CN115018172B - 电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，包括获取目标电网运行参数；构建综合负荷模型和对应的数学表达式；实时监测目标电网运行参数；将目标电网大扰动期间综合负荷模型的母线电压和母线电流视为激励，计算量测值和综合负荷模型的预测值；对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定。本发明采用PSASP系统中传统的恒阻抗+感应电动机综合负荷模型并进行建模和计算，依据电路原理根据量测电压和量测电流值进行模型预测电流的计算，并最终依据模型预测电流与量测电流之间的差值对电网综合负荷模型中感应电动机比例的取值进行判定；因此，本发明可靠性高、实时性好且简单高效。

Description

电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法

技术领域

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给你们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

电力系统的负荷建模，对于电网运行方式的安排、暂态稳定性分析、小干扰稳定计算等多方面均具有重大影响。因此，电力系统的综合负荷模型，是电力系统稳定高效运行的重要基础之一。

在电力系统安全稳定校核中，负荷侧普遍使用静态负荷与感应电动机并联的综合负荷模型；其中感应电动机比例对暂态稳定分析具有极为重要的影响。调度部门在进行计算时，若选择的感应电动机比例偏高，将使得电网内发电机组在运行中预留过大的旋转备用容量，大电网峰值供电能力受限。因此，如何准确评估和判定综合负荷模型中的感应电动机比例的取值是否合适，就成为了目前决定运行计算结果精度的核心问题。

但是，现有的评估和判定方法，不仅极为复杂，而且可靠性和实时性均较差，难以满足现今电网系统的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、实时性好且简单高效的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法。

本发明提供的这种电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，包括如下步骤：

S1.获取目标电网的运行参数数据；

S2.构建目标电网的综合负荷模型；

S3.建立目标电网的综合负荷模型的数学表达式；

S4.实时监测目标电网的运行参数；

S5.将目标电网大扰动期间综合负荷模型的母线电压和母线电流视为激励，根据步骤S3建立的数学表达式，计算量测值和综合负荷模型的预测值；

S6.根据步骤S5得到的计算结果，对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定。

步骤S2所述的构建目标电网的综合负荷模型，具体为采用电网PSASP系统中的“恒阻抗+感应电动机”模型作为目标电网的综合负荷模型。

步骤S3所述的建立目标电网的综合负荷模型的数学表达式，具体包括如下步骤：

感动电动机的状态方程为：

式中s为感应电动机滑差；T_M为机械转矩；T_E为电磁转矩；T_J为惯性时间常数；K_L为异步电动机负荷率系数；α为与转速无关的阻力矩系数；P为与转速有关的阻力矩方次；E'_d为同步坐标下感应电动机的直轴暂态电势；I_d为同步坐标下感应电动机的直轴电流；E'_q为同步坐标下感应电动机的交轴暂态电势；I_q为同步坐标下感应电动机的交轴电流；K_p为将系统基值标幺值转换为电动机本身基值标幺值的系数；K_z为等值电路中将机组本身基值的阻抗转换为系统基值阻抗的系数；X为稳态电抗；X'为暂态电抗；T'_d0为转子绕组时间常数；R_s为定子电阻；U_d为同步坐标下感应电动机的直轴电压；U_q为同步坐标下感应电动机的交轴电压；X_s为定子漏电抗；X_r为转子漏电抗；X_m为激磁电抗；R_r为转子电阻；X_r为转子漏电抗；

恒阻抗负荷的功率方程为：

式中P_s为静态负荷有功功率；P_s0为静态负荷初始有功功率；U为综合负荷模型母线电压；U₀为综合负荷模型初始电压；Q_s为静态负荷无功功率；Q_s0为静态负荷初始无功功率；

恒阻抗负荷的直轴、交轴电流分量方程为：

式中I_sd为恒阻抗负荷的直轴电流分量；I_sq为恒阻抗负荷的交轴电流分量；

综合负荷模型的模型预测电流方程为：

式中I_dc为综合负荷模型的直轴预测电流；I_qc为综合负荷模型的交轴预测电流。

步骤S5所述的将目标电网大扰动期间综合负荷模型的母线电压和母线电流视为激励，根据步骤S3建立的数学表达式，计算量测值和综合负荷模型的预测值，具体包括如下步骤：

对于“恒阻抗+感应电动机”模型，取定子电阻R_s为0；此时，系统变量包括{P_mp,T_J,T'_d0,α,P,s₀,X_s,X_r,R_r}，其中P_mp为感应电动机比例，T_J为惯性时间常数，T'_d0为转子绕组时间常数，α为与转速无关的阻力矩系数，P为与转速有关的阻力矩方次，s₀为感应电动机初始滑差，X_s为定子漏电抗，X_r为转子漏电抗，R_r为转子电阻；

在变电站的每台主变压器高压侧对主变压器高压侧的母线电压和母线电流进行实时监测；

依据电路原理，将电网大扰动期间综合负荷模型母线的量测电压视为激励，计算同步坐标下感应电动机的直轴电压U_d和同步坐标下感应电动机的交轴电压U_q；

依据电路原理，将综合负荷模型母线的量测电流视为响应，计算同步坐标下感应电动机的直轴电流量测值I_dm和同步坐标下感应电动机的交轴电流量测值I_qm；

然后，根据母线电压监测值和综合负荷模型数学方程，求解综合负荷模型的直轴预测电流I_dc和综合负荷模型的交轴预测电流I_qc。

步骤S6所述的根据步骤S5得到的计算结果，对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定，具体包括如下步骤：

采用如下算式作为判定函数：

式中J为判定函数的值；N为设定的时间窗内的数据点个数；I_dm(n)为时间窗内第n个数据点处的同步坐标下感应电动机的直轴电流量测值；I_dc(n)为时间窗内第n个数据点处的综合负荷模型的直轴预测电流值；I_qm(n)为时间窗内第n个数据点处的同步坐标下感应电动机的交轴电流量测值；I_qc(n)为时间窗内第n个数据点处的综合负荷模型的交轴预测电流值；

根据计算得到的判定函数值，采用如下规则对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定：

若判定函数值在设定的范围内，则判定电网综合负荷模型中感应电动机比例合适；

若判定函数值不在设定的范围内，则判定电网综合负荷模型中感应电动机比例不合适。

所述的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，还包括如下步骤：

S7.调整电网综合负荷模型中感应电动机比例的取值，并根据调整状态下判定函数值的改变趋势，判定电网综合负荷模型中感应电动机比例的原始取值为高或低。

本发明提供的这种电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，采用PSASP系统中传统的“恒阻抗+感应电动机”综合负荷模型，并针对模型进行建模和计算，依据电路原理，根据量测电压和量测电流值进行模型预测电流的计算，并最终依据模型预测电流与量测电流之间的差值对电网综合负荷模型中感应电动机比例的取值进行判定；因此，本发明方法的可靠性高、实时性好且简单高效。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的综合负荷模型的结构示意图。

图3为本发明的实时例的电网大扰动期间某变电站主变高压侧电压波形示意图。

图4为本发明的实时例的电网大扰动期间某变电站主变高压侧电流波形示意图。

图5为本发明的实施例的不同感应电动机比例(马达比例)下直轴量测电流与模型预测电流对比示意图。

图6为本发明的实施例的不同感应电动机比例(马达比例)下交轴量测电流与模型预测电流对比示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的方法流程示意图：本发明提供的这种电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，包括如下步骤：

S1.获取目标电网的运行参数数据；

S2.构建目标电网的综合负荷模型；具体为采用电网PSASP系统中的“恒阻抗+感应电动机”模型作为目标电网的综合负荷模型；具体如图2所示；

S3.建立目标电网的综合负荷模型的数学表达式；具体包括如下步骤：

感动电动机的状态方程为：

式中s为感应电动机滑差；T_M为机械转矩；T_E为电磁转矩；T_J为惯性时间常数；K_L为异步电动机负荷率系数；α为与转速无关的阻力矩系数；P为与转速有关的阻力矩方次；E'_d为同步坐标下感应电动机的直轴暂态电势；I_d为同步坐标下感应电动机的直轴电流；E'_q为同步坐标下感应电动机的交轴暂态电势；I_q为同步坐标下感应电动机的交轴电流；K_p为将系统基值标幺值转换为电动机本身基值标幺值的系数；K_z为等值电路中将机组本身基值的阻抗转换为系统基值阻抗的系数；X为稳态电抗；X'为暂态电抗；T'_d0为转子绕组时间常数；R_s为定子电阻；U_d为同步坐标下感应电动机的直轴电压；U_q为同步坐标下感应电动机的交轴电压；X_s为定子漏电抗；X_r为转子漏电抗；X_m为激磁电抗；R_r为转子电阻；X_r为转子漏电抗；

恒阻抗负荷的功率方程为：

式中P_s为静态负荷有功功率；P_s0为静态负荷初始有功功率；U为综合负荷模型母线电压；U₀为综合负荷模型初始电压；Q_s为静态负荷无功功率；Q_s0为静态负荷初始无功功率；

恒阻抗负荷的直轴、交轴电流分量方程为：

式中I_sd为恒阻抗负荷的直轴电流分量；I_sq为恒阻抗负荷的交轴电流分量；

综合负荷模型的模型预测电流方程为：

式中I_dc为综合负荷模型的直轴预测电流；I_qc为综合负荷模型的交轴预测电流；

S4.实时监测目标电网的运行参数；

S5.将目标电网大扰动期间综合负荷模型的母线电压和母线电流视为激励，根据步骤S3建立的数学表达式，计算量测值和综合负荷模型的预测值；具体包括如下步骤：

对于“恒阻抗+感应电动机”模型，取定子电阻R_s为0；此时，系统变量包括{P_mp,T_J,T'_d0,α,P,s₀,X_s,X_r,R_r}，其中P_mp为感应电动机比例，T_J为惯性时间常数，T'_d0为转子绕组时间常数，α为与转速无关的阻力矩系数，P为与转速有关的阻力矩方次，s₀为感应电动机初始滑差，X_s为定子漏电抗，X_r为转子漏电抗，R_r为转子电阻；

在变电站的每台主变压器高压侧对主变压器高压侧的母线电压和母线电流进行实时监测；

依据电路原理，将电网大扰动期间综合负荷模型母线的量测电压视为激励，计算同步坐标下感应电动机的直轴电压U_d和同步坐标下感应电动机的交轴电压U_q；

依据电路原理，将综合负荷模型母线的量测电流视为响应，计算同步坐标下感应电动机的直轴电流量测值I_dm和同步坐标下感应电动机的交轴电流量测值I_qm；

然后，根据母线电压监测值和综合负荷模型数学方程，求解综合负荷模型的直轴预测电流I_dc和综合负荷模型的交轴预测电流I_qc；

S6.根据步骤S5得到的计算结果，对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定；具体包括如下步骤：

采用如下算式作为判定函数：

式中J为判定函数的值；N为设定的时间窗内的数据点个数；I_dm(n)为时间窗内第n个数据点处的同步坐标下感应电动机的直轴电流量测值；I_dc(n)为时间窗内第n个数据点处的综合负荷模型的直轴预测电流值；I_qm(n)为时间窗内第n个数据点处的同步坐标下感应电动机的交轴电流量测值；I_qc(n)为时间窗内第n个数据点处的综合负荷模型的交轴预测电流值；

根据计算得到的判定函数值，采用如下规则对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定：

若判定函数值在设定的范围内，则判定电网综合负荷模型中感应电动机比例合适；

若判定函数值不在设定的范围内，则判定电网综合负荷模型中感应电动机比例不合适；

S7.调整电网综合负荷模型中感应电动机比例的取值，并根据调整状态下判定函数值的改变趋势，判定电网综合负荷模型中感应电动机比例的原始取值为高或低。

以下结合一个实施例，对本发明方法进行进一步说明：

在一次电网大扰动事故中，某变电站主变高压侧电压跌落与恢复波形如图3，高压侧电流突变波形如图4。

模拟该变电站的综合负荷模型为“恒阻抗+感应电动机”结构(图2)，其主要参数{P_mp,T_J,T'_d0,α,P,s₀,X_s,X_r,R_r}取值为{65％,2,0.576,0.15,2,0.0116,0.18,0.09,0.02}。

将感应电动机比例P_mp由65％依次修改为50％和30％，直、交轴量测电流与模型预测电流对比如图5和6。分别计算65％、50％和30％三个比例下的目标函数：0.2432,0.1307,0.0497。可见，随着感应电动机比例逐渐降低，量测电流和模型预测电流拟合程度越来越高，则在线评估结果为“当前感应电动机比例65％偏高”。

Claims (5)

1.一种电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，包括如下步骤：

S1.获取目标电网的运行参数数据；

S2.构建目标电网的综合负荷模型；

S3.建立目标电网的综合负荷模型的数学表达式；具体包括如下步骤：

感动电动机的状态方程为：

式中s为感应电动机滑差；T_M为机械转矩；T_E为电磁转矩；T_J为惯性时间常数；K_L为异步电动机负荷率系数；α为与转速无关的阻力矩系数；P为与转速有关的阻力矩方次；E'_d为同步坐标下感应电动机的直轴暂态电势；I_d为同步坐标下感应电动机的直轴电流；E'_q为同步坐标下感应电动机的交轴暂态电势；I_q为同步坐标下感应电动机的交轴电流；K_p为将系统基值标幺值转换为电动机本身基值标幺值的系数；K_z为等值电路中将机组本身基值的阻抗转换为系统基值阻抗的系数；X为稳态电抗；X'为暂态电抗；T_d'₀为转子绕组时间常数；R_s为定子电阻；U_d为同步坐标下感应电动机的直轴电压；U_q为同步坐标下感应电动机的交轴电压；X_s为定子漏电抗；X_r为转子漏电抗；X_m为激磁电抗；R_r为转子电阻；X_r为转子漏电抗；

恒阻抗负荷的功率方程为：

式中P_s为静态负荷有功功率；P_s0为静态负荷初始有功功率；U为综合负荷模型母线电压；U₀为综合负荷模型初始电压；Q_s为静态负荷无功功率；Q_s0为静态负荷初始无功功率；

恒阻抗负荷的直轴、交轴电流分量方程为：

式中I_sd为恒阻抗负荷的直轴电流分量；I_sq为恒阻抗负荷的交轴电流分量；

综合负荷模型的模型预测电流方程为：

式中I_dc为综合负荷模型的直轴预测电流；I_qc为综合负荷模型的交轴预测电流；

S4.实时监测目标电网的运行参数；

S5.将目标电网大扰动期间综合负荷模型的母线电压和母线电流视为激励，根据步骤S3建立的数学表达式，计算量测值和综合负荷模型的预测值；

S6.根据步骤S5得到的计算结果，对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定。

2.根据权利要求1所述的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，其特征在于步骤S2所述的构建目标电网的综合负荷模型，具体为采用电网PSASP系统中的“恒阻抗+感应电动机”模型作为目标电网的综合负荷模型。

3.根据权利要求2所述的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，其特征在于步骤S5所述的将目标电网大扰动期间综合负荷模型的母线电压和母线电流视为激励，根据步骤S3建立的数学表达式，计算量测值和综合负荷模型的预测值，具体包括如下步骤：

对于“恒阻抗+感应电动机”模型，取定子电阻R_s为0；此时，系统变量包括{P_mp,T_J,T_d'₀,α,P,s₀,X_s,X_r,R_r}，其中P_mp为感应电动机比例，T_J为惯性时间常数，T_d'₀为转子绕组时间常数，α为与转速无关的阻力矩系数，P为与转速有关的阻力矩方次，s₀为感应电动机初始滑差，X_s为定子漏电抗，X_r为转子漏电抗，R_r为转子电阻；

在变电站的每台主变压器高压侧对主变压器高压侧的母线电压和母线电流进行实时监测；

依据电路原理，将电网大扰动期间综合负荷模型母线的量测电压视为激励，计算同步坐标下感应电动机的直轴电压U_d和同步坐标下感应电动机的交轴电压U_q；

依据电路原理，将综合负荷模型母线的量测电流视为响应，计算同步坐标下感应电动机的直轴电流量测值I_dm和同步坐标下感应电动机的交轴电流量测值I_qm；

然后，根据母线电压监测值和综合负荷模型数学方程，求解综合负荷模型的直轴预测电流I_dc和综合负荷模型的交轴预测电流I_qc。

4.根据权利要求3所述的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，其特征在于步骤S6所述的根据步骤S5得到的计算结果，对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定，具体包括如下步骤：

采用如下算式作为判定函数：

式中J为判定函数的值；N为设定的时间窗内的数据点个数；I_dm(n)为时间窗内第n个数据点处的同步坐标下感应电动机的直轴电流量测值；I_dc(n)为时间窗内第n个数据点处的综合负荷模型的直轴预测电流值；I_qm(n)为时间窗内第n个数据点处的同步坐标下感应电动机的交轴电流量测值；I_qc(n)为时间窗内第n个数据点处的综合负荷模型的交轴预测电流值；

根据计算得到的判定函数值，采用如下规则对电网综合负荷模型中感应电动机比例进行实时判定：

若判定函数值在设定的范围内，则判定电网综合负荷模型中感应电动机比例合适；

若判定函数值不在设定的范围内，则判定电网综合负荷模型中感应电动机比例不合适。

5.根据权利要求4所述的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，其特征在于所述的电网综合负荷模型中感应电动机比例的实时判定方法，还包括如下步骤：

S7.调整电网综合负荷模型中感应电动机比例的取值，并根据调整状态下判定函数值的改变趋势，判定电网综合负荷模型中感应电动机比例的原始取值为高或低。