2023电力系统仿真用负荷模型建模技术要求

电力系统仿真用负荷模型建模技术要求II目次前言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1总则 3负荷模型 4含分布式电源的负荷参数确定 11负荷模型的选择 19含分布式电源的负荷参数管理 20附录A（资料性）特殊负荷模型 21附录B（资料性）负荷节点分类原则 23附录C（资料性）用电负荷分类 24附录D（资料性）分布式电源调查表格 26PAGEPAGE23电力系统仿真用负荷模型建模技术要求范围本文件规定了电力系统安全稳定计算用的电力负荷数学模型的建立方法。本文件适用于电网企业的调度运行和规划设计部门安全稳定分析计算中330kV/220kV/110kV电压等规范性引用文件GB38755电力系统安全稳定导则GB/T19963风电场接入电力系统技术规定GB/T19964光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T36237风力发电机组电气仿真模型GB/T32826光伏发电系统建模导则GB/T32892光伏发电系统模型及参数测试规程GB/T33592分布式电源并网运行控制规范GB/T33982分布式电源并网继电保护技术规范GB/T36547电化学储能系统接入电网技术规定GB/T40589同步发电机励磁系统建模导则GB/T40581电力系统安全稳定计算技术规范DL/T2246.9电化学储能电站并网运行与控制技术规范第9部分：仿真计算模型与参数实测术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1电力负荷electricalload注：如果供电区域内包括部分小电源（含常规同步发电机组和分布式新能源发电机组），而小电源的功率明显低于用电设备的功率，称为广义负荷。［来源：Q/GDW11537-2016，3.1］3.2负荷特性loadcharacteristics负荷功率随着负荷母线电压和频率变化而变化的规律，称为负荷特性。［来源：Q/GDW11537-2016，3.2］3.3静态负荷特性staticloadcharacteristics用代数方程描述的负荷功率与负荷端电压和/或频率之间的关系，称为静态负荷特性。［来源：Q/GDW11537-2016，3.3］3.4动态负荷特性dynamicloadcharacteristics用动态方程描述的负荷功率与负荷端电压和/或频率之间的关系，称为动态负荷特性。［来源：Q/GDW11537-2016，3.4］3.5分布式电源distributedresources;DR［来源：GB/T33982-2017，3.1］3.6A类分布式新能源distributednewenergyclassA通过35kV及以上电压等级并网，以及通过10(6)kV接入公共电网的新能源发电系统，含光伏发电系统、风力发电系统及分布式储能系统等。［来源：GB/T33982-2017，5.1，有修改］分布式电源并网继电保护技术规范3.7B类分布式新能源distributednewenergyclassB通过380V10(6)kV［来源：GB/T33982-2017，5.4，有修改］3.8光伏发电系统photovoltaic(PV)powersystem［来源：GB/T32826-2016，3.1.1］3.9风力发电机windturbine将风的动能转换为其他形式能量的系统。［来源：GB/T36237-2018，3.1.26］3.10电化学储能系统electrochemicalenergystoragesystem以电化学电池为储能载体，通过储能变流器进行可循环电能存储、释放的系统。注：一般包含电池系统、储能变流器及相关辅助设施等，对于接入10（6）kV及以上电压等级的电化学储能系统，通常还包括汇集线路、升压变压器等。［来源：GB/T36547—2018，3.1］3.11逆变器inverter将直流电变换成交流电的设备。［来源：GB/T32826-2016，3.1.2］3.12故障穿越faultridethrough当电力系统事故或扰动引起光伏、风力、储能发电系统并网点电压或频率变化时，在一定的电压、频率变化范围和时间间隔内，光伏、风力、储能发电站能够保证不脱网连续运行。［来源：GB/T32826-2016，3.1.6，有修改］3.13负荷模型loadmodel用于描述负荷特性的数学方程，称为负荷模型。［来源：Q/GDW11537-2016，3.5］3.14负荷建模loadmodeling确定描述负荷特性的数学方程及其参数，称为负荷建模。［来源：Q/GDW11537-2016，3.6］总则负荷模型应具有准确性、简洁性和通用性。准确性即要求负荷模型能够准确地反映出负荷对系统影响的外在特性。简洁性即要求描述负荷模型的方程简单明了。通用性即要求描述负荷的模型能够通用于电力系统机电暂态计算。负荷模型负荷模型的接入220kV（330kV）/110kV110kV对于某些特殊的重点局部电网和特殊省网，可将负荷模型接入更低电压等级母线上。对于大规模高电压等级规划计算时，在保证满足所要求的精度条件下，可将负荷模型接入合适电压等级母线上。负荷的基本模型负荷基本模型的结构基本模型用于描述在基波正序下的模型，未考虑谐波和负序的情况。ZIP1（Z）（I）（P）2（M）ZIPCLM（ClassicLoadModel）。此模型描述电压或频率较快变化时的负荷特性，模型由微分方程和代数方程组成。在CLM中，一般采用电动机（M）并联恒定阻抗（Z）的模型结构。CLM模型中感应电动机定子阻抗应包含感应电动机自身的定子阻抗与配电网阻抗。3ZIP、感应电动机（M）、补偿电容器（C）、配电网阻抗（R+jX（SLSynhessLoadModl在SLM中，当地方电源距离变电站母线较近而且电源功率与负荷功率之比超过25%时，宜考虑等效同步发电机（G），否则可与本地负荷抵消而不考虑等效发电机。4ZIP、（R+j（G、ABNSLM（NewSynthesisLoadModel）。此模型描述电压或频率较快变化、直接计及配电网分布式光伏、分布式风机和小电源影响时的负荷特性，模型由微分方程和代数方程组成。NSLM1ZIP2CLM3SLM4NSLM负荷基本模型的方程ZIPZIP模型通常采用多项式方程，见式（1）、式（2）、式（3）。 U

U

fPsPs0ApL

Bp

Cp1

UL0 UL0

f0

(1) U

U

fQsQs0AqL

Cq1 或

UL0 UL0

f0 U

U

f

dpPsPs0ApL

Bp

Cp

UL0 UL0

f0

(2) U

U

dqQsQs0AqL

Cq

UL0 UL0

f0pBpCp1ABC1

(3)式（1）～式（3）中：PS——有功功率；

q q qAp——有功负荷中恒定阻抗在静态负荷中所占的比例；Aq——无功负荷中恒定阻抗在静态负荷中所占的比例；UL——电压；Bp——有功负荷中恒定电流在静态负荷中所占的比例；Bq——无功负荷中恒定电流在静态负荷中所占的比例；Cp——有功负荷中恒定功率在静态负荷中所占的比例；Cq——无功负荷中恒定功率在静态负荷中所占的比例；Ldp——有功频率特性系数；Ldq——有功频率特性系数；f——频率；QS——无功功率。注1：下标0代表初始稳态值。2：dpFpdqFq3：CML。感应电动机感应电动机的等效电路如图5所示。（a）时变阻抗模型 （b）时变电势源模图5感应电动机的等效电路q 'E'jE'q 感应电动机的状态方程见式（4）～式（9）dE'

E'(XX')I d

d q1)E'0dt T0

b r qdE'

E'(XX')I q q d1)E'

(4)0dt T0

b r dTT rE Mdt JXX

X,X'X

XmXr,T'XmXr

(5)s m s

XX 0 Rs1

m r

(6)ωrωsTE'IE'I

(7)E dd qqT T

C,

rr

C

(8)M Mr r rT K1)1M Mr r r

(9)式（4）～式（9）中：

M L E ——同步坐标下的直轴暂态电势；X ——稳态电抗；X ——暂态电抗；Iq ——定子交轴电流；——转子绕组时间常数；——50Hz下的角速度；——转子角速度；——交轴暂态电势；Id ——定子直轴电流；TE ——电磁转矩；TM ——机械转矩；TJ ——惯性时间常数；Xs ——定子电抗；Xm ——激磁电抗；Xr ——转子电抗；Rr ——转子电阻；s ——滑差；ωs ——同步转速的标幺值；A，B，C——机械转矩系数KL ——负载率系数； ——与转速无关的阻力矩系数； ——与转速有关的阻力矩的方次。注：式（4）～式（9）的参数和变量都是电动机自身容量基值下的标么值。电动机模型不宜采用计及定子电磁暂态的高阶模型、不计定子和转子电磁暂态的低阶模型。可不考虑电动机饱和问题。同步电机模型SLM模型中等效同步发电机的模型，一般来说可以采用相对低阶的发电机模型，比如考虑励磁绕组 XdXEXdXETd0dt

Ef XX

XX

(10) d d d duEriXi,uEriXid d ad qq q q aq ddTdJdt

Drs)ME

(11)TrTT

(12)式（10）～式（12）中：Td0——直轴暂态时间常数；Eq——交轴暂态电势；

Jdt E MEf——转子励磁电势；Xd——直轴电抗；X——直轴次暂态电抗；X——交轴次暂态电势；ud——定子直轴电压；Ed——直轴次暂态电势；——定子回路电阻；id——定子直轴电流；Xq——交轴次暂态电抗；iq——定子交轴电流；uq——定子交轴电压。分布式光伏发电系统模型NSLM模型中等效A类分布式光伏发电系统的模型，应能模拟分布式光伏发电系统的有功功率控制、等效分布式光伏发电系统模型宜包含光伏发电单元模型、集电升压系统模型，以及控制系统模型。GB32826/T建立。6GB/T32826图6逆变器机电暂态分析模型连接关系图中，&——机电暂态分析模型中，逆变器交流侧三相电流相量；acIarray——机电暂态分析模型中，光伏方阵输出电流；P——机电暂态分析模型中，逆变器输出有功功率；Pm——机电暂态分析模型中，光伏方阵最大功率点功率；Pord——机电暂态分析模型中，逆变器有功功率控制指令；Q——机电暂态分析模型中，逆变器输出无功功率；Qord——机电暂态分析模型中，逆变器无功功率控制指令；Udc——机电暂态分析模型中，逆变器直流侧电压；Um——机电暂态分析模型中，光伏方阵最大功率点电压；&——机电暂态分析模型中，逆变器交流侧三相电压相量。term分布式风力发电系统模型NSLM模型中等效A类分布式风力发电系统的模型，应能模拟分布式风力发电系统的有功功率控制、分布式储能系统模型NSLM模型中等效A类分布式储能系统的模型，应能模拟储能系统的有功功率控制、无功功率控制、2246.9规定的模型建立。补偿电容器补偿电容器容量见式（13）。“-”表示注入母线无功功率，“+”表示吸收无功功率。U2LXC

(13)式中：Qc——补偿电容器无功功率；UL——虚拟母线的电压；Xc——补偿电容器容性电抗。计及配电网阻抗的方程计及配电网阻抗的方程见式（14）～式（16。 QXD PXDULU U j

(14) P2Q2 P2Q2 U2 , U2 XD

(15)式（14）～式（16）中：

P

QQD

(16)UL——虚拟母线的电压；U ——110kV母线的电压；——注入110kV母线的有功功率；RD——配电网的电阻；——注入110kV母线的无功功率；XD——配电网的电抗；——配电网的有功功率；QD——配电网的无功功率；——虚拟母线的有功功率；QL——虚拟母线的无功功率。1U0。注2：公式（14）～式（16）中各变量涵义参见图3（或图4），各参数和变量都是标么值，其基准值是统一的系统基准值。低电压情况下的负荷模型当负荷母线电压下降到门槛值之后，可考虑负荷低电压释放特性。PSD-BPA0.5p.u.，PSASP0.7p.u.，这一门槛值也可以由用户来设定。可经过几个周波时延后切除一定比例的负荷，为了保证计算的收敛性或可继续性，可将所有静态负荷特性都改为恒定阻抗负荷进行计算，电动机则继续保留。含分布式电源的负荷参数确定总体要求负荷模型的参数应该根据实际情况，选择采用统计综合法或总体测辨法加以确定，应验证与校核。负荷建模计算任务执行应支持手动、自动的方式。确定负荷参数的统计综合法7将这些用户的用电设备分类，并确定各种类型用电设备的平均特性；进行负荷调查，统计出各类用电设备所占的比重；按照电压等级由低到高逐级聚合，最终得到系统的负荷模型。图7统计综合法建模流程图对某个参数进行综合的基本公式见式（17）：ii

(17)式中：i——代表第i个类型；i——代表第i4C各类负荷的平均特性；各类负荷所占的比重；配电网络的参数。各类负荷所占的比重变化较大，应尽量采用实际负荷功率来获得。此外，负荷组成不宜分得过细。确定负荷参数的总体测辨法8从现场采集测量数据，并对数据进行虑噪预处理；选择负荷模型的结构与方程；根据现场采集的数据，辨识出负荷模型中的参数；a）～c）步获得多组参数后，需要进行参数综合，推荐取平均值。图8总体测辨法建模过程示意图采用总体测辨法时，SLM采用总体测辨法时，辨识方法需要具有适应性和鲁棒性。电力系统负荷参数的确定对于电力系统中所有负荷节点，应分类确定负荷参数，基本步骤如下：2～42对于典型母线，采用总体测辨法或者统计综合法确定其参数；将典型负荷节点的参数经过综合后，推广到同类其它负荷节点。电力系统负荷参数的校核与修正利用电网中发生大扰动时的动态数据，可通过故障仿真进行负荷模型校核与修正，基本步骤如下：确定除负荷模型外的其它模型参数准确；采用当前负荷模型参数，仿真实际系统事故；将仿真输出曲线与实际曲线进行对比，分析误差；如果输出误差较大，通过参数敏感度分析，对重点参数进行适当修正；c）、d）两个步骤，直到仿真输出能够拟合实际曲线。（（确定分布式电源参数的统计综合法分布式电源动态模型主要是从并网分布式电源各个模块的外部特性出发，避免了因内部结构不统计综合法根据分布式电源统计数据进行综合计算来获得分布式电源参数。统计综合法的基本9D；将调查得到的分布式新能源发电机按照并网点电压分为AB2ABAAAAABBBBB 图9统计综合法建模流程图光伏发电系统参数等值光伏阵列参数。在聚合前后，阵列的总容量应保持一致。AB18和19：mmC1Cii1

（18）式中：

nnC2Cjj1

（19）——A——A——B——BB（2和（2：mm1ii1

（20）式中：

nn2jj1

（21）——A——A——B——BAAK1_Ip_LV_EQ

SbSNEQ

IpLT1IpLTQ2Qt1Qt2I

SNEQ

SNEQpt1 1_Ip_LV_EQ EQ,t1

pset_LV_EQ S K2_Ip_LV_

= b bIp0EQmSNi 1Ipset_LV_EQ=S

TT

Ipset_LVi

（22）式中：

i1

NEQ

2iSb如以100VA；SNiiASNEQ——等值A类光伏的额定容量；IEQAIpLT11AIpLT2t2AIpt1——t1时刻各个A类光伏发电机汇集到220kV主变110kV侧的有功电流总和；VEQ,t1AVEQ,t2Ai第i个A（；2i第i个A110kV（标幺值；pI iA3；pset_LViK1_Ip_LV_EQA1；K2_Ip_LV_EQA2；pI A3；pset_LV_EQK1_Iq_LV_EQ

Sb SNEQ

ILT1ILT3Qt3Qt1K2_Iq_LV_EQ1I =

I

V qset_LV_

SNEQ

qLVRTEQ，t1

1_q_LV_Q LinQ Qt1Iqset_LV_EQ，f

=Iqset_LV_

Ipi2Xim-i1 mV S

（23）式中：

tEQ NEQSb如以100VA；SNEQ等值A类光伏的额定容量；IiAI1t1AILVRTE3t3A等值A类光伏的机端电压；VEQ,t1AVEQ,t3ALiQAXiiA220kV110kVK1_Iq_LV_EQA1；K2_Iq_LV_EQA2；Iqset_LV_EQA3；qI A3；qset_LV_EQ，fAApI 0psetLVREC0-EQIpKIpLVREC

= LVRECEQIp0EQKIqLVREC00IqsetLVREC0

qLVRECEQq

SbSNEQ式中：Sb如以100VA；SNEQ——等值A类光伏的额定容量；Ip0EQ——等值A类光伏的初始有功电流；pI ApLVRECEQI ALVRECEQKIpLVREC0——等值A类光伏穿越恢复起点时刻有功电流百分比系数1；pI A2；psetLVREC0-EQKIqLVREC0——等值A类光伏穿越恢复起点时刻无功电流百分比系数1；qI A2；qsetLVREC0EQAAIp0QIpLT0QKIp式中：

RECOVER

PI TPNIp0EQ——等值A类光伏的初始有功电流；pI ApLVRT0EQPI APN/T——等值A类光伏穿越恢复期间的恢复时间；IpK AIpRECOVERBBB2B2B21B1BB确定分布式电源参数的总体测辨法10从现场采集测量数据，并对数据进行虑噪预处理；选择分布式电源模型的结构与方程；根据现场采集的数据，辨识出分布式电源模型中的参数；a）～c）步获得多组参数后，需要进行参数综合，推荐取平均值。图10总体测辨法建模过程示意图分布式电源参数的校核与修正确定除分布式电源模型外的其它模型参数准确；采用当前分布式电源模型参数，仿真实际系统事故；将仿真输出曲线与实际曲线进行对比，分析误差；如果输出误差较大，通过参数敏感度分析，对重点参数进行适当修正；、（（负荷模型的选择在潮流计算中，对于运行点在额定值附近的正常情况，负荷特性不必考虑。在静态安全分析中，ZIPNSLMSLMCLMZIP含分布式电源的负荷参数管理含分布式电源的负荷参数管理的要求负荷参数管理的基本流程是：由电力调度机构组织开展负荷建模工作，进行模型校核，撰写负负荷参数实行动态管理：当系统中发生较大规模扰动时，应及时对负荷模型进行校验。如有修正需求，应上报分部进行审核。含分布式电源的负荷建模数据的来源含分布式电源的负荷建模数据的来源包括：220kV负荷构成与运行数据：可用于负荷站点分类和负荷模型参数生成,建议从营销业务系统、用电信息采集系统、调度自动化系统等系统获取；分布式电源运行数据：可用于分布式电源模型参数生成,建议从国网新能源云等系统获取；推荐的调度数据来源为调控云，营销、设备、营配贯通数据来源为数据中台；PMU/WAMS其它实测和实验数据，也可用于负荷模型参数、分布式新能源参数辨识与校核。含分布式电源的负荷建模报告的内容负荷建模报告的内容应包括：分布式光伏、分布式风机简况统计或者试验的时间和单位；基础数据缺失情况及缺失数据处理方案；含分布式电源的负荷建模方法；含分布式电源的负荷模型结构与方程；含分布式电源的负荷模型参数值；附录A（资料性）特殊负荷的输入输出模型当某些特殊负荷无法采用基本负荷模型描述，可采用输入/输出模型。主要表达形式有差分方程、传递函数和状态方程，通过仿真计算软件的用户自定义功能（UD），嵌入软件实现计算。以有功-电压方程为例，输入/输出模型的传递函数表达形式如图A.1所示。通常采用一阶模型，其传递函数模型见式(A.1)～(A.4)，其状态方程模型见式(A.5)，其差分方程模型见式(A.6)～(A.7)Gp(s)

TpsTps1

(A.1)g(U)P(U/U

)pu

(A.2)s 0 0gd)/U0PPsPd

)pd

(A.3)(A.4)TdPdPT

dgd)

P(0)0

(A.5)pdt

d p dt dP(k)a1P(k1)b0U(k)(k1)

(A.6)P(k)P(k)P0,P0

U(k)U(k)U0U0

(A.7)式(A.1)～(A.7)中：P ——功率的总量，采用标幺值；——静态分量，采