电力负荷建模课件

1、1 华北电力大学电力系统负荷建模2定义：电力系统电压和频率发生变化时电力负荷从电网取用的有功功率和无功功率的变化称为负荷特性，依据这一特性建立的数学描述模型称为负荷模型。分类：静态模型：有功、无功与电压、频率的代数关系；动态模型：有功、无功与电压、频率的微分关系；负荷节点：负荷建模针对方式计算中定义的负荷节点进行。该节点包括负荷群及供电线路、变压器、无功补偿等。电力负荷模型的基本概念3负荷建模的重要性负荷模型是电力系统仿真的基本环节，正确的模型对于潮流与稳定计算至关重要；近年来大规模电力系统失稳多为电压失稳，电压失稳与负荷特性关系尤为密切；电力市场化带来的电力系统的新特征：电力系统越来越运行在

2、接近极限的状态；电源开发与电网控制技术的发展：HVDC、FACTS技术应用要求更为精确的负荷模型；资源、环境带来负荷特性的新变化：新型负荷的出现，负荷的电力电子化，分布式电源的发展。4负荷建模的困难性电力负荷的随机性；电力负荷的非线性；电力负荷的时变性；电力负荷的分散性；负荷建模远不及发电机、励磁器、调速器等其他系统设备的建模完善5负荷建模的两类方法总体测辨法：在电网的负荷节点安装测试记录装置，对测试数据采用辨识算法进行建模；统计综合法：在对基本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，依据综合理论建立总体模型。 7统计综合法的特点典型负

3、荷的全局特性数据充分，在此基础上建立的负荷模型可反映大范围的非线性特性；在负荷统计过程中应获取负荷的时段分布数据，将负荷水平与负荷特性相对应，得到负荷的时变特性；无需安装测辨装置，项目投资少。可利用已经安装在变电站的其他数据记录装置，验证与修改统计综合法得到的模型；基础数据通过统计方法获得，项目实施时间易于控制。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；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。8总体测辨法

4、与统计综合法的结合 两种方法在具体建模中相互借鉴，相互作用。利用已有记录装置的部分数据，可验证与修改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。10山东总体测辨法负荷建模的实施通过调查山东省的负荷组成，一期工程选择6个变电站的负荷节点，装设负荷动特性记录装置，以观察负荷特性。在山东电力调度中心构建实用化的负荷实测建模平台。在负荷动特性记录装置运行后，分析现场获取的实测数据，建立符合实际的负荷模型。与中国电力科学院综合程序（PSASP程序）的负荷模型子程序库接口。将实

5、测的负荷模型用于山东电网的稳定仿真计算中，分析模型及计算结果的合理性。11负荷特性记录装置的构成硬件组成：负荷特性记录仪由彩色显示器、工控机、键盘，鼠标，GPS， 各种信号调理插件等部分组成，装置以组屏方式安装；软件组成：软件主要有数据采集，高频滤波、傅立叶变换，功率、频率计算、启动判据、数据波形回放，文件上传等模块组成。12负荷特性记录装置的性能采集32路电压、电流模拟量，实时计算系统频率 反应于电压突变和电压越限量高效的数据远传组网能力接受GPS 卫星同步时钟信号提供以太网接口和标准Modem接口采样精度：14 位A/D 转换采样率：1200点/秒CT、PT 精度0.2 级，模拟量综合精度

6、为0.5 级14模型结构的确定机理模型：采用惯用的结构和电气参数描述，具有清晰的物理意义，易于为电网分析计算工程技术人员所理解、方式计算程序所接收。模型具有较好的稳定性和外推能力。但这种模型的参数较多，辨识工作量大，计算较费时间。当负荷成分复杂时用单一的电动机来模拟，模型很难逼真，反映在模型精度低，参数收敛困难。 非机理模型：采用传递函数、差分方程、人工神经网络等形式。具有参数较少，辨识工作量小。对于典型测试数据，模型逼真度高。模型外推能力差，物理意义不清晰，与常用计算程序接口困难。15由静特性和感应电动机组合而成的负荷模型 17感应电动机模型的机电暂态模型电压方程电势方程功率方程转矩方程18

7、静态模型的形式不考虑频率变化，负荷的静态ZIP模型可表示为：19辨识模型的形成将状态变量和输出量都转换为电流量；将状态方程进行线性化处理；将状态量用观测量置换。20辨识的定义辨识：就是从含有噪声的输入输出数据中提取研究对象的模型的结构和参数。参数辨识：是在所研究对象的模型结构已知情况下, 用试验方法来确定对动态特性有影响的各个参数数值21辨识目的辨识方法研究工业试验方案设计现场实验数据分析处理校核论证配套设备研究模型参数确定YN辨识过程的一般步骤22辨识模型 方法 工业试验方案 研制设备或测试系统 模型和参数类型 发电机 最小二乘法、抛载法、人工神经网络法 时域小扰动最小二乘法、静测法、抛载法

8、 发电机安全监测兼无刷励磁检测系统，电力系统参数综合测试装置 11个电机参数或9个电机参数 励磁系统 FFT-LSE、分段线性多项式函数法PLPF、GE、ANN等 时域小扰动最小二乘法、频域伪随机信号扰动法 多功能在线测试、建模及仿真系统，电力系统参数综合测试装置 自并激、交流三机系统、无刷励磁实际模型等 原动机及调速系统 LSE,直接最小二乘积分法DILS、PLPF等 甩负荷试验、同步器扰动 多功能在线测试、建模及仿真系统 机械液压、电液调节、机械离心式模型等 负荷LSE、辅助变量法IV、最小绝对残差法MSAR、人工神经网络法、遗传基因法现场人工扰动测试法、随机扰动测试法电力系统参数综合测试

9、装置，多功能负荷动态特性检测装置静态：多项式、幂函数模型动态：3阶机理型模型、3阶传递函数模型、2阶非线性模型四大参数辨识主要方法和模型一览表24负荷模型辨识方法一览表 25遗传算法过程27负荷建模软件的体系结构负荷实测建模的平台由现场数据采集装置部分和后台的负荷建模与分析中心两部分组成，其基本结构如图所示。负荷建模与分析中心是负荷实测建模的核心部分。通讯服务器通过电话拨号网络或者电力专线网络收集到有关变电站的负荷特性信息。数据库服务器完成采集和分析数据地保存和管理任务。负荷建模服务器读取相关负荷信息，进行数据预处理和负荷建模分析。以上服务器均指的是逻辑服务器，实际工作中，根据采集与分析中心的

10、规模设计，可以对工作站开展的功能进行归并，数据库功能与负荷建模分析功能均在综合服务器上实现。28负荷实测建模的过程（待讨论） 负荷建模软件包数据预处理数据接口数据管理负荷建模模型测试查询打印数据通信29曾经开展的负荷建模工作 理论探索人工神经网络在负荷建模中的应用；负荷母线测量数据可辨识性分析；记录数据与电机模型参数辨识；电力电子技术应用与负荷特性的变化；负荷模型的自定义方式及与PSASP的接口。30曾经开展的负荷建模工作 合作项目国家自然科学基金“人工神经网络在负荷建模中的应用”项目；河北南网“测辨法负荷建模”；华中电网“负荷特性研究”；日本关西电力公司“统计法负荷建模”沙特西部电网空调负荷

11、建模与电压恢复特性研究31曾经开展的负荷建模工作 发表论文（1）人工神经网络在负荷模型建模中的应用 华北电力大学博士论文人工神经网络动态特性研究 电工技术学报No. 5, 1995大容量光磁软驱在负荷数据记录装置中的应用 现代电力No.1 1996Identifiability study of measurement-based electric load modeling Proc. of ICEE96 Aug. 1996自定义负荷模型与综合程序接口的实现 电力系统自动化 No.2 1997Voltage stability analysis considering air-conditi

12、oner load 日本电力技术合同研究会论文集 1999.9 Increasing power system loadability using energy storage equipment 日本电气学会年会论文集 2000.3 32曾经开展的负荷建模工作 发表论文与获奖（2）Improvement of short-term voltage stability using energy storage equipment Proceeding of International Conference on Electrical Engineering 2000, Japan July,

13、2000 Variable admittance load modeling using energy storage equipment 日本电气学会B部门大会论文集2000.8积分流形模型化简方法在动态电压分析中的应用 现代电力，2001.4Load Characteristics of Power Electronic Loads and Their Effects on Voltage Stability Proceedings of ICEE2004 VSI型电力扰动发生装置的实现 电工技术杂志 2004.10获得原国家电力公司科技进步二等奖VSI型电力扰动发生装置通过省部级鉴定33蒙西负荷建模应用示例采用新的负荷模型后，在不改变负荷大小只改变发电机出力的情况下，可以使海三G5机组的出力