CN106033497B - 一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，所述电网包括感应电动机，包括以下步骤：(1)建立感应电动机的负荷方程；(2)确定感应电动机模型的敏感电压u1；(3)计算模型中的一个元件N‑1校核后的恢复电压u2；(4)将所述恢复电压u2与所述敏感电压u1进行比较；其中当所述恢复电压u2大于或等于所述敏感电压u1时，选用静态负荷模型。通过本发明提供的方法，可以解决在什么情况下在电网规划设计阶段可以选用静态模型的问题。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电领域，具体涉及一种在电网规划设计阶段如何选取负荷模型的方法。
背景技术
在电力系统分析中，根据实际系统测试确定，或根据用户装设的用电设备容量及其使用率，以及同类用电设备的典型特性进行综合模拟，称为负荷模型。由于负荷随昼夜，工作日，季节，年度等变化很大，且组成多变，故负荷模型及其参数的确定是系统分析中的一个难题。
早在上个世纪三十年代，就提出合理的负荷模型对电力系统稳定性分析的重要性，并从此开始了对负荷模型的研究。然而在当时稳定性问题往往被看作是发电机之间的问题，因此研究的重心是发电机组的特性和它们的模型，负荷模型的研究被放到了次要的位置。
到了计算机数字模拟技术迅速发展的60年代，负荷模型的发展进入一个新阶段。随着系统互联的快速发展和负荷逐步从城市中心向乡村的扩张，稳定性研究更多注重输电系统中的功率传送问题。由于输电系统对负荷模型比较敏感，负荷模型的正确性会严重影响功率传送的稳定极限，因而负荷模型在稳定性分析中开始占据至关重要的位置。
在负荷模型中，感应电动机负荷是电力系统负荷的主要组成部分，在工业负荷中的比例更可高达90％以上，其动态特性是负荷动态特性最重要的方面。在以往电网规划设计过程中，对于暂态稳定的校核，各区域电网一直采用的不同的负荷模型：有的区域考虑用静态负荷模型，有的区域考虑用电动机+静态负荷模型。
目前美国电力公司在稳定分析中主要使用静态模型。1996年北美发生2次大停电事故后，美国西部电网WSCC根据仿真研究结果在负荷模型中加入了感应电动机成分，但由于建模工作比较复杂，美国很多电力公司仍主要使用静态模型。我国前大部分电网都是采用静态负荷模型，只有西北和南方电网采用静态和动态混合的负荷模型。
然而由于输电系统对负荷模型比较敏感，负荷模型的正确性会影响功率传输的稳定极限，因而负荷模型在稳定分析中占据至关重要的位置。
发明内容
本发明的目的是提供一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，以解决什么情况下选用静态模型的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，所述电网包括感应电动机，该方法包括以下步骤：
(1)建立感应电动机的负荷方程；
(2)确定感应电动机模型的敏感电压u1；
(3)计算模型中的一个元件N-1校核后的恢复电压u2；
(4)将所述恢复电压u2与所述敏感电压u1进行比较；其中
当所述恢复电压u2大于或等于所述敏感电压u1时，选用静态负荷模型。
较佳地，所述感应电动机的负荷方程为：
式中，第一项为恒阻抗特性，第二项为恒电流特性。
较佳地，所述敏感电压u1为0.58pu。
较佳地，所述敏感电压u1为0.6pu。
较佳地，当所述电网中包括I型工业电动机和大型工业电动机时，所述敏感电压u1等于0.76pu。
较佳地，所述敏感电压u1等于0.8pu。
较佳地，所述方法还包括当所述恢复电压u2小于所述敏感电压u1时，对感应电动机进行校核的步骤。
根据本发明的另一方面，提供了一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，该方法包括以下步骤：
(1)建立电网模型，该电网模型中包括n个电器元件；
(2)对所述电网模型中的n个电器元件进行N-1校核；其中，
当一个元件进行N-1校核后，恢复电压在0.8pu以上，则选取静态负荷模型。
根据本发明的再一方面，提供了一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立电网模型，该电网模型中包括n个电器元件；
(2)将电动机分为m类并建立电动机的负荷方程；
(4)作出每一类电动机的负荷特性曲线；
(5)根据步骤(4)确定每一类电动机的敏感电压；
(5)对所述电网模型中的n个电器元件进行N-1校核并记录其恢复电压u2；其中
当所述电网模型中包括I型或大型工业电动机时，当恢复电压u2大于或等于0.76时，选取静态负荷模型，而当u2小于0.76时，选取动态负荷模型；以及
当所述电网模型中不包括I型或大型工业电动机时，当恢复电压u2大于或等于0.58时，选取静态负荷模型，而当u2小于0.58时，选取动态负荷模型。
较佳地，所述电动机的负荷方程为：
式中，第一项为恒阻抗特性，第二项为恒电流特性。
通过本发明的方法，可以解决在负荷模型的仿真分析中，是否可以用静态负荷模型来替代动态负荷模型，以及这么做对规划设计的影响如何的问题，从而实现在电网规划设计中正确选择负荷模型。
附图说明
图1是感应电动机稳态等值电路示意图；
图2是感应电动机暂态等值电路示意图；
图3是几种不同类型的感应电动机的电压-转差特性图；
图4是小型工业电动机的稳态负荷特性图；
图5是大型工业电动机的稳态负荷特性图；
图6是居民区电动机的加权集结稳态负荷特性图；
图7是居民区和工业区电动机的加权集结稳态负荷特性图；
图8是空调电动机为主的加权集结稳态负荷特性图；
图9是我国采用的I型电动机的稳态负荷特性图；
图10是我国采用的III型电动机的稳态负荷特性图；以及
图11本发明实施例3的在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
图1是感应电动机稳态等值电路示意图。图2是感应电动机暂态等值电路示意图。在电力系统机电暂态仿真中，一般采用考虑机电暂态过程的3阶感应电动机模型，不考虑定子绕组的电磁暂态过程，其转子电压方程为：
式中，T0'＝(Xr+Xm)/ωbRr，X＝Xs+Xm，X'＝Xs+XmXr/(Xm+Xr)。
定子电流方程为：
转子运动方程为：
一阶模型与三阶感应电动机模型不同在于是否考虑定子暂态过程，在上式中令
即认为E'恒定，就是一阶感应电动机模型。
当电动机的外电压发生变化时，而转差s和内电势
来不及发生变化时，电动机的负荷可表示为：
其中，第1项为恒阻抗特性，第2项为恒电流特性。
表1为各种类型的感应电动机典型参数。
表1
如表1所示，其中，类型1为小型的工业电机；类型2为大型工业电机；类型3为水泵；类型4为电厂辅机；类型5为居民区电动机的加权集结值；类型6为居民区与工业区电动机的加权集结值；类型7为空调电动机为主时的加权集结值。类型8为我国电网采用的I型电动机。类型9为我国电网采用的II型电动机。类型10为我国电网采用的III型电动机。
将表1的数据代入公式
并在s和
发生变化并达到稳态时，考虑到电磁转矩Te和机械转矩的平衡Tm的平衡，几种不同类型的感应电动机的电压-转差特性如图3所示，相应的感应电动机的稳态负荷特性如图4～10所示。其中，图4为小型工业电动机的稳态负荷特性图，图5为大型工业电动机的稳态负荷特性图，图6为居民区电动机的加权集结稳态负荷特性图，图7为居民区和工业区电动机的加权集结稳态负荷特性图，图8为空调电动机为主的加权集结稳态负荷特性图，图9为我国采用的I型电动机的稳态负荷特性图，图10为我国采用的III型电动机的稳态负荷特性图。
从图中可以看出：
(1)不同类型的感应电动机电压－转差特性和稳态负荷特性差异明显。
(2)小型工业电动机电压在0.58～1.0的范围内变化时转差变化不大，有功随电压降低略有降低，接近恒功率特性；无功随着电压的降低先减小后增大，但相对变化不大，同样接近恒功率特性。当电压小于0.58时，转差以较大幅度增大，有功随之降低，而无功先突增后降低，功率因素很低。当电压为0时，转差为1，而有功和无功均为0。
(3)大型工业电动机电压0.76～1.0的范围内变化时转差变化很小，有功和无功基本保持不变，接近恒功率特性；电压小于0.76时，有功随之降低，无功先突增后降低，功率因素比小型工业电动机更低。
(4)I型电动机的特性与大型工业电动机基本相同，电压在0.74～1.0的范围内变化时转差变化很小，有功和无功基本保持不变，接近恒功率特性；电压小于0.74时，有功随之降低，无功先突增后降低，功率因素很低。
(4)III型电动机与I型电动机相比，不同之处在于定子电抗由0.295减小为0.18。电压在0.54～1.0的范围内变化时转变变化很小，有功和无功基本保持不变，接近恒功率特性。
(5)居民区电动机的加权集结值、居民区与工业区电动机的加权集结值、空调电动机为主时的加权集结值的电压－转差特性曲线平滑变化。居民区电动机随着电压的下降有功和无功同时降低，功率因素先升高后降低；居民区与工业区电动机的加权集结值电压为0.6～1.0的范围内变化时转差变化不大。空调电动机电压在0.8～1.0变化时转差变化不大。
(6)根据《电力系统设计技术规程》，电网结构必须满足主干电网任一回线路发生三相短路不重合时，系统稳定运行和电网正常供电。系统间有多回联络线路时，交流一回线或直流单极故障，保持稳定运行并不损失负荷。因此在规划设计阶段，需进行各类元件N-1校核。如某个元件N-1校核后，电压在0.8pu以上，完全可以用静态负荷模型来替代动态负荷模型，计算结果不会有任何影响；如果某个元件N-1校核后，电压低于0.8pu，那么这个网络到了负荷模型动态特性敏感的边缘，需进行感应电动机负荷校核。
实施例1
本发明的在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法包括以下步骤：
(1)建立感应电动机的负荷方程；
(2)确定感应电动机模型的敏感电压u1；
如图3～11所示，当电网中不包括大型工业电动机和I型电动机时，敏感电压u1＝0.58pu，较佳地，u1＝0.6pu；当电网中包括大型工业电动机和I型电动机时，敏感电压u1＝0.76pu，较佳地，u1＝0.8pu；
(3)计算模型中的一个元件N-1校核后的恢复电压u2；
(4)将恢复电压u2与敏感电压u1进行比较，当u2大于或等于u1时，选用静态负荷模型。
(5)将恢复电压u2与敏感电压u1进行比较，当u2小于u1时，对感应电动机负荷进行校核。
实施例2
图11是本发明的实施例2的在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法流程图。
本发明的在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法包括以下步骤：
(1)建立电网模型，该电网模型中包括n个电器元件；
(2)对电网模型中的n个电器元件进行N-1校核；其中，
当一个元件进行N-1校核后，恢复电压在0.8pu以上，则选取静态负荷模型。
实施例3
一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立电网模型，该电网模型中包括n个电器元件；
(2)对电动机进行分类并建立电动机的负荷方程；
式中，第一项为恒阻抗特性，第二项为恒电流特性。
(4)作出每一类电动机的负荷特性曲线；
(5)根据步骤(4)确定每一类电动机的敏感电压；
(6)对电网模型中的n个电器元件进行N-1校核并记录其恢复电压u2；其中
当电网模型中包括I型或大型工业电动机时，当恢复电压u2大于或等于0.76时，选取静态负荷模型，而当u2小于0.76时，选取动态负荷模型；以及
当电网模型中不包括I型或大型工业电动机时，当恢复电压u2大于或等于0.58时，选取静态负荷模型，而当u2小于0.58时，选取动态负荷模型。
在某电网中，包括大型工业电动机的负荷。对该电网进行N-1三相故障扫描，发现0.1秒切除三相故障后，电压波动较大，有可能会到达0.76.此时全网采用电动机负荷模型，进行故障扫描，结果发现若干处电网薄弱点，需加强网架结构。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，所述电网包括感应电动机，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立感应电动机的负荷方程；
(2)确定感应电动机模型的敏感电压u1；
(3)计算模型中的一个元件N-1校核后的恢复电压u2；
(4)将所述恢复电压u2与所述敏感电压u1进行比较；其中
当所述恢复电压u2大于或等于所述敏感电压u1时，选用静态负荷模型；否则选用动态负荷模型，
其中，所述的电网包括以下类型的感应电动机：
类型1为小型的工业电机；
类型2为大型工业电机；
类型3为水泵；
类型4为电厂辅机；
类型5为居民区电动机的加权集结值；
类型6为居民区与工业区电动机的加权集结值；
类型7为空调电动机为主时的加权集结值；
类型8为我国电网采用的I型电动机；
类型9为我国电网采用的II型电动机；
类型10为我国电网采用的III型电动机；
并且，当所述电网中不包括大型工业电动机和I型电动机时，敏感电压u1＝0.58pu或u1＝0.6pu；当所述电网中包括大型工业电动机和I型电动机时，敏感电压u1＝0.76pu或u1＝0.8pu。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感应电动机的负荷方程为：
其中，第一项为恒阻抗特性，第二项为恒电流特性。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述恢复电压u2小于所述敏感电压u1时，对感应电动机进行校核的步骤。
4.一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立电网模型，该电网模型中包括n个电器元件；
(2)对所述电网模型中的n个电器元件进行N-1校核；其中，
当一个元件进行N-1校核后，恢复电压在0.8pu以上，则选取静态负荷模型；否则选用动态负荷模型，
其中，所述的电器元件包括以下类型的感应电动机：
类型1为小型的工业电机；
类型2为大型工业电机；
类型3为水泵；
类型4为电厂辅机；
类型5为居民区电动机的加权集结值；
类型6为居民区与工业区电动机的加权集结值；
类型7为空调电动机为主时的加权集结值；
类型8为我国电网采用的I型电动机；
类型9为我国电网采用的II型电动机；
类型10为我国电网采用的III型电动机。
5.一种在电网规划设计阶段选取负荷模型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)建立电网模型，该电网模型中包括n个电器元件，所述的电器元件为电动机；
(2)将电动机分为m类并建立电动机的负荷方程，
其中，所述电动机的负荷方程为：
式中，第一项为恒阻抗特性，第二项为恒电流特性
并且，所述m类包括以下类型的感应电动机：
类型1为小型的工业电机；
类型2为大型工业电机；
类型3为水泵；
类型4为电厂辅机；
类型5为居民区电动机的加权集结值；
类型6为居民区与工业区电动机的加权集结值；
类型7为空调电动机为主时的加权集结值；
类型8为我国电网采用的I型电动机；
类型9为我国电网采用的II型电动机；和
类型10为我国电网采用的III型电动机；
(3)作出每一类电动机的负荷特性曲线；
(4)根据步骤(3)确定每一类电动机的敏感电压；
(5)对所述电网模型中的n个电器元件进行N-1校核并记录其恢复电压u2；其中
当所述电网模型中包括I型或大型工业电动机时，当恢复电压u2大于或等于0.76时，选取静态负荷模型，而当u2小于0.76时，选取动态负荷模型；以及
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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