一种考虑负荷频率特性的负荷模型构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统仿真技术，具体设及一种考虑负荷频率特性的负荷模型构建 方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统互联程度的提高，电网在故障下的动态特性变得越来越复杂，为了 提高电网的安全性预防大停电事故的发生，在电网规划和运行中往往需要对电网在特定状 态下的特性进行全面了解。因为一方面电网自身的要求决定了不可能在实际电网中做实验 来研究系统稳定性，另外一方面仿真所针对的运行状态往往是未来的预想情况，实际当中 还没有发生，所W也决定了不可能在实际系统中对电网的稳定性进行研究。在运种情况下 仿真就成了电网运行、规划、设计必不可少的工具。
[0003] 在实际运行的电力系统中，通过实测可得频率动态过程曲线，但系统仿真结果与 实测频率动态过程曲线有时会存在较大差异。1996年，美国西部协调委员会（WSCC)的事故 分析报告中指出，采用不同的负荷模型进行仿真，将得到不同甚至截然相反的分析结果，运 使人们认识到负荷模型对仿真计算的影响和重要性。
[0004] 当系统发生故障造成功率不平衡时，频率会随之发生变化，尤其是在一些独立电 网或者微网中，故障时频率变化往往较大，而电网的频率特性取决于负荷频率特性，因此， 考虑频率特性的负荷模型结构及参数对正确认识微网或独立电网的系统频率动态特性十 分重要。W往建模的对象为规模较大的互联电网，系统频率变化较小，很难同时兼顾负荷频 率特性和电压特性进行负荷建模。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑负荷频率特性的负荷模型构 建方法，通过计算负荷元件的有功功率一频率特性系数和无功功率一频率特性系数、静态 负荷的有功功率一频率特性系数和无功功率一频率特性系数W及负荷节点的有功功率一 频率特性系数和无功功率一频率特性系数，最终通过故障拟合法确定负荷节点的异步电动 机机械转矩系数。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种考虑负荷频率特性的负荷模型构建方法，所述方法包括W下步 骤：
[0008] 步骤1 :获取负荷元件的频率特性曲线；
[0009] 步骤2 :计算负荷元件的有功功率一频率特性系数和无功功率一频率特性系数；
[0010] 步骤3 :将负荷元件按负荷特性分为静态负荷和动态负荷；
[0011] 步骤4 :计算静态负荷的有功功率一频率特性系数和无功功率一频率特性系数；
[0012] 步骤5 :计算负荷节点的有功功率一频率特性系数和无功功率一频率特性系数；
[0013] 步骤6 :确定负荷节点的异步电动机机械转矩系数。
[0014] 所述步骤I中，通过实际等值系统获取负荷元件的频率特性曲线；
[0015] 所述实际等值系统包括无穷大等值交流系统、等值发电机、降压变压器、配电变压 器、线路、220kV母线、1IOkV母线、10. 5kV母线、断路器和负荷元件；
[0016] 所述无穷大等值交流系统和等值发电机通过线路与220kV母线连接，降压变压器 的高压侧连接220kV母线，其低压侧连接1IOkV母线；1IOkV母线通过断路器连接配电变压 器的高压侧，配电变压器的低压侧10. 5kV母线连接负荷元件。
[0017] 所述步骤2中，通过曲线拟合法确定负荷元件的有功功率一频率特性系数Pfi和无 功功率一频率特性系数Qfi。
[0018] 所述负荷模型表示为：
…
[0020] 其中，P表示负荷节点的有功功率，Ps表示负荷节点有功负荷初值，PZ表示恒定阻 抗有功负荷比例，Pi表示恒定电流有功负荷比例，PP表示恒定功率有功负荷比例；Q表示负 荷节点的无功功率，Qs表示负荷节点无功负荷初值，QZ表示恒定阻抗无功负荷比例，QI表示 恒定电流无功负荷比例，Qp表示恒定功率无功负荷比例；V表示负荷节点的实际电压，V。表 示负荷节点的电压初值，Af表示电力系统的频率变化量；
[0021] 维持负荷节点的实际电压V为V。不变时，令中间量
于是式（1) 可写为：
(2)
[002引由式似可得负荷元件的有功功率一频率特性系数Pfi和无功功率一频率特性系 数Qfi，有：
(3)。
[00巧]所述步骤3中，动态负荷为电动机负荷，动态负荷包括空调、冰箱和洗衣机；
[0026] 所述静态负荷为除电动机负荷外的其他负荷，动态负荷包括白识灯、热水器和电 视。
[0027] 所述步骤4中，计算静态负荷的有功功率一频率特性系数Ldp和无功功率一频率特 性系数Lw包括：
[0028] 设Ni表示设备类型i的有功功率占负荷节点有功功率的百分比，且i= 1，...，k， k为负荷节点中包含的设备类型个数，Nm为设备类型i中静态负荷的有功百分比，P。表示 负荷节点的有功负荷初值，则设备类型i中静态负荷的有功功率Psi为：
[0029] Psi=NiXNsiXP。 (4)
[0030] 于是静态负荷的综合有功功率Ps。为负荷模型中各个设备类型的静态负荷有功功 率之和，即：
[0031] 巧。5) 担!'
[0032] 于是静态负荷的有功功率一频率特性系数Ldp和无功功率一频率特性系数Lw分别 表示为：
(6) C7)
[0035] 其中，Pfi表示负荷元件的有功功率一频率特性系数，Qfi表示负荷元件的无功功 率一频率特性系数Pfi。
[0036] 所述步骤5中，计算负荷节点的有功功率一频率特性系数和无功功率一频率特性 系数包括：
[0037] 设备类型i的有功功率Pi表示为：
[0038] Pi=NiXPo (8)
[00測根据式（7)有：
(9) (10)0
[0042] 其中，Pf表示负荷节点的有功功率一频率特性系数，Qf表示负荷节点的无功功 率一频率特性系数。
[0043] 所述步骤6中，根据故障拟合法确定负荷节点的异步电动机机械转矩系数，包括：
[0044] 步骤6-1 :确定事故时电力系统的运行方式，并确定事故模拟方式；
[0045] 步骤6-2 :给定电动机的机械转矩系数A、B、C;
[0046] 步骤6-3 :采用电力系统仿真软件PSD-BPA或PSD-PSASP进行模拟计算；
[0047] 步骤6-4 :根据电力系统的频率变化量和负荷节点的有功功率变化量计算电力系 统频率变化引起的负荷节点有功功率变化百分数Kpf,有： (11)
[004引其中，Af表示电力系统的频率变化量，且Af= 康示事故后电力系统频 率恢复到稳定时频率，f。表示事故开始时电力系统的频率；
[0050] AP表示负荷节点的有功功率变化量，且AP=Pi-P。，Pi表示事故后电力系统频率 恢复到稳定时负荷节点的有功功率；
[005。 步骤6-5 :比较Kpf与负荷节点的有功功率一频率特性系数Pf,若IKpf-PfI大于 0.001，则需调整A、B、C，返回步骤6-3;否则表明给定的电动机的机械转矩系数A、B、C即为 电动机负荷模型的频率参数。
[0052] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0053] 1)负荷模型的频率特性参数对大区互联电网的稳定运行特性有着重要的影响，准 确确定各类静态负荷和电动机负荷的频率特性参数，建立符合电网实际频率特性的负荷模 型参数对提高电力系统仿真精度、保证电网正常运行的安全性、可靠性运行具有重要的意 义；
[0054] 2)本发明构建的负荷模型可准确描述负荷站点的实际负荷频率特性，提高了电力 系统仿真计算的可信度，为电力系统的科学规划和安全稳定运行提供了有力保障；
[00巧]3)本发明充分考虑了静态负荷元件的频率特性和电动机的转矩-滑差物理机理 特性，其收敛特性好、鲁棒性强。根据统计综合法和故障拟合法计算负荷模型频率参数，可 W快速且有效计算静态负荷频率因子和电动机机械转矩系数，为电力系统仿真中采用的静 态负荷频率因子