CN105119278A - 一种特殊负荷建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特殊负荷建模方法，包括以下步骤，步骤一，调研特殊负荷相关信息；步骤二，根据调研结果，分析特殊负荷特性，提出特殊负荷模型结构；步骤三，根据实际特殊负荷录波数据的整体波形变化趋势，对特殊负荷进行分类简化；步骤四，分析所要研究的特殊负荷实际录波数据的整体波形变化趋势，基于之前分类简化的结果，判定该特殊负荷所归类型。本发明提出的特殊负荷建模方法通用性较强，不同种类的特殊负荷均可以按照该方法进行建模；并且本发明提出的特殊负荷模型结构综合考虑了特殊负荷的被动特性和主动特性，而不是单一的只考虑某一部分特性，故模型结构更加合理。

Description

一种特殊负荷建模方法

技术领域

本发明涉及一种特殊负荷建模方法，属于电力系统负荷建模领域。

背景技术

特殊负荷给电力系统的安全稳定运行、电力设备的正常使用、电能质量等带来了多方面的挑战。现有的研究针对不同的问题作了不同程度的开展。针对电弧炉为代表的设备模型的研究较早，取得了较多的研究成果，目前现有的模型能够模拟设备的电压和电流的非线性关系，为电力研究人员在谐波估计、投入无功补偿设备规划等方面提供了重要的依据。特殊负荷的冲击特性作为研究的另一个重要方向，已取得了一些成果，可用于局部电网的安全稳定分析，估计冶金、钢铁等特殊负荷的接入对电力系统相关指标的影响。但总体来说，现有的研究仍存在模型结构过于简单的问题。现有特殊负荷冲击特性模型基本采用电流源或者功率源的形式模拟特殊负荷对电网的影响，忽略了负荷自身的电气特性，即负荷功率和系统电压、频率的函数关系，而传统负荷模型主要研究负荷电气特性，无法体现特殊负荷的功率自变特性和冲击特性。所以，现有模型不能完整体现特殊负荷的特性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种特殊负荷建模方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种特殊负荷建模方法，包括以下步骤，

步骤一，调研特殊负荷相关信息；

步骤二，根据调研结果，分析特殊负荷特性，提出特殊负荷模型结构；

步骤三，根据实际特殊负荷录波数据的整体波形变化趋势，对特殊负荷进行分类简化；

步骤四，分析所要研究的特殊负荷实际录波数据的整体波形变化趋势，基于之前分类简化的结果，判定该特殊负荷所归类型。

特殊负荷模型结构是将特殊负荷看作常规负荷受到H(U(t),G(t))函数的作用，接入电网；

其中，U(t)部分用以表达特殊负荷功率随电网电压变化而变化的被动特性，G(t)用以表达特殊负荷随自身生产过程变化而引起的功率自变特性。

本发明所达到的有益效果：本发明提出的特殊负荷建模方法通用性较强，不同种类的特殊负荷均可以按照该方法进行建模；并且本发明提出的特殊负荷模型结构综合考虑了特殊负荷的被动特性和主动特性，而不是单一的只考虑某一部分特性，故模型结构更加合理。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为特殊负荷模型结构。

图3为负荷CLM模型结构。

图4为硅铁负荷功率随时间变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种特殊负荷建模方法，包括以下步骤：

步骤一，调研特殊负荷相关信息。

调研发现特殊负荷主要分布在传统工业、电气化铁路、电动汽车等行业，容量较大，通常其从电网汲取的功率随着其生产过程的特性而大幅变化，该类负荷由于自身的特性，可以在极短的时间内(秒级乃至毫秒级)从电网汲取或释放几十兆瓦乃至百兆瓦的功率，如轧钢机(轧钢)、电解铝、硅铁冶炼(电弧炉)等，对电网造成较大的冲击。

步骤二，根据调研结果，分析特殊负荷特性，提出特殊负荷模型结构。

基于步骤一对特殊负荷特性的调研，特殊负荷区别于常规负荷，实质上是特殊负荷内部特性随生产过程发生变化，引起外在功率变化。特殊负荷会带来较大功率冲击，影响其所在局部电网的稳定运行。但是在大电网中，特殊负荷的功率冲击并不会产生很大影响，往往更关心特殊负荷功率随大电网电压、频率变化而体现出的被动特性，又因大电网中频率波动一般较小，故在此只考虑特殊负荷功率随电网电压变化而变化的被动特性。因此，为完整分析特殊负荷特性，我们建立综合考虑被动特性和冲击特性的特殊负荷模型，其中被动特性体现电网因发生扰动或者故障时母线电压变化而引起的特殊负荷功率变化，冲击特性体现特殊负荷因自身生产过程变化而引起的功率大幅变化。

特殊负荷模型结构如图2所示，是将特殊负荷看作常规负荷受到H(U(t),G(t))函数的作用，接入电网。

其中，U(t)部分用以表达特殊负荷功率随电网电压变化而变化的被动特性；G(t)用以表达特殊负荷随自身生产过程变化而引起的功率自变特性，自变特性中以冲击特性对电网影响最大，故以下对特殊负荷的研究主要针对冲击特性；常规负荷模型采用CLM，由等值静态负荷和等值电动机并联表达，静态负荷可以单独采用恒阻抗模型、恒电流模型或者恒功率模型，也可以采用以上模型的并联组合形式来表达；电动机模型采用三阶感应电动机模型；电网等值阻抗加在电动机的等值定子阻抗上。

步骤三，根据实际特殊负荷录波数据的整体波形变化趋势，对特殊负荷进行分类简化。

步骤四，分析所要研究的特殊负荷实际录波数据的整体波形变化趋势，基于之前分类简化的结果，判定该特殊负荷所归类型。

为了进一步说明本方法，以硅铁冶炼为例，CLM如图3所示，静态负荷采用恒阻抗模型；电动机模型采用三阶感应电动机模型；电网的等值阻抗R_D+jX_D实际上并不直接考虑，而是加在电动机的等值定子阻抗上。

三阶感应电动机模型为，

$\frac{{\mathrm{dE}}_q^{\′}}{dt}=-\frac{1}{T_{d0}^{\′}}\[E_q^{\′}-(X-X^{\′})I_d\]+({\mathrm{\ω}}_r-1)E_d^{\′}$

$\frac{{\mathrm{dE}}_d^{\′}}{dt}=-\frac{1}{T_{d0}^{\′}}\[E_d^{\′}+(X-X^{\′})I_q\]-({\mathrm{\ω}}_r-1)E_q^{\′}$

$\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{dt}=\frac{1}{T_J}\[T_E-T_M\]$

其中，E′_q、E′_d分别为电动机q轴、d轴暂态电动势，ω_r为电动机转子转速(标幺值)，X为转子稳态电抗，X′为转子暂态电抗，I_d、I_q分别为电动机d轴、q轴电流，T′_d0为转子绕组时间常数，T_J转子惯性时间常数，T_E、T_M分别为机械负载力矩和电磁力矩。

定子电流方程为式为，

$I_d=\frac{1}{R_s^2+X^{\′2}}\[R_s(U_d-E_d^{\′})+X^{\′}(U_q-E_q^{\′})\]$

$I_q=\frac{1}{R_s^2+X^{\′2}}\[R_s(U_q-E_q^{\′})-X^{\′}(U_d-E_d^{\′})\]$

其中，

T_E＝E′_dI_d+E′_qI_q,T_M＝T_M0(Aω_r ²+Bω_r+C)；

$T_{d0}^{\′}=\frac{X_r+X_m}{(1-s_0)R_r};X=X_s+X_m;X^{\′}=X_s+\frac{X_m{X}_r}{X_m+X_r};$

R_s、X_s为定子电阻和电抗，X_r为转子电抗，X_m为励磁电抗，U_q、U_d分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_M0为初始机械转矩，s₀为初始转子滑差。

对于硅铁冶炼负荷，据其工作原理，电动机只是辅助生产，静态负荷为主，所以可设电动机比例0.1，静态恒阻抗负荷比例0.9，并联后连接在110kV母线上。

硅铁负荷功率变化曲线如附图4所示，可见硅铁冶炼企业最显著的功率波动来自于出铁过程(图中2580s-3000s)，其余时段功率相对平稳。

综上所述，上述的特殊负荷建模方法通用性较强，不同种类的特殊负荷均可以按照该方法进行建模；并且特殊负荷模型结构综合考虑了特殊负荷的被动特性和主动特性，而不是单一的只考虑某一部分特性，故模型结构更加合理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种特殊负荷建模方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，调研特殊负荷相关信息；

步骤二，根据调研结果，分析特殊负荷特性，提出特殊负荷模型结构；

步骤三，根据实际特殊负荷录波数据的整体波形变化趋势，对特殊负荷进行分类简化；

步骤四，分析所要研究的特殊负荷实际录波数据的整体波形变化趋势，基于之前分类简化的结果，判定该特殊负荷所归类型。

2.根据权利要求1所述的一种特殊负荷建模方法，其特征在于：特殊负荷模型结构是将特殊负荷看作常规负荷受到H(U(t),G(t))函数的作用，接入电网；

其中，U(t)部分用以表达特殊负荷功率随电网电压变化而变化的被动特性，G(t)用以表达特殊负荷随自身生产过程变化而引起的功率自变特性。