（电气工程专业论文）故障数据用于内蒙古电网负荷模型校核的研究.pdf

华北电力大学i 程硕十专业学位论文 摘要 现代负荷建模方法的发展趋势是统计综合法与总体测辨法的相互借鉴，相互融合。 目前，许多变电站都安装有故障录波器、电能质量监测仪等电力数据记录装置。利用这 些装置记录到的部分数据，可校验与修正统计综合法得到的模型，这实际上就是在统计 综合法中用到了总体测辨法；而总体测辨法不可能在所有的负荷节点都安装数据记录装 置，必须采用统计综合法将在某些点建立的模型推广到其他负荷节点。 此次负荷建模考虑到内蒙地区，特别是蒙西地区负荷的特点、故障录波器的安装情 况、各地区用电部门已建立的用户数据库等因素，采用基于典型负荷特性数据、统汁数 据和故障录波数据的统计综合建模方法。本文就利用故障录波数据对所建的负荷模型校 核的工作进行说明。 关键词：记录装置，录波数据，负荷模型，校核 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm o d e r nl o a dm o d e l i n gi st or e f e r e n c ea n di n t e g r a t e t h ea p p r o a c ho fc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga n dm e a s u r e m e n t b a s e dm o d e l i n g a t p r e s e n t , f a u l tr e c o r d i n gd e v i c ea n dp o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n gd e v i c eh a v eb e e ni n s t a l l e d ， i nm a n ys u b s t a t i o n s w i t ht h ed a t ar e c o r d e db yt h e s ed e v i c e s ，t h el o a dm o d e lb u i l tu s i n g c o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c hc o u l db ev e r i f i e da n dm o d i f i e d ，w h i c hi st h ew a y t ou s em e a s u r e m e n t - b a s e d m o d e l i n ga p p r o a c hi nc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c h d a t ar e c o r d i n gd e v i c ec a n tb ei n s t a l l e da te v e r yl o a dn o d ea sm e a s u r e m e n t b a s e d m o d e l i n ga p p r o a c hr e q u i r e d ，s oi ti sn e c e s s a r yt oe m p l o yc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n g a p p r o a c ht os p r e a dt om o d e l sa l r e a d yb u i l ta ts o m en o d e st oo t h e rn o d e s t h i sp a p e rb u i l d sl o a dm o d e li nc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c hb a s e do n t y p i c a ld a t ao fl o a dc h a r a c t e r i s t i c s t a t d a t aa n dd a t af r o mf a u l tr e c o r d i n gd e v i c e ， c o n s i d e r i n gl o a dc h a r a c t e r i s t i co fn e i m e n ge s p e c i a l l ym e n g x i , t h ei n s t a l l a t i o ns i t u a t i o n o ff a u l tr e c o r d i n gd e v i c e , c o n s u m e rd a t a b a s eb u i l tb ye a c hr e g i o ne l e c t r i cd e p a r t m e n t s a n do t h e rf a c t o r s t h i sp a p e re x p l a i n sh o wt ov e r i f yl o a dm o d e lu s i n gf a u l tr e c o r d i n g d a t a ， k e yw o r d s ：r e c o r d i n g d e v i c e ，r e c o r d i n gd a t a ，l o a dm o d e l ，v e r i f y m a oq ix i n ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h a nm i nx i a o 华北电力大学i 程硕十专业学位论文 摘要 现代负荷建模方法的发展趋势是统计综合法与总体测辨法的相互借鉴，相互融合。 目前，许多变电站都安装有故障录波器、电能质量监测仪等电力数据记录装置。利用这 些装置记录到的部分数据，可校验与修正统计综合法得到的模型，这实际上就是在统计 综合法中用到了总体测辨法；而总体测辨法不可能在所有的负荷节点都安装数据记录装 置，必须采用统计综合法将在某些点建立的模型推广到其他负荷节点。 此次负荷建模考虑到内蒙地区，特别是蒙西地区负荷的特点、故障录波器的安装情 况、各地区用电部门已建立的用户数据库等因素，采用基于典型负荷特性数据、统汁数 据和故障录波数据的统计综合建模方法。本文就利用故障录波数据对所建的负荷模型校 核的工作进行说明。 关键词：记录装置，录波数据，负荷模型，校核 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm o d e r nl o a dm o d e l i n gi st or e f e r e n c ea n di n t e g r a t e t h ea p p r o a c ho fc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga n dm e a s u r e m e n t b a s e dm o d e l i n g a t p r e s e n t , f a u l tr e c o r d i n gd e v i c ea n dp o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n gd e v i c eh a v eb e e ni n s t a l l e d ， i nm a n ys u b s t a t i o n s w i t ht h ed a t ar e c o r d e db yt h e s ed e v i c e s ，t h el o a dm o d e lb u i l tu s i n g c o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c hc o u l db ev e r i f i e da n dm o d i f i e d ，w h i c hi st h ew a y t ou s em e a s u r e m e n t - b a s e d m o d e l i n ga p p r o a c hi nc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c h d a t ar e c o r d i n gd e v i c ec a n tb ei n s t a l l e da te v e r yl o a dn o d ea sm e a s u r e m e n t b a s e d m o d e l i n ga p p r o a c hr e q u i r e d ，s oi ti sn e c e s s a r yt oe m p l o yc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n g a p p r o a c ht os p r e a dt om o d e l sa l r e a d yb u i l ta ts o m en o d e st oo t h e rn o d e s t h i sp a p e rb u i l d sl o a dm o d e li nc o m p o n e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c hb a s e do n t y p i c a ld a t ao fl o a dc h a r a c t e r i s t i c s t a t d a t aa n dd a t af r o mf a u l tr e c o r d i n gd e v i c e ， c o n s i d e r i n gl o a dc h a r a c t e r i s t i co fn e i m e n ge s p e c i a l l ym e n g x i , t h ei n s t a l l a t i o ns i t u a t i o n o ff a u l tr e c o r d i n gd e v i c e , c o n s u m e rd a t a b a s eb u i l tb ye a c hr e g i o ne l e c t r i cd e p a r t m e n t s a n do t h e rf a c t o r s t h i sp a p e re x p l a i n sh o wt ov e r i f yl o a dm o d e lu s i n gf a u l tr e c o r d i n g d a t a ， k e yw o r d s ：r e c o r d i n g d e v i c e ，r e c o r d i n gd a t a ，l o a dm o d e l ，v e r i f y m a oq ix i n ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h a nm i nx i a o 华北电力大学 声明尸日明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文故障数据用于内蒙古电 网负荷模型校核的研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导 师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电 力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的浼明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 锣 本人完全了解华北电力大学有关保留、使f j 学位论文的规定，u i j ：f f 峨- 校订杖侏篱、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期 导师签名： f 硼日 飙 辫舢 伽g ，6 ，乙 趣唧 组粥 华北电力人学：i ：程硕士专业学位论文 1 1 选题的意义 第一章引言 电力负荷作为能量的消耗者，在电力系统的设计、分析与控制中有着重要影响。 j 下确的电力负荷模型是进行电网潮流计算与稳定分析的基础。在进行电力系统分析 时，不恰当的负荷模型会使所得结果与实际情况不相一致，从而构成系统的潜在危 险或造成不必要的投资。 数字模拟计算已经成为电力系统设计、运行与控制中不可缺少的辅助手段。而 要进行数字模拟计算就需要以主要的电气设备的数学模型作为基础。长期以来人们 对发电系统、配电系统的行为机理进行了大量深入的现场实测和理论研究，已经得 出适应于不同仿真精度需求的数学模型。但是负荷模型的研究却由于其自身的随机 性、分散性、多样性和非连续性等，使得负荷建模的难度大大增加。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、省局都有运行方式处，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 及使用方面难处于蓬勃发展时期，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i ) j l 的效果。再次，进行电力系统 规划时，采f j 4 同的负荷模型，在临界情况下计算结果叮能棚差一条线路的投资， 相差上千力元。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。 内蒙地区的地理环境、工业布局、交通状况、能源分布决定了内蒙电网具有东 西跨度大、南北方向窄的狭长型电网结构。功率传送具有清晰的一个个断面，如乌 海与包头问、包头与呼市l 日j 、呼市与丰镇闯等。这种狭长结构的网架两侧电气距离 大、断面功率交换多、运行方式多样，其稳定问题呈现出自身的特点。在进行潮流 计算与稳定分析时，对模型的准确性提出更高的要求。近来，随着电力用户产业结 构的调整，功率传送的方式在发生变化，如以前规划的乌海与包头问功率交换为从 包头到鸟海方向。随着乌海地区部分高耗能企业的停产和规划电厂的运行，将有大 量功率可向包头地区输送。然而，采用传统模型的计算表1 1 月，乌海至包头问极限传 输功率仅5 0 力k w 左右，这与通常双叫5 0 0 k v 输i l 三线路所能传送的微限功率相去甚 远，这一结果的得 丑与负荷模型的不合理选择具有一定关系。传统6 0 电动机、4 0 静特性显然不符合各负荷节点的实际情况。事实上，内蒙电网的负荷组成中，电 l 华北电力大学工程硕十专业学位论文 弧炉、中频炉等高耗能负载占有很大比例，这些负载的特性与电动机类负载完全不 同。因而，采用不合理的负荷模型就无法得到正确的结果。因此，内蒙电网，特别 是包头及乌海地区负荷模型的建立已成为迫切需要解决的问题了。 而通过本论文的研究得到一个初步的负荷模型后，通过对实际记录的故障录波 数据的处理，得到可用于对负荷模型进行校验的有效的故障录波数据，然后对得到 的负荷模型进行校验，从而得到比较精确的负荷模型。此负荷模型，可在实际应用 中发挥下述作用： l 、使计算结果与电网运行的实际状况更为接近。更好地帮助运行人员分析系 统的潮流与稳定状况，安排运行方式。 2 、采用正确模型和进一步的校核计算，分析乌海至包头问输送功率受限的原 因，得到币确的输送功率极限，避免严重的窝电现象。 3 、内蒙电网还在不断发展建设中，正确的负荷模型将在电网规划计算与校核 中发挥重要作用。 出此可见，开展这项研究工作对于提高内蒙电网的传送功率、提高电网运行的 稳定性有着积极意义；其经济效益与社会效益将通过乌海地区大量电能的送出及内 蒙电网潮流与稳定计算水平的提高得以体现。 1 2 国内外研究动态 负荷建模的研究是一个传统的研究项目。但是，由于负荷具有时变性及随机性、 分布性、复杂性、不连续性和多样性，因此一直以来都是电力系统中的难题之一。 1 9 7 6 年美困电力研究所( e p r i ) 制定了一个庞大的研究计划。在加拿大和美 国同时丌展一系列的试验。美国的t e x a s 公司和g e 公司以及其他的电力公司合作 进行统计综合法的负荷建模研究，该方法是在实验室内确定每种典型负荷( 包括异 步电动机、电弧炉、空调、同步电动机等) 的平均特性方程，然后在一个负荷点统 计一些特殊时刻( 夏季峰值负荷、冬季峰值负荷等) 的负荷组成，最后综合这些数 据得出该负荷点的负荷模型。于1 9 7 8 年完成了e l - 5 0 0 3 计划并丌发了基于统计综 合法负荷建模中最有影响的软件包l o a d s y n 。 6 0 年代丌始迅速发展起来的系统辨识理论到了8 0 年代前后已取得了许多令人 瞩目的成就，加之计算机数据采集与处理技术的发展，为另一种新的负荷建模方法 一总体测辨法的产生奠定了基础。该方法的基本思想是将负荷群作为一个整体，先 在现场进行人为扰动实验或捕挺自然扰动，采集并记求陔扰动数据，然后由现场采 集的数贽l 辨移 负荷模型的结构和参数，最后辱l l f 大甓的实测数据验证所建模型的有 效性。中国、美圆、f 1 本、加拿大和澳大利亚等幽在实际系统研制和投运了一大批 电力负荷特性数据在线记录装置，记求了大量数据借此丌展了大量的基于总体测 2 华北电力人学i ：程硕十专业学位论文 辨法的研究。 1 9 8 2 年在西欧国际大电网会议上成立了有关负荷建模的工作组旨在研究和建 立适合于电力系统计算的动静态负荷模型。1 9 8 4 年召开的第八界电力系统计算会议 ( p s c c ) 也将负荷建模列为重要的研究课题之一。 在过去2 0 年中电力系统负荷建模基本上沿着统计综合法和总体测变法这两条 道路不断完善和发展。电力系统负荷建模在理论和应用都取得相当的进展和研究成 果，但相对于电力系统的其它部分仍需要加快研究步伐。 1 3 故障录波装置的定义及作用 故障录波器是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种装置，它可以记录 因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其 导出量，如有功、无功以及系统频率的全过程变化现象。多年来，故障录波已成为 分析系统故障的重要依据。故障录波装置是研究现代电网的基础，也是评价继电保 护动作行为及分析设备故障性质和原因的重要依据，性能优良的故障录波装置对于 保证电力系统安全运行及提高电能质量起到了重要的作用。电力故障录波器已成为 电力系统记录动态过程必不可少的精密设备。 故障录波装置主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为，了解系统暂 态过程中系统中各电参量的变化规律，校核电力系统计算程序及模型参数的正确 性。在现代电力系统中，故障录波装置所录的数据为工作人员萨确分析故障原因， 研究反事故对策，及时处理事故，评价继电保护和自动装置动作的正确性，提供了 可靠的依据，嗣时，撤引故障录波数据还i 叮分析系统的故障参数、谐波禽量、备i u 气 量的变化规律，进行故障定位和系统元件参数测量等，这些均对于保证电力系统的 安全可靠运行起着十分重要的作用。故障录波在自动化程度同益完善的今天，已经 成为了自动化运行设备中不可或缺的一部分。电力系统作为一个复杂而又庞大的系 统，更是不能离丌故障录波装置。22o 5o 0 kv 电压等级的系统由于其运行 涉及系统的稳定及系统电压和频率的崩溃等系统级的异常情况，必须安装专门的故 障录波装置。因此，利用电网内的故障录波装置记录到的部分数据，可校验与修i f 统 计综合法得到的负荷模型，这实际上就是在统计综合法中用到了总体涮辨法；而总体测 辨法不可能在所有的负荷节点都安装记录装置，必须采用统计综合法将在某些点建立的 模型推广到其他负荷节点，从而可实现故障录波数据对负荷模型的校验。 1 4 本论文所做的工作 现代负荷建模疗法的发展趋势是统计综合法与总体测辨法的相互借鉴，相互融合。 本文在选择负荷建模方案时考虑到内蒙地区，特别是蒙西地区负荷的特点、故障录波装 3 华北电力人学i ：科硕+ 专业学位论文 置的安装情况、各地区用电部门已建立的用户数据库等因素，采用基于典型负荷特性数 据、统计数据和故障录波数据的统计综合建模方法。本论文所做的工作如下： i 、对包头和乌海地区进行负荷构成情况调研，选取典型负荷并确定该典型负荷的负 荷特性。 2 、确定要研究的乌海和包头地区的负荷节点，并由负荷节点向下寻找该负荷节点出 线的负荷构成。 3 、确定每一条出线的负荷构成，并根据前面所得的行业综合特性，进行出线上负荷 的综合，并得到每一条出线的负荷特性。把负荷节点下的每一条出线的负荷特性进行综 合，最终得到负荷节点的负荷模型。 4 、利用已经安装在变电站故障录装置的部分数据，验证与修改统计综合法得到的模 型。 4 华北电力人学1 ：程硕十专业学位论文 2 1 建模方案的选择 第二章建模方案的选择及实施 负荷建模方法的选择需要综合考虑地区负荷特点、项目规模、时间要求等多种 因素，在充分论证以往负荷建模的各种方法的基础上，提出合理而可行的建模方案。 内蒙地区电网负荷建模也是如此。 负荷建模已丌展了大量的研究工作，建模方法总体上可分两类：1 ) 总体测辨 法：在电网的负荷节点安装测试庀录装置，对测试数据采用辨识算法进行建模；2 ) 统计综合法：在对典型负荷特性进行调研与测试，建立模型库的基础上，对电网的 各个负荷节点的负荷的成份、组成、分布进行调查，依据模拟扰动及优化理论建立 综合模型。这两种方法在实际建模中都有应用：总体测辨法在我国河北电网、黑龙 江电网等地用于建模；统计综合法典型的应用是美国电科院及台湾电力公司采用 l o a d s y n 开展的建模工作及湖南电网丌展的建模工作。建模实践表明，西种方法各 有特色，也都有一定的局限性。下面给出两种方法的优点和局限。 总体测辨法的优点在于： l 、采用现场实测数据，在扰动激励充分的条件下，可以得到当时负荷的实际 特性信息。 2 、采用辨识算法进行建模，许多成熟的辨识方法可以利用，同时，一些新的 具有强综合能力的辨识算法可以采用。 总体测辨法的局限在于： l 、模型的建立取决于测试剑的数据，而有效的测试数据必须足在欲建模型的 负荷区域之外发生较大扰动情况下获得的，因而，数据的获得具有一定的随机性和 被动性，项目实施时l 目j 较长。 2 、负荷特性表现出很强的非线性，如低压脱扣可使特定负荷从电网获得的功 率跳变为零，而这特性在通常记录的小扰动下是无法建模的，但这特性在稳定 分析中又有很大影响。 3 、负荷特性又表现出很强的时变性，特别是无功特性与时段、负荷水平密切 相关，将依据某个时段检测的数据所建模型推广的其他时段可能导致严重错误。 4 、通过测辨获得信息。必须安装测试与记录装置，造成项目投入增大，现场 安装、调试与维护工作量犬。 统计综合法的优点在于： l 、典型负荷的全局特性数蓣| ：充分，在此基础上建立的负荷模型可反映大范围 的非线性特性。 5 华北电力人学i ：程硕十专业学位论文 2 、在负荷统计过程中获得了负荷的时段分布数据，易于将负荷水平与负荷特 性相对应，得到负荷的时变特性。 3 、无需安装测辨装置，项目投资少。可利用已经安装在变电站故障录波装置 的部分数据，验证与修改统计综合法得到的模型。 4 、基础数据通过统计方法获得，项目实施时间易于控制。 统计综合法的局限在于： 1 、需通过大量调研与测试工作获得典型负荷特性。由于同类负荷的分散性， 典型负荷特性的确定必须通过大量实验及负荷机理分析来综合。 2 、大量的现场调研工作。从稳定计算所涉及的母线出发，向下游逐层统计负 荷的构成，以电力公司供电变电站到用户的出线为基本单位统计负荷的类别、构成、 时段分布特征等。 上述两种方法在具体建模中相互借鉴，相互作用。本项目在选择负荷建模方案 时必须考虑下述因素： l 、内蒙地区，特别是蒙西地区负荷一方面表现出很强的非线性和时变性，另 一方面又相对种类较少，因而便于采用基于典型负荷特性的方法建模。 2 、网局在该项目上的投资额度有一定限制，且应充分利用已经安装的故障录 波装置。 3 、各地区用电部门都已基本建立用户数据库，在该数据库的基础上易于得到 负荷的统计特性。 综合以上因素及有关两种建模方法的对比，该项目宜采用基于典型负荷特性数 据、统计数据和故障录波数据的统汁综合建模方法。 2 2 建模方案的实施 本项目将要丌展的负荷建模工作主要针对蒙西电网的包头、乌海地区进行。采 用统计综合法建立负荷模型，具体内容包括： l 、依据建模区域的电网及负荷构成，制定负荷数据统计方案。从潮流与稳定 计算中最下游供电负荷节点出发，收集供电回路与负倚的数掘，将负荷依据居民负 荷、商业负荷、市政负荷、小工业负荷、大工业负荷等进行分类。对每类负荷选择 典型用户，调查恒阻抗类负荷、电力电子类负荷及电动机类负衙的比例。电动机类 负荷还应调研负载的类别，依据恒转矩类和泵与胍机类进行划分。典型用户的选择 可以应用聚类分析方法进行，也可以依据当地负荷特点进行。蒙两地区负荷具有种 类相对明确，城区混和性负荷卡h 对比例低的特点，典型t t j ，、的选择还依铡现场状况、 调研工作的配合等进行。负荷数据统汁中，应与该地区用咆部门建立联系，在已经 建立的用户数据库的基础上，补充数据，按负荷类别及相关指标完善数据库。 6 华北电力人学t 程硕+ 专业学位论文 2 、通过调研及必要的实验测试建立典型负荷特性。通过机理分析法给出典型 高耗能类负荷的负荷特性。利用l o a d s y n 提供的典型负荷模型数据( 以往开展的建 模工作与合作的过程中已获得部分模型) 及针对内蒙地区典型电力负荷的机理分 析，附之必要的测试实验，获得描述典型负荷的模型。内蒙电网中最具代表性的三 类负荷特性简述如下：a ) 中频炉负荷：典型的电力电子类负荷，具有快速调节能 力，通过分析典型设备的控制方案，得到负荷的调节特性，建立相应的模型：b ) 电 弧炉负荷：典型的随机性阻抗负荷，通过统计分析，得到概率意义上的阻抗模型； c ) 电动机负荷：采用典型的三阶模型描述，特征参数包括转子电阻、转子电抗、定 子电阻、定子电抗、励磁电抗、转动惯量、力矩系数、低压运转限制、低压延迟时 间等参量。以往研究工作及资料收集工作已得到大量典型电动机的参数，可结合负 荷调研具体情况，确定电机参数。 3 、采用仿真程序及最小二乘等最优化方法，利用所得到的负荷统计数据建立 综合模型。电网运行计算中的负荷点，包括供电线路、变压器、无功补偿在内的各 类负荷，即便是得到这些设备的相关信息，要得到综合的负荷模型，还必须采用一 定的综合方法。本课题将在所获得负荷统计数据和典型特性的基础上，采用e m t d c 将任一供电点下的负荷群进行描述。并在此描述的基础上，进行各种类型电压与频 率的扰动，采用最小二乘等优化方法，即综合负荷模型的响应与负荷群的响应问的 误差最小，由此获得综合模型。 4 、利用已经安装在变电站故障录装置的部分数据，验证与修改统计综合法得 到的模型。故障记录数据利用中有误差消除、数据预处理等工作需要丌展。当故障 录装置通过保护用互感器接到电网，测量误差相对较大。分析表明，误差的引起主 要钉一种历i 凶，一赴测五偏移量造成的偏差，二是比例凶了误簋造成的比例误差， 三是非线性问题造成的线性度误差。由于对负荷建模有价值的数据通常并不是在建 模区域内短路故障时记录的数据，因此，上述第三种误差不会出现。而第一种和第 二种则可通过对应的通过测量互感器得到的数据进行校核来减小误差。数据预处理 包括数字滤波、有效值及功率计算。 5 、将所建模型加入综合分析程序及b p a 程宇，对典型稳定闷题进行仿真分析。 校核合模型的可用性。综合程序既可以利用典型负荷建模，又可以利用自定义方式 建模。综合程序提供了5 2 个自定义基本功能块j 还可进一步扩充，这为建立较复 杂的模型提供了方便。b a p 程序则只能接受指定形式的负荷模型，这就要求在第4 步工作中。综合模型的形式应与b p a 指定的形式一敛。模型的建屯表现为参数的确 定。 7 华北电力大学 ：程硕士专业学位论文 3 1 简介 第三章蒙西电网负荷情况调研分析 内蒙古西部电网是一个以重工业及高耗能企业为主的工业区。高耗能企业和重 工业用电量占整个地区的总用电量的9 0 以上，主要以生产钢铁、电石、铝材和一 些化工产品为主。居民和商业负荷相对来说在整个电网中所占的比例比较小一般来 说不超过l o 。 整个蒙西地区的仿真计算采用的负荷模型是很早以前就使用的6 0 感应电动 机负荷和4 0 恒功率负荷组成的综合负荷模型，感应电动机的定子漏抗0 】8 ，转 子漏抗0 1 2 。这种模型与蒙西电网负荷的实际情况相去甚远，因此在采用这种负荷 模型进行仿真计算时，就可能产生比较大的误差，甚至有可能得出错误的结论。因 此我们需要对蒙西电网的实际负荷情况进行详细的调查，以便于得到更加符合实际 的负荷模型。本次调查以包头和鸟海两个地区为主。 3 2 包头地区调研情况 3 2 1 包头地区负荷概况 截至2 0 0 5 年底包头供电局管辖的2 2 0 k v 线路有3 5 条，总长7 3 9 3 7 公瞿，i1 0 k v 线路6 6 条，总长1 0 2 5 5 1 公里，3 5 k v 线路9 条，总长7 4 7 5 6 公罩。系统内局属的各电 压等级的手变r k 器共8 l 台，总容量5 4 2 0 7 m v a ，其中有载变压器6 l 台，容量5 0 3 3 5 m v a ， 无绒2 0 台，豁量3 7 9 7 m v a ，配电线路共1 7 0 条，总长9 9 9 18 4 公坦，运行配电变j i i 器 1 4 6 1 台，运行容量2 8 9 0 3 m v a ；区变8 3 台，总容量1 1 5 5 5 5 m v a ：箱变3 1 7 座，总容 量2 0 2 5 1 m v a 。 截至0 5 年1 2 月包头地区最大供电负荷2 1 2 6 万k w ，最小负荷1 5 6 1 力k w ，平均 负荷1 7 9 1 万k w 。铝业生产的负荷率为9 8 占地区用电负荷的3 0 6 ，高耗能产业的 负荷率是9 0 ，占地区用电负荷的1 6 4 。这两种负荷的发展直接影响着包头地区的负 荷率水平，使其平稳或有较大的提高。 0 5 年夏季，地区供电负荷较去年同期平均增长2 5 力，增长率( 2 2 一l o 7 ) 。夏 季高峰增长主要是以下方面： 一是高温c 候时段，以电气化降温为生流( j - 婴应该是空凋、f 乜扇) 。另外美化环 境、文明城市建设，在夏天所有的，“场等地厅的脱赏灯、路灯等全部打j f ：t g 占很人的比 重。综合夏季f ji 乜岛峰比小常上升2 。 二是农电负荷的增长，北方地区干旱少阿，气候炎热。造成不同程度的农电负荷增 8 华北电力大学一【：程硕十专业学位论文 长。增长率在2 7 - - 3 0 。 三是地区高耗能负荷。包头地区目前运行的高耗能企业有3 2 户、5 4 台炉、容量 4 3 1 4 0 0 k v a 。其中硅铁2 2 户、3 7 台炉、容量3 1 2 6 0 0 k v a ；电石8 户、1 4 台炉、容量 1 1 5 2 0 0 k v a ；硅钙2 户、3 台炉、容量3 6 0 0 k v a 。0 5 年地区高耗能负荷增长更为突出， 负荷的快速增长导致了电网的输变电容量紧张和负荷中心电压支撑的不足，地区电压 低、系统出力短缺，造成分配指标缺额较大，在限电的情况下，地区高耗能负荷增长2 0 。 2 0 0 5 年底包供有3 9 座变电站装设电容器补偿装置6 8 套，补偿容量5 2 1 7 m v a r ，投 运容量3 1 0 2 m v a r 。5 0 0 k v 变电站安装容量6 0 m v a r 补偿度为8 ，2 2 0 k v 变电站安装 容量为2 7 2 i m v a r 补偿度l o 1 ，1 1 0 k v 及以下变电站安装容量为1 8 9 6 m v a r ，补偿度 1 1 0 3 。在高峰负荷时仍存在无功缺乏的严重现象，无功达不到就地平衡，部分变电站 高峰负荷时变压器功率因数较低，如：沙河、麻池、古城、张家营功率因数达不到0 9 。 2 0 0 5 年2 2 0 k v 主变一次侧平均功率因数达到o 9 1 ，l1 0 k v 主变一次测功率因数达 到0 9 3 。 3 2 2 包头地区负荷节点情况 根据国家电网的规定一般在仿真计算当中负荷节点都选在l1 0 k v 及以下的电压 等级的母线上。通过内蒙管网给的“2 0 0 6 年蒙西电网的潮流数据”可以看出包头地 区的负荷节点基本符合这种情况。但是通过对变电站内主接线图的分析，发现单纯 的把1 1 0 k v 的母线作为负荷节点，在有些情况下是不够的。 以古城变电站为例，在古城变电站中挂有负荷的母线足1 1 0 k v 与1 0 k v ，这两段 母线都是山2 2 0 k v 母线通过变压器米供给功率的，这样米等一j ： 兑1 0 k v 母线上的 负荷功率并不是由l1 0 k v 来供应的而是由2 2 0 k v 供应的，1 0 k v 母线上的负荷就不能 归算到1 1 0 k v 母线上，因此最好的方法就是把1 0 k v 母线也作为一个单独的负荷节 点来看待。这样一来古城变就出原有的一个1 1 0 k v 负荷节点分成1 1 0 k v 和1 0 k v 两 个负荷节点来计算。与古城变类似的变电站还有麻池、兴胜、张家营、沙河、土右 这几个变电站。由于希望铝厂和包头铝厂的2 2 0 k v 直接供给电解铝负荷，因此可以 把希望2 2 0 k v 和铝厂的2 2 0 k v 作为负荷节点。另外由于昆河变的投入，桥西变t 接 在昆河变电站与一电厂的连接线河昆i 回与河昆ii 回上，由于昆河与一电厂都是 负荷节点，因此对于判别桥西的负荷属于哪个负荷节点有一定的困难，因此把挢西 的1 1 0 k v 也作为一个独立的负荷节点。 9 华北电力人学i ：程硕+ 专业学位论文 古城2 2 0 k v 图3 - 1 ( a ) 古城变电站接线简图 包头地区所有负荷节点如表3 1 所示。 表3 - 1 包又地区负荷节点列表 福永3 5 k v麻池1 0 k v麻池11 0 k v包钢l1 0 k v 古城1 0 k v古城11 0 k v吲北3 5 k v阍北11 0 k v 昆河1 1 0 k v铝厂2 2 0 k v桥西11 0 k v沙河1 0 k v 上右1 0 k v上右11 0 k v梁海11 0 k v希颦2 2 0 k v 必胜11 0 k v一电厂1 1 0 k v张家营1 0 k v张家营1 1 0 k v 二电厂2 2 0 k v红塔11 0 k v沙河11 0 k v必胜1 0 k v 3 2 3 包头地区用户负荷情况 对包头地区的负倚调查主要分为3 种：一是财包头地区的各种典型的大型工业 用户的调查( 例如包钢) ，包括对这些用户负荷的负荷构成、负荷量的大小以及供 电线路的组成：二是对包头地区的所有高耗能负荷的具体的统计。由于包头地区的 高耗能负荷主要是由各种电炉组成的，而且每个电炉都是由专用供电线路供电，因 此需要统计所有的电炉和它们的供电专线；三是对占包头地区负荷量比较小的城区 和周围的农电负荷的统计，包括各条出线的负荷构成以及负荷量的大小。 3 2 3 1 包头地区典型大用户情况 经过调查包头地区的典型大工业用户主要可以分为三类：是以电动机负荷为 主包含有少髓的静特性负荷，这类f l jj i 的i 乜动机负筒经常能达剑8 0 以l 二，这类二i ： 业代表是棉纺厂和水泥厂：二是以静特性负蘅为1 - 包含有少最的电动机负荷，静特 性负荷往往占整个负荷量的9 5 以上，这类j 【：、l k 的代表足铝厂和电彳i 厂等化工厂。： 三是静特性负荷和f 乜动机负荷的比例棚签没订前婀种那么大，负荷构成比较复杂的 l o 华北电力人学j i ：榉硕十专业学位论文 大工业，代表是包钢。下面是对其中的一些工业的调查结果。 l 、包钢：用电量大约4 6 万k w ，以电机负荷为主，其中自发电7 万k w ，系统供 电3 9 力k w ，系统主要通过张家营变的1 1 5 、1 1 6 、1 1 7 、1 1 8 、1 1 9 线路、桥西变的 3 1 1 、3 2 2 、3 1 5 、9 1 l 、9 1 2 、9 1 6 、9 2 l 、9 2 4 、麻池变的1 1 5 、一电厂的l o k v 出线 和总降变的1 1 1 、1 1 2 、1 1 3 供电。 2 、包头铝业：用电量约4 3 万k w ，其中4 7 6 台电解槽占总负荷的9 9 ，其余为 电机的动力负荷。主要由古城变的1 2 2 、1 2 3 、1 2 4 、1 2 5 、2 5 1 、2 5 9 和兴胜变的2 5 3 供电。 3 、希望铝业：总用电量约3 2 万k w ，有2 3 0 个电解槽，约3 1 5 万k w 5 的负荷， 电机负荷占2 ，大约5 0 0 0 一6 0 0 0 k w 。自备希望热电厂，有2 台1 5 5 m w 的发电机 组，正常供电2 6 万k w ，系统供电7 8 万k w 。系统供电主要由高新变供给希望变。 4 、一机：是兵工企业，一总负荷1 5 k w 到2 万k w 之闻。主要包括l 台2 0 吨的电 弧炉( 约l 万负荷) 和一台4 0 0 0 k w 精炼炉。其余为电机负荷。主要由厂前变的9 1 8 、 9 2 8 、9 2 9 和永和ll7 供电。 5 、二机：用电量约4 5 5 万k w ，包括l 台5 0 吨的电弧炉( 约2 力一3 万的负 荷) ，3 台2 0 0 0 一3 0 0 0 k w 的的电弧炉，1 台5 0 0 0 k w 的电弧炉，电机负荷约2 万k w 。 主要由厂前变的9 1 2 、9 1 4 、9 1 6 、9 2 1 、9 2 3 、9 2 5 和沙河1 5 6 供电。 6 、2 0 2 厂：用电量约2 万k w ，主要是核工业厂，负荷以生产镁、钙为主，有 4 0 5 0 个电解槽( 总负荷约1 5 万k w ) ，其余为电机负荷。由麻池l ll 和永和1 15 供电。 ， 7 、二化：以生产化工产品为主，用电量约2 力k w 。主要负荷为3 台电石炉， 每台6 0 0 0 k w 。善乓余为f 乜机负衍。山轻质9 2 6 、9 1 3 、9 3 6 、9 3 9 、9 4 l 、9 4 2 、9 4 3 、9 t 1 6 、 9 3 1 0 、3 2 2 供电。 8 、一化：以生产化工产品为主，用电量约1 0 0 0 0 k w ，负荷很少，工厂几乎陷于 停产状态。由和平变的9 l l 和南排9 2 4 供电。 9 、棉纺：用电量约7 m w ，负荷为电机负荷( 约5 m w ) 和备用照明负荷( 约2 m w ) 。 由厂前变3 l3 送电。 1 0 、新源：以生产电石为主，总负荷约3 5 k w ，有3 台电弧炉，单台l 万k w ， 另有约3 0 0 0 k w 的电机负荷。由轻质3 3 1 送电： 1 1 、四化：以生产化工产品为主，用电量约l 万k w 多。有9 w 电炉负荷和近 2 、i w 的电机负荷。由轻质3 2 l 、3 ll 、9 2 7 、9 3 7 、9 41 0 送电。 1 2 、华业特钢：以生产不锈钢为，i - ：的一条龙产业。当前有约6 力k w 负荷，以 电机负荷为主。有矿热炉l 座，l # l 乜炉l 座，l f 炉当前术投。最终负荷总量颅汁 可达2 0 力k w 。2 0 0 6 年将启动一座新的昆郜仑变电站给华业特钢供电。当前负荷由 河西3 1 2 、3 2 l 、3 2 2 、3 2 3 、3 2 4 、9 1 2 、9 2 2 、9 1 3 送电。 l l 华北电力人学j i ：程硕士专业学位论文 1 3 、西水科技：以生产水泥为主，主要负荷是电机负荷，总用电负荷7 5 m w 。 由轻质变9 1 2 、9 2 5 送电。 1 4 、晶牛浮法：以生产玻璃为主。总负荷量约3 m w 。由厂前交9 2 1 0 和沙河交 9 1 8 送电。 1 5 、吉宇钢铁：总负荷约8 m w 。由张家营9 2 1 和哈业9 1 l 、9 1 2 供电。 其中由于包钢的负荷构成最为复杂，既有电动机负荷又有电弧炉、中频炉、精 炼路等负荷因此重点对包钢进行了调研。 3 2 3 2 包头地区高耗能企业 包头地区的高耗能负荷主要是以硅铁、电石的冶炼为主，主要设备是各种型号 和容量大小的电弧炉，通过对包头地区的电弧炉的数量和容量的统计，我们可以得 出包头地区高耗能企业的用电负荷情况。包头地区的所有高耗能负荷的基本情况如 表3 2 所示。 表3 - 2 包又地区高耗能负荷情况 站名开关编号用户名称台数容量( k v a ) 8 0 0 0 3 2 1 澳海公司 3 8 0 0 0 8 0 0 0 6 3 0 0 3 1 2 东华公司 2 石同变 6 3 0 0 6 3 0 0 3 l ： 大青公司 2 6 3 0 0 9 ll 金鹏公司 16 3 0 0 9 1 4 金海公司 16 3 0 0 福永变6 3 0 0 3 l l 字天公司 2 6 3 0 0 1 2 5 0 0 3 1 2 围富嘉禾 2 1 2 5 0 0 3 l ：j 新金源公司 l 1 2 5 0 0 金阳公司l1 2 5 0 0 3 1 4 必东华话公i 可 l7 5 0 0 1 2 5 0 0 3 1 5 欧马公司 2 1 2 5 0 0 1 2 华北电力大学：f ：程硕士专业学位论文 3 2 1 鑫泰公司 l7 5 0 0 3 2 2