2008年10月ProceedingsoftheCSU2EPSAOct. 2008
电力负荷建模研究述评
李培强,李欣然,林舜江
①
(湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082)
摘要:负荷模型对电力系统分析控制的重要性已受到广泛关注。文中从综合负荷的概念出发,综述了电力系统负荷建模方法、模型结构和参数辨识的最新理论和研究成果;分析了负荷模型参数分散性的原因以及模型分类和综合研究必要性,模型的验证工作是负荷建模进入实用化的关键之一,指出当前模型验证的困难所在。展望了未来负荷建模研究方向,指出应该对特殊行业和特殊用电设备的建模以其此种负荷对电网的运行分析的影响引起足够的重视。
关键词:电力系统;负荷模型;参数辨识;分类和综合;电压稳定
中图分类号:TM714 文献标志码:A 文章编号:100328930(2008)0520056209
CriticalReviewonSynthesisLoadModeling
LIPei2qiang,LIXin2ran,LinShun2jiang(CollegeofElectricalandInformationEngineering,
HunanUniversity,Changsha410082,China)Abstract:Theimportanceofloadmodeltotheelectricalpowersystemanalysisandcontrolhasreceivedthewidespreadattention.Thispaperembarksfromthesynthesisloadconception,summarizesthenewesttheoryandresearchresultsonloadmodelingmethod,modelstructureandparameteridentification,analyzesthereasonthatloadmodelparametesaredispersedandtheimportanceofmodelclassification.Sincethemodelconfirmationiscrucialtopracticalpowersystemsimulation,
thepaperanalyzesthecurrentmodel
confirmationthedifficulty,summarizestheloadmodelapplicationinvoltagestabilityresearch.Thepaperhasfarecastedfutureresearchdirectionontheloadmodeling,emphasizesthatitshouldbringenoughattentiononthespecialindustrycomponentmodeling.
Keywords:electricpower;loadmodeling;parameteridentified;classifiedandaggregate;voltagestability
数字仿真是研究和分析电力系统的科学工具,负荷模型对仿真结果有着十分重要的影响,在某种情况下甚至得出截然相反的结论。由于综合负荷自身的随机性、分散性、多样性和非连续性等所形成的困难,负荷建模也是电力系统公认的世界难题。随着电力系统分析研究不断向纵深发展,负荷建模正成为电力系统仿真分析领域具有挑战性的研究方向,引起了工程与学术界的高度关注[1~3]。综合负荷是指从大功率传输点看进去的所有负荷集合,不仅包扩各种负荷元件,还计及降压变压器、次传输系统和配电系统的线路、电缆、无功补偿设备、电压调节器、较小的区域发电厂等[4]。负荷建模
就是根据已知信息客观准确地确定负荷的模型结构与参数的过程。当电压或频率缓慢变化时,负荷
特性用不含时间的纯代数方程组描述,即为静态模型;当电压或频率急剧变化时,负荷特性应当采用完整的动态负荷模型描述。动态模型由含有状态变量的微分方程程组构成,其一般描述为
P=P(U,f,Α,t)
(1)
()Q=QU,f,Β,t式中:P、Q为综合负荷的有功功率和无功功率;U
为综合负荷母线电压;f为系统频率;Α、Β为模型参数向量。
①收稿日期:2007211219;修回日期:2007212207
基金项目:教育部高等学校博士学科点专项基金资助项目(50070532052)
第5期 李培强等:电力负荷建模研究述评・57・
1 综合负荷的建模方法
综合负荷建模方法可以归纳为:统计综合法、总体测辨法和结合两者的综合测辨法。
统计综合法的思想是将综合负荷看成若干单个用户的集合,每一用户则是各类用电设备的集合。其要求将电器分类并确定各类电器的平均特性,然后根据各类电器的构成比例,得出综合负荷模型和参数。文献[5]基于我国的实际国情,提出了分层次统计综合的系统方法。文献[6]对调查统计的典型用户进行了精选,提高了统计综合法的建模精度。尽管从建模方法和用户精选做了研究,但无法克服统计综合法建模的费时费力的缺陷。文献[7]利用统计综合的方法得出了某电网感应电动机和恒定阻抗的比例,为暂态仿真中恒阻抗和感应电动机的比例提供了参考。文献[8]基于统计综合的方法统计了工业感应电动机的定子漏电抗的大小,为研究感应电动机参数对电压稳定的灵敏程度作了探讨。对于暂态仿真的感应电动机参数从统计的角度进行研究是一种思路,但统计的片面性无法避免。文献[9]利用服务器和客户端的WEB技术编制了调查用户负荷构成成分的在线软件,完成了台湾电网的1700用户负荷成分调查。调查统计法的标准制定和利用现代的网络技术快速完成区域电网的特性调查是统计综合法值得进一步研究的方向。
总体测辨法的思想是将综合负荷作为整体,先从现场采集测量数据,在已知模型结构的前提下,根据数据辨识出综合负荷模型参数,然后用大量的实测数据验证模型的综合描述能力。围绕总体测辨法的建模和参数辨识国内外学者作了大量的研究工作,发表了一系列的研究成果。目前国内的建模研究主要基于总体测辨法展开。
随着建模工作的深入,负荷建模科研工作将统计综合法和总体测辨法进行了优势互补,从而诞生了综合测辨法。其思想是在建模前期,从静态的角度用统计综合的方法确定综合负荷的构成成分。在此基础上有针对性的采用总体测辨技术进行负荷建模。这是一种非常有前途的方法,也是未来负荷建模工作的必由之路。
和非机理;按模型线性化程度分为线性和非线性。通常以动静态负荷模型来分类。静态模型用代数方程来描述,动态模型用微分方程或是差分方程描述。
2.1 静态负荷模型
静态负荷模型反映负荷有功、无功功率随频率和电压缓慢变化而变化的规律,模型结构主要是幂函数模型和多项式模型以及在此基础上的改进模型。通常幂函数模型在电压变化范围比较大的情况下仍能较好地描述负荷的静态特性,但对于空调等负荷,其低电压下随电压降低吸收功率反而增加,这样的负荷特性用幂函数模型难以作整体描述,而采用多个幂函数模型相加的形式则可能得到满意的结果。建立静态模型的方法有统计综合法、稳态实验法和在线辨识法。文献[2]列出了典型用电设备的静态参数以及感应电动机和空调等用电设备的静态特性方程。这是统计综合负荷建模的基础工作,但必须考虑负荷设备的型号不同而引起的差异。目前用统计综合法建立负荷静态模型的文献很少见诸报端。静态负荷模型主要用于潮流计算和以潮流为基础的稳态分析。文献[10]提出一种改进的幂函数模型,扩展了幂函数模型的使用范围,提高了拟合精度。文献[11]对不同的家用电气设备进行了综合,得出了静态幂函数模型并考虑了频率的影响。文献[12]研究了在小水电系统中负荷模型的频率特性。上述文献主要针对不同的用电设备、不同设备的组合以及在不同的运行状态下的静态模型结构和参数进行研究,但对于特殊的大型的用电设备未曾阐述。例如大功率的整流设备、大型电力机车和冲击性冶炼负荷等,上述负荷在某些所占比例较大的综合负荷节点应重点给予考虑。2.2 动态负荷模型
动态负荷模型分机理模型和非机理模型。机理模型通常是感应电动机模型或者是感应电动机与ZIP模型的并联,它采用异步电动机简化型电路,以转差率s和暂态电势e′为状态变量。其最大优点是具有明确的物理意义,易于被人们理解。其不足是对于某些用电设备或用电场合,难以获得简明的模型参数。文献[13]基于实测负荷数据,全面研究了感应电动机模型,结果表明其综合描述能力较强且内插外推特性较好,但模型参数具有不可解释性。文献[14]在上述基础上,采用解耦辨识的方法,提出一种增加无功功率静态补偿的新的感应电动机模型。文献[15]对感应电动机的3种模型从计
2 综合负荷的模型结构
负荷模型有多种分类形式,按模型反映负荷的
特性可分为静态和动态;按模型描述方式分为机理
・58・电力系统及其自动化学报 第20卷
算精度、参数获取和应用场合进行了比较,为模型选择提供了依据。文献[16]建立考虑线路参数和无功补偿的改进感应电动机模型。文献[17]对感应电动机的参数进行了加权平均得出了感应电动机的综合负荷模型参数。文献[18]对感应电动机对受端无功传输的影响进行了研究。文献[19]对感应电动机并联恒定阻抗模型的辨识算法进行了改进,提高了动态模型的参数稳定性。文献[20]建立了适用于快速暂态稳定计算的新型负荷模型并进行了参数辨识。上述文献对感应电动机模型进行了深入研究,对机理模型的结构改进、参数辨识和对暂态仿真的影响进行了分析。对于综合负荷的感应电动机模型,其模型本身已经失去了感应电动机的物理机理,只是一种具有良好的描述和综合能力的模型而已,所以其参数和结构已经不是单纯的感应电动机,不必苛求其物理解释性。考虑综合负荷中负荷元件的分布和配电网络的影响以及综合负荷在电网中的位置应该是今后研究的重点之一。2.3 负荷非机理模型
负荷的非机理模型是在系统辨识理论发展过程中,从大量的具体的动态系统建模中概括出来的一种数学模型,对动态系统具有很强的描述能力,其本质是将系统负荷问题看成黑箱,只需建立输入输出表达式,并不苛求模型的机理解释,非机理模型刚好满足这一要求。非机理模型有常微分方程模型、传递函数模型、状态空间模型、时域离散模型和考虑负荷模型非线性而提出的人工神经网络模型。文献[21]从动态综合的角度提出线性二阶差分的动态负荷模型。文献[22]将混沌神经网络理论引入负荷建模建立一种混沌神经网络模型。文献[23]采用改进BP神经网络来确定负荷机理模型中动静态比例;文献[24]描述了具有功率恢复特性和以母线电压为状态变量的非机理动态模型,其没有实际的物理意义。文献[25]利用减法聚类对建模数据进行分类后,建立模糊神经网络符合模型,为建立新型的电力电子设备模型结构作了积极的尝试。目前还不存在一种被人们普遍承认和广泛使用的非机理模型结构。模型结构的确定需要针对具体的对象和建模目的,因此很难找到一个绝对有效的非机理模型。随着新型用电设备的出现、空调负荷的激增、电力机车和电弧炉等的出现,使得本来很复杂的综合负荷建模工作更加复杂,传统的机理模型和非机理模型受到严重的挑战,因此必须提出新的负荷模型与之相适应,也是未来研究重点之一。对
于非机理模型在模型的拟合并不具有难度,但非机
理模型对异构负荷的综合描述能力和在暂态仿真中的应用是摆在负荷建模工作者的另一难题,即非机理模型的参数如何跟电力系统的仿真研究建立关联性。因此非机理模型是通过什么途径和方式影响暂态稳定的结果需要深入研究。
3 模型参数的辨识和分散性
3.1 参数的辨识
当负荷模型结构确定后参数辨识就相对比较容易,其本质是一个单纯的数值优化问题。传统的优化方法有直接法和解析法,但经典的优化方法都存在一个缺点:对目标函数要求苛刻。如果目标函数峰值不唯一,则容易将解收敛至初值附近的局部最优解。为了提高算法对最优解的搜索能力,有学者对这些经典优化方法进行了改进,改变算法过分依赖初值的局面,取得了较好的效果[26],但这并没有从根本上解决问题。遗传算法的提出打破了这个僵局,为优化工作提供了一条新思路。但是该算法本身也存在缺陷,即收敛速度和全局收敛性之间的矛盾。针对这个缺陷,学者们进行了相应的改进。文献[27]利用遗传算法对负荷模型进行参数辨识,建模结果表明无论是静态建模还是动态建模,遗传算法都要优于传统的最小二乘法。随着对算法研究的进一步深入,后来提出的粒子群算法又被用于负荷建模[28]。粒子群算法本质上也属于随机类方法,但它在原理上以较大的概率找到优化问题的全局最优解,且计算效率比传统的随机类方法要高。与静态负荷模型参数辨识不同,动态负荷模型参数辨识在参数寻优过程中要考虑动态约束条件。文献[29]对模型回响辨识和系统回响辨识进行了区
分,指出负荷建模应采用基于模型回响辨识的观点。文献[30]对IEEE工作组所公布的常用的非机理模型进行研究,结果表明,非机理模型甚至机理模型都具有不可辨识性,必须采用统计综合法或增加附加信息才可避免之。总之参数辨识属于数字优化的范畴,必将随着优化理论的完善而日趋成熟。3.2 参数的分散性
电力系统负荷模型的参数有时变化很大,尤其在感应电动机模型中反映最为明显:同一负荷成分在不同扰动情况下的辨识参数很不稳定,有时甚至相差甚远。但模型参数的准确与否对仿真结论影响很大,参数变化太大给电力系统负荷监控和仿真带来的困难是不言而喻的。为了找出其中的原因,国
第5期 李培强等:电力负荷建模研究述评・59・
内外专家对这一课题进行了大量研究。显然,由辨识方法带来的局部最优解是参数分散一个很重要原因,但通过对辨识方法的改进并没有从根本上解决参数分散的问题。文献[31]开创性地提出了负荷模型的可辨识性问题。文献[32]得出三阶感应电动机模型在辨识时若不利用后稳态条件,其中的qv、c、X等参数是不可辨识的,只有同时利用前后两个稳态过程,才能辨识出该模型的所有参数。后来相继有学者从各个方面来研究其对模型参数的影响[33,34],研究结果表明,同构负荷在受到下降幅度相同但下降陡度不同的电压扰动时响应会有很大变化,当下降陡度很大时原有的模型结构可能不再适应,这直接影响着模型的辨识结果。文献[35]认为导致模型参数分散的原因主要是由模型结构不正确和噪声所致,对于感应电动机模型,该文从参数解析灵敏度的角度分析了参数分散的原因,指出参数灵敏度越高就越容易辨识且结果也越稳定,反之灵敏度越低结果则越不稳定即越分散。文中提出了一个较实用的解决方案,即对于灵敏度较低的参数在辨识中可以固定其值而不进行辨识,实践证明了该方法是可行和有效的。总而言之参数的分散性制约了模型的推广应用,必须在模型结构和参数优化两方面寻找原因。
验证了电压降低情况下功率恢复现象的存在,并利用实测数据较好描述了负荷这种低电压功率恢复特性。感应电动机模型能较好描述综合负荷对电压影响的二重性,故受到学术界和工程界的广泛关注。
文献[40]用感应电动机负荷模型对福建电网的暂态稳定进行了仿真,结果表明综合负荷中电动机负荷模型、并联电容器补偿以及变压器和线路的阻抗对于负荷特性有较大的影响,应该在模型中得到合理的反应。文献[41,42]在计及感应电动机负荷的情况下对静态电压稳定进行仿真,结果表明,在各参数可信变化范围之内,定子电阻、励磁电抗、惯性时间常数、与转速无关的系数、与转速有关的方次对小干扰稳定的影响较小;而感应电动机负荷比例、定子电抗、转子电阻和电抗、负载率对小干扰电压稳定影响较大。感应电动机模型究竟是通过其何种参数,如何影响电压稳定仍然是值得研究的问题课题之一。文献[43]建立综合负荷的无功模型,并研究了其与电压稳定的关系。文献[44]定性分析了静态负荷特性与动态负荷特性及负荷建模对电压稳定性的影响。指出发展动态负荷模型是研究电压稳定的关键所在。文献[45]分3种情况模拟了动态负荷模型对台湾电力系统频率的影响以及在低电压情形下的负荷参数。表明电压稳定与负荷稳定密切相关,因此负荷建模应从适合电压稳定仿真的角度展开,即建立能够拟合全电压范围的综合负荷模型,且考虑负荷低压失稳和功率恢复特性,同时须考虑从综合负荷仿真点以外的线路和配电元件的影响。
4 负荷建模与电压稳定
负荷特性对电压稳定有着极其重要的影响,电压稳定分析中对模型要求有别于其他仿真的独特之处在于:负荷模型必须适应电压大跨度变化的要求[36]。因为从静态看,负荷的静态特性尤其是低电压条件下的静态电压特性在根本上决定了系统静态运行点的电压稳定行为;从动态看,负荷的功率恢复特性及低电压失稳特性在根本上决定了系统电压崩溃与否及电压崩溃的过程。一方面负荷的功率恢复特性可能将运行较低的系统推向崩溃的边缘,尤其是低电压失稳特性可能导致电压崩溃;另一方面负荷的低电压失稳而脱离电网则可以抑制电压崩溃的发生[37]。这就是负荷特性对电压稳定的双重性,因此理想的用于电压稳定分析的负荷模型必须能够描述这种二重性。
感应电动机模型是研究电压稳定较为理想的综合负荷模型。文献[38]归纳总结了感应电动机、恒温负荷、含有载调压变压器的负荷特性,提出了一种具有功率恢复特性的非线性通用模型。在此基础上,文献[39]对其作了改进,并通过现场实测,
5 综合负荷模型的分类与综合
从工程实用的角度,同一电网所采用的综合负荷模型应尽可能简化,否则使用时就会无所适从。这就是精确的负荷建模与工程应用要求的突出矛盾。解决这一矛盾的基本出发点应当是在表现纷繁复杂的负荷表象中抓住主要矛盾,忽略次要因素,达到模型的准确性和实用性的合理折衷,其有效途径是负荷特性的分类和综合。所谓“负荷特性分类”就是将同一电网不同负荷点以及不同时间段中负荷特征接近或相似的综合负荷归为一类并用同一模型描述该类的特性,其中关键的是负荷特征的选择和分类方法;所谓负荷特性综合就是建立每一分类的综合负荷模型,此中最重要的是综合方法的确定,必须使综合以后的模型能够最大程度地提取同
・60・电力系统及其自动化学报 第20卷
类负荷的共同本质特征,使所得模型具有相应分类空间和时间上的通用性即覆盖能力,同时还具有对不同强度扰动的适应性即内插外推能力[46~48]。
总体测辨法建模中一直都存在这样的问题:无论采用何种模型结构,使用何种辨识方法来建模,只能对单组数据或仅有的几组数据进行详细描述,缺乏对全部数据的整体逼近。然而建模目的是为了仿真计算能使用真正反映电力系统负荷特性的模型,以提高仿真计算的精度,使计算结果更加真实地反映实际电力系统的运行状态。对此,文献[49]提出负荷建模必须面向综合的观点,即负荷建模不应局限于对单组数据的极大拟合,从多组数据中抽取能反映负荷本质特性的动态模型用于仿真,突出共性就必须忽略负荷的个性特征,因此描述共性的综合模型的阶数,相对于描述充满个性特征的详细模型的阶数和复杂度应该是降阶的。
负荷建模面向综合的思想为解决总体测辨法负荷建模中存在的模型通用性、模型对负荷时变性的适应、参数分散性等一系列问题提供了参考,但模型综合是以模型分类为前提,由于负荷本身的复杂性,不同时刻不同地点的负荷有着千差万别,用一个模型来描述所有的负荷显然是行不通的,因此在进行模型综合前必须先进行分类,将负荷特性相近的模型归为一类,才能得到较好的综合效果。文献[50]在负荷时变性研究中应用分类算法取得了很好的效果。文献[51,52]提出了负荷模型向量基的概念,把基于元件和量测建模方法进行结合,以聚合理论为基础提出了把实测点的负荷模型外推到其他点。文献[53]指出,综合负荷实质为随机动态过程,对于负荷特性,其输入是母线电压和频率的变化,输出是负荷由于电压和频率变化吸收的有功和无功功率的变化,随机噪声是由用户自行改变负荷组成所造成的功率变化。文献[54]采用多组动态曲线拟合的方法获得较好的泛化能力的综合负荷模型参数,实例证明了改方法的有效性。文献[55,56]利用支持向量机建立动态负荷模型的特征空间,获得泛化能力较强的模型参数。从负荷建模研究现状看,尽管负荷特性的分类与综合已经受到高度的重视,但如何从宏观角度,就面向实用化的负荷建模理论与方法进行更加系统深入的研究,以指导负荷建模的进一步深入开展,仍然是一个亟需解决的全局性问题。
用目的对负荷模型的精度要求不同,不同的研究人员看问题的角度也不一样。以差分方程模型和感应电动机模型为例,差分方程模型较感应电动机模型待辨识参数少,参数获取相对比较容易,对有功的描述能力强等优点,但差分方程模型需对负荷的有功和无功分别建模,即负荷要用两个独立的模型才能完整描述,这样无疑切断了原本有着密切关联的有功和无功之间的联系,显然不符合负荷的实际情况。感应电动机模型在最大程度上模拟了负荷成分,具有明确的机理意义,并且将有功和无功统一辨识,符合实际情况,在工程中具有显著的实用价值,但是以较难获得某些参数和降低有功或无功的描述能力为代价的。目前还没有一种负荷模型能够在各个方面都做得很好。因此如何建立合理有效的模型评价体系是十分急迫的研究课题。
负荷建模的验证工作,必须遵循分区分时分类的原则[57~59]。分区应划分到省级电网;分时应分四季或夏季白天和晚上、冬季白天和晚上;分类是在行业用户负荷模型和实测建模数据中综合出典型的模型参数。文献[60]基于实测的负荷模型对广东电网进行了有效性验证。目前负荷模型的验证工作还没有在实际电网中大规模进行,这是模型实用化的必经阶段,需要电力工作者付出更大努力。
7 特殊元件和行业的建模
随着建模工作的深入,负荷建模中特殊行业的特殊用电设备,由于在某些地区或者某条母线占有主导地位,应该给予足够的关注和重视。
电力机车负荷在电网中所占的比例日益提高,而电力机车是波动性很大的大功率整流负荷,它对电力系统的影响具有不对称性、非线性、波动性的特点,且功率大、分布广,对电力系统安全运行影响严重。因此,建立电力机车的综合负荷模型用于电力系统的仿真并研究其对电网运行的影响具有十分重要的理论和工程意义。目前关于机车负荷对电力系统的运行稳定的研究鲜有报道,必须引起足够的重视。
冶炼冲击负荷对电网的安全运行会造成相当程度的危害,主要为电压波动、负序和谐波等。文献[61]利用ATPEMTP软件,提出了冲击负荷建模的实用方法,并研究了该模型对电网运行影响。但所作仿真只针对电源附近的单个冲击负荷的影响,属于理想情形,多组冲击性的影响没有涉及。文献[62]对冶炼行业的铝厂进行了单独的建模并进行
6 负荷模型的评价与验证
负荷模型的评价是十分困难的,因为不同的应
第5期 李培强等:电力负荷建模研究述评・61・
仿真,并研究其动态和暂态电压稳定问题。文献[63]着重研究加热和制冷负荷模型,从数学的角度提出了5种模型并进行电压仿真。文献[64]基于三相平衡的系统,提出了含有谐波的电力电子设备的RBF负荷模型,进行了潮流计算并分析了谐波负荷模型对潮流的影响。文献[65]通过调查建立了居民恒温负荷模型,并分析了该模型对于配电网的变压器管理的指导意义。文献[66]对空调负荷的温度控制与电力系统的关系进行了研究。文献[67]对含有谐波源的非线性负荷提出一种基加权最小二乘的优化方法,在不清楚负荷成分的情况下获得其模型参数。文献[68]研究了不同地区、不同用户的空调负荷对天气的敏感程度,即在温度变化时空调负荷比例。上述文献对特殊行业的建模都有所涉及,但不够系统和深入,只做了初步尝试,系统深入的研究特殊行业的模型问题势在必行。
充。并建立全国统一的负荷模型和模型参数的数据库,对于不同的电网和不同的时段有所选择。
(4)空调类负荷与感应电动机的特性有很大的不同,所以必须考虑在民用负荷中空调类负荷大幅度增长的电网,仍然采用感应电动机模型或感应电动机加恒阻抗模型是否适合。此外特殊行业的建模以及在不对称和含有谐波的情形的负荷建模应该加以重视。
(5)负荷模型在电力市场条件下的影响研究应有所加强,负荷模型对对电网稳定的影响如何用经济的指标加以体现和引导;考虑负荷特性的最大传输容量和节点定价理论方面需要作前瞻性的研究,以期未来能够引导电力负荷的消费理念,利于电网的安全经济稳定运行。
(6)此外考虑分布式发电的负荷建模;考虑小水电的地区负荷建模;考虑有电源的大负荷点的建模问题等都是值得进一步研究的课题。
8 负荷建模研究的方向
电力负荷建模在理论和应用都取得相当的进展,但离电力系统实用化要求仍需加快研究步伐。目前负荷建模主要侧重于基于系统辨识理论、采用一定的模型结构和辨识方法、使模型对于实测数据最大程度的拟合,对模型在系统仿真计算中的校验关注较少。作者认为以下方面需加强研究:
(1)建立用于低压低频、长期动态仿真的负荷特性和模型。因为在这种情况下,负荷特性会发生突变,而依靠总体测辨法负荷建模很难捕捉这样的事故记录,应该主要依靠动态试验模拟和仿真,而大型的现场低压低频试验负荷建模工作开展的很少且很困难,此类的文献也很少见报。此外负荷模型对于系统频率的影响研究非常有限需要加强。
(2)负荷模型分类和综合方面,模型的分类是难点,现有的多数分类方法是基于辨识后的分类,即先辨识后分类再综合。有的干脆凭主观经验进行分类,这显然是不科学的,所以如何从现场实测数据中提取负荷的本质特征来进行模型分类值得重视,且应该结合统计综合法的负荷构成然后再进行实测分类。此外模型的地域通用性和时变性问题都是亟待解决的实际问题。
(3)综合统计法建模应该得到加强。因为它是得到负荷构成直接有效的手段。现场的调研组织工作应该引起电力部门的高度重视,相关工作应在国家电网公司的统一组织下进行,尽快建立我国的负荷构成普查机制,并且在一定的期限内进行修正补
9 结语本文综述了电力系统负荷建模方法、模型结构和参数辨识的最新理论和研究成果。分析了负荷模型参数分散性的原因以及模型分类和综合的必要性,指出了当前模型验证的困难所在。最后展望了负荷建模未来的研究方向,指出应对特殊行业和特殊用电设备的建模以其该种负荷对电网的运行的影响给予重视。
参考文献:
[1] CarsonWTaylor.PowerSystemVoltageStability
[M].北京:中国电力出版社,2001.
[2] PrabhaKundur.PowerSystemStabilityandControl
[M].北京:中国电力出版社,2001.
[3] 鞠平,马大强.电力系统负荷建模[M].北京:水利电
力出版社,1993.
[4] IEEETaskForceonLoadRepresentationforDyna2
.LoadrepresentationfordynamicmicPerformance
performanceanalysis[J].IEEETransonPowerSystems,1993,8(2):472-482.
[5] 李欣然,李培强,陈辉华,等(LiXinran,LiPeiqiang,
ChenHuihua,etal).基于统计综合负荷建模的系统
方法研究(Thesystemicmethodresearchof
aggregateloadmodelingbasedoncomponent2basedmodelingapproach)[J].电力自动化设备(ElectricPowerAutomationEquipment),2004,24(3):25-28.
・62・电力系统及其自动化学报 第20卷
LiuWenzhuo).电力系统数字仿真负荷模型中配电
[6] 李培强,李欣然,唐外文,等(LiPeiqiang,LiXinran,
TangWaiwen,etal).统计综合法负荷建模中行业
网络及无功补偿与感应电动机的模拟(The
modeling
of
distribution
network
and
var
compensatorandinductionmotorintheloadmodelforpowersystemdigitalsimulation)[J].中国电机
用户精选(Consumerchoiceforanindustryinstatisticalsystesismethodbasedloadmodeling)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2004,29(14):34-38.
[7] 李培强,李欣然,陈辉华,等(LiPeiqiang,LiXinran,
ChenHuihua,etal).统计综合负荷模型的感应电动
工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2005,25(3):8-12.
[16] 李欣然,陈元新,苏盛(LiXinran,ChenYuanxin,Su
Sheng).感应电动机的参数加权平均综合建模(Parametersweighting-meansynthesismodelingforinductionmotor)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2001,25(15):20-24.
[17] 张进,贺仁睦,王鹏,等(ZhangJin,HeRenmu,
WangPeng,etal).送端感应电动机负荷无功特
机和恒定阻抗比例研究(Researchoninductorand
constantimpendenceproportionofloadmodelingbasedonstatisticalsynthseisapproach)[J].中国电
力(ElectricPower),2005,38(7):6-10.
[8] 徐征雄,张东霞,李晨光,等(XuZhengxiong,Zhang
Dongxia,LiChenguang,etal).各电网负荷特性研
究(Theloadcharacteristicsresearchtodifferentgrid)[R].北京:中国电力科学研究院(Beijing:China
ElectricPowerResearchInstitute),2001.
[9] LouieKW,MartiJR.Amethodtoimprovethe
performanceofconventionalstaticloadmodels[J].IEEETransonPowerSystems,2005,20(1):507-508.
[10] LouieKW,MartiJR.Newaggregateloadmodelsfordifferentloaddataformats[C]∥CanadianConferenceonElectricaland
Computer
Engineering,Montreal,Canada:2003.
[11] DoolaS,BhattiTS.Loadfrequencycontrolofan
isolatedsmall2hydropowerplantwithreduceddumpload[J].
IEEETransonPowerSystems,
2006,21(4):1912-1919.
[12] 李欣然,贺仁睦,周文,等(LiXinran,HeRenmu,
ZhouWen,etal).综合负荷的广义感应电动机模
性对送出极限的影响(Influenceofreactivepower
characteristicofsending2endinductionmotoronsystemsendinglimitation)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2005,29(4):24-27.
[18] 金群,李欣然,刘艳阳,等(JinQun,LiXinran,Liu
Yanyang,etal).一种改进遗传算法及其在负荷建
模中的应用(Animprovedgeneticalgorithmandits
applicationtoloadmodeling)[J].电力系统及其自动化学报(ProceedingoftheCSU-EPSA),2006,18(2):35-40.
[19] 顾丹珍,艾芊,陈陈,等(GuDanzhen,AiQian,Chen
Chen,etal).适用于快速暂态稳定计算的新型负荷
模型和参数辨识方法(Newloadmodelsforfast
transient
stability
calculations
and
parameter
identificationmethod)[J].中国电机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2004,24(12):78-85.
[20] 张伶俐,周文,章健,等(ZhangLingli,ZhouWen,
ZhangJian,etal).面向综合的电力负荷动特性建
型及其描述能力(Thegeneralizedinducationmotor
modelanditsdescriptionabilityforsyntheticloadsforelectricpowersystem)[J].华北电力大学学报(Journal
of
North
China
Electric
Power
university),1999,26(1):18-24.
[13] 王卫国,贺仁睦,王铁强(WangWeiguo,HeRenm
u,WangTieqiang).反映综合负荷动特性机理的感
模(Thesynthesisofdynamicloadcharacteristics)[J].中国电机工程学报(Proceedingsofthe
CSEE),1999,19(9):36-45.
[21] 姚建刚,陈亮,戴习军,等(YaoJiangang,Chen
Liang,DaiXijun,etal).混沌神经网络负荷建模
应电动机模型(Theinductionmotormodeltoreflectdynamicmechanismsofsyntheticload)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2002,26(4):23-27,35.
[14] 鞠平,潘学萍,韩敬东(JuPing,PanXueping,Han
Jingdong).3种感应电动机综合负荷模型的比较(Comparisionofthreecompositeinductionmotorloadmodels)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),1999,23(19):40-42.
[15] 汤涌,侯俊贤,刘文焯(TangYong,HouJunxian,
的理论研究(Academicresearchofloadmodelingwithchaoticneuralnetwork)[J].中国电机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2002,22(3):99-102.
[22] 史真惠,朱守真,郑竟宏,等(ShiZhenhui,Zhu
Shouzhen,ZhengJinghong,etal).改进BP神经
网络在负荷动静态比例确定中的应用(Application
ofimprovedbackpropagationneuralnetworkforidentification
of
the
percentageof
dynamic
第5期 李培强等:电力负荷建模研究述评
componentincompositeload)[J].中国电机工程
CSEE),1995,15(6):361-368,405.
・63・
学报(ProceedingsoftheCSEE),2004,24(7):25-29.
[23] 李欣然,陈元新,蒋铁铮,等(LiXinran,Chen
Yuanxin,JiangTiezheng,etal).电压稳定研究中
[31] 鞠平,韩敬东,倪腊琴,等(JuPing,HanJingdong,
NiLaqin,etal).电力系统动态等值的在线测辨研
究(I)—模型及其可辨识性(Onlineidentificationof
powersystemdynamicequivalentPartone:modelandidentification)(4):15-17,56.
[32] 倪腊琴,鞠平,李训铭,等(NiLaqin,JuPing,Li
Xunming,etal).电力系统动态等值的在线测辨研
[J].电力系统自动化
(AutomationofElectricPowerSystems),1999,23
的负荷模型及其建模方法(Powerloadmodelanditsmodelingmethodforvoltagestabilityanalysis)
[J].电力系统及其自动化学报(ProceedingoftheCSU2EPSA),2000,12(6):9-13,21.
[24] 李欣然,李培强,陈辉华,等(LiXinran,Li
Peiqiang,ChenHuihua,etal).基于减法聚类的
究(II)—辨识方法及仿真检验(On-
line
模糊神经网络负荷建模(Fuzzyneuralnetworkloadmodelingbasedonsubtractiveclustering)电工技术学报(TransactionsofChina
ElectrotechnicalSociety),2006,21(9):2-6,12.
[J].
[25] 王进,李欣然,苏盛(WangJin,LiXinran,Su
Sheng).一种电力系统综合负荷模型辨识的改进
identificationofpowersystemdynamicequivalentParttwo:parameterestimationsimulation)[J].电
力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),1999,23(10):20-22,51.
[33] 鞠平,何南强,杨乃贵,等(JuPing,HeNanqiang,
Yangnaigui,etal).电力系统动态等值的在线测辨
算法研究(Aresearchonrefinedalgorithmforaggregatepowerloadidentification)[J].电力系统及其自动化学报(ProceedingsoftheCSU-EPSA),2002,14(2):12-15.
[26] 朱守真,沈善德,郑宇辉,等(ZhuShouzhen,ShenShande,Zhengyuhui,etal).负荷建模和参数辨识研究(III)—几个重要问题探讨(Online
identificationofpowersystemdynamicequivalentPartthree:analysisofseveralimportantissues)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),1999,23(14):33-36,56.
[34] 章建(ZhangJian).电力系统负荷建模方法研究
(TheMethodResearchofLoadModeling)[D].北
的遗传进化算法(Evolutionaryprogramming
algorithmfor
loadmodeling
and
parameter
identification)[J].清华大学学报(自然科学版)(JournalTinghuaUniversity),1999,39(3):37-40.
[27] 程颖,鞠平,吴峰(ChengYing,JuPing,WuFeng).
京:华北电力大学电气工程系(Beijing:Department
ofElectricPowerEngineering,ElectricPowerUniversity),1997.
[35] 李欣然,贺仁睦,周文(LiXinran,HeRenmu,Zhou
Wen).一种具有全电压范围适应性的综合负荷模
NorthChina
负荷模型参数辨识的粒子群优化法及其与基因算法比较(PSalgorithminloadparameteridentification
anditscomparisonwithgeneticalgorithm)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2003,27(11):25-29.
[28] 贺仁睦,魏孝铭,韩民晓(HeRenmu,Weixiao
ming,HanMingxiao).电力负荷动特性实测建模的
型(Synthesisloadmodelsuitingforvoltagestabilityanalysis)[J].中国电机工程学报
(ProceedingsoftheCSEE),1999,19(5):71-75.
[36] 李欣然,贺仁睦,章健,等(LiXinran,HeRenmu,
ZhangJian,etal).负荷特性对电力系统静态电压
稳定性的影响及静态电压稳定性的广义实用判据
(Effectofloadcharacteristicsonpowersystemsteadstatevoltagestabilityandthepracticalcriterionofvoltagestability)[J].中国电机工程学
外插和内推(Powersystemdynamicloadmodelingbasedonthemeasurementsinthefield)[J].中国电机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),1996,16(3):151-154,170.
[29] 鞠平,李德丰,陆小涛(JuPing,LiDefeng,Lu
Xiaotao).电力系统非机理负荷模型的可辨识性(IdentificationofusualIOloadmodelsinpowersystems)[J].河海大学学报(JournalofHehaiUniversity),1999,27(1):16-19.
[30] 卫志农,鞠平(WeiZhinong,JuPing).电力负荷在
报(ProceedingsoftheCSEE),1999,19(4):26-30.
[37] KarlssonD,HillDJ.Modelingandidentificationof
nonlinearloadsinpowersystems[J].IEEETransonPowerSystems,1994,9(1):157-166.[38] ShinJR,KimBS,ChaeMS.etal.Improvement
ofprecisePVcurveconsideringeffectsofvoltage2dependentloadmodelsandtransmissionlossesforvoltagestabilityanalysis[J].
IEEProceedings-Generation,TransmissionandDistribution,2002,
线建模方法(On2linemodelingofelectricloads)[J].中国电机工程学报(Proceedingsofthe
・64・
149(4):384-388.
电力系统及其自动化学报 第20卷
compositedynamicloads)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2004,28(1):64-68.
[48] 张伶俐,周文,章健,等(ZhangLingli,ZhouWen,
ZhangJian,etal).面向综合的电力负荷动特性建
[39] 赵勇,张建平(ZhaoYong,ZhangJianping).福州地
区负荷模型影响福建电网暂态稳定性的机理
(InfluenceofloadmodelingofFuzhoupowernetworkontransientstabilityofFujianpowergrid)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2005,29(12):77-82.
[40] 孙华东,周孝信,李若梅(SunHuadong,Zhou
Xiaoxin,LiRuomei).感应电动机负荷参数对电
模(Thesynthesisofdynamicloadcharacteristics)[J].中国电机工程学报(Proceedingsofthe
CSEE),1999,19(9):36-40,45.
[49] 石景海,贺仁睦(ShiJinghai,HeRenmu).基于量测
力系统暂态电压稳定性的影响(Influenceof
inductionmotorloadparametersonpowersystemtransientvoltagestability)[J].电网技术(PowerSystemTechnology),2005,29(23):1-6.
[41] 孙华东,周孝信,李若梅(SunHuadong,Zhou
Xiaoxin,LiRuomei).计及感应电动机负荷的静态
的负荷建模2分类算法(Measurement2basedloadmodeling2sortingalgorithm)[J].中国电机工程学报
(ProceedingsoftheCSEE),2004,24(2):78-82.
[50] 杨华春,贺仁睦,王鹏,等(YangHuachen,HeRenm
u,WangPeng,etal).基于聚合理论的大区电网负
电压稳定性分析(Influenceofinductionmotorload
parametersonpowersystemtheCSEE),2005,25(23):1-6.
[42] LiangY,NwankpaCO,FischlR,etal.Dynamic
reactiveloadmodel[J].IEEETransonPowerSystems,1998,13(4):1365-1372.[43] 郭琼,姚晓宁(GuoQiong,YaoXiaoning).浅析电transientvoltage
stability)[J].中国电机工程学报(Proceedingsof
荷建模(Load-modelinginlarge-scalegridbasedontheaggregationtheory)[J].电力系统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2005,29
(1):49-52.
[51] 张红斌,贺仁睦,刘应梅(ZhangHongbin,HeRenm
u,LiuYingmei).基于KOHONEN神经网络的电力系统负荷动特性聚类与综合(Thecharacteristics
clusteringandsynthesisofelectricdynamicloadsbasedonKOHONENneuralnetwork)[J].中国电
力系统负荷对电压稳定性的影响(Influenceanalysisofloadonthepowervoltagestability)[J].电力系统及其自动化学报(ProceedingsoftheCSU-EPSA),2004,16(3):61-65.
[44] LuY,KaoWS,ChenYT.Studyofapplyingload
sheddingschemewithdynamicD2factorvaluesofvariousdynamicloadmodelstoTaiwanpowersystem[J].IEEETransonPowerSystems,2005,20(4):1976-1984.
[45] 李培强,李欣然,陈辉华,等(LiPeiqiang,LiXinra
n,ChenHuihua,etal).基于模糊聚类的电力负荷
机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2003,23
(5):1-5,43.
[52] 石景海,贺仁睦(ShiJinghai,HeRenmu).动态负
荷建模中的负荷时变性研究(Loadtime2variationstudyindynamicloadmodeling)[J].中国电机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2004,24(4):85-90.
[53] HeRM,MaJ,HillDJ.Compositeloadmodeling
viameasurementapproach[J].IEEETransonPowerSystems,2006,21(2):663-672.
[54] MaJ,HeRM,HillDJ.Loadmodelingbyfinding
support
vectors
of
loadIEEE
data
from
fieldPower
measurements
[J].
Transon
特性的分类与综合(Thecharacteristics
classificationandsynthesisofpowerloadbasedonfuzzyclustering)[J].中国电机工程学报(ProceedingsofCSEE),2005,25(24):73-78.
[46] 林舜江,李欣然,李培强,等(LinSunjiang,Li
Xinran,LiPeiqiang,etal).基于实测响应空间的
Systems,2006,21(2):726-735.
[55] 马进,贺仁睦,周彦军(MaJin,HeRenmu,Zhou
Yanjun).负荷模型范化能力的研究(Researchongeneralizationcapabilityofloadmodel)[J].中国电
负荷动特性直接综合方法(Anoveldirect
synthesismethodforaggregateloaddynamiccharacteristicsbasedonfieldmeasuredresponse)[J].中国电机程学报(ProceedingsoftheCSEE),2006,26(21):36-42.
[47] 鞠平,金艳,吴峰,等(JuPing,JinYan,WuFeng,
etal).综合负荷特性的分类综合方法及其应用
机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2006,26
(21):29-35.
[56] 贺仁睦(HeRenmu).电力系统精确仿真与负荷模型
实用化(Electricpoweraccuratesimulationandloadmodeling)[J].电力系统自动化(Automationof
ElectricPowerSystems),2004,28(16):4-7.
(Studies
onclassificationandsynthesisof
(下转第123页)
第5期 马幼捷等:含风电电力系统电压稳定问题的分岔・123・
式(3)两边同除以tB,且tB=
dUcs=Ξ0(Ucy+xcIcx)dt
Ξ0
1得
dUcy=Ξ0(-Ucx+xcIcy)dt(上接第64页)
(4)
[57] 鞠平,戴琦,黄永皓,等(JuPing,DaiQi,Huang
Yonghao,etal).我国电力负荷建模工作的若干建
loadflowincludingnonlinearloadsmodeledwithRBFnetworks[J].
IEEETransonPower
Delivery,2004,19(2):686-693.
[64] HeunisSW,HermanR.Athermalloadingguide
forresidentialbasedontime2variantcurrentloadmodels[J].IEEETransonPowerSystems,2004,19(3):1294-1298.
[65] ChuCM,JongTL,HuangYW.Adirectload
controlofair2conditioningloadswiththermalcomfort
control[C]∥2005Society
GeneralIEEEMeeting,
PowerSan
Engineering议(SeveraladvicesofChineseloadmodeling)[J].
电力系统自动化(AutomationofElectricPower
Systems),2004,28(16):8-12.
[58] 贺仁睦(HeRenmu).电力系统动态仿真准确度的探
究(Researchintoveracityofpowersystemdynamicstimulation)[J].电网技术(PowerSystemTechnology),2000,24(12):1-4.
[59] 贺仁睦,王卫国,蒋德斌,等(HeRenmu,Wang
Weiguo,JiangDengbin,etal).广东电网动态负荷
实测建模及模型有效性研究(Measurement2based
dynamicloadmodelingandmodelvalidationonGuangdonggrid)[J].中国电机工程学报(ProceedingsoftheCSEE),2002,22(3):78-82.[60] 顾丹珍,艾芊,陈陈(GUDanzhen,Aiqian,ChenChen).冲击负荷实用建模新方法(Ageneralmodelingmethodfortheimpactload)[J].电力系
Francisco,CA,USA:2005.[66] OrtegaJMM,GornezEA,TrigoALG,etal.A
stateestimationapproachtoharmonicpollutingloadcharacterizationindistributionsystems[J].IEEETransonPowerSystems,2005,20(2):765-772.
[67] HwangJC.Assessmentofairconditionloadmana2
gementbyloadsurveyinTaipower[J].IEEETransonPowerSystems,2001,16(4):910-915.
统自动化(AutomationofElectricPowerSystems),2006,30(20):10-14.
[61] AgueroJL,BeroquiM,AchillesS.Aluminum
plantloadmodelingforstabilitystudies[C]∥1999IEEE
Power
Engineering
Society
Summer
Meeting,Edmonton,Alta,Canada:1999.
[62] MortensenRE,HaggertyKP.Dynamicsand
heatingandcoolingloads:models,simulationandactualutilitydata[J].
IEEETransonPower
Systems,1990,5(1):243-249.
[63] MorenoMA,UsaolaJ.Anewbalancedharmonic
作者简介:
李培强(1975-),男,博士研究生,副教授,主要从事电力系统运行与控制的研究和教学。Email:lpqcs@yahoo.com.cn
李欣然(1957-),男,教授,博士生导师,主要从事电力系统运行与控制的研究和教学。Email:lixr1013@yahoo.com.
cn
林舜江(1980-),男,博士研究生,主要从事电力系统运行与控制的研究。Email:lsj19800918@yahoo.com.cn
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容