（电力系统及其自动化专业论文）实测负荷模型参数及其对动态仿真影响的研究.pdf

华北电力人学g y i - i : 学位论文 摘要 本义使川负荷建模系统程序，进行了感应电动机负荷模型参数灵敏度分 析，分析了感应电动机负荷的各 个参数在各自 发生摄动的情况下对系统测点 处无功的7i v 响。本文结合实际电网中安装 p m u 所得的实测数据，在综合程序 ( p s a s p )中通过调节综合负荷模型的参数，与仿真软件中常用的负荷模型 进行了 细致的比 较。 另外， 针对仿真时将低压侧建立的负荷模型直接用于高 压侧的问题，在综合程序中对 2 2 0 k v上的负荷经变压器移至 6 6 k v母线做了 仿真比较分析。 本文对简化负荷模型参数作了初步的工作，对简化参数辨识 和未 简化参数辨识在曲 线拟合和加入综合程序中仿真都进行了比较， 并对后 续工作提出了展望。 关键词:动态仿真，负荷模型，感应电动机，综合程序 abs t r ac t i n t h i s t h e s i s , l o a d m o d e l i n g s y s t e m p r o g r a m i s a d o p t e d , t o a n a ly z e s e n s i t i v i t y o n l o a d m o d e l p a r a me t e r s o f i n d u c t i v e m o t o r , a n d t o a n a l y z e t h e i n fl u e n c e o n r e a c t i v e p o w e r r e s u l t i n g f r o m e a c h p a r a m e t e r o f m o t o r l o a d m o d e l o c c u r r i n g p e r t u r b a t i o n r e s p e c t i v e l y i n s y s t e m m e a s u r e m e n t p l a c e s c o m b i n e d w i t h me a s u r e d d a t a t h r o u g h p mu i n a c t u a l e l e c t r i c a l n e t w o r k , c o m p a r e l o a d m o d e l w i t h t h e c o m m o n u s e d b y s i m u l a t i o n s o f t w a r e , b y a d j u s t i n g p a r a m e t e r s o f s y s t e m a t i c l o a d m o d e l i n p s a s p . i n a d d i t i o n , d i s c u s s t h e c o m p a r i s o n r e s u l t o f l o a d s h i f t i n g f r o m 2 2 0 k v t o 6 6 k v v i a t r a n s f o r m e r i n p s a s p , r e g a r d i n g t h e i s s u e a b o u t d i r e c t a p p l i c a t i o n o f l o a d m o d e l i n h i g h v o l t a g e s i d e w h i l e c o n s t r u c t e d i n l o w v o l t a g e s i d e . wh a t i s m o r e , p r e l i m i n a r y w o r k s o f s i m p l i 行 i n g l o a d - m o d e l i n g p a r a m e t e r s i s d o n e , a n d c o m p a r e t h e p a r a m e t e r s s i m p l i f i e d w i t h t h o s e n o n - s i mp l i fi e d b o t h i n c u r v e f i t t i n g a n d s i m u l a t i o n s a d d e d i n t o p s a s p . f i n a l l y , t h e a u t h o r o f t h e t h e s i s a l s o r e f e r s t o t h e s u b s e q u e n t r e s e a r c h i n t h e 角t u r e wa n g j i n g g a n g ( c l e c t r i c p o w e r s y s t e m a n d i t s a u t o ma t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f . h e r e n m u ke y wor d s : d y n a m i c s i mu l a t i o n , l o a d m o d e l i n g , i n d u c t i o n mo t o r , p s a s p 二脸.0口 尸明 本人郑! r : 声明: 此处所捉交的硕士学位论文 实测负荷模型参数及其对 动态仿真影响的研究 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师 指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中 特别加以 标注和致谢之处外，沦文中不包含其他人己经发表或撰写过的 研究成果， 也 不 包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名:日期 : 关于学位论文使用授权的说明 本人完个了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学 校有权保管、 井向有关部门 送交学位论文的原件与复印 件; 学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被 查阅或借阅;学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文;同 意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内 容。 ( 涉密的学位沦文在解密后遵守此规定) 作者鉴名:导师签名: 日期: 口 毕北电力大学硕 f : 学位论文 第一章 引言 日前电力系统数字 仿真己 成为电力系统设计、 规划、运行的主要工具， 相应的决策无不以数字仿真结果为依据。 仿真结果的准确性对电力系统的安 全、可 靠、经济运行具有重要的影响。电力系统各元件的数学模型以及由 其 构 成的全系统数学模型是数字仿真的基础，其准确与否直接影响着仿真结果 和以仿真结果为基础而产生的决策方案。长期以 来，人们对于发电 机、调速 系统、励磁系统、变压器和输电线路等元件在行为机理和现场实测方面进行 了 深入研究，提出了 适应不同仿真精度要求的数学模型。而对于作为电力系 统中重要模型之一的负荷模型， 则比 较简单， 往往从基本物理概念出发， 采用 理想化的模型， 如: 恒功率、 恒阻抗、 恒电流或三者的组合。负荷模型的过分 粗糙己成为制约电力 系统仿真计 算精度的关键因素。因负荷模型不准确而得 出的过于乐观或悲观的系统分析结果，可能给电力系统的规划、 运行带来不 可粉 1 鼠的损失 ，因此，建立切合实际的负荷模型具有十分重要的现实意义。 负荷特性对电力系统仿真计算结果的影响 人星研究结果农明负荷特性对电 力系统仿真计算结果具有重要影响，其 表现在不同的负荷特性对电力系统的 暂态稳定、小信号动态稳定、电压稳定 和潮流计算具有不同程度的影响，在临界情况下， 计算结果可能发生质的变 化。 1 )负荷模型对潮流计 算的影响 1 i ? i ; g负 荷建模工作组 1 9 8 8年在北美电力系统的 8 5个企业调查结果显 示，在事故前 后的静态潮流计算中，绝大多数采用恒功率负荷模型，仅少数 采川功率依电压变化的负 荷模型。 仿真计算实践表明，当电网运行条件良 好 时，节点电压运行于额定值附近， 采用恒功率负荷模型的潮流计算一般不 存 在收敛性问题f 卜 互 对 j 气 运行条件恶化的电网，例如故障后断开线路或切除发 电机组等，系统电压偏离额定值较大时， 采用恒功率负荷 模型的潮流计算则 存在 收敛性问题，而采用考虑实际负荷功率随电压变化特性的负荷模型 ( 例 如，幕函 数等模型)时，潮流计算的收敛性就可以得到改善。也就是说， 采 月 j 恰当的负荷模型能改善潮流的收敛性及计算精度。 2 )负荷模型对暂态稳定计算的影响 负荷模 !) 对暂态稳定计算的 影响是通过负荷功率随电压、频率的变化影 响作 用于 加速或减速发电 机转子上的过剩转矩来表现的，也就是说，负荷消 毕北电力大学硕 f : 学位论文 第一章 引言 日前电力系统数字 仿真己 成为电力系统设计、 规划、运行的主要工具， 相应的决策无不以数字仿真结果为依据。 仿真结果的准确性对电力系统的安 全、可 靠、经济运行具有重要的影响。电力系统各元件的数学模型以及由 其 构 成的全系统数学模型是数字仿真的基础，其准确与否直接影响着仿真结果 和以仿真结果为基础而产生的决策方案。长期以 来，人们对于发电 机、调速 系统、励磁系统、变压器和输电线路等元件在行为机理和现场实测方面进行 了 深入研究，提出了 适应不同仿真精度要求的数学模型。而对于作为电力系 统中重要模型之一的负荷模型， 则比 较简单， 往往从基本物理概念出发， 采用 理想化的模型， 如: 恒功率、 恒阻抗、 恒电流或三者的组合。负荷模型的过分 粗糙己成为制约电力 系统仿真计 算精度的关键因素。因负荷模型不准确而得 出的过于乐观或悲观的系统分析结果，可能给电力系统的规划、 运行带来不 可粉 1 鼠的损失 ，因此，建立切合实际的负荷模型具有十分重要的现实意义。 负荷特性对电力系统仿真计算结果的影响 人星研究结果农明负荷特性对电 力系统仿真计算结果具有重要影响，其 表现在不同的负荷特性对电力系统的 暂态稳定、小信号动态稳定、电压稳定 和潮流计算具有不同程度的影响，在临界情况下， 计算结果可能发生质的变 化。 1 )负荷模型对潮流计 算的影响 1 i ? i ; g负 荷建模工作组 1 9 8 8年在北美电力系统的 8 5个企业调查结果显 示，在事故前 后的静态潮流计算中，绝大多数采用恒功率负荷模型，仅少数 采川功率依电压变化的负 荷模型。 仿真计算实践表明，当电网运行条件良 好 时，节点电压运行于额定值附近， 采用恒功率负荷模型的潮流计算一般不 存 在收敛性问题f 卜 互 对 j 气 运行条件恶化的电网，例如故障后断开线路或切除发 电机组等，系统电压偏离额定值较大时， 采用恒功率负荷 模型的潮流计算则 存在 收敛性问题，而采用考虑实际负荷功率随电压变化特性的负荷模型 ( 例 如，幕函 数等模型)时，潮流计算的收敛性就可以得到改善。也就是说， 采 月 j 恰当的负荷模型能改善潮流的收敛性及计算精度。 2 )负荷模型对暂态稳定计算的影响 负荷模 !) 对暂态稳定计算的 影响是通过负荷功率随电压、频率的变化影 响作 用于 加速或减速发电 机转子上的过剩转矩来表现的，也就是说，负荷消 华北电力人学硕 i : 学位论文 耗 的 功率 随电 压 的 变化 将影 响 发电 机 的 输 入输出 功率 的不 平 衡， 进 而影 响 功 角的偏移和系统第一摆的稳定性。在对实际负荷特性缺乏了 解的情况下， 人 们一直认为 采川悲观的负荷模型可以 确保系统的安全运行，实际上由于电力 系统的复杂性，同一种负荷特性处于系统的不同 地点和在不同的故障条件下 对系统稳定的 影响不同，很难找到一个负 荷模型使得系统的分析结果总是偏 于乐观或总是偏干悲观。 例如实际负荷特性为恒电流，其功率随电 压幅值变 化，而采用恒阻抗来表示时， 则负荷功率随电 压的平方变化，当 负荷点位于 加速的发电 机附近，得到的分析结果偏于悲观，因为恒阻抗模型加剧了 发电 和功率消耗的不平衡; 若负荷位于减速的发电 机附近，则得到的分析结果偏 于乐观。相反，用恒功率模型表示恒电 流特性时，若负荷位于加速的发电 机 附近，得到的分析结果偏于乐观:若负荷位于减速的发电机附近，得到的分 析结果则偏于悲观。国外一联合系统的计算分析也证实，当降低地区负荷对 电 压的灵敏度时，如粱该地区在送端，则联络线的送电功率极限 将增大:若 在受端，w! q i ix 络线的送电功率极限将降低。所以有必要对分析系统建立切合 实际的负荷模型，而不能根据经验一 概地采用某种负荷特性。另外，研究结 果表明采川i il l 态负荷模型不足以准确描述系统在电压和频率变化较大情况 一f 的 负 荷 特性， 例如， 文 献 3 2 1 在 研究 加 拿 大安 大 略西 北部 一 个 局部系 统 从 1 1. 联大系统解裂后的动态行为时， 发现采用静态负荷模型和采用动态模型的 计算结果相去甚运， 所以该文献特别强调在较大电压、频率波动情况下的暂 态稳定计算中采用动态负荷模型的必要性。需要指出的是，在评价负荷模型 对暂态稳定的影响时主要考察模型对诸如最大传输功率、极限 切除时1p 1 等稳 定极限的影响。 3 )负荷模型对小信号动态稳定计算的影响 区域振荡可能涉及分布于系统中的许多发电 机组，造成系统电 压、频率 的显著变化。在这种情况下，负荷的电压、频率特性对振荡的镇定具有重要 影响。抑制振荡的镇定源除励磁控制系统外， 还有负荷特性、原动机转矩一 一速度特性和发电机阻尼绕组。 阻尼绕组对抑制近区发电机间的局部振荡具 有较好的效w，但随右发! 匕 机问阻杭的增大. 其抑制振荡的效果逐渐变差， 并_p 其没有抑制l x . 域 ff i li 振荡的作用。因此，在分析区域振荡时，除考虑发电 机励磁控制系 统的作川外，原动机转矩一一速度特性和负荷特性则是应该考 虑的重 i - ! - l 索。份遍认为负荷的频率特性对系统的阻尼具有重要影响。 的 负 荷模型对电月 、 稳定计算的影响 电) j %: 稳定的计算与电力系统其他的定量计算相比较， 对负荷模型的依赖 程度更强。在电仄稳定问题分析的文献中， 凡提及对电压稳定影响因素及仿 华北电力火学硕_ 1: 学位论文 真元件模型时，必首推负荷特性和负荷模型，这是因为负荷特性是电压失稳 过程中最活跃、 最关键的因素。在 1 9 8 3 年瑞典电压崩溃事故的仿真计算中， 开 始采川的筋,r ! 的加态模型无法解释电压崩溃全过程， 而后采用计及感应电 动机、照明、冰箱、空调等用电设备特性的比 较详细的负荷模型时刁 给整个 过程以合理解释。又如通过研究电压稳定域与幂函数静态负荷模型中幂指数 的 关系， 说明了负荷特性对电压稳定的影响。文献 1 2 1 则以感应电动机为负 荷模型利用时域动态仿真研究电 压稳定的机理和电动机参数的变化对电压 稳定计算结果的影响。 综上所述，负荷特性对各种电力系统仿真计算结果都有不同程度的影 响.而现有的负荷模型还一 于 分粗糙 。因此 ，迫切需要建立符合实际的负荷模 型 。 z电力负荷建模的发展与现状 人们早在2 0 世纪3 0 , 4 0 年代就已 经认识到负荷模型对电力系统分析的 重要性，并j r 始研究负荷随电压和频率变化的静态和动态负荷特性，这一阶 段可以说是负荷建模的萌芽期。 到了 (6 0 -7 。年代， . 山于数字电 子计算机及控制理论的发展，电力系统 这门工程学科焕发了新的活力。 人们大量采用计算机进行复杂电力系统的仿 真，与其他系统元件模型一样，负荷建模工作有了相当的进展，除提出了最 常用的恒阻抗、恒电流和恒功率负荷模型以 外，还在计算中采用了感应电动 机、多项式和幂函数等负荷模型。这些负荷模型参数的确定当时主要靠定性 估计，并辅以静态函数拟合，系统辨识理论尚处在发展阶段，还没有广泛引 入到电力负荷建模中来。 6 0 年代末 7 0 年代初，山于对电力系统仿真计算精度要求的提高， 发电 机、原动机和调速系统等元件的 模型愈来愈精确，而负 荷模型由 于其特殊的 困难性基本上停留在原来的水平。 为了)j t 创负荷建模的新局面，美国电力科学研究院 ( e p r i )主持了一项 庞大的研究计划，其 卜 要 目的是致力于统计综合法 ( c o m p o n e n t - b a s e d m o d e l i n g 仰 p r-o a c ,h ) 负 荷建 模的 研究。 研究 工 作在 加拿 大 和美国 同 时 展开 ， 美国的 。 x :， 、 大学负责建模方法的研究， g e 公司负责通过现场试验对建模方 烈 、 进布 j : 评价。 该方法是在实验室里确定每种典型负荷 ( 例如荧光灯、 电冰箱、 1 _ 业电动机、空il 11 等)的平均特性方程;然后在一个负荷点上统计一些特殊 时刻负荷 ( 如夏季峰恤负荷、冬季峰值负荷)的组成， 即每种典型负荷所占 的百分比，以及配电线路和变压器的数据，最后综合这些数据得出该负荷点 o # ：l e l 址力大学硼i j 学位论文 真，i 件模型l i , l ，必酋推负荷特性和负荷模型，这是因为负荷特性是电压失稳 过程l _ 1 1 墩活跃、最关键的因索。在1 9 8 3 年瑞典电压崩溃事故的仿真计算中， 玎始采川的简i v 的l 挣念模，科无法解释电压崩溃全过程，而后采用计及感应i u 动机、照1 1 j 、冰柑、空渊等川电没备特性的比较详细的负荷模型时才给整个 过程以合理解释。又如通过研究电压稳定域与幂函数静态负荷模型中幂指数 的关系，说明了负1 岢特性对电压稳定的影响。文献 1 2 则以感应电动机为负 荷模型利用时域动念仿真研究电压稳定的机理和电动机参数的变化对电压 稳定计算结粜的影响。 综上所述，负荷特性对各种电力系统仿真计算结果都有不同程度的影 响而现有的负荷模型还十分粗糙。因此，迫切需要建立符合实际的负荷模 型。 1 2 电力负荷建模的发展与现状 人们早在2 01 1 i = 纪3 0 、4 0 年代就已经认识到负荷模型对电力系统分析的 重要性，并丌始研究负蘅陋电压祁频率变化的静态和动念负荮特性，这一阶 段可以说是负荷建模的萌芽期。 到了6 ( ) 一7 01 ：1 三代，i i - 1 ：数字电子计算机及控制理沦的发展，电力系统 这门工程学科焕发了新的活力。人们大量采用计算机进行复杂电力系统的仿 真，与其他系统元件模型一样负荷建模工作有了相当的进展，除提出了最 常用的恒阻抗、恒电流和恒功率负荷模型以外，还在计算中采用了感应电动 机、多项式和幂函数等负荷模型。这些负荷模型参数的确定当时主要靠定性 估计，并辅以静态函数拟合，系统辨识理论尚处在发展阶段，还没有广泛引 入到电力负荷建模中来。 6 0 年代术7 0 年代初，由于对电力系统仿真计算精度要求的提高，发电 机、原动机和调速系统等元件的模型愈来愈精确。而负荷模型由于其特殊的 困难性基本上停留在原来的水平。 为了丌刨负荷建模的新局面，美国电力科学研究院( e p r i ) 主持了一项 庞大的硎究划：i - 璎目的是致力于统计综合法( c o m p o n e n t b a s e c i m o d e lin ga p l ) o a c h ) 负荷建模的研究。研究工作在加拿大和美国同时展丌， 荧国的r e x a s 大学负责建模方法的研究，g e 公司负责通过现场试验对建模方 法进行b 1 2 价。该力法灶n ! 实验室坦确定每种典型负荷( 例如荧光灯、电冰箱、 一l 业ic i 动机、! 蠢渊等) 的平均特性方程；然后在一个负荷点上统计一些特殊 时刻负荷( ! f l f 爱辱峰值负荷、冬季峰值负荷) 的组成即每种典型负荷所占 的百分比，以及配电线路和变压器的数据，最后综合这些数据得出浚负荷点 扛北i 也力人学坝l ：学位论文 的负荷模，科。e p r i 经过多年的努力发表了许多研究报告，并且研制了到目前 为“：统计综合法负简建模r ”最具影响的软件包e p r il o a d s y n 。该软件使用时 前提f j ei 种数州：m 衙f _ | | 成，【! | 】各类负荷( 民用、商业、：l 业等) 在总负们 t | 所i 与的阿分比；各类负荷中各用电设备( 荧光灯、电动机、空调等) 所占 l - g f f 0 ：符川l u 没箭的平均特性。但由使用者必须提供的只有第一种数据，后 两种数捌j 以采用软件包提供的典型值。这给软件包的使用者提供了定的 方便。 8 0 1 = - i t l ) i 后，随着系统辨识理论的同趋丰富与完善，加之计算机数据采 集与处理技术的发展，一种新的负荷建模方法一一总体测辨法 ( m e a s u r e u l e n t b a s e dm o d e l ir i ga p p r o a c h ) 以其简单、实用、数据直接来 源于实际系统等多种优点受到广大电力负荷建模者的关注。该方法的基本思 想足将负倘群作为一按体，先在现场进行人为扰动试验或在线捕捉自然扰 动采集测量数据，然后山现场采集的数据辨识负荷模型的结构和参数，最 后，再用| k = 嫩的实测数掘验证模型的外推内差效果。中国、美国、加拿大等 囤榭继研制丁大批1 乜力负衙特性记录仪用来记录负荷扰动数据，并以这些测 量数据作为依掘和最终捡验标准开展负荷特性研究工作，不断吸收系统辨识 理论的最新成果，推动负荷建模工作不断向前发展。 je e l ；负荷建楼j ：作组l 自1 9 8 2 年成立以来，对归纳总结负荷建模的研究 成果和指导负荷建模的研究起到了重要作用。1 9 9 3 年的报告统一了负荷建模 中的许多述语和定义，总结了不同类型负荷、不同分析目的的负荷模型的构 造技巧和需要考虑的重要方面。1 9 9 5 年2 月的报告列出了国际上学者们在负 荷建模研究中提出的许多有价值的负荷模型以及他们的文献和著作，以期望 推动负荷建模的进一步研究和实际应用，同时也作为负荷建模标准化的补 充。1 9 9 5 年8 月的报告推荐了用于电力系统潮流计算和动态仿真的标准化负 荷模型。 华北f u 力大学系统控制研究所长期进行负荷模型的实测辨识和模型的有 效性研究，先后与河北省调、福建省调和广东省调合作进行模型的应用研究。 于1 9 9 9 ， j6 月在广州地区安装了动态负荷测辨系统，经过现场运行得到了 大量数掳| ；，并通过实际算例对动态负荷模型的有效性进行了较为深入的研 究。并提出了一种新的时变适应的负荷模型，简称综合负荷模型。综合负荷 模型采t 1 1 卜i 阶感应i _ u 动机 ：联负荷静特性的模型结构。如图2 一l 所示。 牛北i 乜力大学顿l 学位论文 综合负荷模型共有1 4 个独立参数，它包括三阶感应电动机部分8 个参数， 即：i ；r ，。，x 。，月，x ，一，剀7 和扩展z i p 部分的4 个参数，即： 【t ”，k 。，k 叫，o 邮】，以及新定义的两个k p 。和m 口。其中，k ，用来分配初始 有功功率，m ，为额定初始负荷率系数。设负荷总的初始有功功率为只，总 的无功为骗，感应电动机的初始有功为尸j 则定义k 。为 k 。，= 聒晶 ( 1 _ 2 一 ) 定义m 。为 = 慨) ( 洗 ( 1 - 2 - 2 ， 从j ( 2 2 ，2 2 ) 、( 2 - 2 2 3 ) ，可推导出 ， ；= k 。昂 ( 1 2 - ：i ；) ，= ( 苦 胜h 等 ( 岛 z 州 式中p ，为感应电动机的仞始有功功率；为感应电动机的额定容量。 幽( 卜2 4 ) 可以看出，模型结构中感应电动机的容量能够自动跟踪负荷的总 的有功功率初值只的变化，所以是一种容量自适应的模型结构。 1 3 建立符合实际的负荷模型的意义 1 1 _ ：l 力负衙魁i b 力系统的重要组成部分，负荷模型的参数选择是否合适， 对电力系统的分析和控制有着重要影响。不恰当的负荷模型会使计算分析结 粜与实际情况不千t - 敏，或偏1 ：乐观或偏于保守，从而造成系统的潜在危险 或造成资源的浪费。 当我国电网结构以省级独立电网或电气联系紧密的区域电网为主体时， 负荷模型对系统稳定汁算结果的影响不很明显，因此，当时负荷建模工作并 没有得到广泛重视。当我国进入大区电网豆联阶段时，负荷模型对系统稳定 计算结果的影响问题变得非常突出。在东：t k - 华北交流互联系统的安全稳定 仁北u 力人学坝 学位论义 分析中，第一次发现采用不同模型模拟东北电网负荷时，东北网内部一些莺 艇断i f l i ；定微瞰汁钾结果相差很大。由于无法判断哪种负荷模型更能反映j “ 尔北i l l 刚负0 0 的。艾际特性，j 圈此对计算结果的准确与否缺乏判断，最终给系 统稳定分析及控制措施的选择造成了困难。其后发现负荷模型问题不仅存在 二j ：东北一华，i t ；互联系统r h 也存在于川渝一华中系统及华北一华中系统稳定性 分析中。随着全国联网工作的不断深入，建立能真实反映特定电网负荷特性 的模型已成为当f j f 迫切需要解决的问题。 负荷模型的问题在我国是具有普遍性的，负荷模型的测试研究对我国各 网负荷模型的研究都有重要的参考价值。负荷模型的研究，是研究全国联网 格局，研究交流互联系统联网规模，分析联网系统稳定眭问题的重要基础。 对于全吲联网以及备大电网的安全稳定运行具有极其重要而深远的影响。 1 4 本文的研究内容和主要贡献 夺史j bj ：负荷记象仪现场录取的数据，分析了感应电动机参数的灵敏 度。并结合柴实际f ：_ i 嘲使i f | = | 综合程序( p s a s p ) 进一步做了综合负荷模型参 数的灵敏度分析的研究工作。具体而苦，包括： 1 刨刈从现场安城的负特地录仪所得的实测数据，使用负荷建模系统程 序，进行了感应电动机负荷模型参数解析灵敏度分析，分析了感应电 动帆负荷的各个参数在各自发生掇动的情况下对系统测点处无功的影 响，以及在同一个电压扰动下的同一个时刻( 包括电压的凹陷和凸变 的时刻) 感应电动机的各个参数变化引起系统无功的动态响应。 2 谯综合襁序：c l 入实测负荷模型的仿真 在综合程序的仿真中，分析比较了实测负荷模型和其他模型的仿真 结果。 研究了系统动态对不同地点的负荷模型灵敏度。 在仿真过程中，做了增大k ，、减小肘时的分析研究。 仿真分析了在低压侧建立的负荷模型直接用于高压侧时出现的现 象。 3 简化参数辨识所作的初步工作 固定1 2 个参数，只放开k ，、蚝的区间的参数辨谚 的研究分析， j i l 达到了较好的拟和效果的。 静念负衙模型参数对拟合效果影响的分析。 键出了简化参数辨识的话续- 工作 华.比电力人学硕 卜 学位论文 分析中， 第一次发现采用不同 模型模拟东北电网负荷时，东北网内部一些重 要断i f 稳定极限计算结果相差很大。由于无法判断哪种负荷模型更能反映出 东北电网负荷的实际特性， 因此对计算结果的准确与否缺乏判断，最终给系 统稳定分析及控制措施的选择造成了困难。 其后发现负荷模型问 题不仅存在 于东 匕 一 华北互联系统中。也存在于川渝一 华中系统及华北一 华中系统稳定性 分析中。随着全国联网工作的不断深入，建立能真实反映特定电网负荷特性 的模型己 成为当 前迫切需要解决的问 题。 负荷模型的问题在我国 是具有普遍性的，负荷模型的侧试研究对我国 各 网负荷模型的 研究都有重要的参考价 值。负荷模型的研究，是研究全国联网 格局，研究交流互联系统联网规模， 分析联网系统稳定性问题的重要基础。 对于全国联网以及各大电网的安全稳定运行具有极其重要而深远的影响。 4 本文的研究内容和主要贡献 本文1 ,j 几 负荷记录仪现场录取的数据，分析了 感应电动机参数的灵敏 度，; 卜 结合某实际电网使用综合程序 ( p s a s p )进一步做了综合负荷模型参 数的灵敏度分析的研究工作。具体而言，包括: 钊对从现j f j 女装的负荷记 录仪所得的实测数据，使用负荷建模系统程 序，进行了 感应电动机负荷模型参数解析灵敏度分析，分析了 感应电 动机负荷的各个参数在各自 发生 摄动的情况下对系统测点处无功的影 响，以 及在同一个电压扰动下的同一个时刻 ( 包括电压的凹陷 和凸变 的时刻) 感应电动机的各个参数变化引起系统无功的动态响应。 2 .在综合程序加入实测负 荷模型的仿真 i 在综合程序的仿真中，分析比较了实测负荷模型和其他模型的仿真 结果。 y 研究了系统动态对不同地点的负荷模型灵敏度。 在 仿 真 过 程 中 ， 做 了 增 大 k p , , 减 小 m ， 时 的 分 析 研 究 。 仿真分析了 在低压侧建立的负荷模型直接用于高压侧时出现的现 象。 3 .简化参数辨识所作的初步工作 i-,l 定1 2 个参 数， 只 放开k r、 m ool 的区 间 的参 数 辨识的 研 究分 析 ， j 日i. 达到了较好的拟和效果的。 y静态负荷模型参数对拟合效果影响的分析。 卜提出了简化参数辨识的后续土作 华北电力大学硕 卜学位论文 第二章 实测负荷模型参数灵敏度分析 2 . 1 实测负荷建模中的感应电动机负荷 电力综合负荷是电力系统的重要组成部分， 其中感应电动机负荷是最主 要的动态成分。 常用的负荷动态模型为考虑感应电动机机械暂态过程得负荷 动态模型和考虑感应电动机机电暂态过程得负荷动态模型。因此，在电力系 统动态仿真计算中，感应电动机模型是最常用的动态负荷模型( 通常称之为 机理模型) 。然而，感应电动机模型对电 力系统综合负荷的描述能力究竟如 何 ， 并 未受 到 足够的 重 视。 国 外对 感 应电 动 机等值问 题 的 研究开 展得 较早， 但足，这些研究均有两个前 提条件: 被研究对象是个数己知的感应电 动机构 成的 匕 力负荷群而非 般意义上的综合负荷;并且，每个感应电动机的参数 必须已 知。由 飞 实际土难以 准确获得每个感应电动机的参数， 且所选定的感 应电动机台数很难覆盖综合负荷所包含的实际所具有的感应电动机。因此， 该方 法! l i 得机理模型难以 实现比较精确的等值。 国内在使用感应电动机等效 综合动态负荷时，普遍忽略异时、 异地负荷构成的异常复杂性，而一成不变 地采用 “ 典型参数”感应电动机作为动态综合负荷模型。研究表明， “ 典型 参数” 的感应电 动机模型无法准确的 描述实际综合负荷。 解决这一问 题的可 行和有效的办法是基于现场实测综合负荷记录的总体辨识建模。 总体测辨法是通过现场实测的电 力负荷特性数据， 利用系统辨识具体负 荷群的等值感应电动机负荷模型. 华北电力大学系统控制研究所长期进行负 荷模型的实测辨识和模型的有效性研究，通过安装的动态负荷测辨系统，经 过现场运行得到了大鼠数据，并通过实际算例对动态负荷模型的有效性进行 了 较为深入的 研究，提出了一种新的时变适应的负荷模型，简称综合负荷模 型。综合负荷模型共有 i a 个独立参数，它包括三阶感应电动机部分 8个参 数， 即 :r , , x , x r . , x . , h , a , b f . 各 个参 数的 变 化对 系统 动态 仿 真有 什 么j 0 i, 响、1 q , 个参数的变化对仿真结果的影响有多大，这些都是本章所要解决 的问题。 木章针对从现场安装的负荷记 录仪所得的实测数据，使用负荷建模系统 程序， 进行一j 感应电动机负荷模型参数解析灵敏度分析， 得出了感应电动机 负荷的各个参数在各自 发生摄动的情况下对系统测点处无功影响的变化趋 势， 在i司 一个电压扰动下的同一个时刻 ( 包括电压的凹陷和凸变的时刻) 感 应电动机的各个参数变化引起系统无功怎样的动态响应，以及感应电动机的 华北电力大学硕 卜学位论文 第二章 实测负荷模型参数灵敏度分析 2 . 1 实测负荷建模中的感应电动机负荷 电力综合负荷是电力系统的重要组成部分， 其中感应电动机负荷是最主 要的动态成分。 常用的负荷动态模型为考虑感应电动机机械暂态过程得负荷 动态模型和考虑感应电动机机电暂态过程得负荷动态模型。因此，在电力系 统动态仿真计算中，感应电动机模型是最常用的动态负荷模型( 通常称之为 机理模型) 。然而，感应电动机模型对电 力系统综合负荷的描述能力究竟如 何 ， 并 未受 到 足够的 重 视。 国 外对 感 应电 动 机等值问 题 的 研究开 展得 较早， 但足，这些研究均有两个前 提条件: 被研究对象是个数己知的感应电 动机构 成的 匕 力负荷群而非 般意义上的综合负荷;并且，每个感应电动机的参数 必须已 知。由 飞 实际土难以 准确获得每个感应电动机的参数， 且所选定的感 应电动机台数很难覆盖综合负荷所包含的实际所具有的感应电动机。因此， 该方 法! l i 得机理模型难以 实现比较精确的等值。 国内在使用感应电动机等效 综合动态负荷时，普遍忽略异时、 异地负荷构成的异常复杂性，而一成不变 地采用 “ 典型参数”感应电动机作为动态综合负荷模型。研究表明， “ 典型 参数” 的感应电 动机模型无法准确的 描述实际综合负荷。 解决这一问 题的可 行和有效的办法是基于现场实测综合负荷记录的总体辨识建模。 总体测辨法是通过现场实测的电 力负荷特性数据， 利用系统辨识具体负 荷群的等值感应电动机负荷模型. 华北电力大学系统控制研究所长期进行负 荷模型的实测辨识和模型的有效性研究，通过安装的动态负荷测辨系统，经 过现场运行得到了大鼠数据，并通过实际算例对动态负荷模型的有效性进行 了 较为深入的 研究，提出了一种新的时变适应的负荷模型，简称综合负荷模 型。综合负荷模型共有 i a 个独立参数，它包括三阶感应电动机部分 8个参 数， 即 :r , , x , x r . , x . , h , a , b f . 各 个参 数的 变 化对 系统 动态 仿 真有 什 么j 0 i, 响、1 q , 个参数的变化对仿真结果的影响有多大，这些都是本章所要解决 的问题。 木章针对从现场安装的负荷记 录仪所得的实测数据，使用负荷建模系统 程序， 进行一j 感应电动机负荷模型参数解析灵敏度分析， 得出了感应电动机 负荷的各个参数在各自 发生摄动的情况下对系统测点处无功影响的变化趋 势， 在i司 一个电压扰动下的同一个时刻 ( 包括电压的凹陷和凸变的时刻) 感 应电动机的各个参数变化引起系统无功怎样的动态响应，以及感应电动机的 华. 比电力人学(0 1学位论文 各个参数引起的响应是一种什么样的变化趋势。 基于灵 敏度分析结果，结合 综合负荷模型建模的机理，分析了 感应电 动机参数变化对系统无功影响的原 因。 2 . 2 综合负荷模型中的感应电 动机模型结构 三 阶 感 应 电 动 机 部 分 待 辨 识 的 参 数 有8 个 ， 包 括 c r ., , x , x , rx , , i i , a , b j , 他 们都 是电 动 机 容量 基值 下的 标么 值: z i p 模 型 部 分 待辨 识的 参 数有4 个 ， 包 括t k r r , k , , k t)r , 标丫 除以 上1 2 个 参数 外， 为 了 将 所 有模型 参 数标 么 化还 定 义了 参 数k ， 和m y . 其中， k ， 用 来分 配 初 始 有 功 功率， m ， 为 额 定初 始负 荷 率 系数 设负 荷总 的 初始 有 功功 率为几 ， 总 的 无功 为q 感 应电 动机 的 初始 有 功为p , 则 定 义k ，为 k 。= p o / p o ( 2 - 2 - 1 ) 定义 m 。 为 m = ( - p . - l l ( u . l 戈 n m i) ) / u b ) ( 2 - 2 - 2 ) 从j 弋 ( i - ;i - 4 ) 、( 3 一 3 一 5 ) ，可推导出 n = k,几 ( 2 - 2 - 3 ) 一 -11;m il一/ ( lit)u,)二p, - k,m u )入 uoub ( 2 - 2 - -4 ) 式 中八 .为 感应电 动 机的 初 始 有功 功 率; 几稍 为 感 应电 动机 的额 定 容量 。 引 入 k m 和 m i l 的一 个 原因 是 为了 实 现 感应电 动机 容量s m a 对负 荷 初始 功 率 p 的动态跟踪。 设负荷总的初始有功功率为 几( m w ) ;总的初始无功功率 为 q , ( pa r ) ;初始电 压为 ix , ( k v ) ， 并设以 上 1 4 个模型参数为己知，则由 式( 3 - 3 - 6 ) , ( 3 - 3 - 7 ) 可 得p o . s . 因编 的 确定 与p o 有 关， 故 与p n 成比 例， 这 就 保证了 感 应电 动 机的 额定容 量s m n 能自 动 跟踪 这 种变 化， 从 而 保证电 动 机 的 初始 淤差8 , 和 初始 功率 因 数c o s o ，均 在正 常的 取值范 围 之内 ， 可正 确地 计算出初始无功功率 叭，并可得并联的 z i p模型所占的初始功率为 (p o - p o ) + j( 0 o - y o ) , 据 此就 可以 迭 代 求解 负 荷在电 压波 动 下的响 应。 下1 11 1 推ip 感应电动机吸收无功计算的具体公式。- 设 :认，弓，r , , x ,., x , , r , , x , , h , a , b ( 皆 为 在电 动机 容 以ill值 卜 ic j 标么祝 ) 均为已) ;! l o 那么: x ii a = x , + x m ( 2 - 2 - 5 ) x ., , , = x ., + x ( 2 - 2 - - 6 ) 华. 比电力人学(0 1学位论文 各个参数引起的响应是一种什么样的变化趋势。 基于灵 敏度分析结果，结合 综合负荷模型建模的机理，分析了 感应电 动机参数变化对系统无功影响的原 因。 2 . 2 综合负荷模型中的感应电 动机模型结构 三 阶 感 应 电 动 机 部 分 待 辨 识 的 参 数 有8 个 ， 包 括 c r ., , x , x , rx , , i i , a , b j , 他 们都 是电 动 机 容量 基值 下的 标么 值: z i p 模 型 部 分 待辨 识的 参 数有4 个 ， 包 括t k r r , k , , k t)r , 标丫 除以 上1 2 个 参数 外， 为 了 将 所 有模型 参 数标 么 化还 定 义了 参 数k ， 和m y . 其中， k ， 用 来分 配 初 始 有 功 功率， m ， 为 额 定初 始负 荷 率 系数 设负 荷总 的 初始 有 功功 率为几 ， 总 的 无功 为q 感 应电 动机 的 初始 有 功为p , 则 定 义k ，为 k 。= p o / p o ( 2 - 2 - 1 ) 定义 m 。 为 m = ( - p . - l l ( u . l 戈 n m i) ) / u b ) ( 2 - 2 - 2 ) 从j 弋 ( i - ;i - 4 ) 、( 3 一 3 一 5 ) ，可推导出 n = k,几 ( 2 - 2 - 3 ) 一 -11;m il一/ ( lit)u,)二p, - k,m u )入 uoub ( 2 - 2 - -4 ) 式 中八 .为 感应电 动 机的 初 始 有功 功 率; 几稍 为 感 应电 动机 的额 定 容量 。 引 入 k m 和 m i l 的一 个 原因 是 为了 实 现 感应电 动机 容量s m a 对负 荷 初始 功 率 p 的动态跟踪。 设负荷总的初始有功功率为 几( m w ) ;总的初始无功功率 为 q , ( pa r ) ;初始电 压为 ix , ( k v ) ， 并设以 上 1 4 个模型参数为己知，则由 式( 3 - 3 - 6 ) , ( 3 - 3 - 7 ) 可 得p o . s . 因编 的 确定 与p o 有 关， 故 与p n 成比 例， 这 就 保证了 感 应电 动 机的 额定容 量s m n 能自 动 跟踪 这 种变 化， 从 而 保证电 动 机 的 初始 淤差8 , 和 初始 功率 因 数c o s o ，均 在正 常的 取值范 围 之内 ， 可正 确地 计算出初始无功功率 叭，并可得并联的 z i p模型所占的初始功率为 (p o - p o ) + j( 0 o - y o ) , 据 此就 可以 迭 代 求解 负 荷在电 压波 动 下的响 应。 下1 11 1 推ip 感应电动机吸收无功计算的具体公式。- 设 :认，弓，r , , x ,., x , , r , , x , , h , a , b ( 皆 为 在电 动机 容 以ill值 卜 ic j 标么祝 ) 均为已) ;! l o 那么: x ii a = x , + x m ( 2 - 2 - 5 ) x ., , , = x ., + x ( 2 - 2 - - 6 ) 华北电力大学倾 卜 学位论文 戈 = x . x ， 十 龙x, + x, 弋 ( 2 - 2 - 7 ) z= r +i x, +( j x , ) ( r + j x , ) r + j ( x, + x. )一 _iy( 2 - 2 - 8 ) p 十 i 0= u* ! = u 2 * f 所以有: r e a l ( f ) 一 乓 u q r 七x. ( 2 - 2 - 9 ) rr 一 x , , + j ( r ., x *十 r x .