综合出线负荷的变电站负荷建模方法技术

本发明专利技术公开了一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法，本发明专利技术采用“自下而上”的方法建立负荷模型，首先对每条出线的负荷进行并行的建模，有效减少辨识的数据量，降低辨识的复杂程度，提高辨识的收敛速度；而后，基于变电站母线的实测数据，对每条出线负荷模型、配电网模型以及无功补偿模型所占的有功负荷和无功负荷所占的比例进行辨识，获得整个变电站的综合负荷模型。避免了权值选择的主观性，提高负荷建模的精度。本发明专利技术具有有效地提高所建负荷模型的精度；提高了电力系统数字仿真结果的精度和可行度，进而提高电力系统规划和运行水平的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于现代电力系统的负荷建模
，更具体地，涉及一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法。
技术介绍
目前数字仿真已成为电力系统规划、运行与控制中不可缺少的辅助手段。大量的计算与试验结果表明：负荷模型对电力系统动态仿真结果影响很大，对潮流计算、短路计算、安全分析、电压稳定等也有一定影响。在临界情况下，还有可能根本改变定性的结论。因此，精确建立负荷模型对电力系统安全稳定运行分析具有重要意义。目前的负荷建模主要采用统计综合法和总体测辨法。统计综合法是通过如下3个步骤完成建模的：(1)建立用电设备或元件的平均静态特性模型和动态特性模型；(2)统计用电设备或元件在各大类负荷中所占的比重；(3)根据设备或元件的模型以及相应的比重进行综合得到负荷模型。统计综合法得到的负荷模型物理概念清晰，易于被电力工程工作人员理解。但是，统计综合法存在如下问题：由于终端负荷种类繁多，通过实验确定各类终端负荷特性有一定的难度；且随着现代控制技术，特别是电力电子技术的应用，造成负荷随电压、频率变化特性呈非线性；同时，各类终端负荷在综合负荷中的比例构成受时间的影响是时变且不规律的，从而导致比例构成不易确定。统计综合法仅考虑元件的平均电气特性，且难以精确考虑负荷的时变性，权值通过经验得到，建模的精度比较低，直接影响了实际使用的效果。总体测辨法建模的基本思想是将负荷群作为一个整体，基于现场采集母线电压、频率、有功、无功数据，采用系统辨识理论确定负荷模型结构和参数。总体辨识法避免了大量的统计工作，具有强有力的理论依据-辨识理论。但是，总体辨识法由于综合了所有出线的负荷，负荷模型复杂多样，拟合参数较多，参数之间的相互作用会使得总体辨识法的收敛性和辨识精度受到影响。中国专利授权公开号：CN101789598A，授权公开日2010年7月28日，公开了一种电力系统负荷的建模方法，其步骤是：A、基于日有功负荷曲线的负荷分类；B、基于统计综合法的负荷建模；C、基于仿真分析的负荷模型参数灵敏度分析及范围分析；D、基于遗传算法的负荷模型参数节点辨识，以拟合本地扰动数据为目标，固定低灵敏度参数值为统计综合法调研参数值，采用遗传算法，进行节点辨识，得到符合多组负荷模型参数；E、基于WAMS的负荷模型参数广域校核，以节点辨识的多组解作为初值，以对系统广域动态特征的精确拟合为目标，校核负荷模型参数，得到准确反映系统在遭受扰动时的广域动态特性的唯一解。该专利技术的不足之处是，精度低和收敛精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服统计综合法难以考虑负荷的时变性、精度低和总体辨识法不易收敛以及收敛精度不高的不足，提供一种收敛速度快，能考虑负荷的时变性且精度较高的基于综合出线负荷模型的负荷建模方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法，所述变电站包括母线、L条出线、L个感应电动机、无功补偿装置、配电网设于配电网内的配电网负荷；配电网负荷与母线电连接，每条出线一端通过母线与配电网负荷电连接，每条出线另一端与各个感应电动机一一连接，无功补偿装置与母线电连接；其中，L条出线还与感应电动机的静态负荷电连接；母线包括进线侧母线和出线侧母线；所述变电站负荷建模方法包括如下步骤：(1-1)获取实测及标准参数数据：出线l检测数据：出线l稳态运行时的有功功率Pl，0，无功功率Ql，0，出线节点电压Ul，0和频率fl，0；出线l的第i个实测有功功率Pl，i，出线l的第i个实测无功功率Ql，i，出线l的第i个实测电压Ul，i和出线l的第i个实测频率fl，i；出线l所在虚拟母线节点的电压Ul；感应电动机数据：感应电动机的角速度ωr参数；检测的电力系统同步角频率ωB、系统实际角频率ω、电压的d轴坐标分量ul，d、电压的q轴坐标分量ul，q；变电站数据：无功补偿装置的补偿电容器的容抗参数Xc及检测的变电站所在母线节点电压U、电力系统的频率f、变电站所在母线测量点的有功功率P和无功功率Q；其中，l＝1，2，…，L；i＝1，2，…，N；N为每条出线上的数据点的总数；每条出线测量的数据点不同，第i个测量点是预先由N个数据点中选定的一个测量点，每条出线上只需测量一个数据点即可。(1-2)设定Pl,ZIP=Pl,0[kpl,1(UlUl,0)2+kpl,2(UlUl,0)+kpl,3]Ql,ZIP=Ql,0[kql,1(UlUl,0)2+kql,2(UlUl,0)+kql,3],]]>其中，Pl，ZIP为出线l的静态负荷模型的有功功率，Ql，ZIP为出线l的静态负荷模型的无功功率；零次项为恒定功率负荷，一次项为恒定电流负荷，二次项为恒定阻抗负荷；kpl，1、kpl，2、kpl，3分别为出线l的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的有功功率所占的比例；kql，1、kql，2、kql，3分别为出线l的负荷中的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的无功功率所占的比例；kpl，1、kpl，2、kpl，3、kql，1、kql，2、kql，3均为待定参数；(1-3)设定ded′dt=-1T0′ed′+xs-x′Rs2+(ωx′)2(Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωed′))+ωB(ω-ωr)eqdeq′dt=-1T0′eq′+xs-x′Rs2+(ωx′)2(Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ul,q-ωeq′))+ωB(ω-ωr)ed′dωrdt=1Hed′Rs2+(ωx′)2Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ωeq′)+eq′Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωed′)]-TDωrn,]]>其中，ed′为感应电动机暂态电势的d轴坐标分量，eq′为感应电动机暂态电势的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法，所述变电站包括母线(1)、L条出线(2)、L个感应电动机(3)、无功补偿装置(4)、配电网(5)、设于配电网内的配电网负荷(6)；配电网负荷与母线电连接，每条出线一端通过母线与配电网负荷电连接，每条出线另一端与各个感应电动机一一连接，无功补偿装置与母线电连接；其特征是，包括如下步骤：(1‑1)获取实测及标准参数数据：出线l检测数据：出线l稳态运行时的有功功率Pl，0，无功功率Ql，0，出线节点电压Ul，0和频率f1，0；出线l的第i个实测有功功率Pl，i，出线l的第i个实测无功功率Q1，i，出线l的第i个实测电压Ul，i和出线l的第i个实测频率fl，i；出线l所在虚拟母线节点的电压Ul；感应电动机数据：感应电动机的角速度ωr参数；检测的电力系统同步角频率ωB、系统实际角频率ω、电压的d轴坐标分量ul，d、电压的q轴坐标分量ul，q；变电站数据：无功补偿装置的补偿电容器的容抗参数Xc及检测的变电站所在母线节点电压U、电力系统的频率f、变电站所在母线测量点的有功功率P和无功功率Q；其中，l＝1，2，…，L；i＝1，2，…，N；N为每条出线上的数据点的总数；(1‑2)设定Pl,ZIP=Pl,0[kpl,1(UlUl,0)2+kpl,2(UlUl,0)+kpl,3]Ql,ZIP=Ql,0[kql,1(UlUl,0)2+kql,2(UlUl,0)+kql,3],]]>其中，Pl，ZIP为出线l的静态负荷模型的有功功率，Ql，ZIP为出线l的静态负荷模型的无功功率；零次项为恒定功率负荷，一次项为恒定电流负荷，二次项为恒定阻抗负荷；kpl，1、kpl，2、kpl，3分别为出线l的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的有功功率所占的比例；kql，1、kql，2、kql，3分别为出线l的负荷中的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的无功功率所占的比例；kpl，1、kpl，2、kpl，3、kql，1、kql，2、kql，3均为待定参数；(1‑3)设定ded′dt=-1T0′ed′+xs-x′Rs2+(ωx′)2(Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωed′))+ωB(ω-ωr)eqdeq′dt=-1T0′eq′+xs-x′Rs2+(ωx′)2(Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ul,q-ωeq′))+ωB(ω-ωr)ed′dωrdt=1Hed′Rs2+(ωx′)2Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ωeq′)+eq′Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωed′)]-TDωrn,]]>其中，ed′为感应电动机暂态电势的d轴坐标分量，eq′为感应电动机暂态电势的q轴坐标分量；xs为待定的定子电抗，Rs为待定的定子的电阻，TD为待定的负载系数，n为待定的与转速有关的阻力矩的次方；x′为暂态电抗，x′＝xs+xmxs/(xm+xs)，xm为待定的激磁电抗；T0′为待定的定子开路暂态时间常数，H为待定的电动机惯性时间常数；(1‑4)设定il,d=1Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ul,q-ωel,q′)]il,q=1Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωel,d′)],]]>其中，il，d为负荷电流的d轴坐标分量和il，q为负荷电流的q轴坐标分量；(1‑5)设定动态负荷模型为Pl,M=ul,dil,d+ul,qil,qQl,M=ul,qil,d-ul,dil,q,]]>其中，Pl，M为出线l的动态负荷模型有功功率，Ql，M为出线l的动态负荷模型有功功率；(1‑6)在计算机中建立每条出线l的负荷模型：Pl=(1-Kl,M)Pl,ZIP+Kl,MPl,MQl=(1-Kl,M)Ql,ZIP+Kl,MQl,M]]>其中，Pl为出线...

【技术特征摘要】
1.一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法，所述变电站包括母
线(1)、L条出线(2)、L个感应电动机(3)、无功补偿装置(4)、
配电网(5)、设于配电网内的配电网负荷(6)；配电网负荷与母线电
连接，每条出线一端通过母线与配电网负荷电连接，每条出线另一端
与各个感应电动机一一连接，无功补偿装置与母线电连接；其特征是，
包括如下步骤：
(1-1)获取实测及标准参数数据：
出线l检测数据：出线l稳态运行时的有功功率Pl，0，无功功率Ql，0，
出线节点电压Ul，0和频率f1，0；出线l的第i个实测有功功率Pl，i，出线l
的第i个实测无功功率Q1，i，出线l的第i个实测电压Ul，i和出线l的第
i个实测频率fl，i；出线l所在虚拟母线节点的电压Ul；
感应电动机数据：感应电动机的角速度ωr参数；检测的电力系统
同步角频率ωB、系统实际角频率ω、电压的d轴坐标分量ul，d、电压
的q轴坐标分量ul，q；
变电站数据：无功补偿装置的补偿电容器的容抗参数Xc及检测
的变电站所在母线节点电压U、电力系统的频率f、变电站所在母线
测量点的有功功率P和无功功率Q；
其中，l＝1，2，…，L；i＝1，2，…，N；N为每条出线上
的数据点的总数；
(1-2)设定Pl,ZIP=Pl,0[kpl,1(UlUl,0)2+kpl,2(UlUl,0)+kpl,3]Ql,ZIP=Ql,0[kql,1(UlUl,0)2+kql,2(UlUl,0)+kql,3],]]>其中，Pl，ZIP为
出线l的静态负荷模型的有功功率，Ql，ZIP为出线l的静态负荷模型
的无功功率；零次项为恒定功率负荷，一次项为恒定电流负荷，二
次项为恒定阻抗负荷；kpl，1、kpl，2、kpl，3分别为出线l的恒定阻抗负
荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的有功功率所占的比例；kql，1、
kql，2、kql，3分别为出线l的负荷中的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，
恒定功率负荷的无功功率所占的比例；kpl，1、kpl，2、kpl，3、kql，1、kql，2、
kql，3均为待定参数；
(1-3)设定
ded′dt=-1T0′ed′+xs-x′Rs2+(ωx′)2(Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωed′))+ωB(ω-ωr)eqdeq′dt=-1T0′eq′+xs-x′Rs2+(ωx′)2(Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ul,q-ωeq′))+ωB(ω-ωr)ed′dωrdt=1Hed′Rs2+(ωx′)2Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ωeq′)+eq′Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωed′)]-TDωrn,]]>其中，ed′为感应电动机暂态电势的d轴坐标分量，eq′为感应电
动机暂态电势的q轴坐标分量；xs为待定的定子电抗，Rs为待定的定
子的电阻，TD为待定的负载系数，n为待定的与转速有关的阻力矩的
次方；x′为暂态电抗，x′＝xs+xmxs/(xm+xs)，xm为待定的激磁电抗；
T0′为待定的定子开路暂态时间常数，H为待定的电动机惯性时间常数；
(1-4)设定il,d=1Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,d-ωed′)+ωx′(ul,q-ωel,q′)]il,q=1Rs2+(ωx′)2[Rs(ul,q-ωeq′)-ωx′(ul,d-ωel,d′)],]]>其中，il，d为负荷电流的d轴坐标分量和il，q为负荷电流的q轴坐标
分量；
(1-5)设定动态负荷模型为Pl,M=ul,dil,d+ul,qil,qQl,M=ul,qil,d-ul,dil,q,]]>其中，Pl，M为出线l的动态负荷模...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎静华，兰飞，杨晓雨，贾雍，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45