一种综合空调负荷模型及其建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统负荷建模技术领域，尤其涉及一种综合空调负荷的建模方 法。
【背景技术】
[0002] 现代社会，随着经济的高速发展，空调负荷的比例日趋增大，在夏季的局部地区占 比很大，对电网的安全稳定运行带来了潜在的危害。另外，近年来在整个空调负荷中，变频 空调的比例不断增大。在变频器的作用下，相比于普通的定频空调，变频空调具有很多不同 特性，致使其负荷特性与常规空调差别很大，尤其是在电网电压突然下降情况下的特性。
[0003] 现有空调类负荷相关文献主要针对常规空调和变频空调的动、静态特性进行了实 验研究，其中也不乏常规空调负荷建模的研究，但是针对变频空调负荷的建模研究几乎还 没有。总体看来，之前的研究存在以下两个问题，其一是没有建立适用的变频空调负荷模 型，考虑其在综合空调负荷中的影响因素；其二是没有建立适用的综合空调负荷模型，并仿 真分析综合空调负荷对实际电网的影响。
【发明内容】
[0004] 针对目前存在的问题，本发明提出一种综合空调负荷的建模方法，它将同时考虑 常规空调和变频空调在综合空调负荷中的影响，能够针对不同地区，不同空调使用情况进 行准确判断，本发明所采用的技术方案如下：
[0005] -种综合空调负荷建模方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1、建立常规空调负荷模型，具体为：
[0007] 采用静态恒阻抗负荷加三阶感应电动机模型来描述常规空调负荷的动态特性，将 电动（Ml)机与静态恒阻抗负荷（Z)并联后接在110KV负荷母线上，再接在三绕组变压器一 侦牝最后接入电网，三阶感应电动机模型如式（1)所示：
[0008]
CD
[0009] 其中，E' q、E'd分别为电动机q轴、d轴暂态电动势，ω ^为电动机转子转速，X为转 子稳态电抗，Id、Iq分别为电动机d轴、q轴电流，X'为转子暂态电抗，T' d。为转子绕组时 间常数，T1转子惯性时间常数，T E、Tm分别为机械负载力矩和电磁力矩；
[0010] 定子电流方程如式⑵所示，
[0011] (2) LlN 丄UOldS/d/ A I ^ Z/0 JM
[0012] ；
[0013] 子电阻和电抗，I为转子电抗， Xm为励磁电抗，U q、Ud*别为电动机端电压的q轴、d轴分量，A、B、C为机械转矩系数，T M。为 初始机械转矩，s。为初始转子滑差；
[0014] 步骤2、建立变频空调负荷模型，具体为：
[0015] 电动机仍然采用三阶感应电动机模型，静态部分用恒有功负荷（P)表示，无功部 分归算到电动机（M2)中，在负荷母线上还包含有虚拟静态负荷（Q)和虚拟电容器（C)，模型 结构为将电动机（M2)与静态恒有功负荷（P)、虚拟静态负荷（Q)、虚拟电容器（C)并联，接 在IlOkv负荷母线上，再接在三组变压器的一侧，进而接入电网；
[0016] 步骤3、以常规空调模型和变频空调模型为基础建立综合空调负荷模型，具体为：
[0017] 将常规空调负荷和变频空调负荷并联，其中电动机仍然采用三阶感应电动机模 型，静态部分为常规空调的静态恒阻抗负荷（Z)和变频空调的恒有功负荷（P)，以及用于调 节变频空调无功特性的虚拟静态负荷（Q)和虚拟电容器（C)，模型结构为将常规空调模型 中的电动机（M 1)、静态恒阻抗负荷（Z)与变频空调模型中的电动机（M2)、静态恒有功负荷 (P)、虚拟静态负荷（Q)以及虚拟电容器（C)并联，接在110KV负荷母线上，然后再接在三绕 组变压器的一侧，最后接入电网。
[0018] 本发明的有益效果为：本发明能单独分析常规空调和变频空调，也能综合分析两 者不同构成比例下的情况，可以针对不同地区，不同空调使用情况，适用性很强
【附图说明】
[0019] 图1为常规空调负荷模型结构图；
[0020] 图2为变频空调结构图；
[0021 ] 图3为变频空调负荷模型结构图；
[0022] 图4为综合空调负荷建模流程；
[0023] 图5(a)为常规空调负荷动态特性曲线中的网测电压变化曲线图；
[0024] 图5(b)为常规空调负荷动态特性曲线中的常规空调有功响应曲线图；
[0025] 图5(c)为常规空调负荷动态特性曲线中的常规空调无功响应曲线图；
[0026] 图6(a)为变频空调负荷动态特性曲线中的网测电压变化曲线图；
[0027] 图6(b)为变频空调负荷动态特性曲线中的常规空调有功响应曲线图；
[0028] 图6(c)为变频空调负荷动态特性曲线中的常规空调无功响应曲线图；
[0029] 图7(a)为常规空调为主占比时综合空调负荷动态特性曲线中的综合空调网测电 压变化曲线图；
[0030] 图7为（b)为常规空调为主占比时综合空调负荷动态特性曲线中的综合空调有功 响应曲线图；
[0031] 图7为（c)为常规空调为主占比时综合空调负荷动态特性曲线中的综合空调无功 响应曲线图；
[0032] 图8(a)为变频空调为主占比时综合空调负荷动态特性曲线中的综合空调网测电 压变化曲线图；
[0033] 图8 (b)为变频空调为主占比时综合空调负荷动态特性曲线中的综合空调有功响 应曲线图；
[0034] 图8 (C)为变频空调为主占比时综合空调负荷动态特性曲线中的综合空调无功响 应曲线图；
[0035] 图9为综合空调负荷模型结构图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明进行进一步的详细描述。
[0037] 如图1-图9所示，一种综合空调负荷建模方法，具体包括以下步骤：
[0038] 常规空调负荷，根据原理近似于异步电动机拖动负荷。考虑到空调的其它外围器 件，采用静态恒阻抗负荷Z加动态异步电动机的经典负荷模型CLM(Classi C Load Model) 来描述其动态特性，其中异步电动机模型选用三阶感应电动机模型，三阶感应电动机模型 如下式（1)所示。常规空调负荷模型如附图1所示，电动机Ml与静态恒阻抗负荷Z并联后 接在IlOkV负荷母线上，再接在三绕组变压器的一侧，接入电网进行分析
[0039]
CO
[0040] 其中，E' q、E'd分别为电动机q轴、d轴暂态电动势，ω ^为电动机转子转速，X为转 子稳态电抗，Id、Iq分别为电动机d轴、q轴电流，X'为转子暂态电抗，T' d。为转子绕组时 间常数，T1转子惯性时间常数，T E、Tm分别为机械负载力矩和电磁力矩；
[0041] 定子电流方程如式（2)所示，
[0042] ⑵
[0043]
[0044] 子电阻和电抗，转子电抗， Xm为励磁电抗，U q、Ud*别为电动机端电压的q轴、d轴分量，A、B、C为机械转矩系数，T M。为 初始机械转矩，s。为初始转子滑差；
[0045] 基于上述常规空调负荷模型，当网侧电压在1.5s时分别跌落5%，10%，15%， 20%，常规空调的动态响应曲线如图5所示。图5(a)中分别为不同电压跌落情况，常规空 调吸收的有功和无功响应曲线分别如图5(b)和图5(c)所示。根据该模型的有功和无功动 态响应曲线拟合异步电动机比例（Pnip)、初始负载率og和定子电抗（xs)三个重点参数，得 出的结果如表1 (电动机其余参数取典型值）：
[0046] 表 1
[0047]
[0048] 由图可见，当网侧发生一定幅度的电压跌落时，常规空调需要一定的无功支持，这 对电网电压稳定较为不利。
[0049] 研究表明，采用异步电动机加恒阻抗Z的经典负荷模型CLM可以较好的反应常规 空调负荷特性。
[0050] 步骤二、建立变频空调负荷模型
[0051] 变频空调的结构简图如附图2所示，其是根据环境温度与设定温度的差值，通过 变频器控制制冷功率，从而达到控制室温的目的。因而，在电网频率不变的情况下，其制冷 功率与电网电压小幅波动无关，接近于恒功率特性。变频空调整流环节多用不可控二极管 的方式，因此从电网吸收的无功是不可控的。
[0052] 变频空调负荷仍然采用经典负荷模型CLM结构。因变频空调负荷中电动机与常规 空调负荷电动机相同，故