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1、第 5 讲 电力负荷建模I. 负荷建模原则与结构1.1 原则1.可用性原则n电力负荷建模的特点使得各负荷点、时间点都 “定量精确”建模极其困难n但至少要做到“定性”正确n“可用”负荷模型的的最基本要求是能够反映负荷的实际本质特征2. 实用性原则n模型尽量简单n最好与现有程序衔接n方法尽量简单3. 针对性原则n国外做法不能完全照搬n借鉴外国经验，针对我国实际情况n走一条有中国特色的负荷建模之路1.2 目标n 总体目标：理论 工程化 生产力n 现阶段目标：建立重要负荷的分区、分类、分时的模型和参数范围。1.3 结构1.3.1 经典模型（CLM）P+jQ110 kV等值静态负荷U等值电动机配网无功补
2、偿220 kV35 kVn经典负荷模型（CLM）结构较多采用感应电动机加ZIP模型，这种模型保留了等值电动机结构，真实地描述了 用于动态稳定计算地综合负荷的动特性。但该模型结构也存在一些不足：（1）模型的静态部分没有考虑配电系统阻抗的影响；（2）模型的感应电动机定子电抗计及配电系统阻抗时，没有考虑配电系统的无功补偿及静态负荷的影响，这将导致配电系统等值阻 抗的压降增加，恶化电动机的运行条件；（3）模型静态部分的无功功率可能有负的恒定电流和恒定功率成分，即被处理成无功电 源，可能导致系统仿真稳定水平大幅度提高 ，影响极限运行方式仿真计算的可信度。1.3.2 综合负荷模型（SLM）220 kVP+
3、jQ110 kV等值静态负荷U配电网等值阻抗等值电动机配网无功补偿RD+jXDULPL+jQL35 kV虚拟低压母线II. 在线综合建模系统2.1 建模策略（1）分类（2）在线（3）综合（4）实用n分类。如果每个负荷节点都要建立不同 的负荷参数，则不管是负荷建模还是应 用于计算，都是不现实的。但如果全网 所有负荷节点都采用相同的负荷参数， 虽然简单，却不符合实际。因此，提出 分类确定负荷参数。n也就是将220kV变电站按照其性质进 行分类，认为每一类负荷节点的特性 大致相同，可以采用同一种参数。一 般来说，分为34类是合适的，那么 全系统就是34种负荷参数。这样， 既避免了每个负荷节点采用不同
4、参数 带来的过分繁琐，又避免了所有负荷 节点都采用相同参数带来的过分粗略 。n在线。如果对于负荷进行一次建模工作 后，就想一劳永逸，是不符合电力负荷 实际情况的。当然，实际系统结构和负 荷构成的变化也是逐步的、缓慢的。因 此，本项目提出在线调用各种数据、在 线分析负荷构成、在线分类、在线确定 参数，从而进行负荷建模定期（比如按 照季节）更新，达到负荷建模长效动态 管理的目的。 n综合。这里的“综合”，包括综合运用各 种建模方法、综合利用各种数据来源两 个涵义。一方面，以往进行负荷建模时 数据来源大都单一。而目前拥有 SCADA系统、故障信息系统、WAMS 系统、负控系统等。所以提出充分地、 综
5、合地利用现有的各种数据，开展负荷 建模工作。n另一方面，从负荷建模的方法来看，目 前已经形成了三种方法，即统计综合法 、总体测辨法和故障仿真法。由于很难 对每一个节点都进行统计，也很难对每 一个负荷节点都安装测量装置。因此， 单一地采用统计综合法或者总体测辨法 都是困难的。所以本项目提出综合应用 几种方法，汲取各种方法所长加以互补 。 2.2 建模方法（1）统计综合法（2）总体测辨法（3）故障仿真法（4）综合方法n综合方法的基本步骤（1）根据各节点的日负荷曲线，自动 进行各节点负荷构成特征分析，这一步 类似统计法（2）采用聚合分类理论，以负荷构成 比例、空调比例、小水电比例作为分类 指标，对所
6、有负荷节点进行分类（3） 根据重要性和代表性，确定每类 负荷节点中的典型节点，每类一般选择 2个节点 （4）在典型节点安装数据采集装置， 深入搞准典型节点的负荷模型参数， 参 数由基于动态实测的辨识法和基于负控 的在线统计综合法共同给出（5）根据分类情况，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（6）利用系统测量数据，校核负荷模型 及参数，这一步类似故障仿真法1. 负荷分类特征n动态负荷比例，但事先难以获得n较易获得（1）工业负荷比例（2）空调负荷比例（3）电源比例2.3 特征分析与节点分类n日负荷曲线很容易从 EMS 获得（1）将日负荷曲线划分为4个时间段：低谷、早高峰、平
7、缓和晚高峰（2）确定每个时间段中的典型时间区间 （3）求解各典型时间区间负荷功率平均值（4）构造负荷构成的方程式（5）求出各负荷在各时间区间上的比例2. 负荷构成分析n具体实施时，采用了实用化的方法： （1）分离出小水电比重较大的特殊类型 负荷。（2）收集所有负荷节点的冬季日负荷曲 线信息，对负荷节点用电情况进行构成 分析，得出该节点的似工业负荷比例。3. 负荷节点分类（3）根据节点的冬季的似工业负荷比例 ，得到负荷节点的基础分类。 （4）进一步分析夏季各节点的负荷变化 ，尤其是空调负荷情况。 （5）修正夏季负荷节点的分类类型。 n 河南电网负荷站点的分类结果根据河南电网2004年冬季负荷站点
8、日负荷曲线，按照上述方法，分类结果如下表所示。聚类数目聚类负荷站点编号3类1，4，5，6，7，11，12，15，16，17，18，21，24，26，28，29，31，33， 34，35，37，38，44，45，48，49，51，52，54，55，56，57，58，60，61， 62，64，65，67，68，69，702，3，8，13，19，20，22，23，25，27，30，32，36，39，40，41，42，43 ，47，50，53，63，669，10，14，46，594类1，4，5，6，7，11，12，15，16，17，18，21，24，26，28，29，31，33， 34，35，37，3
9、8，44，45，48，49，51，52，54，55，56，57，58，60，61， 62，64，65，67，68，69，702，19，20，22，23，25，27，47，50，663，8，13，30，32，36，39，40，41，42，43，53，639，10，14，46，595类1，4，5，6，7，11，12，15，16，17，18，21，24，26，28，29，31，33， 34，35，37，38，44，45，48，49，51，52，54，55，56，57，58，60，61， 62，64，65，67，68，69，702，19，20，22，23，25，27，47，50，663，8，13，30
10、，32，36，39，40，41，42，43，53，639，46，5910，14n由运行结果可见，该分类方法既保持了负 荷类型的相对稳定性，又能反映负荷类型 的适当变化。n分类结果与电网实际情况基本吻合。n提高了负荷建模的实用性与可行性。 n分别在每一类负荷节点中挑选13个典 型节点安装测量装置（负荷测量装置、 PMU、故障录波）n 模型n 误差n 优化2.4 在线总体测辨方法1. 基本原理n仅辨识重点参数，其他参数取典型值n定子电抗Xsn电动机初始负载率 KLn电动机惯性电动机比例PMP n时间常数Tjn这样既可以确保模型的可辨识性，又 能提高辨识速度 2. 辨识策略n蚁群优化算法（Ant C
11、olony Optional algorithm，ACO） 3. 辨识方法4. 参数搜索范围n太大影响准确性和搜索效率n太小不能覆盖可能的参数n电动机比例 PMP ：0.10.8n定子电抗 Xs：0.100.40n初始负载率 KL：0.30.8n惯性时间常数 Tj：1.0 4.05. 流程6. 河南电网实测结果No.Sta.Date Y/M/DTime H./M./S.电动电动机比例定子 电电抗初始 滑差动态动态 误误差1103/02/0918/21/5746.02980.1476860.0108080.2226052203/02/0917/48/2942.46790.1451490.0248
12、380.0293063303/02/0920/04/0541.48500.1467030.0182860.4175984303/02/0920/12/4545.49490.1459200.0144740.1273935303/02/0920/18/3243.11960.1527420.0169170.3570936303/02/0920/24/1542.18150.1813480.0502110.1200007303/02/0921/37/3641.75240.1910510.0164730.1160768303/02/0922/33/3043.45160.1542110.0127720.22
13、08459303/02/0922/56/5146.00230.1937300.0093810.07366610403/02/0918/32/4143.94410.1991960.0197580.03730211503/02/0922/33/5840.17210.2050710.0587580.06225112603/02/0916/51/2837.58380.2125200.0448420.02143613603/02/0917/38/5736.58450.2016240.0208040.00024114603/02/0918/26/2741.56800.2196660.0407500.040
14、39515603/02/0918/53/2337.31110.1455150.0348760.00069416703/02/0916/53/0445.18760.1554280.0195770.44959517703/02/0920/08/2131.48730.1625040.0326400.11822118703/02/0920/37/2941.07730.1730690.0220190.33162319803/02/0918/53/3242.47920.1587470.0107490.84947120803/02/0919/31/1146.57800.1536330.0165070.386
15、19921803/02/0919/45/5544.80780.1450490.0139480.200895平 均 值值41.94120.1709790.0242570.199186电动机比例比较稳定，同一个站点异步电 动机的比例比较接近，但不同站点之间还 是存在一定差异的，比如计山异步电动机 比例的平均值为43.36，而商丘为 38.26。八个站点的总平均值为41.94 ，比目前计算中使用的5065的 比例要小。这表明目前使用的电动机比例 偏大，可以进一步减少，以提高输送容量 ；n 结果表明对于电动机的定子电抗，辨识结果在 0.1450.22之间，平均值为0.171，比 电科院新推荐的典型值0
16、.18稍小，比以前 使用的0.295更是小得多。等效定子电抗由两部分组成，即异步电动机本 身的定子电抗和配电网（含变压器）的等值电 抗。异步电动机本身定子电抗的典型值为0.12 ，而配电网的等值电抗在考虑到目前配电网结 构有了较大改善后，电科院经聚合处理后建议 配电线路等值电抗取0.06，两者相加即得电科 院的推荐值0.18。等效定子电抗之所以下降的可能原因包括：一 是目前各电网不断采用定子电抗较小的新型电 动机，二是原来配电网供电范围大线路长，而 目前配电网经过改造后供电半径小线路短，三 是配电网的补偿电容会使等效定子电抗下降；初始滑差的辨识结果相对来说分散性较大 ，在0.0090.06之间，但都在合理的范 围之内，平均值为0.024，也是比较符合 实际情况的；将河南负荷节点分为3类，分别套用。n常规统计综合法的缺点：n同时率的问题n实际负荷情况可能发生变化n花费大量的人力物力2.5 在线统计综合方法1. 基本原理n采取抽样调查方法对典型用户的用电情 况进行调查，获得用户电动机比例n确定用户负荷模型n收集负控数
