（电力系统及其自动化专业论文）基于实际电力负荷建模理论与实践的数据库研究和实现.pdf

j 州等学历顺i 。学位论文 摘要 i n 力综合负荷建模足现代 u 力系统仿真分析的基础，综合负荷特性数据的 管理是电力负荷建模研究中十分重要的部分。本文幽绕基于湖南省电网综合负 荷的建模与数据库管理平台的实现展丌论述，其巾以实现数据库及数据库管理! 平台为重点部分。 首先介绍了电力负荷建 ! j | 躯础耻论知识，包括统计综合法、总体测辨法、 系统辨识、模糊聚类等理论：然后采用统计综合法与总体测辨法相结合的思路 进行负荷建模实践。统计综合法主要用于建立综合负荷的静态模型，以典型用 户、典型行业、典型变电站三个层次进行研究，最终得出典型行业和典型变电 站的静态负荷模型参数；在典型用户的资料处理方面引进了模糊聚类方法，建 模结果说明了该方法的可行性和有效性。总体测辨法主要用于建立综合负荷的 动态模型，重点研究感应电动机的数学表达和参数辨识，得到了与传统的“典 型参数”不一致的参数辨识结果，对“典型参数”有很好的修j 下作用。 在负荷建模的研究过程当中，利用采集的大量数掘建立数据库并建立数捌 库管理平台是本文的论述重点。文巾采用s q ls e r v c r 与v b 、v c 、e x c e l 棚 结合的方式，在统计综合法和总体测辨法建模过程的基础上建立数据库以及数 据库管理平台。首先分析统计综合法和总体测辨法所使用到的数据特点与数据 流程：在s 0 l s e r v e r 中建立数据库并完成数据导入工作：然后采用v b 、v c 相 结合的方式建立数据库管理平台，在此过程中运用了a d o 、d l l 、e x c e l 控 件调用等多项先进技术。应特别指出，针对统计综合法的数据库的建立和管理 在国内处于领先地位。 关键词：负荷建模；数据库：数据库管理平台：统计综合法：总体测辨法；v b 堆j 。实际l u 力负付建模理论i 实践的数扼历：彳t 羊f l 实现 a b s t r a c t l o a dm o d c i i n 苎h a sb c c nr e g a r d c da st h eb a s i ct h e o r y1 0 rm ec l c c i r i c p 【) w c r s i m l l l a t i o na n a l y s i s a n dt h em a n a g e m e n to ft h ed a t ai n v 0 1 v c di nt h ep r o c e s so ri o a d m o d c l i n gi sv e r yi m p o 九a n ii ot h i sn e l d t h et h e s i ss t u d i e st h ei o a dm o d e l i n gb a s c d o na c t u a le l e c t “c p o w e rn e t w o r ko fh l m a np r o v i n c e ，t h e ne m p h a s i s so n i h c c o n s i r u c t i o no fd a t a b a s ea n dm a n a g e m e n tp l a t f o r mo fd a t a b a s e a t n r s t ，t h et h c s i si n t r o d u c e si h eb a s i ct h e o r yo n1 0 a dm o d e l i n gi n c l u d i n g c o m p o n e n l - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c h ，m e a s u r e m c n t b a s e dm o d e l i l l ga p p m a c h i d e n t i f i c a t i o nt h e o r ya n df u z z yc l u s t e r i n g ，t h e ni t p r e s e n t s t h e p r a c t i c e o fl o a d m o d e l i n g w h i c hc o m b i n e d 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 h a n d m e a s u r e m e n t b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c h 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 hi s a p p l i e dt os e tu pt h el o a ds t a t i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h r e ep r o g r e s s i v el a y e r st om o d e l t h el o a ds t a t i cc h a r a c t e r i s t i c s ，n a m e ly ，r e p r e s e n t a t i v ec o n s u m e r s ， r e p r e s e n t a t i v e i n d u s t r ya n dr e p r e s e n t a t i v es u b s t a t i o na r ef i r s t i yb r o u 曲tf o n v a r d ，t h en e w c l a s s i f y i n gm e t h o d 一士u z z yc l u s t e r i n g i si n t r o d u c e da n d h a sb e e n p r o v e d s i g n i f i c a n t l yv a l u a b l e m e a s u r e m e n t - b a s e dm o d e l i n ga p p r o a c hi sa l s od i s c u s s e di n t h i st h e s i st or e s o i v et h ep r o b l e ma b o u t1 0 a dd y n a m i cp a r a m e t e r sa n de s p e c i a l l yf o r t h ei d e n t i 石c a t i o no ft h ei n d u c t i o nm o t o r sp a r a m e t e r s s o m ec o n c l u s i o ni sd r a w n w h i c hi sd i f f e r e n tf r o mt h et h o s en a m e da s “t y p i c a lp a r a m e t e r s ”w i d e l yu s e dj nt h c p a s tt i m e c l e a r l y i th a st h ei m p o n a n tg u i d a n c ea c t i o nf o rt h ea m e n d m e n tt o “t y p i c a l p a r a m e t e r s ” t h et h e s i sf o c u s e so nt h ec o n s t r u c t i o no ft h ed a t a b a s ea n dm a n a g e n l e n t p l a t f o mo fd a t a b a s ed e a l tw i t ht h eg r e a tn u m b e ro fd a t ao fl o a dm o d e l i n gr e s e a r c h s o ls e r v e r v b ，v ca n de x c e la r ei n t r o d u c e dt oc o n s t r u c tt h ed a t a b a s ea n d m a n a g e m c n tp l a t f o r m a tt h eb e g i n n i n g ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fd a t au s e db y 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 h a n dm e a s u r e m c n t b a s c d m o d c l i n g a p p r o a c hi ss t u d i e dr e s p e c t i v e l y ，a l s ot h en o w i n gp r o c e s so f d a t ai sd e v e l o p e db a s e d o nt h el o a dm o d e l i n gp r a c t i c e s t h e nt h ed e s j g no fd a t a b a s ea n di m p o r to fd a t aw i t h s q ls e i v e r a r ec o n d u c t e dt oc o m p l e t et h es e c o n ds t e p f i n a l l yv bp l u sv ci s 印p l i e dt o b u i l dt h em a n a g e m e n tp l a t f o n t lo fd a t a b a s et om a k et h ec o n t r o lo f d a t a b a s ee a s i e ls e v e r a la d v a n c e dt e c h n 0 1 0 9 i e ss u c ha sa d 0 ，d l l ，i m p o no f e x c e lo b j e c t sa r ep e r f o m e df o rt h i st a r g e t e s p e c i a l i yt h ed a t am a n a g e m e n t r e l a t e dw i t hc o m p o n e n t b a s e dm o d e l i n ga p p m a c hi so r i g i n a l l ya c c o m p l i s h e di n c h i n a k e y w o r d s ： l o a d m o d e l i n g ； d a t a b 船e ； m a l l a g e m e n tp l a 仃0 r m o fd a t a b a s e ； c o m p o n e n t - b 嬲c dm o d e l i n ga p p r o a c h ； m e a s u r e m e m - b a s e d m o d e l i n g a p p r o a c h ；v b 插图索弓 i 划2 1 系统蒯fu _ ：i 卫ei 冬i - 1 4 图2 2 聚类算法框图1 9 图2 3 聚类纳粜2 l 图24 统计综合法负荷建模流程图2 4 图2 5 综合负荷系统构成示意】到2 6 图2 6 辨u 原理框图2 7 图2 7 主同路接线图2 8 图3 1 中央数据库配置图4 l 图3 2 桌面数据库配置图4 l 图4 1 系统整体构架图4 9 图4 2 整体数据库功能分布图5 2 图4 3 总体测辨法数据流程图5 3 图4 4 统计综合法数据流程图5 4 图4 5 数据库建立示例图5 9 图4 6 主界面示例图6 5 图4 7 远方采集数据查询界面示例图6 6 图4 - 8 动态采集数据查询示例图6 7 图4 9 用户调查数据查询界面示例图6 8 图4 1 0 工业用户调查数据查询示例图6 8 图4 1 l 变电站调查数据查询示例图6 9 图4 1 2 常德地区变电站凋查数据示例图7 0 1 1 表2 1 表2 2 表2 3 表2 4 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 附表索弓 纺织行业静态特性参数表2 5 实验室感应电动机模型辨识结果2 8 变电站实测感应电动机模型辨识结果2 9 调查数据的感应电动机参数结果3 0 总体测辨法数据总表结构5 6 总体测辨法数据分表结构5 6 产业分类表5 7 省地区表j “5 8 湖南省变电站调查文件存储表5 8 v h 等学肌坝卜。位论义 第1 章绪论 1 1 电力系统综合负荷建模的发展历程 i 乜力系统综合负荷是系统l 】_ | j l _ l 设箭的总称，n 仃随即性、分敞性、 多样性和非连续性等特点。综合负荷建模是j j f 究负荷母线j 二的总体负荷 吸收的_ 彳rj 力功率和无功功；钙随着负荷母线的 乜1 i 和频率的变动而变化的 关系，确定描述这利关系的数学方程的形式以及其q ，的参数。柏j 临界1 睛 况下，电力负荷模型的计算结果对电力系统仿真结果有着质的影响i i 7j 。 负荷建模对潮流计算、小扰动稳定计算、暂态稳定计算、电压稳定训算 等都有不同程度的影响，文献【5 】、文献【6 】详细阐述了综合负荷模型在电 压稳定中的影响。 在二十世纪三十至四十年代负荷模型对电力系统稳定研究的影响就 已经被人们所认识，前苏联和美国的学者也丌始了对i 乜力负荷随电压和 频率变化的静念和动念特性进行了研究。但是一直到了电子计算机技 术能够对电力系统进行复杂的模拟和仿真的一1 一世纪六、七十年代，负 荷模型的发展才真f 的进入了一个高潮时期。人们在此期间提出了恒阻 抗、恒电流、恒功率模型，同时还在计算中采用了感应电动机负荷模型 和多项式、幂函数等静态模型。由于当时系统辨识理论尚处于发展阶段， 负荷模型参数主要是依靠定性估计，辅助以简单的静态函数拟合。1 9 7 6 年美国电力科学研究院( e p r i ) 主持了一项大型的研究计划，其目的是 为了电力公司建立一套基于统计综合法的负荷建模方法a 根据该计划的 方案，研究在美国和加拿大同时展开，美国的t e x a s 大学负责建模方法 研究，g e 公司的电力工程负责通过现场测试对建模方案进行评价。整个 工作经过了严密的计划和组织，从理论、现场实验以及数据收集系统的 软、硬件开发和数据处理的程序等几个方面全面铺开。该方法是在实验 室内确定每种典型负荷( 如工业电动机负荷、电冰箱、荧光灯等) 的平 均特性方程，然后统计每一个负荷点上在一些特殊时刻( 如冬季峰值、 夏季峰值) 的负荷组成，即每种典型负荷所占的容量百分比，以及配电 线路、变压器和电容补偿容量的数据，最后综合这些数据得出该负荷点 的负荷模型。经过多年的努力，e p r i 发表了许多很有价值的研究报告 i “l ，终于在1 9 7 8 年开发出了基于统计综合法负荷建模中最有影响的软 址j 。正i uj j 负韵矬模理论，实践的数据库倒究年实现 件包e p r i l o a d s y n 。浚软件在使用时需要三种数掘：负荷组成，l j 各 类负荷( 工业、商业、农业、居民生活等) 所占的比例：各类负荷中各 种川il ! l 设箭所j 1 巾0 比例：扮4 _ f | l 用f n 设备的平均特性。使j 1 】者可根 】l l ：粥一 利一数掂，m i 根抛l o a d s y n 所提供的后两种数抓的典型值n 口可完成综合 负荷的建模l 。 在e p r i 主持的这项工作的推动下，进入二十世纪八十年代后，负荷 建模的研究又进入了一个新的阶段。l9 8 2 年在两欧国际人电网会议 ( c i g r e ) 上成立了有关负荷建模的工作组( c s c 2 8 w g 0 2 ) ，旨在研究 和建立适合电力系统计算的动静态负荷模型。1 9 8 4 年9 月在芬兰赫尔辛 基召丌的第八届电力系统计算会议( p s c c ) 上也将负荷建模列为重要的 研究课题之一。同时辨识理论和计算机数据采集和处理技术的迅速发展 也为新的负荷建模的方法总体测辨法提供了产生的契机。中国、美国、 同本、澳大利亚等国家相继进行了大量的研究并丌发出了电力负荷特性 记录装罱，记录大量的数抓为这种新的建模方法提供了很好的研究基| i i f f j 并不断的取得新的研究成果。 电力负荷建模在统计综合法和总体测辨法这两利，方法的基础上不断 进行发展和完善，并在实践工作中取得了可喜的成绩1 。当然实际情况 的多变性、分散性和非线性等特点都使得负荷模型的建立和仿真计算与 实际的电网有非常大的差异，仍然需要大量的工作来完善。 1 2 电力系统综合负荷建模的研究现状 1 2 1 建模方法 迄今为止，主要用于负荷建模的方法主要有两种：一种是基于元件 特性的综合的间接的负荷建模方法( c o m p o n e n t b a s e d ) ，又称之为统计 综合法；统计综合法以美国电力研究院( e p r i ) 开发的软件包l o a d s y n 为代表，这种方法的基本思想是根据综合负荷所包含的各个用电设备的 数学模型和所占容量比例，按照统计综合的方法得到综合负荷模型。另外 一种是基于量测的负荷建模方法( m e a s u r e m e n t b a s e d ) ，又被称之为总体 测辨法。这种方法的基本思想是把负荷看做黑箱或者灰箱，从现场采集 的输入输出数据对。基于系统辩识理论，用最优化方法计算出模型的参 - 2 - 数。其蚍删成粜有加拿人的q u e b e c 和o n l a r l 0 水电研究所”发n 0 在线 | 【视装胃为代表。 1 2 1 1 统计综合法 这一方法是将综合负荷看做是各个用户的集合，每一h 】，。义赴各种 用电设符的集合，根抛已经确定的各利，用电设备的平均特性，然j 枞捌 各种设备的比重，计算得出综合负荷模型l 】“。 体过程可以如卜： ( 1 ) 负荷元件的特性试验；在实验室内确定各种典型负荷( 如空硼、 冰箱、荧光灯等) 的平均特性方程。 ( 2 ) 确定负荷的构成：由电力部门参加，统计每一负荷点上的不同时 段各种典型负荷所占的百分比，即获取每一点上各种典型负荷的构成情 况。 ( 3 ) 负荷建模：通过上两步获得的负荷元件特性，负荷组成，然后根 据配电线路和变压器的数据，综合这些数据通过计算获得该负荷点的i ! j 态和动态综合负荷模型。 这种建模方法通过统计负荷组成和确定负荷特性，物理概念清晰， 直观易理解。负荷特性的确定具有不依赖现场实验，花费小，限制少的 优点。但是各项统计数据的采集工作非常大，容易造成不准确性，且难 以确定各电器元件的平均特性。 1 2 1 2 总体测辨法 r 总体测辨法是将综合负荷看成一个整体。通过负荷点安装、记录装置， 在现场采集负荷所在母线故障时的电压、频率、有功功率、无功功率等 数据，然后再根据系统辨识理论确定模型的结构和模型参数，使得模型 模拟结果和实测的负荷数据可以很好的相拟合i i ”。总体测辨法有两种数 据来源，即人为干扰采集数据和自然扰动采集数据。其中人为采集数据 可包括改变带负载变压器的分接头；投切电抗或电容器组；切除发电机； 系统解列：退出并联运行的两台变压器中的一台或双回线中的一条；切 除部分负荷；人为短路等。而自然扰动采集数据主要是在负荷处安装负 荷测试装置，当系统中出现较大的电压或频率扰动的时候进行采集记录， j l i = 卜儿h i u ，j 仉1 越模型论o i 实践的数捌阼州1 ) l 七“蚬 般采用的是在线采集，离线辨识，当然随着计算机软硬件的发展也 r ，j 以在不久的将来做剑很好的在线辨t h 效果。总体测辨法具有以下优点 “：( 1 ) 无须知道行负0 i 的f | | j 巾没得的纠l 成耳1 】比例及模型参数不依赖 统计结果。( 2 ) 负荷特。陀足实时记录负荷扰动情况。可以根据各个时刎 的扰动数据得到的相应的负荷特性参数，解决负荷的时变性问题。( 3 ) 负荷组成可以用简单的输入输出模型来描述，不必要详细知道负荷内部 的复杂组成。彳i 过这种辨识方法也存在着缺点：( 】) 需要安装大量的脸 测设备，前期的投资是很人的，( 2 ) 要采取好的扰动数据需要在适当的 时候取得，也就是说采取的时间是不固定的，周期一般来说是比较长的。 可以看出这两种模型各有其优点和缺点，所以在实际的工作当中， 可以考虑采取两者相结合的方式，互取长处，弥补不足，以满足实际情 况当中的需要。 1 2 2 综合负荷模型分类 综合负倚模型的分类方法有很多种，根据模型反映负荷的特性来看 可以将负荷模型分为静态模型和动态模型；按照模型描述方式可分为机 理和非机理，或称之分为机理和输入输出式；按照模型线性化程度可分 为线性和非线性。在此主要是以以静态模型和动态模型来分类讨论。 1 2 2 1 静态负荷模型 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和在系 统负荷以静态成分为主的情况下，电压扰动不太复杂且扰动幅度不太大、 计算结果对负荷点的负荷模型不太敏感的，般采用静态负荷模型，静 态负荷模型是指在稳态条件下，负荷功率与端电压和频率之间的非线性 函数关系。文献【1 6 】【1 7 儿l8 】列出了典型用电设备的静态参数以及感应电 动机等用电设备的静态特性方程，并介绍了使用综合统计法获得负荷静 态模型的一般方法。文献【1 9 】则应用参数辨识的方法获得了东北地区部 分行业的静态模型参数。基本的静态模型结构为：幂函数模型和多项式 模型。这两种都属于输入输出式模型，即以负荷端口的输入量( 电压和 频率) 和输出量( 功率或电流) 的关系为依据，选择适当的数学表达式 悯弭字j j j 坝l ：字位论义 来表示输出量和输入量之叫的关系。通常幂函数模型在变化范幽比较火 的情况下仍然能较好的描述多种负荷的静态特性，被广泛应川，如果在 川个珏函数难以对照体模型进行描述的l 忖候，町以采川多个珠函数十 加的方法得到满意的结果。而多项式模型l 小硼i 抗、恒电流、+ 陋功率按 照一定的比例组台而成，它可以看成是蔓个张函数相加的特例，三个幂 函数的幂指数分别是o 、1 和2 ，且三个幂函数的系数之和为l 。而恒阻 抗、恒功率、恒电流则又是多项式模型的特例，因此幂函数建模具何很 大的灵活性。建立静念模型的方法有统计综合法、稳态实验法和在线辨 识法。 1 2 2 2 动态负荷模型 动态负荷模型一般可以分为机理模型和非机理模型来讨论 】机理模型 机理模型通常指感应电动机模型。感应电动机在电力负荷( 尤其是 工业负荷) 中占有较大的比重，对电力系统运行和控制有很大的影响。 电力系统母线( 通常是2 2 0 k v 和1 1 0 k v 母线) 的综合负荷通常由静态 负荷和动态负荷并联，其中静态负荷可以是恒定阻抗或恒阻抗、恒功率、 恒电流负荷的某种组合；动态负荷即异步电动机。复杂的模型一般是增 加异步电动机的机械特性描述或者增加异步电动机的台数，或者根据实 际情况增加特定的某种负荷结构。这种模型的最大优点是具有明确的物 理意义，易于被人们所理解，缺点就在于对于某些复杂的用电设备或用 电场合，难以获得简明的模型和有关的模型参数。文献【2 0 】全面研究了 感应电动机模型，文献【2 l 】对感应电动机的三种模型从计算精度、参数 获取和应用场合进行了比较，为模型选择提供了依据，文献 2 2 】采用了 解耦辨识的方法，提出了一种增加无功功率静态补偿的新的感应电动机 模型。一般来说，根据不同的应用领域和分析计算目的，感应电动机模 型主要包括五阶电磁暂态模型，其中考虑了定子绕组、转子绕组的电磁 暂态特性，以及转子的机械动态特性；如果忽略定子绕组的电磁暂态特 性，则得到三阶机电暂态模型：如果进一步忽略转子绕组的电磁暂态， 就获得一阶机械暂态模型。 2 非机理模型 撼十实断i u ，j 负荷迎模理论0 实战的数抛库 i j f 究和实脱 非机理模型也称为输入输出模型，它是在系统辨识理论发展过程中 从大量的具体的动态系统建模中概括 1 来的，是用输入输出信号之的 传递函数、差分方程或状态方程等动态方程扪述电力负荷。这类模型刘 动态系统具有很强的描述能力，它将系统负荷问题看成黑箱，只需建立 输入输出表达式，掩盖住了具体系统的物理机理，冈而适用面广，既可 用于感应电动机负荷，也可以用于其它动态负荷；既可以用于功角稳定， 也可以用于电压稳定。但是相对的也会出现模型物理意义不明确或负荷 参数物理意义不明确的现象。常见的非机理模型有常微分方程模型、传 递函数模型、状态空间模型、时域离散模型，此外还有考虑负荷模型非 线性而提出的人工神经网络模型等，文献【2 3 】从动态综合的角度提出线 性二阶差分方程的动态负荷模型，文献 2 4 论述了建立一种混沌神经网 络的负荷模型。其中最有影响的是考虑低电压下功率恢复特性的常微分 方程模型、具有外部控制项的自回归滑动平均模型和线性差分模型。 1 2 3 模型参数辨识研究 当负荷模型的结构和形式确定后，需要进行研究的就是参数辨识问 题了。传统的系统辨识方法主要包括：以脉冲响应为基础的经典辨识法、 以最小二乘法1 25 】为基础的各种扩展最小二乘法和根据极大似然原理的 极大似然法。其中经典辨识法主要包括脉冲响应法、相关函数法和局部 辨识法，由于其要求噪声很小或者无噪声而负荷建模是必须要考虑到 噪声的，所以在实际建模中是很少采用这种方法的。而最小二乘法是通 过广义误差的平方和( 准则函数) 极小来确定模型的函数。由于最小二 乘法是非一致的、有偏差的，所以为了克服它的不足，形成了一些最小 二乘法为基础的辨识方法，如广义最小二乘法、辅助变量法等。极大似 然法对特殊的噪声有很好的性能，通过使似然函数达到最大值来确定模 型参数。最小二乘法和极大似然法还被称为现代辨识法以区别经典辨识 法，现代辨识法是基于随即性系统的一种辨识建模方法，不受信噪比大 小的限制。同时随着优化理论和智能理论的发展。许多新的直接搜索法 在系统辨识领域取得了应用【2 6 2 9 l ，其中包括了神经网络【2 6 1 、遗传算法【2 s 】 等等算法，都为负荷建模的研究提供了很大的帮助 川等学肌坝i j 学位论文 1 3 电力综合负荷特性数据库的建设 1 3 1 数据库在电力系统的广泛应用 数据库是一种从二十：纪六、七i 年代发展起来的l i ) ( 代传统的义引 存储方式的数据存储管理系统。数据库系统包括了数谢存储的数捌州象、 软件、硼仲和钙理操作人员。在! 今信息时代，对数捌信，想的规范利学 管理是根本的生存之道，在各i j 各业都可以看到数据库发挥0 ；1 i - ，j 估齄 的作用。电力系统作为国计民生的社会性产业，是一个非常复杂的汁钟： 系统，不论是在线管理或是离线分析所涉及到的数据面都年当，“，数抓 量大，需要花费大量的人力物力来进行操作和管理。如果按照以f m 的完 全人工操作方式或是文件管理数据方式，事实证明不仪容易产牛错误， 管理比较混乱，同时效率也非常低。电力系统大量的管理、d ! ，“、技术 数掘只有通过数拥席的应用才可以有效的发挥作j 1 j ，而数据库也”，以【蚓 为电力系统几乎涉及到了社会生活的各个角落而将其功效发挥到及至。 1 3 1 1 国外电力系统中数据库的广泛应用 从国外的电力系统中数据库系统应用来看，电力系统作为商业社会 中的一个企业单位只有进行合理有效的数据库建设才可以让电力企业在 激烈的社会竞争中确保生存的机会。欧美国家在应用电力系统中应用数 据库系统是较早同时也较为全面的地区，以北欧国家挪威为例，虽然是 一个城市规模和人口来说都是比较小的国家其现代化发展的程度相当 高，电力生产和管理水平也非常成熟。由于电力市场的巨大竞争，在电力 系统的生产、传输、分配和销售的各个环节采取了大型电力企业的合并 联盟的方式。其中较为典型的有g e o n i s ，它是由l y s e n e t t a s ( 主要负 责s t a v a n g e r 地区) ，b k kn e t ta s ( 负责b e r g e n 附近) ，e a bn e t ta s ( 负 责0 s i o 西部郊区) 三个配电企业组成的联盟，采用g i s 技术构造其信息 系统以加强其电力网络的现代化管理。而电力联盟g i s 数据库的应用成 为了的合并后电力系统正常运做的前提条件，即对于各种电力系统内部 数据的进行和规范化，保证各个实时数据库的规范建立和连通，最大程 度的减少数据冗余，达到行业合并后的现代化管理的成功实施。在亚洲 牡j 实惭、l 乜力负付吐模删论l 止践的数4 ：斤圳究和实现 以f 本为例， ：1 本各电力企业就非常重视电力系统中数据信息管理的发 展和数据库的建设。闩本东京电力总公i d 魁。家集发输配送电于一体的 多功能l i 三力公d ，足同本1 家r u 力公司中最人的一廊，售i 乜量占h 本总 电量三分之一。为了让企业满足市场的背运要求和业务发展要求。东京 电力总公司成立了信息系统专业管理委员会，0 门负责整个集团的信息 系统的建立和管理，整个信息系统所涉及到的1 作人员达到3 0 0 0 多人， 体工作包括了电力系统。 | 各种数扒信息资源的录入、整理、入库、查 询和整合，支持总公司与各个子公司数据的发析i 和决策的制定，为电力 产业向i t 产业的发展提供数据信息基础。毋t | i f 置疑，国外电力系统对数 据库建设的重视是与其电力生产的趋势相一致的，数据库系统的应用已 经逐步成为了发达国家信息产业进步和电力系统在市场经济中发展的重 要标志。 1 3 1 2 国内电力系统中数据库的广泛应用 从国内的情况来分析，作为一个电力能源消耗和生产都在闩益增长 的大国，电力系统的发展也必然是走向市场开放，形成集团化和垄断化 企业形式，继而进入国际市场。其中如何管理和应用庞大的数据信息资 源是电力系统得以走上正轨的关键，我国各大城市和各大型电力企业都 逐渐将数据库系统的建设作为电力生产发展的基础。以上海电力系统调 峰问题为例，象上海这样高度发展的城市，电网高峰和用电低谷电力调 节不均匀所带来的问题越来越明显，一个合理高效的调峰数据管理系统 对于调峰决策、调峰管理的各种应用的稳定运行是非常重要的，近期着 手建设了针对电网调峰数据进行统一管理和规划应用的数据库应用系 统。又如在安徽省电力成功应用的托普电力行业广域网的数据整合方案， 支持多种大型数据库访问，采用先进的数据挖掘技术，实现了该省电力 公司及下属的4 8 个厂站局的数据交换。其中省公司m i s 系统数据库的 数据基本上是从下属的厂站局m i s 系统数据库中定时复制，省公司也可 以向下属厂站局数据库进行数据挖掘。县级电力企业m i s 系统和四级数 据网建成后，在县级供电企业部署m i 将会形成一个以县级电力企业数 据库为基础，县、地区、省公司统一的实时的省级电力数据平台，为安 徽省的电力信息化的进一步发展奠定良好的数据基础，得到高效的企业 】州等学 j 坝1 学位论艾 内部管理，提供优质的客户服务，增强竞争能力，提高电力企业的社会 效益和经济效益。f f 寸时国产数抓库的丌发应用与国内电力系统的发展出 密切结合在了一起，近年山我幽自主”发训制的达梦( d m ) 数掘库系统 具有安全性高( 达到了美国国防部安全等级b l 级) ，支持多媒体数j l c 年【l g i s 数掘类型和存储结构等突出特点，在原电力部华中电力公司价值5 0 0 j 元的大型远程财务管理系统c w m i s 项= ；| 中脱颖而出，作为软件j 1 ：发 支撑环境完成了个涉及江西、湖南、湖北和河南四省七个地【x 的i u 力 业务处理的管理信息系统，产生了积极的影响，并被推广使，1 j 。 乜力系 统中运用数据库的例子不胜枚举，具体到f 乜力系统负荷建模，数扒库的 应用同样是非常重要的。 1 3 2 数据库系统在电力负荷建模方面的应用 电力负荷建模作为电力系统仿真分析的重要组成部分，是电力系统 进行仿真计算的基础。多年以来人们在负荷建模领域提出了许多负荷模 型并积累了大量实测参数，而在实际工作中人们也在不断采集数据和分 析数据带动建模工作进一步向前发展。所以电力负荷建模也需要采用科 学的、安全的、有效的数据库管理系统才可以满足新时期电力系统高速 发展的情况下对系统的要求。 具体来说，由于电力负荷建模的基础就是要求对大量的实验数据和 采集数据进行分析和计算，从而建立出相应的负荷模型，所以对于负荷 模型中所使用到的数据进行合理规范的管理是非常必要的。所以进行负 荷建模软件开发的同时，负荷特性数据库的开发也应该要跟上发展的步 伐。 我国负荷建模与数据库开发的结合也取得了很大的进步人们也日 渐认识到不论是实测数据还是历史数据都是电力负荷建模的数据基础， 只有建立健全的数据库系统才可以完成对负荷特性进行比较、分析、综 合和应用等诸多工作。近年来，清华大学、华北电力大学、河海大学等 单位分别与东北电网、华北电网、河南电网【3 0 】等电力系统企业合作，相 继开发出了一批应用于负荷建模的数据库与负荷建模软件。但是对于基 于元件的统计综合法负荷特性数据库的开发还十分薄弱。 9 基于实惭、l u j 负付畦模理论。j 实践的 5 据库研究和实现 1 4 本文的主要研究内容和所取得的研究成果 本文结合“湖南电网负荷特性研究以及负荷建模技术支持系统”的 实际研究课题，在负荷建模理论与方法、负荷特性数据库的建立等方而 开展了较为深入系统的研究，取得了相应的应用研究成果。本文的结构 及主要工作如下。 ( 1 ) 第一章：绪论。本章阐述电力负荷建模理论与实践的发展历程与 研究现状，讨论电力综合负荷特性数据库建设工作的开展，为以下各章 的研究工作建立理论基础。 ( 2 ) 第二章：电力综合负荷建模的基本原理与实践。本章采用的负荷 建模研究方法主要是在湖南电网各种行业典型用户的负荷特性调查和典 型变电站进行行业组成比例统计的基础上，借助于动模实验室的典型用 电设备静态和动态模拟实验以及安装在现场变电站的负荷特性记录仪所 获得的实i 9 1 i i 故障数据采用堆于调查资料的统计综合法和基于负荷特性 记录装置所采集的数据得到的总体测辨法同时展丌研究，两者相互影响 又各有独自的特色。本章详细讨论建模理论研究与实践过程和应用结果， 既完成了研究的重要组成部分同时也为负荷特性数据库及管理平台建 立奠定了实践基础。 ( 3 ) 第三章：数据库基础理论与应用。本章对数据库理论进行研究与 讨论说明建立合理的数据库管理系统取代了传统的文件管理系统的合 理性与必要性。同时具体分析s 0 ls e r v e r 数据库的特点与数据库开发流 程、工具。本章与第二章相结合，为第四章综合负荷特性数据库与管理 平台的研究与实现进行了充足的铺垫。 ( 4 ) 第四章：电力综合负荷特性数据库与管理平台的实现。本章针对 第二章负荷建模理论和实践，对统计综合法和总体测辨法中所使用到的 数据的特点进行分析；结合第三章数据库理论，展开数据库的设计和实 现工作；应用v b 等数据库开发工具完成数据源的建立，数据库管理平 台的设计实现工作：充分而详实的阐述了针对基于湖南省电网负荷特性 数据和采集故障数据的基础上的负荷建模系统数据库管理平台的理论思 想和实践过程。本章所研究的内容是全文关键部分，它主要以第二章的 负荷建模实践与第三章的数据库理论为基础，采用科学合理的方法与流 程完成数据库与管理平台的建设工作。 等学饥坝i ：学也论t ( 5 ) 结论。本章阐述对现有研究的总结平【j 对将来工作的展望；首先州 现有研究1 = 作进行总结，说明数据库的建j z j 负荷建模系统的结合使得 负荷建校系统的运行更力人。哪：化和规范化，符合i 乜力负荷建模系统信息 化产业的发展趋势；然后叙述下一步数据库f i j f 究工作的发展方j 柚，使搿 研究工作有很好的连续性和扩展性。 第2 章电力综合负荷建模的基本原理与实践 2 1 电力综合负荷建模基本原理 2 1 1 电力综合负荷建模的概念 电力系统包括阴大元件，l j ：发电机( 包括原动机、励磁系统、转 速调节系统) 、变压器、线路和综合负荷。其中发电机、变压器和线路建 模相对较为容易，模型及模型参数比较完善和成熟。而由于综合负荷具 有随机时变性、地域分散性、严重非线性等特点，致使负荷模型相对丰l l 糙，与高精度的发电机、变压器、电力网络的数学模型形成了对比，影 响了电力系统的仿真结果的可信度，甚至在某些场合下模型与现实情况 截然相反。同时实际负荷的用电设备构成差别很大，尤其是电k 或电流 变化很大时，4 i 同特性的j j 电设备产生不同程度的突变，这也增加了负 荷建模的难度和复杂性。研究表明建立符合实际的负荷模型是十分必要 的。 在电力负荷建模中，将变电站母线( 或线路) 供电的所有用户用电 设备的集合成为综合负荷。所以综合负荷可以是终端变压器负荷母线所 供用户的用电设备( 含低压配电线路) 的总和，也町以足主网变电站负 荷母线( 如2 2 0 k v 、1 1 0 k v 或1 0 k v 母线) 所供用j ，的用电设备( 含配、 供电变压器和配电网络) 的集合。上述意义上的用电设备集合在运行过 程中所表现出的综合特性，称为综合负荷特性，它足综合负荷从电网吸 取的功率随电网频率和母线电压的变化表现出的变化规律。这种变化规 律的数学描述即为综合负荷模型；根据综合负荷的特点确定这种模型的 类别( 或模型类) 及其模型参数，就是综合负荷模型建模。 从数学建模角度来看，建立数学模型的方法有两大类【1 4 】：一类是分 析法；另一类是系统辨识法。分析法是根据系统的工作原理，运用各种 物理定理推导出描述系统的数学模型。系统辨识法是利用系统输入输出 的观测数据来建立数学模型。就电力系统负荷建模来看，基于元件特性 综合间接的负荷建模方法( c o m p o n e n t b a s e d ) ，又称之为统计综合法可 以认为是分析法。这种方法得到的模型结构比较复杂，统计耗费大量的 人力物力，所以基础数据更新困难，目前l o a d s y n 使用的数据大都源 川等学l j j 坝i j 学位论文 自一：十世纪七十年代的e r i ，i 的研究成果：而系统辨识法则主要包括了 基于壤测的负荷建模方法( m e a s u r e m e n t - b a s e d ) ，又被称之为总体测辨法。 总体洲辨法的点本思想越将负z 0 群朽成足个整体，通过n ：负* 0 点安犍 测馈记录装置，在现场采集负荷所在母线的电压、频率、有功、无功数 据，然后根据系统辨识原理确定负荷模型结构和参数。这种方法的优t l 就在于不必详细知道负荷内部的复杂构成。总体测辨法所获得的模型参 数是以模型f 响应能最好的拟合所观测到的负荷响应数据为标的，所以 负荷模型具有符合实际的特点。 统计综合法和总体测辨法由于l 各自具备的特点所以一l i 术成为负 荷建模争论的焦点。由于e r p i 奠定的研究成果，基于元件的统计综合 法是比较普遍使用的，而随着辨识理论和计算机技术的发展，基j ：景测 的总体测辨法慢慢的成为了成为了建模方法的主流。但由于各自方式的 优缺点，人们又开始意识到总体测辨法和统计综合法的融合使用是未米 负荷建模发展的趋势。在使用统计综合法的建校过程巾，人们同时使川 总体测辨法来做模型有效性验证、模型对比、模型参数修币等工作；而 在使用总体测辨法的过程当中人们也更多的倾向采用机理负荷模型，并 更愿意从模型机理上探讨模型参数的物理意义、取值区间等问题，从而 期望能更好的改进模型结构、获得更加可靠的参数辨识结果。在本文所 涉及到的电力负荷建模研究中，也是将两者结合起来，即采用基于调查 资料的统计综合法和基于负荷特性记录装置所采集的数据得到的总体测 辨法同时展开研究的，所以在以下将对这两者所应用的理论基础进行讨 论。 2 1 2 系统辨识理论 系统辨识是一门正在蓬勃发展的科学技术，它涉及到数学统计、现 场辨识等多学科的综合性技术，在本章中所要阐述的负荷建模理论和实 践特别是总体测辨法主要是以该理论为基础的，因而以下将对系统辨识 理论进行讨论。 2 1 2 1 系统辨识的基本概念 早十实际i u 力负付建摸埋论j 实践的数州阼川，e 门l 爻j 蛆 系统辨识是现代控制理论的一个分支。在现代控制领域中，控制理 论阐述控制设计的准则，从动态系统所采集的数瓠i 给f 系统的运行状态， 而系统辨识则是建立数学模型的依j 1 ：，i j j 州影响，形成。一体。系统 辨识即为“动态建模”，是指在输入和输堆硎 卜，存给定的模型中，确 定组与衍测系统等价的模型。也就是利川被拧制系统的输入输出数掘， 通过计算机处理之后，估计出系统的数学模型。辨u 的实质可以理解为 数掘拟合的优化