一種基于層次分析法的負荷融合建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于層次分析法的負荷融合建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 負荷模型是影響電力系統(tǒng)數(shù)字仿真結(jié)果精度和可信度最為重要的因素之一，但由 于負荷建模本身的困難，電力系統(tǒng)負荷建模一直是電力系統(tǒng)分析計算中沒有很好解決的 問題。電力系統(tǒng)發(fā)展至今，人們已提出了許多建模的方法，總體測辨法將負荷作為一個整 體，并通過現(xiàn)場裝置或試驗采集的母線的電壓、頻率、電流和相角數(shù)據(jù)，然后辨識模型參數(shù)， 它具有簡單、實用等優(yōu)點，是解決負荷建模問題的可行辦法。負荷特性數(shù)據(jù)是影響實測負荷 建模結(jié)果的重要因素，近年來，廣域測量系統(tǒng)、故障錄波監(jiān)測系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)等在 電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用為精確負荷特性數(shù)據(jù)的獲取提供了有利條件。
[0003] 考慮配電網(wǎng)負荷模型，計及等值配電網(wǎng)絡(luò)以及補償電容的影響，較好地彌補了現(xiàn) 行負荷模型的不足，具有物理結(jié)構(gòu)合理、可操作性強等優(yōu)點。隨著我國電氣化鐵路發(fā)展迅 速，電氣化鐵路牽引負荷在電力負荷中所占比例也逐漸增加。電力機車是牽引供電系統(tǒng)最 主要的負荷，也是一種大功率整流負荷，其對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行有著重大影響。電 力牽引負荷具有多變性、隨機性，對電力系統(tǒng)的干擾程度在不同時段內(nèi)具有不確定性。與考 慮配電網(wǎng)負荷模型相比，牽引供電系統(tǒng)負荷模型充分的考慮了負荷隨機性、多變性因素，但 沒有計及配電網(wǎng)絡(luò)的阻抗和無功補償?shù)挠绊憽?br>[0004] 層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，簡稱ΑΗΡ)是由美國著名的運籌 學家T. L Satty等人在20世紀70年代提出的系統(tǒng)工程領(lǐng)域一種科學的決策方法，通過把 一些影響因素數(shù)字化，來解決多目標決策問題各項指標權(quán)重的方法。層次分析法是解決復 雜決策性問題的有效方法，可直接用于多目標、多層次、難于完全定量分析決策的系統(tǒng)工程 問題。
[0005] 針對單一負荷模型不能準確、有效的模擬實際供電系統(tǒng)，本發(fā)明采用層次分析法 將兩種模型融合，提出了一種基于層次分析法的負荷建模方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于層次分析法的負荷融合建模 方法，本發(fā)明考慮將兩種負荷模型相互融合，利用層析分析法將多種因素綜合考慮，得到相 應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)圖，然后分層求得相應(yīng)的權(quán)重，最終得到方案層也就是兩個模型分別的權(quán)重 大小，能有效提高負荷建模的準確性。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0008] -種基于層次分析法的負荷融合建模方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一：采集數(shù)據(jù)：采集電力系統(tǒng)監(jiān)測點實測數(shù)據(jù)或試驗模擬數(shù)據(jù)；
[0010] 步驟二：建立層次分析結(jié)構(gòu)：包括目標層、準則層及方案層；
[0011] 步驟三：模型參數(shù)辨識：分別對單個模型進行參數(shù)辨識；
[0012] 步驟四：根據(jù)參數(shù)辨識的結(jié)果形成判斷矩陣：判斷矩陣以矩陣形式表示的同一層 次中各因素間的相對重要程度；
[0013] 步驟五：求判斷矩陣權(quán)重以及綜合權(quán)重；
[0014] 步驟六：求得加權(quán)后模型擬合結(jié)果并比較誤差，判斷擬合誤差是否減小，如果減 小，則轉(zhuǎn)至步驟七，否則，返回步驟三；
[0015] 步驟七：輸出模型的辨識參數(shù)、加權(quán)權(quán)重以及功率擬合曲線誤差。
[0016] 其中，準則層判斷矩陣的權(quán)重為ω。，環(huán)境影響和模型信賴度的判斷矩陣權(quán)重分別 為《3和ω 4，而有功功率擬合度權(quán)重Co1和無功功率擬合度權(quán)重ω 2需要進行模型參數(shù)辨 識之后才能確定。算得綜合考慮加權(quán)后的權(quán)重：ω = [(Co1, ω2, ω3, ω4) · ω。]'這個ω為 加權(quán)權(quán)重，可以變?yōu)榫C合權(quán)重。
[0017] 進一步的，所述步驟一中，采集數(shù)據(jù)時，通過實測或試驗的電壓、電流和相角值計 算得出在電壓激勵下的有功功率和無功功率的大小。
[0018] 進一步的，所述步驟二中，目標層包括1個目標，方案層包括兩種負荷模型，分別 為考慮配電網(wǎng)負荷模型和牽引供電系統(tǒng)負荷模型，負荷模型，為問題的預期結(jié)果或理想目 標；準則層包括4個評價準則，分別為：有功功率擬合度、無功功率擬合度、環(huán)境影響和模型 信賴度。
[0019] 進一步的，考慮配電網(wǎng)負荷模型和牽引供電系統(tǒng)負荷模型中等值電動機部分采用 三階機電暫態(tài)模型：
[0022] 式中，E'd、E' q為電動機暫態(tài)電動勢的d、q軸分量，s為轉(zhuǎn)子滑差，ω Β為電角頻率 基值，Id、Iq為電動機定子電流的d、q軸分量，U Uu為電動機端電壓的d、q軸分量，機械 負載力矩Tni= K J a + (I-a ) (1-s)p]，電磁力矩Te= E' dId+E'qIq，&為異步電動機負荷率系 數(shù)，α為與轉(zhuǎn)速無關(guān)的阻尼力矩系數(shù)，P為與轉(zhuǎn)速有關(guān)的阻力矩的方次，!^為轉(zhuǎn)子慣性時間 常數(shù)，轉(zhuǎn)子暫態(tài)電抗t = XjXy/X，轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)電抗X = XJXni, Rs為定子電阻，X Λ定子電 抗，I為轉(zhuǎn)子電抗，L為轉(zhuǎn)子電阻，Xn為激磁電抗，轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)T' d0= (Xr+Xn)/Rr, 異步電動機負載率系數(shù)
為電動機初始有功功率以本身容量為基值 的標么值，s。為初始滑差。
[0023] 進一步的，考慮配電網(wǎng)負荷模型和牽引供電系統(tǒng)負荷模型中等值靜態(tài)負荷部分采 用冪函數(shù)模型：
[0025] 式中，Ps、QjP U分別為實際等值靜態(tài)負荷的有功功率、無功功率和負荷母線電壓 幅值，Ps(]、Qsl:和U。分別為基準點穩(wěn)定運行時負荷的有功功率、無功功率和負荷母線電壓幅 值，n p、nq分別為有功電壓特征系數(shù)和無功電壓特征系數(shù)。
[0026] 無功補償采用電容補償模型：
[0028] 式中，Q。為補償電容的容量，X。。為電容器容抗，f為頻率。
[0029] 牽引電機負荷模型表達式：
[0031] Ptni=UdId
[0032] 式中：Id、ω分別為等值牽引電機的電流和轉(zhuǎn)速；L、R分別為牽引電機回路電感和 電阻；J、K S分別為牽引電機轉(zhuǎn)動慣量和勵磁系數(shù)；Ct= CJS，(；、CT分別為牽引電機電勢系數(shù) 和轉(zhuǎn)矩系數(shù)；?Υ為機械負載轉(zhuǎn)矩，它對牽引電機機械特性影響較大，且電力機車的運行工況 切換頻繁，致使牽引電機機械負載特性變化規(guī)律復雜，經(jīng)過驗證滿足IY= ?\。(A ω 2+Β ω+C)， A、B、C為牽引電機機械轉(zhuǎn)矩二次函數(shù)的系數(shù)，其中A+B+C = 1 ;?Υ。為牽引電機負載率，U tni為 牽引供電系統(tǒng)綜合負荷模型結(jié)構(gòu)自身基準下的等值牽引電機端電壓。
[0033] 考慮配電網(wǎng)負荷模型共有15個獨立參數(shù)需要辨識：
[0034] Θ j = [Rd, Xd, s0, T' d0, Rs, Xs, Rr, Xr, T j, a, P, np, nq, Xco, Pmp]
[0035] RD、Xd分別為配電網(wǎng)的電阻、電抗，s。為初始轉(zhuǎn)子滑差，T' d。為d軸開路的暫態(tài)時 間常數(shù)，Rs為定子電阻，Xs為定子電抗，X $轉(zhuǎn)子電抗，T ,為轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)，α為與轉(zhuǎn) 速無關(guān)的