一种电动机负荷模型的构建方法
【技术领域】 阳001]本发明设及电力系统仿真技术，具体设及一种电动机负荷模型的构建方法。
【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。我国电网当前仿真采用的负荷模型及参数大多都是基于上世纪80年代左右的事 故仿真确定的（局部电网陆续有所调整）。但是随着科技发展和产业结构的巨变，电网负荷 构成、特性均发生巨大变化，尤其随着跨区混联电网发展，当前负荷模型参数仿真精度与现 实存在较大偏差，导致当前负荷模型参数无法准确描述负荷动态频率特性。
【发明内容】
阳〇化]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电动机负荷模型的构建方法，克 服了传统电动机负荷模型参数无法准确描述动态负荷频率特性的缺点，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。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种电动机负荷模型的构建方法，所述方法包括W下步骤：
[0008] 步骤1 :建立电动机负荷模型；
[0009] 步骤2 :对电动机负荷模型进行事故仿真计算；
[0010] 步骤3 :确定电动机负荷模型的频率特性参数。 阳0川所述步骤1中，电动机负荷模型如下： (I)
[0013] 其中，CO。表示电动机初始转速，且CO。二I-S。，s。表示转子初始滑差；E'd表示电 动机直轴暂态电势，E'q表示电动机交轴暂态电势；Id表示电动机d轴电流，Iq表示感应电 动机q轴电流，且Id和Iq分别表示为：
阳016] 其中，Vd表示电动机直轴电压，Vq表示电动机交轴电压，RS表示定子电阻，X'表示 (3> (4) 转子不动时的短路电抗，且i
，Xs表示定子漏抗，Xf表示转子漏抗，Xm表示 激磁电抗；
[0017]X表示转子开路电抗，且X=Xs+Xm;
[001引T。'表示定子开路时转子回路时间常数，且
表示同步角速度，且 COb= 2JTfb。,。，fhse表示工频频率，取50化；Rf表示转子电阻；
[0019] Tj表示惯性时间常数，TM表示电动机机械转矩，Te表示电动机电磁力矩，且TM和TE 分别表示为：
[0020] 7" = (/1 巧:+ 公巧.+C) 7; 1' 5 )
[OOWTe=E'山巧'qlq (6) 阳0巧其中：Wf为电动机实际转速，且COr= 1-S，S为转子实际滑差；A、B、C表示电动机 的机械转矩系数，T。表示电动机的初始机械转矩。
[0023] 所述步骤2包括W下步骤：
[0024] 步骤2-1 :确定负荷节点的有功功率一频率特性系数Pf;
[00巧]步骤2-2 :将负荷元件按负荷特性分为静态负荷和动态负荷；
[00%]步骤2-3 :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Ldq;
[0027] 步骤2-4 :确定事故时电力系统的运行方式，并确定事故模拟方式； W28] 步骤2-5 :给定电动机的机械转矩系数A、B、C;
[0029] 步骤2-6 :采用电力系统仿真软件PSD-BPA或PSD-PSASP进行模拟计算。
[0030] 所述步骤2-1中，确定负荷节点的有功功率一频率特性系数包括： 阳〇3U 设P。表示负荷节点的有功负荷初值，k为负荷节点中包含的设备类型个数，N康 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;设备类型i的有 功功率一频率特性系数用Pfi表示，于是设备类型i的有功功率P1表示为： 阳 03引 Pi=NiXPo (7) 阳〇3引根据式（7)有：
(8)
[0035] 其中，Pf表示负荷节点的有功功率一频率特性系数。
[0036] 所述步骤2-2中，所述动态负荷为电动机负荷，动态负荷包括空调、冰箱和洗衣 机；
[0037] 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。
[0038] 所述步骤2-3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：
[0039] 设Nm为设备类型i中静态负荷的有功百分比，则设备类型i中静态负荷的有功功 率Psi为： W40] Psi= Ni XNsi XP。巧）
[0041] 于是静态负荷的综合有功功率Ps。为电动机负荷模型中各个设备类型的静态负荷 有功功率之和，即：
[0042] 尸、"二 (10) ./-1
[00创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表示为：
(11) 1
[0046] 其中，Pfi表示设备类型i的有功功率一频率特性系数，Qfi表示设备类型i的无功 功率一频率特性系数。
[0047] 所述步骤3包括W下步骤：
[0048] 步骤3-1 :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：
(13)
[0050] 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；
[0051] 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；
[0052] 步骤3-2 :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2-6;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。
[0053] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有W下有益效果：
[0054] 1)负荷模型对大区互联电网的稳定运行特性有着重要的影响，而电动机负荷在电 力系统负荷中超过60%都是电动机负荷，系统发生故障后的负荷动态特性主要来源于电动 机负荷的综合响应特性，本发明提供的电动机负荷模型的构建方法准确确定各类电动机负 荷的频率参数，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；
[0055] 2)本发明首先通过统计综合法确定负荷节点中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，然后通过故障拟合法确定整个负荷节点的异步电动机的 机械转矩系数A、B、C，可准确描述电动机群负荷的频率特性；
[0056] 3)本发明充分考虑了电动机的转矩-滑差物理机理特性，其收敛特性好、鲁棒性 强；
[0057] 4)本发明克服了传统负荷模型无法准确描述异步电动机群负荷频率特性的缺点， 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。
【附图说明】
[0058]图1是本发明实施例中电动机负荷模型的构建方法流程图；
[0059] 图2是本发明实施例中城西220kV变电站地理接线图；
[0060] 图3是本发明实施例中仿真系统示意图；
[0061] 图4是本发明实施例中系统的频率变化曲线图；
[0062]图5是本发明实施例中城西220kV负荷节点有功功率曲线图。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0064] 本发明提供一种电动机负荷模型的构建方法，如图1，所述方法包括W下步骤： 阳0化]步骤1 :建立电动机负荷模型； 阳066] 步骤2 :对电动机负荷模型进行事故仿真计算；
[0067] 步骤3:确定电动机负荷模型的频率特性参数。
[0068] 所述步骤1中，电动机负荷模型如下： (I)
[0070] 其中，w。表示电动机初始转速，且《。二I-S。，s。表示转子初始滑差；E'd表示电 动机直轴暂态电势，E'q表示电动机交轴暂态电势；Id表示电动机d轴电流，Iq表示感应电 动机q轴电流，且Id和Iq分别表示为：
阳073] 其中，Vd表示电动机直轴电压，Vq表示电动机交轴电压，RS表示定子电阻，X'表示 (3) (4) 转子不动时的短路电抗，且
，Xg表示定子漏抗，Xf表示转子漏抗，Xm表示 激磁电抗；
[0074] X表示转子开路电抗，且X=Xs+Xm;
[00巧]T。'表示定子开路时转子回路时间常数，且 表示同步角速度，且 Ob= 2JTfb。,。，fhse表示工频频率，取50化；Rf表示转子电阻；
[0076] Tj表示惯性时间常数，TM表示电动机机械转矩，Te表示电动机电磁力矩，且TM和TE 分别表示为：
[0077] r" = (/崎 + 公巧 + (-，) 7；: (S、 W78]Te=E'山巧'qlq (6)
[0079] 其中：Wf为电动机实际转速，且Wr= 1-S，S为转子实际滑差；A、B、C表示电动机 的机械转矩系数，T。表示电动机的初始机械转矩。
[0080] 所述步骤2包括W下步骤：
[0081] 步骤2-1 :确定负荷节点的有功功率一频率特性系数Pf;
[0082] 步骤2-2 :将负荷元件按负荷特性分为静态负荷和动态负荷；
[008引步骤2-3 :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Ldq;
[0084] 步骤2-4 :确定事故时电力系统的运行方式，并确定事故模拟方式；
[00财步骤2-5 :给定电动机的机械转矩系数A、B、C;
[0086] 步骤2-6 :采用电力系统仿真软件PSD-BPA或PSD-PSASP进行模拟计算。
[0087]所述步骤2-1中，确定负荷节点的有功功率一频率特性系数包括： 阳O蝴设P。表示负荷节点的有功负荷初值，k为负荷节点中