考虑交直流配电网负荷组成时变性的负荷动态建模方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑交直流配电网负荷组成时变性的负荷动态建模方法。本发明专利技术采用的技术方案为：步骤1、将直流配电网近似解耦为直流逆变型电源；步骤2、对直流配电网各负荷组成分别进行简化等效，并进一步建立PCC点的广义综合负荷等效模型；步骤3、历史数据聚类和分类器训练；步骤4、基于故障录波仪记录的故障数据进行总体测辨法辨识，将辨识的结果建立模型参数库；步骤5、指定所需仿真场景，并根据分类结果选择先验性模型参数。本发明专利技术考虑不同时变性场景下的交直流配电网各负荷组成在暂态仿真中的参数选择问题，进一步为输电网层面的暂态仿真提高较为可靠的动态负荷模型，使得高比例可再生能源下的广义负荷模型的通用性迈出一大步。

【技术实现步骤摘要】
考虑交直流配电网负荷组成时变性的负荷动态建模方法
本专利技术属于交直流配电网负荷动态建模领域，具体地说是一种考虑交直流配电网负荷组成时变性的广义负荷动态建模方法。
技术介绍
近年来，风能、太阳能等新能源以较快的增速得到广泛的普及，除了集中式供电方式之外，大量的分布式能源以就地消纳的形式并入了中低压配电网；同时，分布式发电渗透率的提高也进一步促进了直流配电网的研究和普及，从而形成了交直流混合配电网的网架结构。但是分布式电源接入容量的不断增大，和交流混合配电网形式的出现，影响了传统交流配电网的结构，同时也使得潮流的流向发生了改变，进而使得配电网的运行特性和负荷特性也受到了影响。同时，大量分布式电源的波动性，即时变性使得传统负荷模型不再具有很好的泛化能力。而负荷模型的准确与否，将影响到电力系统仿真计算，从而影响到电网整体规划设计与运行调度。因此，针对分布式电源的时变性和交直流混合配电网网架结构下的广义负荷动态建模研究就显得极为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种考虑交直流配电网负荷组成时变性的广义负荷动态建模方法，该方法提供电力系统动态仿真中交直流混合配电网的动态等效模型，同时解决考虑交直流混合配电网中负荷、分布式电源时变性的先验性参数选择问题；该方法能够在电网各负荷组成大波动条件下比较合理的选择动态等效模型的参数，使得负荷动态模型误差分布控制在合理范围之内。为此，本专利技术通过以下技术方案实现：考虑交直流配电网负荷组成时变性的负荷动态建模方法，其包括以下步骤：步骤1、将直流配电网近似解耦为直流逆变型电源；步骤2、对直流配电网各负荷组成(如ZIP负荷、感应电动机、光伏、风电、储能等分布式能源)分别进行简化等效，并进一步建立PCC点的广义综合负荷等效模型；步骤3、历史数据聚类和分类器训练；步骤4、基于故障录波仪记录的故障数据进行总体测辨法辨识、将辨识的结果建立模型参数库；步骤5、指定所需仿真场景，并根据分类结果选择先验性模型参数。本专利技术针对大量分布式能源接入下的交直流混合配电网在电力系统动态仿真中的动态等效模型进行建模；并重点考虑了在复杂时变性场景下的动态等效模型先验性参数的解决方案。作为上述负荷动态建模方法的补充，所述的步骤1中，将交直流配电网按设定的逆变器功率进行解耦的方法如下：将直流配电网及其中的负荷、分布式电源等效为直流逆变型电源，将交直流混合配电网的负荷动态建模问题划归为交流电网中的负荷动态建模问题。所述的步骤1中，解耦方法分为以下两种情况：1)直流配电网作为交流配电网子网仅以一整流/逆变器相连当直流配电网中分布式电源出力Pgen高于直流负荷Pload时，该直流配电网等效于出力为(Pgen-Pload)直流逆变型电源，其运行机理上与光伏等效，该直流配电网动态特性主要与换流站整流/逆变器PI控制器策略和设定的PI控制参数kP、kI相关；按照光伏的等效方法，在并网点处等效为PQ控制外环；当直流配电网中直流电源Pgen出力低于直流负荷Pload时，该直流配电网等效为(Pload-Pgen)的整流型负荷，其动态特性由整流/逆变器在整流状态下的PI控制器决定，而功率方向为流向负荷方向；2)直流配电网作为交流配电网子网以多端整流/逆变器相连直流配电网中的有功控制方式常采用一主多从的控制方式，即对于主控制器，采用的是控制直流电压的策略；对于从控制器，采用定有功控制策略。对于定有功控制的整流/逆变器，其贡献给PCC点有功的部分在动态响应中同光伏采取定PQ控制相似；对于定直流电压的控制器，其直流电压在PCC点电压跌落后为先跌后恢复的响应过程，其响应曲线由直流电压控制器PI参数决定；对于直流配电网与交流配电网的无功功率交互，由于逆变器的有功无功解耦控制，每一个逆变器相当于一个单独的无功产生单元，因此直流配电网对PCC点提供的无功由各逆变器供应的无功进行叠加；直流配电网在动态过程中贡献给PCC点的无功部分主要由各整流/逆变器的无功PI参数决定；在一个含多逆变器的直流配电网中，在正常工况下各逆变器无功控制器PI参数设置接近，此时在并网点用一个无功外环近似等效。作为上述负荷动态建模方法的补充，所述的步骤2中对直流配电网各负荷组成分别进行等效，并进一步建立PCC点的广义综合负荷等效模型，其具体步骤如下：以ZIP负荷、感应电动机、风电、光伏和储能组成配电网；对每一种负荷组成，其模型如下：ZIP负荷模型为：上式中，PZIP、QZIP分别为动态过程中ZIP负荷的有功和无功，PZIP0、QZIP0分别为ZIP负荷初始时刻的有功和无功，UL、UL0分别为并网点动态过程中的线电压和初始时刻线电压。aP,bP,cP分别为有功恒阻抗系数、有功恒电流系数、有功恒功率系数，aQ,bQ,cQ分别为无功恒阻抗系数、无功恒电流系数和无功恒功率系数，各系数满足下式：感应电动机采用同步坐标系下的机电暂态三阶模型：式中：ωr为转子角速度；E′x,E′y分别为同步坐标下的直轴、交轴暂态电势；X＝Xs+Xm为稳态电抗；X′＝Xs+XmXr/(Xm+Xr)为暂态电抗；Xm为电磁电抗；XS为定子电抗；Xr为转子电抗；T′d0＝(Xm+Xr)/Rr，为转子绕组时间常数，Rr为转子电阻；Tj为惯性时间常数；TE为电磁转矩；TM为机械功率；Ix、Iy、ω分别表示实轴、虚轴电流和转子角频率，其中表达式如下：上式中，Rs为定子电阻，Ux、Uy分别为外电压实轴和虚轴分量，E′x、E′y分别为同步坐标下的感应电机直轴、交轴暂态电势，Ix、Iy分别表示感应电机实轴、虚轴电流。电磁转矩为：机械功率为：TM＝TM0(Aω2+Bω+C)，其中，A、B、C为机械转矩系数，ω0辨识感应电机的初始角频率；TM0为初始机械转矩；光伏和储能均属于直流逆变型电源，并网条件下其逆变器均采用双环控制策略，从而对设定功率进行跟踪，因此直流逆变型电源动态特性由变流器及其控制环节主导，在建模时将机械环节简化，主要考虑变流器及其控制环节的动态；内环控制时间常数较小，响应快，在建模过程中忽略其动态，从而将直流逆变型电源等效为简化PQ外环，PQ外环控制表达式如下：式中：idref和iqref为外环输出的内环电流参考值；Pref和Qref分别为有功和无功功率参考值；Psys和Qsys分别为系统有功和无功功率测量值；kpP和kiP分别为有功外环PI控制器比例和积分系数；kpQ和kiQ分别为无功外环PI控制器的比例和积分系数；s表示拉普拉斯算子；电流内环响应速度快：id＝idref；iq＝iqref，由于逆变器实现PQ解耦控制，有：式中，νd,νq,id,iq分别为电压实轴、虚轴分量以及电流实轴和虚轴分量；选用的风机类型为直驱永磁同步发电机，其控制策略采用故障过程功率支撑策略，其动态过程近似用下式描述：Pfault＝kpΔuPPMSG0，Pfault为故障过程中风机有功出力；PPMSG0为故障初始时刻风机有功；kpΔu为有功比例系数，与电压跌落幅度有关。作为上述负荷动态建模方法的补充，所述的步骤3，其具体内容为：1)输入为区域配电网负荷历史数据、气象历史数据；2)根据历史数据计算直流配电网各负荷组成(ZIP负荷、感应电动机、光伏、风电、储能)的占比，作为聚类特征向量；3)根据特征向量采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑交直流配电网负荷组成时变性的负荷动态建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将直流配电网近似解耦为直流逆变型电源；步骤2、对直流配电网各负荷组成分别进行简化等效，并进一步建立PCC点的广义综合负荷等效模型；步骤3、历史数据聚类和分类器训练；步骤4、基于故障录波仪记录的故障数据进行总体测辨法辨识，将辨识的结果建立模型参数库；步骤5、指定所需仿真场景，并根据分类结果选择先验性模型参数。

【技术特征摘要】
1.考虑交直流配电网负荷组成时变性的负荷动态建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将直流配电网近似解耦为直流逆变型电源；步骤2、对直流配电网各负荷组成分别进行简化等效，并进一步建立PCC点的广义综合负荷等效模型；步骤3、历史数据聚类和分类器训练；步骤4、基于故障录波仪记录的故障数据进行总体测辨法辨识，将辨识的结果建立模型参数库；步骤5、指定所需仿真场景，并根据分类结果选择先验性模型参数。2.根据权利要求1所述的负荷动态建模方法，其特征在于，所述的步骤1中，将交直流配电网按设定的逆变器功率进行解耦的方法如下：将直流配电网及其中的负荷、分布式电源等效为直流逆变型电源，将交直流混合配电网的负荷动态建模问题划归为交流电网中的负荷动态建模问题。3.根据权利要求2所述的负荷动态建模方法，其特征在于，所述的步骤1中，解耦方法分为以下两种情况：1)直流配电网作为交流配电网子网仅以一整流/逆变器相连当直流配电网中分布式电源出力Pgen高于直流负荷Pload时，该直流配电网等效于出力为(Pgen-Pload)直流逆变型电源，其运行机理上与光伏等效，该直流配电网动态特性主要与换流站整流/逆变器PI控制器策略和设定的PI控制参数kP、kI相关，按照光伏的等效方法，在并网点处等效为PQ控制外环；当直流配电网中直流电源Pgen出力低于直流负荷Pload时，该直流配电网等效为(Pload-Pgen)的整流型负荷，其动态特性由整流/逆变器在整流状态下的PI控制器决定，而功率方向为流向负荷方向；2)直流配电网以多个整流/逆变器与交流电网相连直流配电网中的有功控制方式常采用一主多从的控制方式，即对于主控制器，采用的是控制直流电压的策略；对于从控制器，采用定有功控制策略；对于定有功控制的整流/逆变器，其贡献给PCC点有功的部分在动态响应中同光伏采取定PQ控制相似；对于定直流电压的控制器，其直流电压在PCC点电压跌落后为先跌后恢复的响应过程，其响应曲线由直流电压控制器PI参数决定；对于直流配电网与交流配电网的无功功率交互，由于逆变器的有功无功解耦控制，每一个逆变器相当于一个单独的无功产生单元，因此直流配电网对PCC点提供的无功由各逆变器供应的无功进行叠加；直流配电网在动态过程中贡献给PCC点的无功部分主要由各整流/逆变器的无功PI参数决定；在一个含多逆变器的直流配电网中，在正常工况下各逆变器无功控制器PI参数设置接近，此时在并网点用一个无功外环近似等效。4.根据权利要求1所述的负荷动态建模方法，其特征在于，所述的步骤2对直流配电网中各负荷组成分别进行等效，并进一步建立PCC点的广义综合负荷等效模型，其具体步骤如下：以ZIP负荷、感应电动机、风电、光伏和储能组成配电网；对每一种负荷组成，其模型如下：ZIP负荷模型为：上式中，PZIP、QZIP分别为动态过程中ZIP负荷的有功和无功，PZIP0、QZIP0分别为ZIP负荷初始时刻的有功和无功，UL、UL0分别为并网点动态过程中的线电压和初始时刻线电压。aP,bP,cP分别为有功恒阻抗系数、有功恒电流系数、有功恒功率系数，aQ,bQ,cQ分别为无功恒阻抗系数、无功恒电流系数和无功恒功率系数，各系数满足下式：感应电动机采用同步坐标系下的机电暂态三阶模型：式中：ωr为转子角速度；E′x,E′y分别为同步坐标下的直轴、交轴暂态电势；X＝Xs+Xm为稳态电抗；X′＝Xs+XmXr/(Xm+Xr)为暂态电抗；Xm为电磁电抗；XS为定子电抗；Xr为转子电抗；T′d0＝(Xm+Xr)/Rr，为转子绕组时间常数，Rr为转子电阻；Tj为惯性时间常数；TE为电磁转矩；TM为机械功率；Ix、Iy、ω分别表示实轴、虚轴电流和转子角频率，其中表达式如下：上式中，Rs为定子电阻，Ux、Uy分别为外电压实轴和虚轴分量，E′x、E′y分别为同步坐标下的感应电机直轴、交轴暂态电势，Ix、Iy分别表示感应电机实轴、虚轴电流。电磁转矩为：机械功率为：TM＝TM0(Aω2+Bω+C)，其中，A、B、C为机械转矩系数，ω0表示感应电机初始角频率；TM0为初始机械转矩；光伏和储能均属于直流逆变型电源，并网条件下其逆变器均采用双环控制策略，从而对设定功率进行跟踪，因此直流逆变型电源动态特性由变流器及其控制环节主导，在建模时将机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志芳，张利军，徐晨博，孙轶恺，王蕾，戴攀，蒋才明，朱克平，庄峥宇，伍耘湘，郑秋宏，韩蓓，汪可友，李国杰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33