專利名稱：一種在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的模擬與計算，特別涉及一種在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的數(shù)字仿真己成為電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、調(diào)度運(yùn)行和分析研究的主要工具，電力系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型以及由其構(gòu)成的全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的基礎(chǔ)，模型的準(zhǔn)確與否直接影響著仿真結(jié)果和以此為基礎(chǔ)的決策方案。仿真所用模型和參數(shù)是仿真準(zhǔn)確性的重要決定因素。長期以來，人們對于發(fā)電機(jī)、調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)等元件在行為機(jī)理和現(xiàn)場實測方面進(jìn)行了深入研究，提出了適應(yīng)不同仿真精度要求的數(shù)學(xué)模型。而負(fù)荷模型往往比較粗略，影響了計算結(jié)果的可信度，給決策方案的取舍帶來了困難，也因此受到了廣泛重視。
2004年國家電網(wǎng)公司負(fù)荷模型工作組對我國各電網(wǎng)負(fù)荷模型應(yīng)用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)各電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度部門一般采用一定比例的靜態(tài)負(fù)荷+感應(yīng)電動機(jī)，如附圖1所示。現(xiàn)有模型存在如下局限性 1)現(xiàn)有模型靜態(tài)部分沒有考慮配電系統(tǒng)阻抗的影響 由于用電負(fù)荷都是由配電網(wǎng)絡(luò)供電，在等值負(fù)荷模型中，等值電動機(jī)和靜態(tài)負(fù)荷都應(yīng)該考慮配電系統(tǒng)等值阻抗。同時，由于負(fù)荷的非線性，還難以采用數(shù)學(xué)方法將靜態(tài)負(fù)荷從配電網(wǎng)絡(luò)中等效地移出。
2)現(xiàn)有模型的電動機(jī)定子電抗計及配電系統(tǒng)阻抗時，沒有考慮配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償以及靜態(tài)負(fù)荷的影響 在現(xiàn)有模型中，將配電系統(tǒng)等值阻抗直接與等值電動機(jī)的定子阻抗合并。這種處理，在不考慮配電網(wǎng)絡(luò)無功補(bǔ)償和靜態(tài)負(fù)荷的條件下，是可行的。但是，由于沒有考慮配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償，將導(dǎo)致配電系統(tǒng)等值阻抗的壓降增加，惡化電動機(jī)的運(yùn)行條件。
3)現(xiàn)有模型靜態(tài)部分的無功功率可能有負(fù)的恒定電流和恒定功率成分，即被處理成無功電源。
由現(xiàn)有模型的初始化計算可知，當(dāng)?shù)戎惦妱訖C(jī)吸收的無功功率大于系統(tǒng)向負(fù)荷提供的無功功率(潮流計算中的無功負(fù)荷)時，就會導(dǎo)致靜態(tài)負(fù)荷的無功功率為負(fù)值。對于恒定阻抗部分，可以等效為無功補(bǔ)償，是合理的。對于恒定電流和恒定功率部分，則被等效為無功電源，可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定水平的大幅度提高。但是，實際系統(tǒng)中并不存在這樣的無功電源，顯然是不合理的。
由于負(fù)荷的分散性、隨機(jī)性和多樣性等特點(diǎn)，建立精確的負(fù)荷模型，絕非易事。國際上，美國電氣與電子工程師學(xué)會(The Institute of Electric andElectronic Engineer，IEEE)和國際大電網(wǎng)委員會(CIGRE)都設(shè)有負(fù)荷建模研究的專門小組，發(fā)達(dá)國家的電力公司幾乎都在負(fù)荷建模研究方面做了大量工作北美主要使用統(tǒng)計綜合法LOADSYN負(fù)荷建模軟件包，是美國電力科學(xué)研究院(EPRI)委托美國德州電力公司和通用電氣公司合作完成。但其所建模型并不精確，電力公司仍需要在實際運(yùn)行中不斷修正，力求更加符合實際。如美國西部電力協(xié)調(diào)委員會(WECC)在對1996年8月美國西部電力系統(tǒng)大面積停電事故仿真分析的基礎(chǔ)上，提出了WECC系統(tǒng)計算分析中負(fù)荷模型的修改意見，建議采用一定比例的電動機(jī)模型。近年來，我國電力公司和科研院所(或高校)合作對各電網(wǎng)負(fù)荷模型進(jìn)行了一定的研究，取得了一些有益的經(jīng)驗和研究成果。但是，還沒有得到在工程上普遍接受的負(fù)荷模型。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，提出了迭代求解方法，不增加節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣的規(guī)模，計算量增加很少。
本發(fā)明在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法中，將等值靜態(tài)負(fù)荷、等值電動機(jī)、等值發(fā)電機(jī)和配網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置通過配網(wǎng)等值阻抗與變壓器的母線相連，形成虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。
其中，包括下列步驟 步驟A預(yù)先將輸入的相關(guān)負(fù)荷、電動機(jī)、配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗的相關(guān)輸入?yún)?shù)進(jìn)行初始化； 步驟B依照預(yù)定的迭代算法，根據(jù)第k-1次迭代的負(fù)荷功率P(k-1)、Q(k-1)和第k次迭代的節(jié)點(diǎn)電壓

計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
步驟C由步驟B中計算得到的虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓

計算所述各個負(fù)荷和無功補(bǔ)償?shù)墓β屎妥⑷腚娏饕约暗戎蛋l(fā)電機(jī)的出力和注入電流，進(jìn)而得到系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流
其中，在所述步驟A中，所述相關(guān)輸入?yún)?shù)包括等值電動機(jī)參數(shù)及其在負(fù)荷總功率PL中所占的比例、靜態(tài)負(fù)荷各分量ZIP在負(fù)荷靜態(tài)總功率PStatic、QStatic中所占的比例及其功率因數(shù)PFac、配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗RD+jXD、和/或者等值發(fā)電機(jī)的出力PG、QG。
其中，在所述步驟A中，預(yù)先將輸入的相關(guān)負(fù)荷進(jìn)行初始化包括下列步驟負(fù)荷總功率PL、QL為潮流計算的負(fù)荷功率P0、Q0，加等值發(fā)電機(jī)的出力PG、QG，減配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗的損耗PD0、QD0，即， PL＝P0+PG-PD0 QL＝Q0+QG-QD0 另外，在所述步驟A中，預(yù)先將負(fù)荷母線進(jìn)行初始化，其中，負(fù)荷母線電壓為如果則給出警告信息。
此外，在所述步驟A中，預(yù)先將配網(wǎng)等值阻抗的功率損耗進(jìn)行初始化，其中，配電等值阻抗的功率損耗為 其中，在所述步驟A中，預(yù)先將靜態(tài)負(fù)荷功率PStatic、QStatic進(jìn)行初始化，其中 PStatic＝PL-PIM0＝PZ0+PI0+PP0 QStatic＝PStatic×tan[arccos(PFac)]＝QZ0+QI0+QP0。
另外，在所述步驟A中，預(yù)先將負(fù)荷功率平衡進(jìn)行初始化，其中，負(fù)荷功率平衡如下 0＝P0-PD0-(PIM0+PZ0+PI0+PP0-PG0)； -QSC0＝Q0-QD0-(QIM0+QZ0+QI0+QP0-QG0)； 其中，在所述步驟B中，依照預(yù)定的迭代算法計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓

包括如下步驟由第k-1次迭代的負(fù)荷功率P(k-1)、Q(k-1)和第k次迭代的節(jié)點(diǎn)電壓

計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
本發(fā)明的有益效果是依照本發(fā)明的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，根據(jù)綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真軟件的算法特點(diǎn)，提出了迭代求解方法，不增加節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣的規(guī)模，計算量增加很少。



圖1為現(xiàn)有負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的考慮配電網(wǎng)絡(luò)的綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法的流程圖。

具體實施例方式 以下，參考附圖1～3詳細(xì)描述本發(fā)明的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法。
在當(dāng)前的電力系統(tǒng)仿真計算中，負(fù)荷一般接在220kV變電站的220kV母線或110kV母線側(cè)。但是，無論電動機(jī)負(fù)荷、照明或生活用電負(fù)荷都不可能直接由220kV母線或110kV母線供電。因此，在負(fù)荷模型中有必要考慮配電網(wǎng)絡(luò)的影響。本發(fā)明提出了一種考慮配電網(wǎng)絡(luò)的綜合負(fù)荷模型(Synthesis LoadModel，SLM)，該模型物理結(jié)構(gòu)合理，具有較好的可操作性和適應(yīng)性，可以方便地模擬負(fù)荷元件和配電系統(tǒng)，包括配電網(wǎng)絡(luò)、無功補(bǔ)償，以及接入低壓電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組。如圖2所示，為本發(fā)明的考慮配電網(wǎng)絡(luò)的綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)示意圖。在該模型中靜態(tài)負(fù)荷、馬達(dá)負(fù)荷、等值發(fā)電機(jī)和配網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置均通過等值的配網(wǎng)阻抗與220kV變壓器的110kV母線相連。
通過這種綜合負(fù)荷模型對配電系統(tǒng)阻抗進(jìn)行模擬，保證了模型結(jié)構(gòu)更符合實際配電系統(tǒng)和用電負(fù)荷的關(guān)系，可以采用適當(dāng)?shù)牡戎捣椒ǎ玫捷^準(zhǔn)確的配電系統(tǒng)等值阻抗，并且配電網(wǎng)絡(luò)中和電力用戶都配置了大量的無功補(bǔ)償裝置，其動態(tài)特性對系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響，應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)模擬，綜合負(fù)荷模型為配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)哪Ｐ?，提供了有效的模擬方法。
此外，在仿真分析(特別是擾動試驗和事故分析)有時需要考慮接入配電網(wǎng)絡(luò)的小機(jī)組，綜合模型結(jié)構(gòu)中包含了小機(jī)組，可以使小機(jī)組的模擬更加方便。
另外，負(fù)荷功率因數(shù)的引入，保證了靜態(tài)負(fù)荷無功部分不會出現(xiàn)負(fù)的恒定電流和負(fù)的恒定功率，使模型更符合實際。
如圖3所示，為本發(fā)明的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法的流程圖，該方法包括下列步驟 步驟100預(yù)先將輸入的相關(guān)負(fù)荷、電動機(jī)、配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗的相關(guān)輸入?yún)?shù)進(jìn)行初始化； 步驟200依照預(yù)定的迭代算法，根據(jù)第k-1次迭代的負(fù)荷功率P(k-1)、Q(k-1)和第k次迭代的節(jié)點(diǎn)電壓

計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
步驟300由步驟200中計算得到的虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓

計算所述各個負(fù)荷和無功補(bǔ)償?shù)墓β屎妥⑷腚娏饕约暗戎蛋l(fā)電機(jī)的出力和注入電流，進(jìn)而得到系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流
其中，步驟100中的相關(guān)輸入?yún)?shù)包括等值電動機(jī)參數(shù)，及其在負(fù)荷總功率(PL)中所占的比例；靜態(tài)負(fù)荷各分量(ZIP)在負(fù)荷靜態(tài)總功率(PStatic、QStatic)中所占的比例，以及其功率因數(shù)PFac；配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗(RD+jXD)，以等值支路初始負(fù)荷容量為功率基準(zhǔn)的標(biāo)么值；等值發(fā)電機(jī)的出力(PG、QG)；機(jī)組參數(shù)及其勵磁、調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)由發(fā)電機(jī)卡給出。
另外，對上述步驟中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化的具體過程如下 (1)負(fù)荷總功率PL、QL為潮流計算的負(fù)荷功率P0、Q0，加等值發(fā)電機(jī)的出力PG、QG，減配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗的損耗PD0、QD0，即， PL＝P0+PG-PD0 QL＝Q0+QG-QD0。
(2)分別按感應(yīng)電動機(jī)、靜態(tài)負(fù)荷和發(fā)電機(jī)進(jìn)行導(dǎo)納陣初始化； (3)負(fù)荷母線電壓為如果則給出警告信息。
(4)感應(yīng)電動機(jī)初始化，求得QIMO，即馬達(dá)負(fù)荷； (5)靜態(tài)負(fù)荷功率(PStatic、QStatic)，其中， PStatic＝PL-PIM0＝PZ0+PI0+PP0 QStatic＝QStatic×tan[arccos(PFac)]＝QZ0+QI0+QP0 (6)負(fù)荷功率平衡 0＝P0-PD0-(PIM0+PZ0+PI0+PP0-PG0)； -QSC0＝Q0-QD0-(QIM0+QZ0+QI0+QP0-QG0)； 如果為感性，則給出警告信息。
計算中，QSC0可與QZ合并。
其中PIM0、QIM0為馬達(dá)負(fù)荷，PZ0、QZ0為恒阻抗負(fù)荷，PI0、QI0為恒電流負(fù)荷、PP0、QP0為恒功率負(fù)荷，PFac為靜態(tài)負(fù)荷功率因數(shù)，QSC0為配網(wǎng)無功補(bǔ)償。
(7)等值發(fā)電機(jī)初始化 考慮配電網(wǎng)絡(luò)的綜合負(fù)荷模型(SLM)模型克服了現(xiàn)有負(fù)荷模型的不足，可以較完整地模擬負(fù)荷與配電系統(tǒng)。
此外，進(jìn)行迭代計算的具體過程如下 (1)由第k-1次迭代的負(fù)荷功率P(k-1)、Q(k-1)和第k次迭代的節(jié)點(diǎn)電壓

(第一次迭代為預(yù)測值)，計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
(2)由

計算各類負(fù)荷和無功補(bǔ)償?shù)墓β屎妥⑷腚娏?，以及等值發(fā)電機(jī)的出力和注入電流 PIM(k)、PZ(k)、PI(k)、PP(k)、PG(k)； QIM(k)、QZ(k)、QI(k)、QP(k)、QSC(k)、QG(k)； (3)由于虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)直接串聯(lián)，

即為系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流，直接參與系統(tǒng)迭代計算，直至收斂。
綜上所述，依照本發(fā)明的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，根據(jù)綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真軟件的算法特點(diǎn)，提出了迭代求解方法，不增加節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣的規(guī)模，計算量增加很少。
以上是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明，而對本發(fā)明所進(jìn)行的詳細(xì)描述，但可以想到，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化和修改，這些變化和修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，將等值靜態(tài)負(fù)荷、等值電動機(jī)、等值發(fā)電機(jī)和配網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置通過配網(wǎng)等值阻抗與變壓器的母線相連，形成虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括下列步驟
步驟A預(yù)先將輸入的相關(guān)負(fù)荷、電動機(jī)、配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗的相關(guān)輸入?yún)?shù)進(jìn)行初始化；
步驟B依照預(yù)定的迭代算法，根據(jù)第k-1次迭代的負(fù)荷功率P(k-1)、Q(k-1)和第k次迭代的節(jié)點(diǎn)電壓
計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
步驟C由步驟B中計算得到的虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓
計算所述各個負(fù)荷和無功補(bǔ)償?shù)墓β屎妥⑷腚娏饕约暗戎蛋l(fā)電機(jī)的出力和注入電流，進(jìn)而得到系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流
3.如權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟A中，所述相關(guān)輸入?yún)?shù)包括等值電動機(jī)參數(shù)及其在負(fù)荷總功率PL中所占的比例、靜態(tài)負(fù)荷各分量ZIP在負(fù)荷靜態(tài)總功率PStatic、QStatic中所占的比例及其功率因數(shù)PFac、配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗RD+jXD、和/或者等值發(fā)電機(jī)的出力PG、QG。
4.如權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟A中，預(yù)先將輸入的相關(guān)負(fù)荷進(jìn)行初始化包括下列步驟
負(fù)荷總功率PL、QL為潮流計算的負(fù)荷功率P0、Q0，加等值發(fā)電機(jī)的出力PG、QG，減配電網(wǎng)絡(luò)等值阻抗的損耗PD0、QD0，即，
PL＝P0+PG-PD0
QL＝Q0+QG-QD0
5.如權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟A中，預(yù)先將負(fù)荷母線進(jìn)行初始化，其中，負(fù)荷母線電壓為如果則給出警告信息。
6.如權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟A中，預(yù)先將配網(wǎng)等值阻抗的功率損耗進(jìn)行初始化，其中，配電等值阻抗的功率損耗為
7.如權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟A中，預(yù)先將靜態(tài)負(fù)荷功率PStatic、QStatic進(jìn)行初始化，其中
PStatic＝PL-PIM0
＝PZ0+PI0+PP0
QStatic＝PStatic×tan[arccos(PFacc)]
＝QZ0+QI0+QP0。
8.如權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟A中，預(yù)先將負(fù)荷功率平衡進(jìn)行初始化，其中，負(fù)荷功率平衡如下
0＝P0-PD0-(PIM0+PZ0+PI0+PP0-PG0)；
-QSC0＝Q0-QD0-(QIM0+QZ0+QI0+QP0-QG0)；
9.如權(quán)利要求2至8中任一項所述的在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟B中，依照預(yù)定的迭代算法計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
包括如下步驟
由第k-1次迭代的負(fù)荷功率P(k-1)、Q(k-1)和第k次迭代的節(jié)點(diǎn)電壓
計算虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓
全文摘要
本發(fā)明提供一種在電力系統(tǒng)中考慮配電網(wǎng)絡(luò)綜合負(fù)荷模型的實現(xiàn)方法，其中，將等值靜態(tài)負(fù)荷、等值電動機(jī)、等值發(fā)電機(jī)和配網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置通過配網(wǎng)等值阻抗與變壓器的母線相連，形成虛擬負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明根據(jù)綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真軟件的算法特點(diǎn)，提出了迭代求解方法，不增加節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣的規(guī)模，計算量增加很少。
文檔編號H02J3/00GK101192754SQ20071017922
公開日2008年6月4日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者涌 湯, 張紅斌, 張東霞, 侯俊賢 申請人:中國電力科學(xué)研究院