CN105514982A - 一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，包括以下步骤：构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型；划分低电压脱扣开关的动作级别；计算每级低电压释放后的总负荷有功功率；确定负荷低电压多级释放特征参数。本发明提供的考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法克服了传统动态负荷模型无法描述负荷低电压释放特性的缺点,提高了电力系统仿真计算的可信度。

Description

一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术，具体涉及一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法。

背景技术

目前，国内外尚不存在有严格理论依据的电力系统负荷建模方法，在实际生产运行中，工作人员仅能采用纯静态负荷模型或静态负荷与电动机负荷相结合的模型，难以准确模拟负荷的动态过程，致使电力系统仿真、稳定分析与判别的精度不足，美国WECC于2012年新采用的负荷模型过于复杂，影响计算效率及实用性。此外，基于辨识理论的参数辨识负荷建模方法和基于调查统计的加权等值负荷建模法也是研究较多的方法，但参数辨识法的问题在于模型参数物理意义不明确，且生成的负荷模型原则上只能对应于被辨识的实测样本，将之应用于暂态稳定计算是电网仿真计算的主要内容之一，通过暂态稳定计算可以了解线路的极限传输功率和故障的极限切除时间，并以此来指导电网的运行与规划，而作为仿真主要的模型之一，负荷模型对仿真结果影响重大。目前用于暂态稳定分析的实测负荷模型在建模过程中都假定扰动发生期间负荷内部不会发生掉负荷的情况，在将实测负荷模型应用到暂态稳定仿真当中时，也往往假定如果发生扰动，本负荷内部不会出现掉负荷的情况。这在大多数情况下是成立的，因为电网中出现的故障大多是单相故障,且故障时间很短,因此对电网造成的电压扰动并不是很大，在小的电压扰动和短时间故障作用下，负荷往往不会被切除或者失稳。但是，考虑到其安全性，电网稳定计算中往往要计算故障最严重、影响最恶劣的情况，如关键联络线的三相故障等。在严重故障情况下电压扰动持续时间虽然可能较短，但是电压扰动强度却可能非常大，假如在实际电网中发生这样大的扰动，负荷是否还能保持不变，如果不能，在暂态稳定仿真中应如何表示，这些问题并没有得到很好的回答。以往对于负荷切除的研究主要集中在低频或低压减载中，此时主要研究减载的策略及轮次，很少涉及模型结构，而在中长期稳定中所涉及的负荷切除模型主要是考虑了一些系统调节装置的动作，时间往往较长，这已经超出了暂态稳定分析的范围，而且模型也主要考虑负荷切除量，没有涉及模型自身的动态特性，因此将此模型用于暂态稳定分析可能会导致仿真结果与实测数据相差较远。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，在现有的考虑配电网络的综合负荷模型(SLM)中引入描述扰动中间负荷低电压释放特性的三级负荷低电压释放特性参数，可以较准确模拟负荷的低电压释放特性，提高了电力系统仿真计算的可信度。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型；

步骤2：划分低电压脱扣开关的动作级别；

步骤3：计算每级低电压释放后的总负荷有功功率；

步骤4：确定负荷低电压多级释放特征参数。

所述步骤1中，在SLM负荷模型的基础上，引入用于表征负荷低电压多级释放特性的负荷低电压多级释放特征参数，基于负荷低电压脱扣反时限特性构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型。

所述步骤2中，根据低电压脱扣开关的动作电压U_c将低电压脱扣开关的动作级别划分为以下三类：

1)当U_c＜0.6U_n时，低电压脱扣开关的动作级别为第一级；

2)当0.6U_n≤U_c＜0.75U_n时，低电压脱扣开关的动作级别为第二级；

3)当0.75U_n≤U_c时，低电压脱扣开关的动作级别为第三级；

其中，U_n表示低电压脱扣开关的额定电压。

所述步骤3中，设n为220kV负荷站点中包含的10kV/6kV馈线出线数，P_ij为第i条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率，i＝1,2,…,n；则第j级低电压释放后的总负荷有功功率为：

$P_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{ij}---\left(1\right)$

其中，P_j表示第j级低电压释放后的总负荷有功功率，j＝1,2,3。

所述步骤4中，负荷低电压多级释放特征参数包括每级低电压释放动作电压U_cj、每级低电压释放平均延迟时间常数T_cj和每级低电压释放负荷比例系数K_cj。

采用单条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率P_ij相对于220kV负荷站点中第j级低电压释放后的总负荷有功功率P_j的标么值为加权因子对每级低电压释放动作电压U_cj、每级低电压释放平均延迟时间常数T_cj和每级低电压释放负荷比例系数K_cj进行综合，有：

$U_{cj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(P_{ij}\×U_{cij})}{P_j}---\left(2\right)$

$T_{cj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(P_{ij}\×T_{cij})}{P_j}---\left(3\right)$

K_cj＝P_j/P(4)

其中，P表示220kV负荷站点总有功功率，U_cij和T_cij分别表示第i条10kV/6kV馈线上低电压脱扣开关的第j级低电压释放动作电压和低电压释放延迟时间常数。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明深入研究负荷低电压释放特性，构建了考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型，该模型针对SLM模型设计了负荷低电压释放环节，综合考虑了负荷元件级低压保护接触器和大用户级开关脱扣器动作特性，，基于负荷低电压脱扣反时限特性构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型，该模型根据低电压脱扣开关的动作电压将低电压脱扣开关的动作级别划分为三类，可以较准确地模拟负荷低电压释放特性；

2)本发明采用单条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率相对于220kV负荷站点中第j级低电压释放后的总负荷有功功率P_j的标么值为加权因子对每级低电压释放动作电压、每级低电压释放平均延迟时间常数以及每级低电压释放负荷比例系数进行综合，描述每级负荷的低电压释放特性；

3)本发明提供的方法克服了传统负荷模型无法描述负荷低电压释放特性的缺点，提高了电力系统仿真计算的准确性与可信度，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

图1是本发明实施例中考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法流程图；

图2是本发明实施例中考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型结构图；

图3是本发明实施例中城西220kV变电站所供负荷区的接线图；

图4是本发明实施例中2机两区仿真系统结构图；

图5是本发明实施例中城西220kV母线电压曲线图；

图6是本发明实施例中城西220kV变电站母线负荷有功功率曲线图；

图7是本发明实施例中城西220kV变电站母线负荷无功功率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，如图1，所述方法包括以下步骤：

步骤1：构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型；

步骤2：划分低电压脱扣开关的动作级别；

步骤3：计算每级低电压释放后的总负荷有功功率；

步骤4：确定负荷低电压多级释放特征参数。

所述步骤1中，如图2，在SLM负荷模型(即考虑配电网络的综合负荷模型，synthesisloadmodel)的基础上，引入用于表征负荷低电压多级释放特性的负荷低电压多级释放特征参数，基于负荷低电压脱扣反时限特性构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型。其中，U_c1为第1级负荷低压释放动作电压、T_c1为第1级负荷低电压释放平均延迟时间常数、K_c1为第1级负荷低电压释放负荷比例系数；U_c2为第2级负荷低压释放动作电压、T_c2为第2级负荷低电压释放平均延迟时间常数、K_c2为第2级负荷低电压释放负荷比例系数；U_c3为第3级负荷低压释放动作电压、T_c3为第3级负荷低电压释放平均延迟时间常数、K_c3为第3级负荷低电压释放负荷比例系数。

所述步骤2中，根据低电压脱扣开关的动作电压U_c将低电压脱扣开关的动作级别划分为以下三类：

1)当U_c＜0.6U_n时，低电压脱扣开关的动作级别为第一级；

2)当0.6U_n≤U_c＜0.75U_n时，低电压脱扣开关的动作级别为第二级；

3)当0.75U_n≤U_c时，低电压脱扣开关的动作级别为第三级；

其中，U_n表示低电压脱扣开关的额定电压。

所述步骤3中，设n为220kV负荷站点中包含的10kV/6kV馈线出线数，P_ij为第i条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率，i＝1,2,…,n；则第j级低电压释放后的总负荷有功功率为：

$P_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{ij}---\left(1\right)$

其中，P_j表示第j级低电压释放后的总负荷有功功率，j＝1,2,3。

所述步骤4中，负荷低电压多级释放特征参数包括每级低电压释放动作电压U_cj、每级低电压释放平均延迟时间常数T_cj和每级低电压释放负荷比例系数K_cj。

采用单条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率P_ij相对于220kV负荷站点中第j级低电压释放后的总负荷有功功率P_j的标么值为加权因子对每级低电压释放动作电压U_cj、每级低电压释放平均延迟时间常数T_cj和每级低电压释放负荷比例系数K_cj进行综合，有：

$U_{cj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(P_{ij}\×U_{cij})}{P_j}---\left(2\right)$

$T_{cj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(P_{ij}\×T_{cij})}{P_j}---\left(3\right)$

K_cj＝P_j/P(4)

其中，P表示220kV负荷站点总有功功率，U_cij和T_cij分别表示第i条10kV/6kV馈线上低电压脱扣开关的第j级低电压释放动作电压和低电压释放延迟时间常数。

实施例

以浙江温州城西220kV变电站为例进行验证说明。

城西220kV变电站所供负荷容量约167MW，其下负荷构成比较复杂，包含了工业负荷和居民负荷，将其归类为工业居民混合负荷。表1为城西220kV变电站大方式时负荷的详细组成情况：

表1

图3为城西220kV变电站所供负荷区的接线图，根据城西220kV变电站的负荷详细统计数据，得到表2的城西变SLM模型参数和表3的城西变SLM模型低压释放参数：

表2

表3

轮次	Uc(％Un)	Tc(ms)	Kc
				1	0.5	40	5％
2	0.65	100	8％
				3	0.80	280	11％

其中，Tj表示马达惯性时间常数、Rs表示马达定子电阻、Xs表示马达定子电抗、Xm表示马达激磁电抗、Rr表示马达转子电阻、Xr表示马达转子电抗，R*表示配网支路电阻，X*表示配网支路电抗、ZP％表示静态有功负荷构成中的恒阻抗成分、ZQ％表示静态无功负荷构成中的恒阻抗成分、IP％表示静态有功负荷构成中的恒电流成分、IQ％表示静态无功负荷构成中的恒电流成分、PP％表示静态有功负荷构成中的恒功率成分、PQ％表示静态无功负荷构成中的恒功率抗成分。以下同，电动机负载率为40％。

根据统计数据，城西变大方式负荷分别是167.1MW。图4为一典型的2机两区系统，本章以此系统为例，对城西220kV变电站的考虑负荷低电压释放特性的SLM模型和原系统(包括原系统负荷区的110kV配电网络、无功补偿及110kV、35kV、10kV负荷节点的系统)进行仿真对比，验证本课题生成的考虑负荷低电压多级释放特性的SLM模型的有效性。作为对比，华东电网目前使用模型的计算结果曲线也一并显示。

仿真条件：线路BUS2-BUS3一回线BUS2侧发生三永N-1故障，0.12秒后切除故障线路。

分别将图3所示的城西220kV变电站110kV及其以下的系统、考虑低压释放特性的等值SLM模型和华东现有负荷模型接于图4所示的负荷母线上进行仿真，仿真结果表明采用原系统详细模型和采用考虑低压释放特性的等值SLM模型时城西变均低压释放了34.9MW负荷。城西220kV变电站母线电压、城西220kV变电站母线负荷有功功率和无功功率的拟合曲线分别如图5至图7所示。对比分析电压、有功功率和无功功率的拟合曲线，可以看到采用本发明生成的考虑负荷低电压释放特性的SLM负荷模型与详细系统的仿真曲线的拟合效果明显好于采用现有负荷模型参数。因此与当前的负荷模型参数相比，采用本方法构建的负荷模型能够更好地描述负荷低电压多级释放特性，使故障后仿真计算中的系统特性更逼近真实的系统行为，提高了仿真计算分析的可信度，为电力系统制订科学的运行、控制方案提供了保障。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型；

步骤2：划分低电压脱扣开关的动作级别；

步骤3：计算每级低电压释放后的总负荷有功功率；

步骤4：确定负荷低电压多级释放特征参数。

2.根据权利要求1所述的考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，其特征在于：所述步骤1中，在SLM负荷模型的基础上，引入用于表征负荷低电压多级释放特性的负荷低电压多级释放特征参数，基于负荷低电压脱扣反时限特性构建考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型。

3.根据权利要求1所述的考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，其特征在于：所述步骤2中，根据低电压脱扣开关的动作电压U_c将低电压脱扣开关的动作级别划分为以下三类：

1)当U_c＜0.6U_n时，低电压脱扣开关的动作级别为第一级；

2)当0.6U_n≤U_c＜0.75U_n时，低电压脱扣开关的动作级别为第二级；

3)当0.75U_n≤U_c时，低电压脱扣开关的动作级别为第三级；

其中，U_n表示低电压脱扣开关的额定电压。

4.根据权利要求1所述的考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，其特征在于：所述步骤3中，设n为220kV负荷站点中包含的10kV/6kV馈线出线数，P_ij为第i条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率，i＝1,2,…,n；则第j级低电压释放后的总负荷有功功率为：

$P_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{ij}---\left(1\right)$

其中，P_j表示第j级低电压释放后的总负荷有功功率，j＝1,2,3。

5.根据权利要求4所述的考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，其特征在于：所述步骤4中，负荷低电压多级释放特征参数包括每级低电压释放动作电压U_cj、每级低电压释放平均延迟时间常数T_cj和每级低电压释放负荷比例系数K_cj。

6.根据权利要求5所述的考虑负荷低电压多级释放特性的负荷模型构建方法，其特征在于：采用单条10kV/6kV馈线第j级低电压释放后的负荷有功功率P_ij相对于220kV负荷站点中第j级低电压释放后的总负荷有功功率P_j的标么值为加权因子对每级低电压释放动作电压U_cj、每级低电压释放平均延迟时间常数T_cj和每级低电压释放负荷比例系数K_cj进行综合，有：

$U_{cj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(P_{ij}\×U_{cij})}{P_j}---\left(2\right)$

$T_{cj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(P_{ij}\×T_{cij})}{P_j}---\left(3\right)$

K_cj＝P_j/P(4)

其中，P表示220kV负荷站点总有功功率，U_cij和T_cij分别表示第i条10kV/6kV馈线上低电压脱扣开关的第j级低电压释放动作电压和低电压释放延迟时间常数。