电力负荷建模

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。静态模型：有功、无功与电压、频率的代数矣系；动态模型：有功、无功与电压、频率的微分矣系；负荷建模矗姑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。·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矢重要；·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矢系尤为密切；·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接近极限的状态；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。负荷建模的困难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。总体测辨法的特点采用现场实测数据，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；新的具有强综合能力的辨识算法可以采用。模型的建立取决于测试到的数据，而有效的测试数据必须是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，项目实施时间较长；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，不同扰动反映不同的负荷特性；负荷特性又表现出很强的时变性，特别是无功特性与时段、负荷水平密切相矢，应将依据不同运行方式下测得的数据，建立不同的负荷模通过测辨获得信息，必须安装测试与记录装置，项目需一定的投入，现场有一些安装、调试与维护的工作量；统计综合法的特点典型负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。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本项目方案选择考虑的因素·山东电网负荷构成复杂，地区差异大，非线性和时变性负荷项目宜采用基于测试装置的总体测辨法进行建模山东总俸测辨法负着建樓的实施的负荷节点，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。负着特往祀录除置的构咸·硬件组成：负荷特性记录仪由彩色显示器、工控键盘，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、后动判据、数据波形回放，文件上传等模块组成。负着特住祀录除置的往饨采集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CT、PT精度0.2级，模拟量综合精度为0.5级负着槿型测辨方法⑥负荷建模过程的两个环节⑥确定结构：采用机理或非机理的数学矢系描述相矢量之间的代数或微分矣系；⑧辨识参数：在模型结构确定的基础上，利用辨识算法确定相矢参数，使模型响应与测试数据尽可能一致。樓型箱构的确虧的电动机来模拟，模型很难逼真，反映在模型精度低，参数收敛困难。⑧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。 感盗电幼机模型箱构的确虧机电暂态模型：三阶模型；凰机—工—工十¥&怛O>CT×1·1hhSZ&宾淋畅态槿世的形式不考虑频率变化，负荷的静态ZIP模型可表示为：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的模型的结构和参数。验方法来确定对动态特性有影响的各个参数数值系统1W入()J(%,)V.V配套设备研究配套设备研究辨识目的辨识方法研究辨识方法研究A~~现场实验~~现场实验星辨识模型方法最小二乘法、抛载法、人工神经网络法时域小扰动最小二乘法、静测法、线性多项式函数法PLPF、GE、时域小扰动最小二乘法、频域伪随机信号扰动法LSE,直接最小二乘积分法甩负荷试验、同步器扰动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、随机扰动测试法模及仿真系统，电力11个电机参数或9电力系统参数综合测试装置，多功能负荷动态特性检测装置机械液压、电液调节、机械离心式模型等静态：多项式、幕函数模型动态：3阶机理型模型、3阶传递函数模型、2阶非线性模型负荷模熨参数辨识方法⑥藏钳：最小二乘法，卡尔曼滤波，辅助变量法，以段线性多项回歸後牲一—优化搜崇：寻戰累优解使得镁差囱栋>梯度类：对于连续、光滑、单峰问题性能好；局部性、喜棒}生差，难处理干扰乔噪声>随机类：收敛性、全局性、鲁棒性好，效率低>模拟进化类：适用范围广，找到全局最优解可能性大，效率高进化规划法(EP)遗传算法(GA)进化策略(ES)模拟退火(SA)负荷类型数学模型辨识方法静态负荷多项式模型1.具约束LSE法2.线性BP网络法幕函数模型差法)2.线性BP网络法动态负荷三阶电动机模型具约束加权LSE法三阶传递函数模型线性积分滤波法线性或非线性差分方程模型1.辅助变量法2.线性BP网络法非参数ANN模型改进BP网络算法1345.>2任意选择其中两个个体作为父母4变异，即后代编码串中随机某一位(或两位)的突变负荷漠型参数辨识充程负荷漠型参数辨识充程文字据量总小波效定主过县出计无效1值V,有功电子号复负着建模怨件的俸系箱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矣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矢负荷信息，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。模型测试负荷建模数据管理数据接口负荷建模软件包数据预处理曾经开展的负荷建模工作一理论探索·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。曾经开展的负荷建模工作·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；·日本矢西电力公司“统计法负荷建模”·沙特西部电网空调负荷建模与电压恢复特性研究曾经开展的负荷建模工作一发表论文(1)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日本电气学会每会论文集2000.3曾经开展的负荷建模工作Improvementofshort-termvoltagestabilityusingenergystorageequipmentProceedingofInternationalConferenceonElectricalEngineering2000,JapanJuly,2000Variableadmittanceloadmodelingusingenergystorageequipment日本电气学会B部门大会论文集2000.8·VSI型电力扰动发生装置的实现电工技术杂志2004.10浆场负蔚建模走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