CN1632783A

CN1632783A - 基于实测的负荷建模系统

Info

Publication number: CN1632783A
Application number: CNA2004100989814A
Authority: CN
Inventors: 贺仁睦; 魏孝铭; 董志平; 王鹏; 杨华春; 邬彦鸿; 马进; 杨琳; 徐衍会
Original assignee: HUABEI ELECTRICL POWER UNIV (BEIJING)
Current assignee: HUABEI ELECTRICL POWER UNIV (BEIJING); North China Electric Power University
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2005-06-29

Abstract

本发明提供了一种基于实测的负荷建模系统，由负荷建模系统、微机型负荷动态特性记录仪、负荷建模平台、远方管理系统、后台分析软件系统、电力系统仿真软件的接口六部分组成；具体技术方案为：采用计算机技术为核心的数字化数据采集、处理、管理及交换系统取代了对模拟量进行直接记录的光学机械系统；在微机型负荷动态特性记录仪内部，主要功能由软件完成的，支持软件运行并响应软件指令的硬件系统由CPU、输入输出设备、数据暂存、保存设备、人机对话设备、通信设备组成。本发明的优点在于：与以前的负荷模型过分粗糙、简单，相比，本发明所得到的负荷模型参数接近实际情况，并准确、可靠，完全实用于一线的生产实践。

Description

基于实测的负荷建模系统

技术领域

本发明属于现代电力系统的负荷模型的测量和辩识技术领域，特别是提供了一种基于实测的负荷建模系统，适用于在生产实践中应用。

背景技术

目前电力系统数字仿真已成为电力系统设计、规划、运行的主要工具，相应的决策无不以数字仿真结果为依据。仿真结果的准确性对电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要的影响。电力系统各元件的数学模型以及由其构成的全系统数学模型是数字仿真的基础，其准确与否直接影响着仿真结果和以仿真结果为基础而产生的决策方案。长期以来，人们对于发电机、调速系统、励磁系统、变压器和输电线路等元件在行为机理和现场实测方面进行了深入研究，提出了适应不同仿真精度要求的数学模型。而对于作为电力系统中重要模型之一的负荷模型，则比较简单，往往从基本物理概念出发，采用理想化的模型，如：恒功率、恒阻抗、恒电流或三者的组合。负荷模型的过分粗糙已成为制约电力系统仿真计算精度的关键因素。因负荷模型不准确而得出的过于乐观或悲观的系统分析结果，可能给电力系统的规划、运行带来不可估量的损失。因此，建立切合实际的负荷模型具有十分重要的现实意义。我们发明的基于实测的负荷建模系统就是在这种背景中产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于实测的负荷建模系统，通过对各种负荷变电站的数据采集和分析，可以得到电力系统的负荷动态特性参数。电力系统负荷具有随机性、分散性的特点，难以用普通实验方法得到其参数，基于实测的负荷建模系统解决了这个问题，为加强对电力系统负荷的认识、为建立电力系统负荷参数库积累了第一手资料。

本发明包括：负荷建模系统、微机型负荷动态特性记录仪、负荷建模平台、远方管理系统、后台分析系统、电力系统仿真软件的接口六部分。

本发明所采用的技术方案是：用计算机技术为核心的数字化数据采集、处理、管理及交换系统取代了对模拟量进行直接记录的光学机械系统。在微机型负荷动态特性记录仪内部，主要功能是靠软件完成的，支持软件运行并响应软件指令的就是硬件系统。除了CPU外，还配置输入输出设备、数据暂存和保存设备、人机对话设备和通信设备。

基于实测的负荷建模系统的理论基础是电力系统仿真分析理论、参数辩识理论和聚合理论，在现有计算机技术的基础上，依靠网络和通讯技术，把负荷记录装置、前置机、负荷建模工作站和运行方式工作站连接起来，构成了负荷建模平台。微机型负荷动态特性记录仪在目前计算机硬件的基础上，以现有的操作系统为平台做了二次开发，发展了故障录波技术。其具体构成包括显示器、工控主机和录波通道机箱；其中录波通道机箱内部包括AC插件、采样保持板、高速A/D卡和多功能卡。远方管理系统是指在负荷建模工作站或运行方式工作站可以对微机型负荷动态特性记录仪进行远方操作和管理，功能包括：录波文件的管理、系统文件的管理和实时数据监视。后台分析系统以负荷模型参数辩识为核心，对录波数据进行深入的分析。功能包括：数据预处理、模型参数辨识和对参数变量的详细信息分类查看。电力系统仿真软件的接口是把负荷模型参数加入到电力系统仿真软件中参与计算，以保证电力系统仿真的正确性。准确的负荷模型参数加入到电力系统仿真软件中参与计算是基于实测的负荷建模系统的最终目的。

微机型负荷动态特性记录仪接入的模拟量信号主要包括变电站各级母线电压信号以及各回进出线的电流信号，可以根据母线电压和线路电流信号的变化情况来进行系统动态行为的检测。

反映电力系统负荷动态特性的根本标志是母线电压的突然变化和频率的变化，以相电压变量和频率为起动判断，包括相电压和零序电压突变量检测和电压越限检测，可以监测出线的有功功率和无功功率，进而检测电力系统负荷动态行为特性。

当系统发生波动时，通过安装在变电站现场的微机型负荷动态特性记录仪迅速自动起动录波，直接记录下反映到负荷动态特性记录仪安装处的系统故障电气量。负荷动态特性记录仪所记录的电气量为与系统一次值有固定比例关系的电流互感器和电压互感器的二次值，是分析电力系统负荷动态行为特性的可靠数据。

微机型负荷动态特性记录仪安装在变电站现场，对电力系统动态过程的现场数据进行采集，通过网络或通讯把数据送到数据中心，然后对数据进行一系列分析处理(数据预处理和参数辩识)，得到能反映电力系统实际情况的负荷模型参数，可指导生产和进行科学研究。

本发明的优点在于，与以前的负荷模型过分粗糙、简单，相比，本发明所得到的负荷模型参数接近实际情况，并准确、可靠，完全实用于一线的生产实践。

附图说明

图1为本发明的基于实测的负荷建模系统构成原理示意图。

图2为本发明的微机型负荷动态特性记录仪硬件原理示意图。

图3为本发明的微机型负荷动态特性记录仪面板示意图。

图4为本发明的基于实测的负荷建模平台的框架结构。

图5为本发明的远方管理系统。

图6为本发明的后台分析软件系统。

图7为本发明的电力系统仿真软件的接口程序。

具体实施方式

1现场实测数据

(1)根据系统的实际情况，与系统调度工作人员需要装设微机型负荷动态特性记录仪的变电站，依据三方面的资料：①实际负荷调查统计数据(或负荷专业工程师的估计数据)；②在电力系统仿真计算中该点负荷的敏感度分析；③是否属于典型的负荷(负荷模型向量基)。

(2)安装微机型负荷动态特性记录仪，在选择好变电站后，可与继电保护班的工作人员一起安装微机型负荷动态特性记录仪，需要足够的PT、CT数和一条电话通讯线路。

(3)端子对应关系设定，记录仪后端子可以在后台设置软件中定义，由于每个变换器插件由四个电流变换器和两个电压变换器组成，因此记录仪后端子定义不能违反总的数量和接线位置，一般出厂前已经定义好，运行中没有必要修改，除非增加端子数量。

(4)比例系数调整，测试仪A相经电流表接入电流端子的(IA1和IA1*)，记录仪设为调试方式，测试仪输出为5A，记录记录仪显示电流大小，和电流表显示电流大小。进入后台设置软件，计算电流比例系数，存盘，同理调整电压的比例系数(以第一路电压为准)。

(5)各相不平衡检测：

①接线：对应背端子图，使电流输入线圈串联，并在回路中串入电流表，接到测试仪一相电流输出。使电压输入线圈并联，并入电压表，接到测试仪一相电压输出。

②步骤：记录仪设为调试方式；打开测试仪，调节输出电流，使电流表读数为5A，调节输出电压，使电压表读数为57.7V，读出记录仪显示的数据，并记录。

③计算：各路电流的平衡系数＝5/各路的读数，各路电压的平衡系数＝57.7/各路的读数。

④调整：进入后台设置软件，将平衡系数存盘，

(6)相序检查：

①接线：对应背端子图，电流端子分别接入测试仪三相电流输出，电压端子分别并入测试仪三相电压输出，记录仪设为调试方式。

②步骤：打开测试仪，调节输出三相正序电流、电压，观察记录仪显示三相电流和三相电压的相位，应该是IA超前IB120°，IB超前IC120°，IC超前IA120°，(电压同理)检查是否有反向。

(7)启动定值设定，在后台设置软件中，可以方便地设置各路启动定值。相电压高限定值、相电压低限定值、屏闭电压、电压突变量定值、负序电压高限、零序电压高限值、零序电压突变量定值、低频定值、高频定值。

(8)电压启动实验：

①接线：测试仪只接记录仪任一相电压输入，并电压表。

②步骤：记录仪设为运行方式，整定记录仪电压突变定值和缓变量定值，调整测试仪输出，记录动作情况，每次连续作五次，记录可靠不动和可靠动作的值。

(9)电流启动实验：

①接线：测试仪只接记录仪任一相电流输入，串电流表。

②步骤：记录仪设为运行方式，整定记录仪电流突变定值和缓变量定值，调整测试仪输出，记录动作情况，每次连续作五次，记录可靠不动和可靠动作的值。

(10)手动启动实验，在记录仪运行界面中，启动录波，连续作五次，应能可靠启动。

2数据远传到数据中心

微机型负荷动态特性记录装置远方管理系统，完成微机型负荷动态特性记录装置的远方数据连接，并管理微机型负荷动态特性记录装置的定值资料。功能分析如下：

(1)查看远方录波文件：把录波器磁盘上当前所有的记录文件名目录传输过来，供浏览、选择传送或删除。

(2)删除远方录波文件：文件目录收到后，可以选择要删除的文件，每次最多10个录波记录。

(3)上载远方录波文件：收到文件目录后，选择希望获取的数据上传，每次最多10个录波记录。

(4)被中断文件续传：传输意外或人工中断后，用该功能可以从中断点续传最后一个被中断的文件。

(5)远方对时：主站给记录仪授时，用来统一各记录仪时钟。

(6)远方手动录波：用来检验记录仪的记录能力是否正常，查看记录数据的正确性。

(7)远方系统复位：记录仪收到此命令后，自动复位重新引导。

(8)实时数据监视：在短时间隔内，记录仪定时发送各通道信息、告警信息等数据，使管理人员能在远方监视记录仪的运行状态和通道情况。

(9)上载系统文件：把记录仪的配置文件、定值文件上传给主站。用户首次建立系统配置或想得到最新参数时使用。

(10)下载系统文件：把更新过的定值参数传给记录仪。此后再远方复位，即可使新定值生效。这一功能具备访问控制，须输入操作口令。

(11)远方通讯复位：使当前连接恢复一个干净的状态。

(12)串口通讯仿真：开发人员可对串口通讯进行仿真。

3负荷模型参数辩识

微机型负荷动态特性记录装置后台分析软件，对微机型负荷动态特性记录装置的录波数据进行深入分析。功能分析如下：

(1)数据预处理：数据预处理的作用是将负荷记录仪记录的负荷波动数据转化为基波正序可读的文本文件格式，并将多个负荷测点的数据归类分开。一台负荷记录仪的模拟量通道数最大为64。除去监测通道，最多可以用来记录20条三相线路上的电压或电流。目前的设置多采用两路电压和三路电流的方式。这样三个不同负荷的数据存放在同一个数据文件里，使用不方便，所以数据预处理就是要将这些数据按不同的负荷测点分开放置的。数据预处理输入的数据是录波器输出的*.D**文件和同名的*.CFG文件。该程序的输出是分测点输出的电压—功率有名值*.TUS文件。

(2)模型参数辨识：辨识程序是一个寻优程序。一般需要给定初始值和参数上下限，这在程序中有缺省的设定值。可以直接使用设定值也可以按自己的要求定制，方法很简单，就是在程序界面上直接修改即可。模型参数辨识程序采用的数据是数据预处理输出的*.TUS文件。模型参数辨识程序的输出分为四部分：一、对应TUS文件同名的*M.CUS文件，可以同时在主框架程序中打开，以观察CUS对TUS的逼近程度(拟合程度)，以确定参数的优秀程度。二、针对每条数据都辨识出来一组参数和相应的特征数据，该参数和特征数据分行以文本方式存入IMM文件。三、最终的综合优化结果输出(二次优化)，在界面的【辨识结果】输出。四、模型验证曲线输出。就是将综合优化结果得到的惟一一组参数拟合对载入的n条数据进行拟合，以观察该参数同时拟合n条数据的能力。得到的模型验证曲线数据存放在同名的V.CUS文件中。

(3)参数变量的详细信息分类查看程序：对每个测点的每条数据都辨识出一组参数，按行存放到按测点命名的文件中，得到的是一个参数库，可方便查看参数变量的详细信息。

4加入到电力系统仿真程序进行计算，以负荷模型加入PSASP的方法为例，在PSASP中加入综合负荷模型的过程：数据→基础数据→负荷(L)→负荷模型→如果模型选1为感应电动机；模型选2为负荷静特性。当模型为感应电动机，编辑模型参数时：R₂＝R_R；X₂＝X_r；T_jL＝T_j；X_l＝X_S；S₀＝初始滑差，T’_dol＝定子开路转子回路时间常数((X_m+X_r)/R_r2Πf₀)；K_a＝与转速无关的阻力矩系数(默认值)；P＝与转速有关的阻力矩的方次(默认值)。当模型为负荷静特性，编辑模型参数时：A_P＝P_Z；C_P＝P_P；B_P＝1-A_P-C_P；N_P＝2；F_P＝0；A_q＝Q_Z；C_q＝Q_P；B_q＝1-A_q-C_q；N_q＝2；F_q＝0。可见这两张卡里必须要添的参数，都能从用LoadModeling辨识得到。

Claims

1、一种基于实测的负荷建模系统，其特征在于：该系统由负荷建模系统、微机型负荷动态特性记录仪、负荷建模平台、远方管理系统、后台分析软件系统、电力系统仿真软件的接口六部分组成；具体技术方案为：采用计算机技术为核心的数字化数据采集、处理、管理及交换系统取代了对模拟量进行直接记录的光学机械系统；在微机型负荷动态特性记录仪内部，主要功能由软件完成的，支持软件运行并响应软件指令的硬件系统由CPU、输入输出设备、数据暂存、保存设备、人机对话设备、通信设备组成；具体内容包括：

a、在现有计算机技术的基础上，依靠网络和通讯技术，把负荷记录装置、前置机、负荷建模工作站和运行方式工作站连接起来，构成了负荷建模平台；

b、微机型负荷动态特性记录仪在目前计算机硬件的基础上，以现有的操作系统为平台做了二次开发，发展了故障录波技术；其具体构成包括显示器、工控主机和录波通道机箱；其中录波通道机箱内部包括AC插件、采样保持板、高速A/D卡和多功能卡；

c、远方管理系统是指在负荷建模工作站或运行方式工作站可以对微机型负荷动态特性记录仪进行远方操作和管理，功能包括：录波文件的管理、系统文件的管理和实时数据监视；

d、后台分析系统以负荷模型参数辩识为核心，对录波数据进行深入的分析，功能包括：数据预处理、模型参数辨识和对参数变量的详细信息分类查看；

e、电力系统仿真软件的接口是把负荷模型参数加入到电力系统仿真软件中参与计算，以保证电力系统仿真的正确性；准确的负荷模型参数加入到电力系统仿真软件中参与计算是基于实测的负荷建模系统的最终目的。

2、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：微机型负荷动态特性记录仪接入的模拟量信号主要包括变电站各级母线电压信号以及各回进出线的电流信号，根据母线电压和线路电流信号的变化情况来进行系统动态行为的检测。

3、按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于：反映电力系统负荷动态特性的根本标志是母线电压的突然变化和频率的变化，以相电压变量和频率为起动判断，包括相电压和零序电压突变量检测和电压越限检测，监测出线的有功功率和无功功率，进而检测电力系统负荷动态行为特性；当系统发生波动时，通过安装在变电站现场的微机型负荷动态特性记录仪迅速自动起动录波，直接记录下反映到负荷动态特性记录仪安装处的系统故障电气量；负荷动态特性记录仪所记录的电气量为与系统一次值有固定比例关系的电流互感器和电压互感器的二次值，是分析电力系统负荷动态行为特性的可靠数据。

4、按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于：微机型负荷动态特性记录仪安装在变电站现场，对电力系统动态过程的现场数据进行采集，通过网络或通讯把数据送到数据中心，然后对数据进行一系列分析处理，包括数据预处理和参数辩识，得到能反映电力系统实际情况的负荷模型参数。