荷 商业负荷 市政及居民生活负静农业负荷 春季、夏季和冬季的日工业负荷的负荷率均要大于日负荷率，只是不同季节日中两者的差 别不同；而春季、夏季和冬季的日农业、商业和市政及居民生活负荷的负荷率均要小于同 第三章分行业负荷构成模型的建立 负荷率，这个结果符合第二章中在概述各行业负荷特性所得到的结论，所以从一个方面可 以定性的说明以上算例结果的正确性。 b 行业负荷所在百分比的比较 工业负荷所占百分比比较：冬季，春季 夏季 农业负荷所占百分比比较：夏季 春季 冬季 商业负荷所占百分比比较i 春季 夏季 冬季 市政及居民生活负荷所占百分比比较：夏季 冬季 春季 受季节影响最大的是农业负荷和市政及居民生活负荷：农业负荷夏季所占负荷相应 多一点；人们在夏冬季节的降温和取暖负荷大幅度增加，所以夏冬季节的市政及居民生活 负荷相应的高一些，所以从另一个方面可以定性的说明以上算例结果的正确性。 c 负荷率和最小负荷率两项指标的对比 春季 夏季 冬季 工业负荷：r 最小负荷率 日负荷率 1 农业负荷：日最小负荷率 日负荷率 l 商业负荷：日最小负荷率 日负荷率 1 市政及居民生活负荷：日最小负荷率 日负荷率 l 工业负荷：日最小负荷率 日负荷率 1 农业负荷：日最小负荷率 日负荷率 l 商业负荷：日最小负荷率 曰负荷率 l 市政及居民生活负荷：日最小负荷率 日负荷率c l 工业负荷：日最小负荷率 日负荷率 l 农业负荷：日最小负荷率 日负荷率 1 商业负荷：日最小负荷率 日负荷率 1 市政及居民生活负荷：日最小负荷率 日负荷率 埘时，则方程组为超静定方程，可以通过拟合求解，本章算 例中是通过最小二乘法拟合求解的。 式( 4 7 ) 求解可得， x = p 。1 k ( 4 - - 8 1 x 2 ： x m p l ip 1 2 p 】m p 2 1p 2 2p 2 。 p 1p 2 p m k l k 2 ： k 。 f 4 9 ) 这里的向量x = i x l ，x ：，h 】7 就是以舆型工业用电负荷五、典型农业用电负荷 x z 、典型商业用电负荷，典型市政及居民生活用电负荷x 。等组成的新向量，称为模型向 量基。 在求取了模型向量基之后，就可以对没有安装负荷动特性记录装置的负荷点，根据式 ( 4 - - 5 ) 计算其负荷模型参数k 。 4 4 利用分行业负荷构成模型分类综合负荷参数的方法 对于大地区电网负荷建模，为了获得不同地点的负荷动态特性参数，在所有负荷点实 地安装负荷特性记录装置，建立实测参数，虽然在理论上是可行的，但是随着电网的规模 4 8 第四章综合负荷模型应用研究 越来越大，安装如此大量的负荷记录装置会耗费大量的人力、物力、财力，从而在工程e 是不容易实现的。 但是，如果根据某些己知地区负荷测辨参数和已知地区及相关地区的行业负荷百分 比，就可以用本章4 3 节中的方法求得相关地区的负荷动态特性参数。 4 5 算例 已知河南省7 个地区变电站冬季典型日的日负荷曲线( 见附录一) ，根据式( 3 5 ) 、 ( 3 - - 6 ) 、( 3 7 ) 、( 3 8 ) 、( 3 9 ) 的计算可得河南省7 个地区变电站的冬季典型日行业 负荷的百分比( 见表4 一i ) 表4 1 冬季典型日各地区行业负荷百分比 变电站工业负荷农业负荷商业负荷市政及居民生活负荷 大召营 0 7 6 8 30 0 5 5 60 0 8 7 10 0 8 9 1 古固寨 0 8 5 8 60 0 3 6 50 0 6 0 10 0 4 4 9 峡窝0 8 0 8 90 0 7 7 10 0 5 4 4 0 0 5 9 6 漯河 0 7 3 8 50 0 7 2 2o 1 0 8 60 0 8 0 8 商丘0 7 9 8 4 0 1 0 0 10 0 5 2 40 0 4 9 2 驻马店 0 7 7 2 10 0 5 5 3o 1 0 1 80 0 7 0 8 柳林 0 5 3 6 50 3 0 7 70 0 9 70 0 5 9 1 表4 1 的前6 个变电站的数据根据式( 4 6 ) 可得矩阵p p = 0 7 6 8 3o 0 5 5 60 0 8 7l0 0 8 91 i l o 8 58 60 0 3 6 50 0 6 010 0 4 4 9 l 0 8 0 8 90 0 7 710 0 5 4 40 0 5 9 6 l 0 7 3 8 5o - 0 7 2 2o 1 0 8 60 8 0 8l 0 7 9 8 40 1 0 0 l0 0 5 2 40 0 4 9 2 i 1 0 7 7 2 lo 0 5 5 3o 】0 1 80 0 7 0 8 l 用感应电动机综合负荷模型对表4 1 中的前6 个地区变电站采集获得的负荷动态特 性数据进行参数辨识，得到这6 个变电站的负荷动态特性参数( 见表4 2 ) 。 4 9 河海大学硕士论文 表4 2 负荷动态特性参数辨识结果 参数大召营古固寨峡窝漯河商丘驻马店 尺，0 0 2 9 9 o 0 3 1 20 0 2 9 80 0 2 9 90 0 2 9 40 0 3 0 5 o 1 1 2 50 0 9 3 0o 1 0 0 10 1 1 0 30 0 9 3 70 1 0 5 5 丁 0 2 5 1 70 2 5 7 10 2 5 7 50 2 4 9 70 2 5 8 70 2 5 0 8 x 8 1 6 7 7 51 6 4 6 61 6 4 1 31 6 7 3 5 1 6 2 6 81 _ 6 7 0 l m1 8 5 2 51 9 0 3 21 8 8 3 11 8 4 3 21 8 8 5 01 8 5 8 6 m o t o r 0 6 0 5 30 6 2 7 80 6 2 2 30 5 9 4 9 0 6 2 2 l0 6 0 1 9 注：m o t o r 表示感应电动机动态负荷占总负荷的百分比( 表格中以小数形式表示) 。 表4 2 根据式( 4 6 ) 可得矩阵k k = 0 ，0 2 9 9 o 1 1 2 5 0 2 5 1 7 1 6 7 7 5 1 8 5 2 5 0 6 0 5 3 0 0 3 1 2 0 0 9 3 0 0 2 5 7 l 1 6 4 6 6 1 9 0 3 2 0 6 2 7 8 0 0 2 9 8 o 1 0 0 1 0 2 5 7 5 1 6 4 1 3 1 8 8 3 1 0 6 2 2 3 0 0 2 9 9 0 1 1 0 3 0 2 4 9 7 1 6 7 3 5 1 8 4 3 2 0 5 9 4 9 0 0 2 9 4 0 0 9 3 7 0 2 5 8 7 1 6 2 6 8 1 8 8 5 0 0 6 2 2 l 0 0 3 0 5 o 1 0 5 5 0 2 5 0 8 1 6 7 0 1 1 8 5 8 6 0 6 0 1 9 矩阵k 中每- - y 1 j 表示表4 1 中的前6 个地区变电站每个变电站的感应电动机综合负 荷模型负荷动态特性辨识参数。 l0 0 3 2 60 0 7 1 90 2 6 6 4 1 6 1 0 41 9 7 5 40 6 6 7 5 l0 0 0 7 10 0 6 6 90 2 7 8 71 2 9 2 71 6 7 9 6 0 5 3 5 4 一l0 0 4 3 30 1 0 2 70 1 4 3 21 9 1 9 11 4 9 3 0 0 2 1 8 0 10 0 0 7 50 5 0 5 80 2 1 4 3 2 ，2 5 8 01 2 5 0 0 0 4 9 0 0 矩阵x 为行业典型参数矩阵，矩阵x 中每一行表示某一行业的典型动态特性参数( 详 见表4 3 ) 第四章综台负荷模型应用研究 表4 3 行业负荷典型动态特性参数 参数工业负荷典型动农业负荷典型动商业负荷典型动市政及居民生活负荷 态特性参数态特性参数态特性参数典型动态特性参数 r ，0 0 3 2 60 0 0 7 10 0 4 3 30 0 0 7 5 0 0 7 1 90 ，0 6 6 90 1 0 2 70 5 0 5 8 r x 0 2 6 6 40 2 7 8 7o 1 4 3 20 2 1 4 3 口1 6 1 0 41 2 9 2 71 9 1 9 l2 2 5 8 0 m1 9 7 5 41 6 7 9 61 4 9 3 01 2 5 0 0 m o t o r 0 6 6 7 50 5 3 5 40 2 1 8 00 4 9 0 0 注：m o t o r 表示感应电动机动态负荷占总负荷的百分比( 表格中以小数形式表示) 。 已知行业负荷典型动态特性参数矩阵x ，已知表4 1 中最后一个变电站( 柳林变电站) 的行业百分比，写为矩阵c ： c = o 5 3 6 50 3 0 7 70 0 9 7 0 0 5 9 1 】 根据式( 4 7 ) ，把p 换成c ，即为c x = k 柳林，可以得到柳林变电站的感应电动机 综合负荷模型的负荷动态特性参数计算值，表4 4 是柳林变电站负荷动态特性的计算值 与测量值相比较，并计算了误差。 表4 4 柳林变电站的负荷动态特性参数的计算值与测量值比较 l 柳林r ，rxp mm o t o r f 计算值 0 0 3 20 0 8 3 40 2 7 0 51 5 7 7 1 7 80 5 7 8 6 l 测量值 0 0 3 5 80 0 7 6 80 2 9 3 1 5 2 81 7 0 30 5 3 2 6 l 误差 l o 6 1 8 5 9 7 ，6 8 3 2 0 7 4 5 2 1 8 6 3 7 从表4 4 可以看出利用地区分行业负荷百分比计算得到的负荷动态特性参数与测量 得到的负荷动态特性参数是接近的，所以，在一定程度上用分行业负荷建模方法来计算未 知负荷点的负荷动态特性参数是具有一定可行性的。 河海大学硕士论文 4 6 本章小结 本章阐述了分行业负荷构成建模在感应电动机综合负荷模型中的应用，从而实现了统 计综合负荷建模法和总体测辨负荷建模法的综合应用。本章算例是根据河南省7 个变电站 的日负荷数据，用分行业负荷构成建模的方法算出各行业百分比，然后采集前6 个变电站 的实测数据进行参数辨识，得到前6 个变电站的感应电动机综合负荷模型负荷动态特性参 数的测量值，然后计算出7 个变电站的行业负荷典型动态特性参数，再用行业负荷典型动 态特性参数结合第7 个变电站的行业百分比，计算出第7 个变电站的感应电动机综合负荷 模型负荷动态特性参数，并把结果与测量值进行了对比，算例结果说明，在综合考虑了不 同变电站量测建模法获得负荷参数的困难，以及对负荷动态特性参数精度的要求后，本章 的方法则具有一定优选性、可行性和有效性。 第五章结论 5 1 本文的主要研究成果 第五章结论 电力负荷模型在电力系统规划、运行与控制中具有重要的作用，其建模工作早已引起 了国内外电力学者和工程技术人员的广泛重视。本文根据应用目的及其相应的要求，选定 电力系统中的重要负荷进行研究，确定其负荷特性和模型。该研究对目前电网运行方式， 稳定性及运行分析具有重要意义。本文主要研究成果如下： 1 阐述了十个负荷衡量负荷特性的指标，介绍了工业负荷、农业负荷、商业负荷和市 政生活负荷的主要特点，把不同负荷特性指标在不同行业负荷中的大致特点做了综合分 析，把华东电网某市的实际负荷曲线按照年、季节、周、闩的时间周期用负荷特性指标进 行分类，分析了该市典型日负荷曲线的主要特性。 2 根据华东电网某市的日负荷实际数据，考虑了日负荷特征时间段的划分，建立了分 行业负荷构成的基本模型，在此基础上，研究负荷月比率，一般季节、夏季及冬季典型日 负荷特点，得出了考虑季