CN113725891A - 一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，并公开了该方法在计算时所使用的负荷模型与其中的参数计算方法，其中负荷模型的构建方法，包括收集获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备特性数据，然后依据上述收集的数据，分别计算出配电网络等值阻抗、考虑故障穿越特性的等值光伏发电机参数、不考虑故障穿越特性的等值光伏发电机参数、静态负荷模型参数、动态负荷模型参数，依据上述数据得到一般形式的负荷模型，最后输出该负荷模型中的数据。

Description

一种考虑光伏发电机故障穿越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建模技术领域，特别涉及一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法。

背景技术

随着全球变暖和能源危机的蔓延，分布式电源以其污染少、可靠性高、能源利用率高、安装地点灵活等优点在电网中所占比例日益受到重视，随着接入系统的分布式电源容量逐步增加，其对电力系统的动态和稳态特性的影响也愈发明显。其中光伏电池因具有重量轻、无旋转部件、成本低、无污染、适用范围广、使用安全等特点而被广泛应用于小型和大型发电系统中。

据统计2021年江苏电网光伏装机达到8GW，安徽电网光伏装机达到11GW，随着光伏出力的不断增大以及光伏渗透率的不断提高，将对电网的安全稳定运行产生巨大影响，特别是在电网出现故障时光伏电站的突然脱网会进一步恶化电网的运行状态，带来更加严重的后果，这一问题在光伏发电的规模化发展中已经频繁出现。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，能够提在分布式光伏发电机占比较高的电力系统中，依然能获得较高的仿真计算的可信度。

本发明还提出一种具有上述区分分布式光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法的负荷模型构建方法。

根据本发明的第一方面实施例的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备物理机理特性数据；

依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗；

依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；

依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；

依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数；

依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数；

依据感应电动机的物理机理特性将变电站配供电区域的所有电动机等效为单机等值模型并计算其电气参数；

依据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿。

根据本发明实施例的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，至少具有如下有益效果：利用在传统综合负荷模型增加包含考虑故障穿越特性的光伏发电机与不考虑故障穿越特性的光伏发电机，来模拟变电站配供电区域中所有光伏发电站对电网的影响，并根据这种模型的特性，利用网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算出含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗、考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的系统模型参数、不考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的系统模型参数。这种做法能够在分布式光伏发电机占比较高的供电区域中，得到精确度较高的仿真结果。

根据本发明的一些实施例，所述负荷模型，是在考虑配电网络的综合负荷模型(SLM)的虚拟母线上增加一个考虑故障穿越特性的等值光伏发电机和一个不考虑故障穿越特性的等值光伏发电机实现的。

根据本发明的一些实施例，所述基于负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数的步骤，还包括：

建立多项式负荷模型；

计算总体定子绕组铜耗∑Pcu1、等值电动机的额定滑差Sn和等值惯性时间常数H；

计算等值电动机模型的定子电阻RS、定子漏抗XS、转子电阻Rr、转子漏抗Xr和激磁电抗Xm；。

根据本发明的一些实施例，所述根据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿的步骤，具体包括：

获取考虑故障穿越特性的光伏电机的无功出力；

获取不考虑故障穿越特性的光伏电机的无功出力；

计算高压变电站配供电区域的无功补偿。。

根据本发明的一些实施例，所述依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗的步骤，具体包括：

其中，Z_D表示配电网络等值阻抗；P_h表示配电线路或变压器h送端的有功功率，Q_h表示配电线路或变压器h送端的无功功率，U_h表示配电线路或变压器h送端的母线电压，Z_h表示配电线路或变压器h的阻抗，I_L,k表示第k条负荷支路电流，I_PV1,i表示考虑低电压穿越特性的光伏发电机i输出电流，I_PV2,j表示未考虑低电压穿越特性的光伏发电机j输出电流，f为配电线路或变压器母线数量，l为负荷支路数量，m为考虑低电压穿越特性的分布式光伏发电机数量，n为未考虑低电压穿越特性的分布式光伏发电机数量。

根据本发明的一些实施例，所述依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数的步骤，具体包括：

获取各个光伏发电机的有功出力并求和：

m为高压负荷节点下面包含的考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，P_PV1,i为各个光伏发电机i(i＝1，……，m)的有功出力，P_PV1为所有考虑故障穿越特性的光伏发电机的实际有功出力之和；

计算各个考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力占压负荷节点所供配电区域下面所有考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力的百分比N_1,i：

N_1，i＝P_PV1，i/P_PV1 i＝1,...,m；

计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的控制参数采用每个考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的有功出力PPV1,i占所述考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机有功出力之和PPV1的百分比N1,i为加权因子进行综合:

式中，K_PV1，i为预先设置的考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机i的控制参数，K_PV1为考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的模型聚合参数值。

根据本发明的一些实施例，所述依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数的步骤，具体包括：

设n为高压负荷节点下面包含的未考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机j(i＝1,……,n)的有功出力P_PV2,j，则高压负荷节点下面所有未考虑故障穿越特性的光伏发电机的实际有功出力P_PV2为n个未考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力之和：

各个未考虑故障穿越特性的光伏发电机j(j＝1,...,n)的有功出力P_PV2,j占高压负荷节点所供配电区域下面所有未考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力的百分比N_2,j为：

N_2，j＝P_PV2,j/P_PV2 j＝1,...,n

未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的控制参数采用每个未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的有功出力P_PV2,j占所述未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机有功出力之和P_PV2的百分比N_2,j为加权因子进行综合，其计算公式为：

式中，K_PV2，j为预先设置的未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机j的控制参数，K_PV2为未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机模型聚合参数值。

根据本发明的一些实施例，所述基于负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数的步骤，具体包括：

计算总的定子绕组铜耗∑Pcu1：

∑P_cu1＝∑P_n-∑P_emn；

计算等值电动机的额定滑差Sn：

S_n＝∑P_cu2/∑P_emn；

计算等值惯性时间常数H：

H＝∑E_energy/(∑P_emn-∑P_cu2)

其中，P_emn为电动机的额定电磁功率、T_emn为额定转矩、S_n为转子的额定滑差、P_n为额定有功功率、P_cu2为转子绕组铜耗、E_energy为动能；∑P_emn-∑P_cu2为等值电动机输出的额定机械功率，保持不变。

根据本发明的一些实施例，所述根据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿的步骤，具体包括：

设m为高压负荷节点下面包含的考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机i(i＝1,...,m)的无功出力Q_PV1,i，则考虑故障穿越特性的等值光伏发电机的实际无功出力Q_PV1为m个考虑故障穿越特性的光伏发电机的无功出力之和，计算公式为：

设n为高压负荷节点下面包含的未考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机j(i＝1,...,n)的无功出力Q_PV2，j，则未考虑故障穿越特性的等值光伏发电机的实际无功出力Q_PV2为n个未考虑故障穿越特性的光伏发电机的无功出力之和，计算公式为：

根据无功功率平衡计算高压变电站配供电区域的无功补偿Q_SC：

-Q_SC＝Q-Q_D-(Q_IM+Q_Z+Q_I+Q_P-Q_PV1-Q_PV2)

其中，Q为等值支路送端的无功功率；Q_D为配电网等值阻抗的无功损耗；Q_IM为感应电动机吸收的无功功率；Q_Z、Q_I和Q_P分别为静态恒定阻抗无功负荷、静态恒定电流无功负荷和静态恒定功率无功负荷。

根据本发明的第二方面实施例的一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型系统，其特征在于，包括：

获取装置，获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备特性数据；

第一计算装置，依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗；依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数；依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数；

等效装置，依据感应电动机的物理机理特性将变电站配供电区域的所有电动机等效为单机等值模型并计算其电气参数；

第二计算装置，依据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型的结构示意图；

图2为本发明实施例的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型的构建方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在现有的电力系统仿真运算中，由于分布式光伏发电机的占比并不高，所以在仿真过程中，通常将所有的光伏发电机考虑为具有故障穿越特性或者均考虑为不具有故障穿越特性，这样也不会造成较大的误差。

但是随着分布式光伏发电机的占比逐年提高，现有的电力仿真系统的误差往往不足以满足需求。为了解决这种问题，提出了一种能够考虑分布式光伏发电机是否具有故障穿越特性的负荷模型，以及基于该模型的数据运算方法。

参照图1，本申请中描述的负荷模型，是基于考虑配电网络的综合负荷模型(SLM)改良得到的，即在综合负荷模型的虚拟母线上增加第一等值光伏发电机和第二等值光伏发电机。

其中，第一等值光伏发电机代表所有考虑故障穿越特性的光伏发电机；第二等值光伏发电机代表所有不考虑故障穿越特性的光伏发电机。

参照图2，本发明的实施例提供了一种基于上述负荷模型输出电力仿真数据的方法。包括以下步骤：

步骤S100、获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备特性数据；

在电力系统的仿真的过程中，计算仿真结果需要用到一些作为依据的数据，在本申请描述的负荷模型中，所需用到的数据，包括网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据和负荷设备特性数据。

步骤S200、依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗。

参照公式(1)：

其中，Z_D表示配电网络等值阻抗；P_h表示配电线路或变压器h送端的有功功率，Q_h表示配电线路或变压器h送端的无功功率，U_h表示配电线路或变压器h送端的母线电压，Z_h表示配电线路或变压器h的阻抗，I_L,k表示第k条负荷支路电流，I_PV1,i表示考虑低电压穿越特性的光伏发电机i输出电流，I_PV2,j表示未考虑低电压穿越特性的光伏发电机j输出电流，f为配电线路或变压器母线数量，l为负荷支路数量，m为考虑低电压穿越特性的分布式光伏发电机数量，n为未考虑低电压穿越特性的分布式光伏发电机数量。

步骤S300、依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数。

设m为高压负荷节点下面包含的考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机i(i＝1,...,m)的有功出力P_PV1,i，则高压负荷节点下面所有考虑故障穿越特性的光伏发电机的实际有功出力P_PV1为m个考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力之和，参照公式(2)：

计算各个考虑故障穿越特性的光伏发电机i(i＝1,...,m)的有功出力P_PV1，i占高压负荷节点所供配电区域下面所有考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力的百分比N_1,i为：

考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的控制参数采用每个考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的有功出力P_PV1,i占所述考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机有功出力之和P_PV1的百分比N_1,i为加权因子进行综合，其计算公式参照公式(4)：

式中，K_PV1，i为预先设置的考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机i的控制参数，K_PV1为考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的模型聚合参数值。

步骤S400、依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数。

设n为高压负荷节点下面包含的未考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机j(i＝1,...,n)的有功出力P_PV2，j，则高压负荷节点下面所有未考虑故障穿越特性的光伏发电机的实际有功出力P_PV2为n个未考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力之和，参照公式(5)：

各个未考虑故障穿越特性的光伏发电机j(j＝1,...,n)的有功出力P_PV2，j占高压负荷节点所供配电区域下面所有未考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力的百分比N_2，j为：

未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的控制参数采用每个未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的有功出力P_PV2,j占所述未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机有功出力之和P_PV2的百分比N_2,j为加权因子进行综合，其计算公式参照公式(7)：

式中，K_PV2，j为预先设置的未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机j的控制参数，K_PV2为未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机模型聚合参数值。

步骤S500、依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数。

建立多项式负荷模型：

P＝P_o[a×(V/V_o)²+b×(V/V_o)+c] (8)

Q＝Q_o[α×(V/V_o)²+β×(V/V_o)+γ] (9)

多项式负荷模型的有功功率系数为a、b、c，无功功率系数为α、β、γ，V_o表示负荷的额定电压，P_o和Q_o分别表示在额定电压V_o下负荷的额定有功功率和无功功率。

对静态负荷的等值主要是对系数P_o、a、b、c和Q_o、α、β、γ的等值，对多项式负荷模型的等值是基于负荷功率对负荷端电压的灵敏度，即

P₁，P₂…，P_l以及Q₁，Q₂…，Q_l为各静态负荷的有功功率和无功功率，对应的多项式负荷模型系数分别为P_o1…P_ol、a₁…a_l、b₁…b_l、c₁…c_l以及Q_o1…Q_ol、α₁…α_l、β₁…β₁、γ₁…γ_l。当V＝V_o时有：

步骤S600、依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数。

计算总的定子绕组铜耗∑Pcu1，参照公式(15)：

∑P_cu1＝∑P_n-∑P_emn (15)

计算等值电动机的额定滑差Sn，参照公式(16)：

S_n＝∑P_cu2/∑P_emn (16)

计算等值惯性时间常数H，参照公式(17)：

H＝∑E_energy/(∑P_emn-∑P_cu2) (17)

其中，P_emn为电动机的额定电磁功率、T_emn为额定转矩、S_n为转子的额定滑差、P_n为额定有功功率、P_cu2为转子绕组铜耗、E_energy为动能，∑P_emn-∑P_cu2为等值电动机输出的额定机械功率，保持不变。

步骤S700、依据感应电动机的物理机理特性将变电站配供电区域的所有电动机等效为单机等值模型并计算其电气参数。

该电气参数包括定子电阻R_s、定子漏抗X_s、转子电阻R_r、转子漏抗X_r和激磁电抗X_m。设额定相电压为Un，电气参数的计算流程如下：

步骤S701、令P_{emt_max}＝∑P_{em_max}；P_{ent_max}为总的最大电磁功率,P_{em_max}为最大电磁功率；

步骤S702、设总的定子相电流为

其中，Pn为额定有功功率，Qn为额定无功功率，Un为额定相电压；

其中，P_cul为定子绕组铜耗，In为总的定子相电流；

步骤S703、计算等值电动机的等值阻抗Z_deq

其中，R_dep为等值电动机的等值电阻，X_dep为等值电动机的等值电抗，j为复数的虚数单位。

步骤S704、计算X_r＝X_s

步骤S705、根据计算出的定子电阻R_s、定子漏抗X_s、转子漏抗X_r及等值阻抗Z_deq＝R_deq+jX_deq，计算转子电阻R_r和激磁电抗X_m，使得P_em＝∑P_em成立。

其中，K_r为等值电动机的等值电阻与定子电阻之差，K_x为等值电动机的等值电抗与定子电抗之差。

步骤S706、根据求得的R_s，X_s，R_r，X_r和X_m，按照简化公式重新计算最大电磁功率：

步骤S707、根据戴维南等值电路计算新参数下实际的最大电磁功率。

戴维南等值阻抗为：

其中，R_dp为戴维南等值电阻，X_dp为戴维南等值电抗，Z_dp为戴维南等值阻抗。

产生最大电磁功率的条件是：

其中，S_m为临界滑差，R_pm为对应最大电磁功率的戴维南等值阻抗值；

戴维南等值电路的开路电压为：

根据下式重新计算新参数对应的实际最大电磁转矩：

步骤S708、计算P_{emt_maxi}与P_{em_maxi}的比值，修正P_{emt_max}

步骤S709、比较P_{em_maxi}与P_{em_max}的差值。

Err_{Pem_max}＝|P_{em_max}-P_{em_maxi}| (30)

如果Err_{Pem_max}≥1.0e^-5，则返回步骤S704，否则结束计算。

可以理解到的是，上述步骤S709中的判断依据为e^-5，是人为设定的误差值，将误差更换为其他的数值一样是可以实现的，选择较小的数可以增加计算的精度，选择较大的值可以减少迭代的次数，增加运算速度。本实施例中取了一种较优的选择作为演示。

步骤S800、依据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿。具体包括：

步骤S801、设m为高压负荷节点下面包含的考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机i(i＝1,...,m)的无功出力Q_PV1,i，则考虑故障穿越特性的等值光伏发电机的实际无功出力Q_PV1为m个考虑故障穿越特性的光伏发电机的无功出力之和：

步骤S802、设n为高压负荷节点下面包含的未考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机j(i＝1,...,n)的无功出力Q_PV2，j，则未考虑故障穿越特性的等值光伏发电机的实际无功出力Q_PV2为n个未考虑故障穿越特性的光伏发电机的无功出力之和：

步骤S803、根据无功功率平衡计算高压变电站配供电区域的无功补偿Q_SC：

其中，Q为等值支路送端的无功功率；Q_D为配电网等值阻抗的无功损耗；Q_IM为感应电动机吸收的无功功率；Q_Z、Q_I和Q_P分别为静态恒定阻抗无功负荷、静态恒定电流无功负荷和静态恒定功率无功负荷。

可以理解到的是，上述步骤S200～步骤S800，描述的都是计算模型中参数的方法，即使更换部分的先后顺序，只要能够确保计算时所需要的数值已经属于已知数，则更换步骤的顺序也是本申请技术领域的从业人员能够理解的范围。此处用步骤说明仅仅是为了更清楚的说明，并不能理解为对方法的限定。

本申请描述的基于负荷模型输出电力仿真数据的方法，其目的是为了得到电力系统的仿真数据。当仿真得到的数据达到要求的精度后，将仿真数据以预先设定好的格式输出。所谓预先设定好的格式，可以是直接利用表格对数据进行罗列，同样也可以是将同类型数据进行整合然后呈现，也可以是将不同地区的电网分开，对每部分电网的所有数据进行可视化的呈现，都是不超出本申请宗旨的。

根据本发明第二方面的实施例，还提供了一种系统，该系统包括：

获取装置，获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备特性数据；

第一计算装置，依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗；依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数；依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数；

等效装置，依据感应电动机的物理机理特性将变电站配供电区域的所有电动机等效为单机等值模型并计算其电气参数；

第二计算装置，依据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿。

此系统能够以代码的形式模拟上述实施例中描述的负荷模型，并依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备特性数据，对电网的运行状态进行仿真，从而得到电网的运行状态。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

1.一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备物理机理特性数据；

依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗；

依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；

依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；

依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数；

依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数；

依据感应电动机的物理机理特性将变电站配供电区域的所有电动机等效为单机等值模型并计算其电气参数；

依据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿。

2.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述负荷模型，是在考虑配电网络的综合负荷模型的虚拟母线上增加一个考虑故障穿越特性的等值光伏发电机和一个不考虑故障穿越特性的等值光伏发电机。

3.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述基于负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数的步骤，还包括：

建立多项式负荷模型；

计算总体定子绕组铜耗∑P_cu1、等值电动机的额定滑差S_n和等值惯性时间常数H；

计算等值电动机模型的定子电阻R_S、定子漏抗X_S、转子电阻R_r、转子漏抗X_r和激磁电抗X_m。

4.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述根据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿的步骤，具体包括：

获取考虑故障穿越特性的光伏电机的无功出力；

获取不考虑故障穿越特性的光伏电机的无功出力；

计算高压变电站配供电区域的无功补偿。

5.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗的步骤，具体包括：

其中，Z_D表示配电网络等值阻抗；P_h表示配电线路或变压器h送端的有功功率，Q_h表示配电线路或变压器h送端的无功功率，U_h表示配电线路或变压器h送端的母线电压，Z_h表示配电线路或变压器h的阻抗，I_L,k表示第k条负荷支路电流，I_PV1,i表示考虑低电压穿越特性的光伏发电机i输出电流，I_PV2,j表示未考虑低电压穿越特性的光伏发电机j输出电流，f为配电线路或变压器母线数量，l为负荷支路数量，m为考虑低电压穿越特性的分布式光伏发电机数量，n为未考虑低电压穿越特性的分布式光伏发电机数量。

6.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数的步骤，具体包括：

获取各个光伏发电机的有功出力并求和：

m为高压负荷节点下面包含的考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，P_PV1,i为各个光伏发电机i(i＝1，……，m)的有功出力，P_PV1为所有考虑故障穿越特性的光伏发电机的实际有功出力之和；

计算各个考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力占压负荷节点所供配电区域下面所有考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力的百分比N_1,i：

N_1，i＝P_PV1，i/P_PV1 i＝1,...,m；

计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的控制参数采用每个考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的有功出力PPV1,i占所述考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机有功出力之和PPV1的百分比N1,i为加权因子进行综合:

式中，K_PV1，i为预先设置的考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机i的控制参数，K_PV1为考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的模型聚合参数值。

7.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数的步骤，具体包括：

设n为高压负荷节点下面包含的未考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机j(i＝1,……,n)的有功出力P_PV2,j，则高压负荷节点下面所有未考虑故障穿越特性的光伏发电机的实际有功出力P_PV2为n个未考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力之和：

各个未考虑故障穿越特性的光伏发电机j(j＝1,...,n)的有功出力P_PV2,j占高压负荷节点所供配电区域下面所有未考虑故障穿越特性的光伏发电机的有功出力的百分比N_2,j为：

N_2，j＝P_PV2,j/P_PV2 j＝1,...,n

未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机的控制参数采用每个未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机的有功出力P_PV2,j占所述未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机有功出力之和P_PV2的百分比N_2,j为加权因子进行综合，其计算公式为：

式中，K_PV2，j为预先设置的未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电机j的控制参数，K_PV2为未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电机模型聚合参数值。

8.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述基于负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数的步骤，具体包括：

计算总的定子绕组铜耗∑Pcu1：

∑P_cu1＝∑P_n-∑P_emn；

计算等值电动机的额定滑差Sn：

S_n＝∑P_cu2/∑P_emn；

计算等值惯性时间常数H：

H＝∑E_energy/(∑P_emn-∑P_cu2)

其中，P_emn为电动机的额定电磁功率、T_emn为额定转矩、S_n为转子的额定滑差、P_n为额定有功功率、P_cu2为转子绕组铜耗、E_energy为动能；∑P_emn-∑P_cu2为等值电动机输出的额定机械功率，保持不变。

9.根据权利要求1所述的考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型构建方法，其特征在于，所述根据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿的步骤，具体包括：

设m为高压负荷节点下面包含的考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机i(i＝1,...,m)的无功出力Q_PV1,i，则考虑故障穿越特性的等值光伏发电机的实际无功出力Q_PV1为m个考虑故障穿越特性的光伏发电机的无功出力之和，计算公式为：

设n为高压负荷节点下面包含的未考虑故障穿越特性的光伏发电机个数，获取各个光伏发电机j(i＝1,...,n)的无功出力Q_PV2，j，则未考虑故障穿越特性的等值光伏发电机的实际无功出力Q_PV2为n个未考虑故障穿越特性的光伏发电机的无功出力之和，计算公式为：

根据无功功率平衡计算高压变电站配供电区域的无功补偿Q_SC：

-Q_SC＝Q-Q_D-(Q_IM+Q_Z+Q_I+Q_P-Q_PV1-Q_PV2)

其中，Q为等值支路送端的无功功率；Q_D为配电网等值阻抗的无功损耗；Q_IM为感应电动机吸收的无功功率；Q_Z、Q_I和Q_P分别为静态恒定阻抗无功负荷、静态恒定电流无功负荷和静态恒定功率无功负荷。

10.一种考虑光伏发电机故障穿越特性的负荷模型系统，其特征在于，包括：

获取装置，获取网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据、变电站负荷设备构成数据、负荷设备特性数据；

第一计算装置，依据网络拓扑数据、分布式光伏发电系统数据以及变电站的用电负荷数据，计算含分布式光伏发电系统的负荷站点的配电网络等值阻抗；依据考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；依据未考虑故障穿越特性的分布式光伏发电系统的物理机理特性，计算未考虑故障穿越特性的等值分布式光伏发电系统模型参数；依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的静态负荷等值参数；依据负荷站点供配电区域的用电负荷数据，计算负荷站点供配电区域的动态负荷等值参数；

等效装置，依据感应电动机的物理机理特性将变电站配供电区域的所有电动机等效为单机等值模型并计算其电气参数；

第二计算装置，依据无功功率平衡计算变电站配供电区域的无功补偿。

Images