CN105552917B - 一种考虑负荷低电压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释放特性的负荷模型构建方法，包括以下步骤：将负荷元件分为静态负荷和动态负荷；分别表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性；分别确定静态负荷和动态负荷的低压释放特性参数。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。

Description

一种考虑负荷低电压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释放特性的负荷模型构建方法。

背景技术

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,所以也决定了不可能在实际系统中对电网的稳定性进行研究。在这种情况下仿真就成了电网运行、规划、设计必不可少的工具。

实际电网中多次出现了扰动时发生负荷低电压释放现象。以上海电网为例，1998年6月27日上海蕴藻浜1号主变220闸刀机构箱进水，造成两相短路，此次事故造成的直接停电负荷为200MW,但低电压释放负荷却高达500MW。主要原因是上海电网高压电网两相故障造成的暂态低电压，导致大批负荷发生低压脱扣。此外，在东北大扰动的故障录波数据中，也采集到一些变电站的录波数据出现了扰动前后稳态值不一致的情况，也即出现了低电压释放现象。针对实际电网出现扰动时负荷低电压释放现象，现有的负荷模型难以描述，因此深入研究负荷低电压释放特性，构建考虑负荷低电压释放特性的负荷模型和参数，对提高电力系统数字仿真计算准确度具有重要的意义。

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释放特性的负荷模型构建方法，通过静态负荷和动态负荷的低压释放特性参数分别表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性。

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：将负荷元件分为静态负荷和动态负荷；

步骤2：分别表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性；

步骤3：分别确定静态负荷和动态负荷的低压释放特性参数。

所述步骤1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；

所述静态负荷为除电动机负荷外的其他负荷，动态负荷包括白炽灯、热水器和电视。动态负荷。

所述步骤2中，分别通过静态负荷低电压释放特性参数和动态负荷低电压释放特性参数表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性。

所述静态负荷低电压释放特性参数包括静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例。

所述动态负荷低电压释放特性参数包括动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算静态负荷的综合有功功率，并确定静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例；

步骤3-2：计算动态负荷的综合有功功率，并确定动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例。

所述步骤3-1中，设N_i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，N_si为设备类型i中静态负荷的有功百分比，P₀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P_Si为：

P_Si＝N_i×N_Si×P₀ (1)

于是静态负荷的综合有功功率为负荷模型中各个设备类型的静态负荷有功功率之和，即：

其中，P_Sa表示静态负荷的综合有功功率。

采用设备类型i中静态负荷的有功功率P_Si相对于静态负荷的综合有功功率P_Sa的标幺值为加权因子对静态负荷低电压释放动作电压U_cs、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数T_cs以及静态负荷低电压释放比例K_cs进行综合，有：

其中，U_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放动作电压，T_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放平均延迟时间常数，K_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放比例。

所述步骤3-2中，N_i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，N_mi为设备类型i中动态负荷的有功百分比，P₀表示负荷节点的有功负荷初值，则设备类型i中动态负荷的有功功率P_Mi为：

P_Mi＝N_i×N_Mi×P₀ (6)

于是动态负荷的综合有功功率为负荷模型中各个设备类型的动态负荷有功功率之和，即：

其中，P_Ma表示动态负荷的综合有功功率。

采用设备类型i中动态负荷的有功功率P_Mi相对于动态负荷的综合有功功率P_Ma的标幺值为加权因子对动态负荷低电压释放动作电压U_cm、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数T_cm以及动态负荷低电压释放比例K_cm进行综合，有：

其中，U_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放动作电压，T_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放平均延迟时间常数，K_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放比例。

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释放特性的负荷模型，对提高电力系统数字仿真计算准确度具有重要的意义；

2)本发明采用单个设备类型中静态负荷的有功功率相对于静态负荷的综合有功功率的标幺值为加权因子对静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例进行综合，描述静态负荷的低电压释放特性；并采用单个设备类型中动态负荷的有功功率相对于动态负荷的综合有功功率的标幺值为加权因子对动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例进行综合，描述动态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释放特性的负荷模型结构图；

图3是本发明实施例中IEEE10机39节点系统图；

图4是本发明实施例中母线8处的电压变化曲线图；

图5是本发明实施例中母线8处的有功功率变化曲线图；

图6是本发明实施例中母线8处的无功功率变化曲线图；

图7是本发明实施例中有功功率拟合曲线图；

图8是本发明实施例中无功功率拟合曲线图。

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：将负荷元件分为静态负荷和动态负荷；

步骤2：分别表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性；

步骤3：分别确定静态负荷和动态负荷的低压释放特性参数。

所述步骤1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；

所述静态负荷为除电动机负荷外的其他负荷，动态负荷包括白炽灯、热水器和电视。动态负荷。

所述步骤2中，分别通过静态负荷低电压释放特性参数和动态负荷低电压释放特性参数表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性。

所述静态负荷低电压释放特性参数包括静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例。

所述动态负荷低电压释放特性参数包括动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算静态负荷的综合有功功率，并确定静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例；

步骤3-2：计算动态负荷的综合有功功率，并确定动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例。

所述步骤3-1中，设N_i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，N_si为设备类型i中静态负荷的有功百分比，P₀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P_Si为：

P_Si＝N_i×N_Si×P₀ (1)

于是静态负荷的综合有功功率为负荷模型中各个设备类型的静态负荷有功功率之和，即：

其中，P_Sa表示静态负荷的综合有功功率。

采用设备类型i中静态负荷的有功功率P_Si相对于静态负荷的综合有功功率P_Sa的标幺值为加权因子对静态负荷低电压释放动作电压U_cs、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数T_cs以及静态负荷低电压释放比例K_cs进行综合，有：

其中，U_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放动作电压，T_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放平均延迟时间常数，K_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放比例。

所述步骤3-2中，N_i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，N_mi为设备类型i中动态负荷的有功百分比，P₀表示负荷节点的有功负荷初值，则设备类型i中动态负荷的有功功率P_Mi为：

P_Mi＝N_i×N_Mi×P₀ (6)

于是动态负荷的综合有功功率为负荷模型中各个设备类型的动态负荷有功功率之和，即：

其中，P_Ma表示动态负荷的综合有功功率。

采用设备类型i中动态负荷的有功功率P_Mi相对于动态负荷的综合有功功率P_Ma的标幺值为加权因子对动态负荷低电压释放动作电压U_cm、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数T_cm以及动态负荷低电压释放比例K_cm进行综合，有：

其中，U_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放动作电压，T_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放平均延迟时间常数，K_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放比例。

实施例

为验证本课题所提出的考虑负荷低电压释放特性的负荷模型的有效性，在PSD-BPA中，搭建10机39节点系统，如图3，分为三个区，同一区域的发电机是同调的，母线上的综合负荷也是同一结构和同一参数的。

在母线4-14线路中间设置三相短路故障，故障持续3周波，以母线8处的SLM综合负荷为研究对象，模拟节点8的负荷构成和低电压释放特性如表1和表2所示。

表1

负荷类型	所占比例
		静态负荷1	15％
静态负荷2	15％
		静态负荷3	20％
动态负荷1	15％
		动态负荷2	10％
动态负荷3	25％

表2

负荷类型	低压阈值(P.U.)	延迟时间(ms)	掉负荷百分比
				静态负荷1	0.80	280	15％
静态负荷2	0.65	100	10％
				静态负荷3	0.5	40	5％
电动机负荷1	0.80	280	15％
				电动机负荷2	0.65	100	10％
电动机负荷3	0.5	40	5％

经过仿真，输出得到如图4-图6的母线8处的电压和功率曲线图。

从图5和图6可以看出，在故障切除以后，母线处的有功功率和无功功率出现了相应的跌落，也即模拟出负荷在一定低电压下退出运行的现象。

利用仿真中的采样数据作为负荷低电压释放的“真实”曲线，采用本发明提出的方法，得到负荷节点8的负荷低压释放特征参数如表3所示。

表3

参数	值
		U<sub>cs</sub>	0.635pu
T<sub>cs</sub>	130ms
		K<sub>cs</sub>	9.5％
U<sub>cm</sub>	0.62pu
		T<sub>cm</sub>	124ms
K<sub>cm</sub>	9％

将负荷模型低电压释放特性参数代入负荷模型方程，得到有功功率和无功功率的拟合曲线如图7和图8所示。对比分析有功功率和无功功率的拟合曲线，可以看到采用这种考虑负荷低电压释放特性的负荷模型进行拟合时效果明显好于现有的负荷模型，与现有的负荷模型相比，考虑负荷低电压释放特性的负荷模型能够更好地描述稳定分析中负荷低电压脱扣现象，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 (1)

1.一种考虑负荷低电压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：将负荷元件分为静态负荷和动态负荷；

步骤2：分别表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性；

步骤3：分别确定静态负荷和动态负荷的低压释放特性参数；

所述步骤1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；

所述静态负荷为除电动机负荷外的其他负荷，静态负荷包括白炽灯、热水器和电视；

所述步骤2中，分别通过静态负荷低电压释放特性参数和动态负荷低电压释放特性参数表征静态负荷和动态负荷的低电压释放特性；

所述静态负荷低电压释放特性参数包括静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例；

所述动态负荷低电压释放特性参数包括动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算静态负荷的综合有功功率，并确定静态负荷低电压释放动作电压、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及静态负荷低电压释放比例；

步骤3-2：计算动态负荷的综合有功功率，并确定动态负荷低电压释放动作电压、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数以及动态负荷低电压释放比例；

所述步骤3-1中，设N_i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，N_si为设备类型i中静态负荷的有功百分比，P₀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P_Si为：

P_Si＝N_i×N_Si×P₀ (1)

于是静态负荷的综合有功功率为负荷模型中各个设备类型的静态负荷有功功率之和，即：

其中，P_Sa表示静态负荷的综合有功功率；

采用设备类型i中静态负荷的有功功率P_Si相对于静态负荷的综合有功功率P_Sa的标幺值为加权因子对静态负荷低电压释放动作电压U_cs、静态负荷低电压释放平均延迟时间常数T_cs以及静态负荷低电压释放比例K_cs进行综合，有：

其中，U_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放动作电压，T_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放平均延迟时间常数，K_csi表示设备类型i中静态负荷低电压释放比例；

所述步骤3-2中，N_i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，N_mi为设备类型i中动态负荷的有功百分比，P₀表示负荷节点的有功负荷初值，则设备类型i中动态负荷的有功功率P_Mi为：

P_Mi＝N_i×N_Mi×P₀ (6)

于是动态负荷的综合有功功率为负荷模型中各个设备类型的动态负荷有功功率之和，即：

其中，P_Ma表示动态负荷的综合有功功率；

采用设备类型i中动态负荷的有功功率P_Mi相对于动态负荷的综合有功功率P_Ma的标幺值为加权因子对动态负荷低电压释放动作电压U_cm、动态负荷低电压释放平均延迟时间常数T_cm以及动态负荷低电压释放比例K_cm进行综合，有：

其中，U_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放动作电压，T_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放平均延迟时间常数，K_cmi表示设备类型i中动态负荷低电压释放比例。

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