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華北電力大學電力系統(tǒng)負荷建模2定義：電力系統(tǒng)電壓和頻率發(fā)生變化時電力負荷從電網(wǎng)取用的有功功率和無功功率的變化稱為負荷特性，依據(jù)這一特性建立的數(shù)學描述模型稱為負荷模型。分類：靜態(tài)模型：有功、無功與電壓、頻率的代數(shù)關系；動態(tài)模型：有功、無功與電壓、頻率的微分關系；負荷節(jié)點：負荷建模針對方式計算中定義的負荷節(jié)點進行。該節(jié)點包括負荷群及供電線路、變壓器、無功補償?shù)取ｋ娏ω摵赡Ｐ偷幕靖拍?負荷建模的重要性負荷模型是電力系統(tǒng)仿真的基本環(huán)節(jié)，正確的模型對于潮流與穩(wěn)定計算至關重要；近年來大規(guī)模電力系統(tǒng)失穩(wěn)多為電壓失穩(wěn)，電壓失穩(wěn)與負荷特性關系尤為密切；電力市場化帶來的電力系統(tǒng)的新特征：電力系統(tǒng)越來越運行在接近極限的狀態(tài)；電源開發(fā)與電網(wǎng)控制技術的發(fā)展：HVDC、FACTS技術應用要求更為精確的負荷模型；資源、環(huán)境帶來負荷特性的新變化：新型負荷的出現(xiàn)，負荷的電力電子化，分布式電源的發(fā)展。4負荷建模的困難性電力負荷的隨機性；電力負荷的非線性；電力負荷的時變性；電力負荷的分散性；負荷建模遠不及發(fā)電機、勵磁器、調(diào)速器等其他系統(tǒng)設備的建模完善5負荷建模的兩類方法總體測辨法：在電網(wǎng)的負荷節(jié)點安裝測試記錄裝置，對測試數(shù)據(jù)采用辨識算法進行建模；統(tǒng)計綜合法：在對基本負荷特性進行調(diào)研與測試，建立模型庫的基礎上，對電網(wǎng)的各個負荷節(jié)點的負荷的成份、組成、分布進行調(diào)查，依據(jù)綜合理論建立總體模型。6總體測辨法的特點采用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，在擾動激勵充分的條件下，可以得到當時負荷的實際特性信息；采用辨識算法進行建模，許多成熟的辨識方法可以利用，同時，一些新的具有強綜合能力的辨識算法可以采用。模型的建立取決于測試到的數(shù)據(jù)，而有效的測試數(shù)據(jù)必須是在欲建模型的負荷區(qū)域之外發(fā)生較大擾動情況下獲得的，因而，數(shù)據(jù)的獲得具有一定的隨機性和被動性，項目實施時間較長；負荷特性表現(xiàn)出很強的非線性，如低壓脫扣可使特定負荷從電網(wǎng)獲得的功率跳變?yōu)榱悖煌瑪_動反映不同的負荷特性；負荷特性又表現(xiàn)出很強的時變性，特別是無功特性與時段、負荷水平密切相關，應將依據(jù)不同運行方式下測得的數(shù)據(jù)，建立不同的負荷模型；通過測辨獲得信息，必須安裝測試與記錄裝置，項目需一定的投入，現(xiàn)場有一些安裝、調(diào)試與維護的工作量；7統(tǒng)計綜合法的特點典型負荷的全局特性數(shù)據(jù)充分，在此基礎上建立的負荷模型可反映大范圍的非線性特性；在負荷統(tǒng)計過程中應獲取負荷的時段分布數(shù)據(jù)，將負荷水平與負荷特性相對應，得到負荷的時變特性；無需安裝測辨裝置，項目投資少。可利用已經(jīng)安裝在變電站的其他數(shù)據(jù)記錄裝置，驗證與修改統(tǒng)計綜合法得到的模型；基礎數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計方法獲得，項目實施時間易于控制。需通過大量調(diào)研與測試工作獲得典型負荷特性。由于同類負荷的分散性，典型負荷特性的確定必須通過大量實驗及負荷機理分析來綜合；大量的現(xiàn)場調(diào)研工作。從穩(wěn)定計算所涉及的母線出發(fā)，向下游逐層統(tǒng)計負荷的構成，以電力公司供電變電站到用戶的出線為基本單位統(tǒng)計負荷的類別、構成、時段分布特征等。8總體測辨法與統(tǒng)計綜合法的結合

兩種方法在具體建模中相互借鑒，相互作用。利用已有記錄裝置的部分數(shù)據(jù)，可驗證與修改統(tǒng)計綜合法得到的模型，這實際上就是在統(tǒng)計綜合法中用到了總體測辨法；而總體測辨法不可能在所有的負荷節(jié)點都安裝記錄裝置，必須采用統(tǒng)計綜合法將在某些點建立的模型推廣到其他負荷節(jié)點。9本項目方案選擇考慮的因素山東電網(wǎng)負荷構成復雜，地區(qū)差異大，非線性和時變性負荷多；大量人力開展負荷調(diào)研不現(xiàn)實；省局在該項目上的投資包括了測試裝置的費用；綜合以上因素及有關兩種建模方法的對比，該項目宜采用基于測試裝置的總體測辨法進行建模

10山東總體測辨法負荷建模的實施通過調(diào)查山東省的負荷組成，一期工程選擇6個變電站的負荷節(jié)點，裝設負荷動特性記錄裝置，以觀察負荷特性。在山東電力調(diào)度中心構建實用化的負荷實測建模平臺。在負荷動特性記錄裝置運行后，分析現(xiàn)場獲取的實測數(shù)據(jù)，建立符合實際的負荷模型。與中國電力科學院綜合程序（PSASP程序）的負荷模型子程序庫接口。將實測的負荷模型用于山東電網(wǎng)的穩(wěn)定仿真計算中，分析模型及計算結果的合理性。11負荷特性記錄裝置的構成硬件組成：負荷特性記錄儀由彩色顯示器、工控機、鍵盤，鼠標，GPS，各種信號調(diào)理插件等部分組成，裝置以組屏方式安裝；軟件組成：軟件主要有數(shù)據(jù)采集，高頻濾波、傅立葉變換，功率、頻率計算、啟動判據(jù)、數(shù)據(jù)波形回放，文件上傳等模塊組成。12負荷特性記錄裝置的性能采集32路電壓、電流模擬量，實時計算系統(tǒng)頻率反應于電壓突變和電壓越限量高效的數(shù)據(jù)遠傳組網(wǎng)能力接受GPS衛(wèi)星同步時鐘信號提供以太網(wǎng)接口和標準Modem接口采樣精度：14位A/D轉換采樣率：1200點/秒CT、PT精度0.2級，模擬量綜合精度為0.5級13負荷模型測辨方法負荷建模過程的兩個環(huán)節(jié)確定結構：采用機理或非機理的數(shù)學關系描述相關量之間的代數(shù)或微分關系；辨識參數(shù)：在模型結構確定的基礎上，利用辨識算法確定相關參數(shù)，使模型響應與測試數(shù)據(jù)盡可能一致。14模型結構的確定機理模型：采用慣用的結構和電氣參數(shù)描述，具有清晰的物理意義，易于為電網(wǎng)分析計算工程技術人員所理解、方式計算程序所接收。模型具有較好的穩(wěn)定性和外推能力。但這種模型的參數(shù)較多，辨識工作量大，計算較費時間。當負荷成分復雜時用單一的電動機來模擬，模型很難逼真，反映在模型精度低，參數(shù)收斂困難。非機理模型：采用傳遞函數(shù)、差分方程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等形式。具有參數(shù)較少，辨識工作量小。對于典型測試數(shù)據(jù)，模型逼真度高。模型外推能力差，物理意義不清晰，與常用計算程序接口困難。15由靜特性和感應電動機組合而成的負荷模型

16感應電動機模型結構的確定電磁暫態(tài)模型：五階模型；機電暫態(tài)模型：三階模型；機械暫態(tài)模型：一階模型。本項目選擇：機電暫態(tài)模型！17感應電動機模型的機電暫態(tài)模型電壓方程電勢方程功率方程轉矩方程18靜態(tài)模型的形式不考慮頻率變化，負荷的靜態(tài)ZIP模型可表示為：19辨識模型的形成將狀態(tài)變量和輸出量都轉換為電流量；將狀態(tài)方程進行線性化處理；將狀態(tài)量用觀測量置換。20辨識的定義辨識：就是從含有噪聲的輸入輸出數(shù)據(jù)中提取研究對象的模型的結構和參數(shù)。參數(shù)辨識：是在所研究對象的模型結構已知情況下,用試驗方法來確定對動態(tài)特性有影響的各個參數(shù)數(shù)值21辨識目的辨識方法研究工業(yè)試驗方案設計現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)分析處理校核論證配套設備研究模型參數(shù)確定YN辨識過程的一般步驟22辨識模型方法工業(yè)試驗方案研制設備或測試系統(tǒng)模型和參數(shù)類型發(fā)電機最小二乘法、拋載法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法時域小擾動最小二乘法、靜測法、拋載法發(fā)電機安全監(jiān)測兼無刷勵磁檢測系統(tǒng)，電力系統(tǒng)參數(shù)綜合測試裝置11個電機參數(shù)或9個電機參數(shù)勵磁系統(tǒng)FFT-LSE、分段線性多項式函數(shù)法PLPF、GE、ANN等時域小擾動最小二乘法、頻域偽隨機信號擾動法多功能在線測試、建模及仿真系統(tǒng)，電力系統(tǒng)參數(shù)綜合測試裝置自并激、交流三機系統(tǒng)、無刷勵磁實際模型等原動機及調(diào)速系統(tǒng)

LSE,直接最小二乘積分法DILS、PLPF等甩負荷試驗、同步器擾動多功能在線測試、建模及仿真系統(tǒng)機械液壓、電液調(diào)節(jié)、機械離心式模型等負荷LSE、輔助變量法IV、最小絕對殘差法MSAR、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、遺傳基因法現(xiàn)場人工擾動測試法、隨機擾動測試法電力系統(tǒng)參數(shù)綜合測試裝置，多功能負荷動態(tài)特性檢測裝置靜態(tài)：多項式、冪函數(shù)模型動態(tài)：3階機理型模型、3階傳遞函數(shù)模型、2階非線性模型四大參數(shù)辨識主要方法和模型一覽表23負荷模型參數(shù)辨識方法線性：最小二乘法，卡爾曼濾波，輔助變量法，分段線性多項式等非線性——優(yōu)化搜索：尋找最優(yōu)解使得誤差目標函數(shù)最小梯度類：對于連續(xù)、光滑、單峰問題性能好；局部性、魯棒性差，難處理干擾和噪聲隨機類：收斂性、全局性、魯棒性好，效率低模擬進化類：適用范圍廣，找到全局最優(yōu)解可能性大，效率高進化規(guī)劃法（EP）遺傳算法（GA）進化策略（ES）模擬退火（SA）24負荷模型辨識方法一覽表

25遺傳算法過程26負荷模型參數(shù)辨識流程27負荷建模軟件的體系結構負荷實測建模的平臺由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置部分和后臺的負荷建模與分析中心兩部分組成，其基本結構如圖所示。負荷建模與分析中心是負荷實測建模的核心部分。通訊服務器通過電話撥號網(wǎng)絡或者電力專線網(wǎng)絡收集到有關變電站的負荷特性信息。數(shù)據(jù)庫