電力系統(tǒng)負(fù)荷模型的算法研究

…….……………….…電力系統(tǒng)負(fù)荷模型的算法研究裝訂線……………….…….………….………….………目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII1緒論 11.1電力負(fù)荷建模的重要性及研究意義 11.2電力負(fù)荷建模的發(fā)展歷程以及研究現(xiàn)狀 11.3電力負(fù)荷建模的基本方法 11.4本文主要工作 22電力系統(tǒng)負(fù)荷模型的分類 32.1靜態(tài)負(fù)荷模型 32.2動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型 33統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模 53.1統(tǒng)計(jì)綜合法的基本知識(shí) 53.2靜態(tài)負(fù)荷模型的統(tǒng)計(jì)綜合法 63.3動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的統(tǒng)計(jì)綜合法 73.4統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模的優(yōu)缺點(diǎn) 93.5本章小結(jié) 94總體測(cè)辨法負(fù)荷建模 104.1總體測(cè)辨法負(fù)荷建模的基本知識(shí) 104.2參數(shù)辨識(shí)算法研究 104.3綜合負(fù)荷模型的參數(shù)辨識(shí) 124.4使用matlab進(jìn)行總體測(cè)辨法負(fù)荷建模 134.5總體測(cè)辨法負(fù)荷建模的優(yōu)缺點(diǎn) 184.6本章小結(jié) 195總結(jié) 21參考文獻(xiàn) 22致謝 23ContentsChineseabstract =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII1Introduction 11.1Theimportanceandsignificanceofthepowerloadmodeling 11.2Developmentofpowerloadmodelingandresearchstatus 11.3Thebasicmethodofpowerloadmodeling 11.4Themainwork 22Classificationofpowersystemloadmodels 32.1Staticloadmodel 32.2Dynamicloadmodel 33Statisticalmodelingapproach 53.1Basicknowledgeofstatisticscomprehensivemethod 53.2Statisticscomprehensivemethodofstaticloadmodel 63.3Statisticalsynthesismethodofdynamicloadmodel 73.4Theadvantagesofstatisticalmodelingapproach 93.5Summary 94Measurement-basedmodelingapproach 104.1Basicknowledgeofmeasurement-basedmodelingapproach 104.2Parameteridentificationalgorithm 104.3Synthesisloadmodelparameteridentification 124.4Usematlabtomeasuremodelingapproach 134.5Advantagesofmeasurement-basedmodelingapproach 184.6Summary 195Summary 21References 22Acknowledgements 23緒論1.1電力負(fù)荷建模的重要性及研究意義電力負(fù)荷會(huì)消耗電能，電力負(fù)荷在電力系統(tǒng)的分析中有著很重要的地位[1]。當(dāng)研究電力系統(tǒng)時(shí)，如果模型選的不恰當(dāng)則會(huì)使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差距很大，尤其模型的選擇會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)果產(chǎn)生影響，也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)本身的分析與安全有一定的影響。在臨界情況下，還可能從根本上改變定性的結(jié)論。因此，改進(jìn)負(fù)荷模型十分重要。電力系統(tǒng)模型計(jì)算精度的提高與發(fā)電機(jī)、輸電網(wǎng)絡(luò)及電力負(fù)荷三大部分的建模都有密切的關(guān)系。負(fù)荷模型的精度較低阻礙了整個(gè)系統(tǒng)模擬精度的進(jìn)一步提高，并降低了改善發(fā)電機(jī)及輸電網(wǎng)絡(luò)模型的價(jià)值[2]。因此，改進(jìn)負(fù)荷模型十分迫切。所以，電力系統(tǒng)的負(fù)荷建模是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)課題，它的理論和實(shí)際工程價(jià)值都很高。1.2電力負(fù)荷建模的發(fā)展歷程以及研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)三四十年代，人們就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在電力系統(tǒng)分析里面負(fù)荷模型的重要性，并且開(kāi)始著手從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面研究負(fù)荷隨電壓和頻率變化的規(guī)律，這個(gè)時(shí)期可以說(shuō)是電力負(fù)荷建模的萌芽期[4]。到了六十年代末七十年代初，人們對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的計(jì)算精度要求越來(lái)越高，于是在這個(gè)時(shí)期，原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)等電力系統(tǒng)元件的數(shù)學(xué)模型在精確性上得到了非常好的發(fā)展。遺憾的是，負(fù)荷建模的一些難題一直未得到較好的有效的解決，因此對(duì)其研究水平一直在原地踏步。美國(guó)電力科學(xué)研究院打破了負(fù)荷建模原地踏步的局面，開(kāi)展了一系列針對(duì)統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模的工作。其中較著名的是Texas學(xué)校對(duì)負(fù)荷建模方法的一系列研究，以及通用對(duì)負(fù)荷建模方法所搞的一系列現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?；镜慕＿^(guò)程可以理解為通過(guò)試驗(yàn)研究一些典型電器的負(fù)荷特性，然后分析得出它們的特性方程，然后對(duì)每一個(gè)符合點(diǎn)做百分比測(cè)試，所謂百分比測(cè)試就是對(duì)一些特殊時(shí)期的典型負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到各自的百分比。最后對(duì)所有以上步驟得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，即可得到所統(tǒng)計(jì)的負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷構(gòu)成，從而確立其負(fù)荷模型。綜上所述，在負(fù)荷建模發(fā)展的幾十年中，電力系統(tǒng)負(fù)荷建模領(lǐng)域發(fā)生了很大的變大。采用靜態(tài)負(fù)荷以及一定比例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)負(fù)荷仍然被長(zhǎng)期應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析雖然不夠精確，但通過(guò)一些事故模擬也可以比較好的吻合。1.3電力負(fù)荷建模的基本方法電力系統(tǒng)負(fù)荷建模的基本方法分為統(tǒng)計(jì)綜合法和總體測(cè)辨法。其中由于總體測(cè)辨法興起較晚，仍在不斷研究完善中。統(tǒng)計(jì)綜合法的基本思路是將綜合負(fù)荷看是作單個(gè)用戶的集合，而每個(gè)用戶又集合了各類用電設(shè)備。綜合法的方法是首先要求將不同電器進(jìn)行分類，然后確定每類電器的平均特性，又根據(jù)各類用電設(shè)備的容量比例，從而最后得出綜合負(fù)荷模型和參數(shù)。綜合法是在分析了每類典型的負(fù)荷特性后，在綜合的負(fù)荷點(diǎn)像樞紐變電站等，然后分析得到各類用電器的組成成分以及容量比例，最后通過(guò)分析這些得到的數(shù)據(jù)從而得出該綜合負(fù)荷點(diǎn)的靜態(tài)負(fù)荷模型?？傮w測(cè)辨法的基本思路是是將綜合負(fù)荷看作一個(gè)完整統(tǒng)一的整體。首先采集測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以辨識(shí)得到一個(gè)基礎(chǔ)的綜合負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)并且得到模型參數(shù)，最后利用大量若干的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證模型的綜合描述能力。1.4本文主要工作目前，建立每種用電設(shè)備的模型相對(duì)來(lái)言比較容易，但是因?yàn)樨?fù)荷的時(shí)變性、隨機(jī)性、分布性等原因，建立一個(gè)總體的負(fù)荷建模需要克服許多困難。因此選用正確的負(fù)荷建模方法是解決負(fù)荷建模種種問(wèn)題的根本。通過(guò)對(duì)負(fù)荷建模的研究可以發(fā)現(xiàn)出，每種建模方法都有一定的限制條件和弊端，也就是每種方法都有一定的使用范圍。本課題針對(duì)一直困擾電力系統(tǒng)的負(fù)荷建模問(wèn)題，基于負(fù)荷建模的基本定義以及負(fù)荷建模的方法，通過(guò)對(duì)實(shí)際算例的分析，總結(jié)出其優(yōu)缺點(diǎn)，本文的詳細(xì)工作如下。（1）詳細(xì)介紹了電力負(fù)荷建模的意義以及發(fā)展現(xiàn)狀。（2）詳細(xì)介紹了電力系統(tǒng)基本概念以及動(dòng)態(tài)靜態(tài)負(fù)荷的模型以及各類負(fù)荷的特點(diǎn)。（3）運(yùn)用現(xiàn)有的MATLAB程序進(jìn)行總體測(cè)辨法進(jìn)行負(fù)荷建模，建模后的系統(tǒng)負(fù)荷為包含綜合負(fù)荷的模型。負(fù)荷采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)負(fù)荷靜特性的模型結(jié)構(gòu)。并將辨識(shí)后的系統(tǒng)同辨識(shí)前的系統(tǒng)，在同樣故障情況下對(duì)過(guò)程中的電壓、功率進(jìn)行比較，并總結(jié)出兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。2電力系統(tǒng)負(fù)荷模型的分類按照反映負(fù)荷動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的特性可以將負(fù)荷模型分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種模型，靜態(tài)模型可以用一系列的代數(shù)方程描述，而動(dòng)態(tài)方程則可以用微分和差分方程來(lái)描述，每一種模型又可分為好幾種類型。2.1靜態(tài)負(fù)荷模型穩(wěn)態(tài)條件下，負(fù)荷有功功率及無(wú)功功率隨端電壓、頻率的緩慢變化而變化的特性叫做負(fù)荷的靜態(tài)特性，它們之間的非線性函數(shù)關(guān)系(包括數(shù)據(jù)、曲線或解析表達(dá)式)叫做負(fù)荷的靜態(tài)負(fù)荷模型。負(fù)荷靜態(tài)特性用代數(shù)方程來(lái)描述，不考慮動(dòng)態(tài)過(guò)程。在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析以及機(jī)電暫態(tài)過(guò)程中，一般頻率變化很小，只考慮負(fù)荷的電壓特性。而在分析長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的過(guò)程中，才考慮負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。靜態(tài)負(fù)荷模型主要包括多項(xiàng)式模型和冪函數(shù)模型。2.1.1多項(xiàng)式模型,,其中P-有功功率；Q-無(wú)功功率；U-電壓；f-頻率；下標(biāo)0的是初始運(yùn)行點(diǎn)。顯然，式中各系數(shù)滿足，。公式中頻率相關(guān)的函數(shù)是線性的，這是因?yàn)轭l率變化很小的緣故。如果不考慮頻率變化，則多項(xiàng)式中包括3個(gè)部分：第一部分是恒定阻抗部分（Z），第二是恒定電流的部分（I），第三部分則是恒定功率部分（P）。因此，這時(shí)的模型常常稱為ZIP模型。2.1.2冪函數(shù)模型，。靜態(tài)負(fù)荷模型主要適用于潮流計(jì)算和以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)的穩(wěn)態(tài)分析。在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真中，靜態(tài)負(fù)荷模型比較適合一些對(duì)于負(fù)荷模型不太敏感的動(dòng)態(tài)的分析計(jì)算研究。2.2動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型進(jìn)一步可分為：機(jī)理模型，非機(jī)理模型。所謂機(jī)理負(fù)荷模型，是指以物理或電學(xué)等基本定律為基礎(chǔ)，通過(guò)列寫負(fù)荷的各種平衡關(guān)系式而獲得的模型。在眾多機(jī)理模型中，因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)是一種最重要的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，所以一般機(jī)理模型的選擇就是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的模型，所以一般綜合負(fù)荷動(dòng)態(tài)行為的描述是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型并聯(lián)上有關(guān)靜態(tài)模型的方式。上述模型已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的電力系統(tǒng)分析軟件中得到充分的應(yīng)用。對(duì)于非機(jī)理模型，是從若干的具體動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模中抽象概括分析出來(lái)的，并且是在系統(tǒng)辨識(shí)理論發(fā)展完善過(guò)程中的對(duì)一大類動(dòng)態(tài)系統(tǒng)具有很強(qiáng)描述能力的模型。在一個(gè)具體系統(tǒng)辨識(shí)中，應(yīng)該主要重視模型對(duì)系統(tǒng)行為的描述能力，而沒(méi)有必要嚴(yán)格要求模型的機(jī)理解釋。常見(jiàn)的非機(jī)理動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型形式有:傳遞函數(shù)模型；狀態(tài)空間模型；常微分方程模型；時(shí)域離散模型。近年來(lái)提出的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型目前還不存在一種被人們廣泛承認(rèn)的普遍適用的負(fù)荷模型形式和結(jié)構(gòu)。模型結(jié)構(gòu)的確定需要針對(duì)具體的對(duì)象，還要結(jié)合模型驗(yàn)證來(lái)判別其有效性以及有效的范圍，因?yàn)槌嬲臋C(jī)理模型以外，非機(jī)理模型都有其相對(duì)有效的范圍，很難找到一個(gè)絕對(duì)有效的非機(jī)理模型。3統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模3.1統(tǒng)計(jì)綜合法的基本知識(shí)3.1.1統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模的基本方法統(tǒng)計(jì)綜合法即為基于負(fù)荷的一種負(fù)荷建模的方法，其基本思路是將是將負(fù)荷看成個(gè)別用戶的集合，先將這些用戶的電器分類，并確定各種類型電器的平均特性（如空調(diào)、電熱器、發(fā)電廠輔助設(shè)備等的平均電氣特性），然后統(tǒng)計(jì)出各種類型的電器所占的比重，最后根據(jù)負(fù)荷的靜態(tài)參數(shù)以及動(dòng)態(tài)參數(shù)綜合得出總體的負(fù)荷模型。有一種方法為：首先確定各個(gè)負(fù)荷的平均特性（如加熱器、空調(diào)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的平均特性），然后根據(jù)調(diào)查，接下來(lái)統(tǒng)計(jì)出負(fù)荷類型組成數(shù)據(jù)、負(fù)荷設(shè)備類型組成數(shù)據(jù)、負(fù)荷設(shè)備特性數(shù)據(jù)；最后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理將負(fù)荷的集合綜合成一般形式的負(fù)荷模型。在采用這種方法時(shí)，需要三類數(shù)據(jù)：負(fù)荷組成以及各位負(fù)荷所占的比重配電網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)各類負(fù)荷的平均特性，如功率因數(shù)、電壓等[5]。而形成負(fù)荷模型的基本過(guò)程如下：（1）建立負(fù)荷數(shù)據(jù)，即負(fù)荷類型的組成、各類負(fù)荷中各用電設(shè)備的組成和各用電設(shè)備的特性。（2）采用統(tǒng)計(jì)法形成節(jié)點(diǎn)一般形式的負(fù)荷特性參數(shù)，包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。（3）根據(jù)要求轉(zhuǎn)化為制定程序格式的負(fù)荷模型參數(shù)。3.1.2負(fù)荷構(gòu)成一般情況下，負(fù)荷大致可以分為如下幾類：（1）居民負(fù)荷，指的是居民、公寓等，主要是生活、休息方面的用電。（2）商業(yè)負(fù)荷，指用于商業(yè)活動(dòng)的機(jī)構(gòu)、如商業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)、一些企事業(yè)單位，學(xué)校醫(yī)院政府等等。（3）工業(yè)負(fù)荷，主要指生產(chǎn)、加工、制造企業(yè)，如采礦、視頻加工、煙草、紡織等等。（4）街道或者公路照明。（5）電氣化鐵路或地鐵用電。（6）農(nóng)田灌溉。（7）電廠輔助設(shè)備。一般情況下，上面提到的7種負(fù)荷中，最主要的是居民負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷和工業(yè)負(fù)荷，第（4）~（6）種負(fù)荷相對(duì)較少；而對(duì)于發(fā)電廠，廠用電也是比較關(guān)鍵的。因此上述7種負(fù)荷可以分為四類，為居民負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷，工業(yè)負(fù)荷和其他負(fù)荷。確定了負(fù)荷以后，應(yīng)計(jì)算每種負(fù)荷類型消耗的功率占該地區(qū)總功率的比例。電力需求中包涵不同的負(fù)荷類型，而每一種負(fù)荷類型又包涵很多用電設(shè)備，各個(gè)用電設(shè)備的特性存在差異，因此每種用電設(shè)備在負(fù)荷類型中占有比重也是很重要的數(shù)據(jù)組成部分。（1）居民負(fù)荷類型居民負(fù)荷大致可以分為：供暖設(shè)備，如電阻加熱、熱泵等；制冷設(shè)備，如空調(diào)；家用電器，如冰箱洗碗機(jī)、洗衣機(jī)、電磁爐；熱水器，如電熱水器、太陽(yáng)能熱水器；照明；娛樂(lè)設(shè)施，如電視、音響；對(duì)于居民負(fù)荷類型，應(yīng)該了解以下信息：居民負(fù)荷類型是由上述哪幾類負(fù)荷組成，如供暖、制冷、照明等；上述負(fù)荷類型中，包涵哪些用電設(shè)備；在某一時(shí)間段內(nèi)，各個(gè)用電設(shè)備用電量占總居民負(fù)荷用電量的比重；各用電設(shè)備的典型年負(fù)荷曲線和日負(fù)荷曲線。（2）商業(yè)負(fù)荷類型商業(yè)負(fù)荷是一種很重要的負(fù)荷類型，但是商業(yè)負(fù)荷分散性大，對(duì)于此類紛雜的商業(yè)類型，可以采用更簡(jiǎn)單的方法，將商業(yè)負(fù)荷按照建筑形式分為如下幾類：商店；辦公樓；旅館、賓館、宿舍；倉(cāng)庫(kù)；醫(yī)院；政府；學(xué)校；其他。對(duì)于上述每一種建筑類型，都需要再細(xì)致調(diào)查其包涵的具體用電設(shè)備類型。（3）工業(yè)負(fù)荷工業(yè)負(fù)荷，主要指的是生產(chǎn)、加工、制造企業(yè)，如采礦、食品加工、煙草等。這些工業(yè)負(fù)荷的類型可以進(jìn)行進(jìn)行具體設(shè)備的分類，例如鋁廠的用電設(shè)備主要用的是電解設(shè)備、而鋼廠的主要用電設(shè)備是電弧爐和電動(dòng)機(jī)等。如果負(fù)荷中包涵感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，則需要給出感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷所占的比例、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)和除感應(yīng)電動(dòng)機(jī)外的負(fù)荷特性參數(shù)[6]。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)主要包括定子電阻、定子電抗、激磁電抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗、機(jī)械轉(zhuǎn)矩系數(shù)A和B、慣性時(shí)間常數(shù)H和負(fù)載率[6]這樣可以得到整個(gè)負(fù)荷的靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)。3.2靜態(tài)負(fù)荷模型的統(tǒng)計(jì)綜合法3.2.1靜態(tài)負(fù)荷模型有功負(fù)荷電壓相關(guān)參數(shù)的確定本論文中，不考慮頻率對(duì)負(fù)荷模型的影響，故一般形式的靜態(tài)負(fù)荷模型如（3-1）所示：，（3-1）假設(shè)有m個(gè)負(fù)荷元件直接與節(jié)點(diǎn)相連。忽略頻率對(duì)電力負(fù)荷的影響，則每一個(gè)負(fù)荷元件有功功率與電壓關(guān)系可以表示為：，將綜合因子式定義為則會(huì)存在。定義：（3-2）式中為第i個(gè)負(fù)荷的有功功率,U為端電壓；為第i個(gè)負(fù)荷相對(duì)于電壓的偏微分,和為第i個(gè)負(fù)荷的初始功率和初始電壓。式中的其他參數(shù)為，。3.2.2靜態(tài)負(fù)荷模型無(wú)功負(fù)荷電壓相關(guān)參數(shù)的確定對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷模型，可以采用同樣的方法。對(duì)于任一負(fù)荷有，式中為功率因數(shù)；為有功功率的初值；為負(fù)荷無(wú)功功率初值。由此3-1中無(wú)功負(fù)荷公式中系數(shù)為式中Ni為第i個(gè)元有功負(fù)荷占總負(fù)荷的比例。定義，則。式（3-1）中的第二項(xiàng)代表并聯(lián)電容（或電感）的無(wú)功補(bǔ)償，系數(shù)，這部分主要用于表示并聯(lián)電容或者電感，電壓指數(shù)的缺省值取為2。3.3動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型的統(tǒng)計(jì)綜合法動(dòng)態(tài)負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)綜合方法是統(tǒng)計(jì)綜合法的重要組成部分。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等值電路如圖3-1所示。實(shí)際系統(tǒng)中，可將多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)綜合為1臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。圖中：s感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的滑差和分別為定子支路的電阻和電抗，為激磁支路的電抗，和分別為轉(zhuǎn)子支路的電阻和電抗。圖3-1感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等值電路該綜合過(guò)程基于如下原則：（1）以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定容量為加權(quán)因子進(jìn)行綜合，并得到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)；(2)假定所有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等值支路中的3個(gè)支路直接并聯(lián)；（3）等值感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的臨界滑差等于所有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)臨界滑差的加權(quán)平均值。第i(i=1~k)個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定容量為。（3-3）綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率占整個(gè)負(fù)荷功率的百分比為。（3-4）綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定容量為單個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)額定容量之和，即，（3-5）式（3）~（5）中：k為負(fù)荷中包含的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)；為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率占整個(gè)負(fù)荷功率的百分比；第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的比例；為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率。綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率為綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的有功功率與其額定容量的百分比，即。根據(jù)等值電路中各支路導(dǎo)納的加權(quán)平均值即可得到綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等值電路中的阻抗，即，（3-6）式中為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際阻抗。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)滑差的計(jì)算步驟如下：（1）計(jì)算第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子支路與激磁電抗的并聯(lián)阻抗，即（3-7）式中：和分別為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子支路的電阻和電抗；為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的激磁支路電抗；和分別為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子支路與激磁電抗的并聯(lián)電阻和并聯(lián)電抗。（2）計(jì)算第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的臨界滑差，即。（3-8）式中和分別第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支路的電阻和電抗。（3）計(jì)算綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的臨界滑差，即。（3-9）（4）計(jì)算綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中定子支路與激磁支路的并聯(lián)阻抗，即。（3-10）式中為綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支路的電抗。對(duì)于其它感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，即H、A、B等，通常用單個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的加權(quán)均值作為綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)。綜合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)為（3-11）式中為第i個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)。3.4統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模的優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)查閱資料和大量文獻(xiàn)可以看出統(tǒng)計(jì)綜合法比通過(guò)經(jīng)驗(yàn)得出的負(fù)荷模型要精確的多。在運(yùn)算分析過(guò)程中，可以總結(jié)出，統(tǒng)計(jì)綜合法的物理概念清晰，易于理解其含義并進(jìn)行相關(guān)工程的運(yùn)算；進(jìn)行建模時(shí)不需要進(jìn)行實(shí)地測(cè)算，投入經(jīng)費(fèi)少的優(yōu)點(diǎn)。但是，從模擬負(fù)荷數(shù)量可以看出，建模需要首先統(tǒng)計(jì)巨大的負(fù)荷組成參數(shù)，增加了工作量[9]；負(fù)荷成分比較復(fù)雜，其平均特性參數(shù)難以確定；此種建模方法不適于隨時(shí)進(jìn)行，因此對(duì)于時(shí)變性比較大的負(fù)荷，此種方法很難滿足建模要求等等。隨著負(fù)荷數(shù)量的增大，上述問(wèn)題會(huì)更加明顯的顯現(xiàn)出來(lái)。3.5本章小結(jié)本章主要介紹了統(tǒng)計(jì)綜合法負(fù)荷建模的基本原理，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)綜合法進(jìn)行負(fù)荷建模的方法，并詳細(xì)介紹了靜態(tài)負(fù)荷與動(dòng)態(tài)負(fù)荷負(fù)荷建模的詳細(xì)步驟，并總結(jié)出此種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。4總體測(cè)辨法負(fù)荷建模4.1總體測(cè)辨法負(fù)荷建模的基本知識(shí)總體測(cè)辨法法負(fù)荷建模是以負(fù)荷站點(diǎn)實(shí)際測(cè)量到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子通信技術(shù)以及新型技術(shù)的發(fā)展，新型的負(fù)荷特性數(shù)據(jù)記錄裝置已有在線連續(xù)采集數(shù)據(jù)、通過(guò)電話線路或者電磁波向遠(yuǎn)方傳送數(shù)據(jù)等若干的功能，這為負(fù)荷建模中確定負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)提供了非常好的的硬件環(huán)境。使得模型響應(yīng)能最好地搭配負(fù)荷站點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量到的若干數(shù)據(jù)，而且要求通過(guò)模型的驗(yàn)證來(lái)確定所建模型在仿真計(jì)算要求范圍內(nèi)具有良好的外推內(nèi)插能力，又充分突出了模型的本質(zhì)以及可以簡(jiǎn)單的描述負(fù)荷的特征。這種方法的核心原理是把負(fù)荷特性看作一個(gè)灰箱子，通過(guò)實(shí)際測(cè)量它的輸入（電壓、頻率）和輸出（有功無(wú)功功率）兩個(gè)數(shù)據(jù)，從而可以設(shè)定合適的負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)，又可以調(diào)整負(fù)荷模型的參數(shù)，最終可以辨識(shí)出一套與該負(fù)荷點(diǎn)負(fù)荷特性基本等價(jià)的負(fù)荷模型[7]。4.2參數(shù)辨識(shí)算法研究4.2.1系統(tǒng)辨識(shí)的定義激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào)原型模型辨識(shí)ye圖4-1辨識(shí)原理方框圖所謂系統(tǒng)辨識(shí)，是指以系統(tǒng)實(shí)測(cè)輸入-輸出數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按規(guī)定準(zhǔn)則，在一類模型中選擇一個(gè)與實(shí)測(cè)輸出數(shù)據(jù)擬合的最好的模型。在總體測(cè)辨法負(fù)荷建模中，系統(tǒng)辨識(shí)就是根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)來(lái)辨識(shí)負(fù)荷模型?？捎蒙蠄D來(lái)說(shuō)明辨識(shí)建模的原理。圖4-1中原型和模型在同一激勵(lì)信號(hào)X作用下，分別產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)y和,其誤差為e，經(jīng)辨識(shí)準(zhǔn)則辨識(shí)后，來(lái)修正模型參數(shù)，反復(fù)執(zhí)行，直至誤差e滿足要求為止[8]。參數(shù)辨識(shí)最常用的方法有最小二乘法、極大似然法、最小方差法、隨機(jī)逼近法等，期中最小二乘法是最基本的方法。設(shè)待辨識(shí)系統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)荷模型的顯示形式如，其中，、為負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率特性參數(shù)，在這里為待辨識(shí)參數(shù),另外，、為負(fù)荷有功和無(wú)功功率的基準(zhǔn)值。如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了輸入、輸出數(shù)據(jù)（i=1，2，3..n），則參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題可敘述如下：根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)(i=1，2，3…n,）尋求參數(shù)、估計(jì)值，使目標(biāo)函數(shù)極小化（4-1）目標(biāo)函數(shù)J的駐點(diǎn)（=0）可以通過(guò)求解線性仿真組得到。通過(guò)方程組可以得到目標(biāo)函數(shù)J的唯一駐點(diǎn)，即最優(yōu)解。對(duì)于優(yōu)化問(wèn)題可采用求解非線性最小二乘法問(wèn)題的牛頓法、阻力最小二乘法、也可以采用各種非線性優(yōu)化方法，如最快下降法等。下面仔細(xì)分析一下多項(xiàng)式負(fù)荷模型和冪函數(shù)模型參數(shù)辨識(shí)方法。4.2.2靜態(tài)負(fù)荷模型辨識(shí)原理在本論文中，忽略頻率對(duì)系統(tǒng)中負(fù)荷影響，所得的簡(jiǎn)化多項(xiàng)式模型為：，（4-2）這里輸入變量有一個(gè)，即電壓U，輸出變量有兩個(gè)，即負(fù)荷有功P和負(fù)荷無(wú)功Q，待辨識(shí)的參數(shù)為，，和，，。設(shè)時(shí)刻i的輸入為，輸出為、以有功模型參數(shù)辨識(shí)為例，根據(jù)最小二乘法，此時(shí)的誤差為：，（4-3）與等式約束條件聯(lián)立，消去一個(gè)參數(shù)，則。（4-4）令指標(biāo)函數(shù)為（4-5）用指標(biāo)函數(shù)J對(duì)參數(shù)和分別求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可得。（4-6）從上可以解出和，帶入等式約束條件，進(jìn)而求出參數(shù)。同樣的方法求出參數(shù)。我們知道，參數(shù)表示各類型負(fù)荷所占比例，均是非負(fù)的。而上述推到過(guò)程有一個(gè)等式約束條件，計(jì)算結(jié)果可能出現(xiàn)負(fù)值，因?yàn)閼?yīng)該加入不等式約束條件，（4-7）采用非線性規(guī)劃的方法求最優(yōu)解，根據(jù)已經(jīng)列出的指標(biāo)函數(shù)和等式約束可以建立不受約束的目標(biāo)函數(shù)，令(4-8）根據(jù)庫(kù)恩一塔克定理給出的非線性規(guī)劃的最優(yōu)解所滿足的條件（4-9）可以得到參數(shù)的最優(yōu)解。4.3粒子群優(yōu)化算法簡(jiǎn)介4.3.1粒子群優(yōu)化算法的基本思想粒子群優(yōu)化算法(PSO)是受到鳥群或魚群社會(huì)行為的啟發(fā)而形成的一種基于種群的隨機(jī)優(yōu)化技術(shù)。它將每個(gè)優(yōu)化問(wèn)題的解看作是搜索空間中的粒子，這些粒子都有自己的一個(gè)被優(yōu)化后的函數(shù)所決定的適合值，每個(gè)粒子都有自己的一個(gè)速度，這些速度決定了它們運(yùn)動(dòng)的方向和距離，然后粒子們就會(huì)在空追隨當(dāng)前的最優(yōu)粒子在解空間中搜索。PSO算法是一種基于群體智能的新型演化計(jì)算技術(shù)，具有簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、設(shè)置參數(shù)少、全局優(yōu)化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。已在函數(shù)優(yōu)化、模式識(shí)別、信號(hào)處理、機(jī)器人技術(shù)等許多領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。4.3.2粒子群優(yōu)化算法的基本流程粒子群優(yōu)化算法的基本流程如圖4-2所示。個(gè)體極值和全局極值更新個(gè)體極值和全局極值更新圖4-2粒子群優(yōu)化算法基本流程圖4.4綜合負(fù)荷模型的參數(shù)辨識(shí)4.4.1負(fù)荷模型的方程如果完整考慮到配電網(wǎng)的阻抗、電動(dòng)機(jī)的特征、靜態(tài)負(fù)荷(ZIP)和電容補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷模型結(jié)構(gòu)圖（4-3）所示，可以稱作完整綜合負(fù)荷模型，因?yàn)檫@種模型比簡(jiǎn)化綜合負(fù)荷模型又多了恒定電流、恒定功率和補(bǔ)償電容器這三項(xiàng)[10]。在圖中，為實(shí)際負(fù)荷母線的電壓，為虛擬母線的電壓，實(shí)際負(fù)荷母線和虛擬母線之間的部分便是等值的配電網(wǎng)阻抗。圖4-3綜合負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)圖上述模型中考慮了頻率變化，當(dāng)采用標(biāo)幺值時(shí)，。假設(shè)正常運(yùn)行頻率為額定頻率，則，X=L，所以下列方程中電抗實(shí)質(zhì)上是電感，也就是正常額定頻率下電抗的標(biāo)幺值，為和習(xí)慣一致仍用電抗符號(hào)表示。本文中，由于配電網(wǎng)的電阻和電抗較小，忽略其影響。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用計(jì)及機(jī)電暫態(tài)的3階模型，坐標(biāo)系有以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系和以同步速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系這2種，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)方程在不同坐標(biāo)系下是不同的，但和電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)求解時(shí)需轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)公共的xy坐標(biāo)系,此時(shí)狀態(tài)方程是一致的，即[10]：（4-10）式中：為轉(zhuǎn)子角速度，和分別為同步坐標(biāo)下的直軸、交軸暫態(tài)電勢(shì)為激磁電抗，為定子電抗，為穩(wěn)態(tài)電抗，為暫態(tài)電抗，為轉(zhuǎn)子電阻，為轉(zhuǎn)子電抗，為轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)，為慣性時(shí)間常數(shù)。定子電流方程為：（4-11）式中Rs為定子電阻。與此對(duì)應(yīng)的暫態(tài)等值電路如下圖所示：圖4-4電動(dòng)機(jī)暫態(tài)等值電路轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為：，（4-12）機(jī)械功率為：（4-13)式中A、B、C為機(jī)械轉(zhuǎn)矩系數(shù);為初始機(jī)械轉(zhuǎn)矩。ZIP部分：，（4-14）式中、為有功和無(wú)功頻率特性系數(shù)；分別為有功恒阻抗系數(shù)、有功恒電流系數(shù)、有功恒功率系數(shù)、無(wú)功恒阻抗系數(shù)、無(wú)功恒電流系數(shù)和無(wú)功恒功率系數(shù)，且滿足：。（4-15）由于在標(biāo)幺值下有，（4-16）所以補(bǔ)償電容器容量為。（4-17）式中為正常運(yùn)行時(shí)的電容器容抗。進(jìn)一步可求得補(bǔ)償電容器電容（4-18）至此，使得到了完整的綜合負(fù)荷模型方程。4.4.2綜合負(fù)荷模型的初始化計(jì)算（1）求靜態(tài)部分消耗的總功率和根據(jù)母線電壓及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)可以計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)消耗的初始功率和，進(jìn)而求得靜態(tài)部分消耗的初始功率和。（4-19）此處和均為系統(tǒng)基值下的標(biāo)幺值，而電動(dòng)機(jī)參數(shù)是電動(dòng)機(jī)額定容量下的標(biāo)幺值，所以計(jì)算時(shí)要注意轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)基準(zhǔn)容量下的標(biāo)幺值。（2）從總靜態(tài)負(fù)荷功率中分離出ZIP模型負(fù)荷消耗的功率和補(bǔ)償設(shè)備消耗的功率。（3）通過(guò)前面的計(jì)算得到了靜態(tài)負(fù)荷消耗的總功率，設(shè)ZIP部分消耗的功率，補(bǔ)償電容器消耗的功率為j，由4.3中圖所示，可以得出。（4-20）在靜態(tài)負(fù)荷功率因數(shù)給定的條件下，（4-21）從而。（4-22）若說(shuō)明是真正的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備；若>0，說(shuō)明是無(wú)功負(fù)荷，可并入ZIP負(fù)荷；若=0，由式(4-16)可知,，相當(dāng)于沒(méi)有補(bǔ)償設(shè)備。所以，當(dāng)試算≥0時(shí)，只需要令=即可。（4）求初始狀態(tài)量，、及根據(jù)S0的范圍由matlab程序可計(jì)算出最符合實(shí)際情況的S0的數(shù)值。之后運(yùn)用公式令上式中倒數(shù)項(xiàng)為0，便得到穩(wěn)定條件，并將帶入上式可得（4-23）記將式穩(wěn)定條件的虛、實(shí)部分開(kāi)并寫成矩陣形式：（4-24）式中。將和代入式(4-20)即可得及至此初始化完畢。4.4.3負(fù)荷模型的參數(shù)辨識(shí)過(guò)程（1）設(shè)定待辨識(shí)的重點(diǎn)參數(shù)、、、、、、的初值，其余參數(shù)賦予典型值。Rs=0.0，，，，H=1.0，A=0.85，B=0.0（2）根據(jù)實(shí)際負(fù)荷母線上的測(cè)量數(shù)據(jù)U、P、Q，得出EXCEL表格,取得一些數(shù)據(jù)如下表4-1所示。（3）初始化計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)初始功率及總靜態(tài)負(fù)荷功率，從中分離出，并按照上節(jié)所介紹的方法由和計(jì)算出補(bǔ)償電器的容抗。（4）根據(jù)初始化計(jì)算過(guò)程中求得和,運(yùn)用歐拉法求解微分方程組，得到每一時(shí)步的，，和電動(dòng)機(jī)消耗的功率，1≤i≤42。（5）計(jì)算靜態(tài)負(fù)荷功率，按照式子計(jì)算電容消耗的功j。（6）計(jì)算目標(biāo)函數(shù)。用粒子群智能算法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，回到（2），直到滿足收斂條件，得到參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果。表4-1U、P、Q測(cè)量值UPQUPQ1.061440.98070.006221.059960.981690.040091.061440.98070.006221.060130.97850.037181.003490.86102-0.334481.060280.975840.034471.002430.88893-0.279231.060430.973750.031961.001530.90589-0.24821.060560.972230.029661.000680.91739-0.22511.060690.971190.027560.99990.92593-0.20661.06080.97060.025650.999180.9329-0.191231.060910.970410.023931.055781.073070.195131.061010.970580.02241.05641.045270.133941.06110.971030.021021.056811.031610.109031.061180.971750.01981.057211.02380.093351.061260.972670.018711.057591.018980.082161.061330.973740.017751.057941.015330.073811.06140.974920.01691.058271.011790.067321.061460.976160.016151.058581.00790.062071.061520.977450.01551.058861.003580.05761.061570.978730.014931.059110.998940.053611.061620.979950.014421.059350.994250.049931.061670.981110.013981.059570.989680.046471.061710.982160.013594.5使用matlab進(jìn)行總體測(cè)辨法負(fù)荷建模通過(guò)matlab程序所得的誤差最小的一組參數(shù)表4-2所示。表4-2通過(guò)建模所得參數(shù)值PmpS0XsZpIpZqIqF0.10000.20000.10000.6132000.21040.0355模型計(jì)算功率與實(shí)際功率對(duì)比如圖4-1，圖4-2所示：圖4-1為采用粒子群算法辨識(shí)有功模型參數(shù)時(shí)的適應(yīng)度值變化曲線，圖4-2為辨識(shí)無(wú)功模型參數(shù)時(shí)的適應(yīng)度值變化曲線。圖4-1實(shí)測(cè)值和模型計(jì)算值的比較（有功功率）圖4-2實(shí)測(cè)值和模型計(jì)算值的比較（無(wú)功功率）由上圖可以看出（1）粒子群算法在綜合負(fù)荷模型的辨識(shí)中，辨識(shí)結(jié)果較為滿意。利用辨識(shí)參數(shù)得到的計(jì)算功率曲線與實(shí)際系統(tǒng)仿真得到的功率曲線能較好的吻合，證明了綜合測(cè)辨法和粒子群算法的有效性。但是辨識(shí)過(guò)程中，辨識(shí)時(shí)間稍長(zhǎng)，因此在辨識(shí)方法的選擇上，應(yīng)該綜合考慮精度和效率兩方面的影響。（2）當(dāng)模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷特性時(shí)，無(wú)功功率擬合效果好于有功功率，這可能是由于完整綜合負(fù)荷模型是專門考慮了電容補(bǔ)償C，主要改進(jìn)無(wú)功功率，而有功功率的改進(jìn)可能更多依賴于電動(dòng)機(jī)。（3）辨識(shí)中由于遺傳算法搜索的隨機(jī)性，會(huì)出現(xiàn)一些偏差較大的個(gè)體，這會(huì)影響最后的辨識(shí)結(jié)果。所以需要進(jìn)行多次辨識(shí)，在結(jié)果中挑選最優(yōu)解，從而獲得更精確的模型參數(shù)。4.6總體測(cè)辨法負(fù)荷建模的優(yōu)缺點(diǎn)通過(guò)使用matlab進(jìn)行總體測(cè)辨法仿真，其方法比統(tǒng)計(jì)綜合法要精確的多。其有如下優(yōu)缺點(diǎn)：（1）無(wú)需知道各個(gè)用戶的負(fù)荷組成及參數(shù)，不依賴于用戶統(tǒng)計(jì)資料；（2）在負(fù)荷母線處長(zhǎng)期裝設(shè)測(cè)量裝置，可以根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的測(cè)量數(shù)據(jù)得到相應(yīng)的負(fù)荷特性參數(shù)，從而解決統(tǒng)計(jì)綜合法所不能解決的負(fù)荷特性時(shí)變性問(wèn)題；（3）即使負(fù)荷組成比較復(fù)雜時(shí)，也可以用較為簡(jiǎn)單簡(jiǎn)便的輸入輸出模型來(lái)描述；總體測(cè)辨法存在的不足：（1）這種模型的通用性不夠靈活，當(dāng)由某負(fù)荷點(diǎn)數(shù)據(jù)建立的負(fù)荷模型表現(xiàn)出其獨(dú)特性質(zhì)，這種性質(zhì)是模型專有的，所以難以靈活地推廣至其它負(fù)荷點(diǎn)模型建立的情況[14]。（2）這種模型也但難以描述隨時(shí)間、季節(jié)、氣候變化后的負(fù)荷行為。（3）總體測(cè)辨法負(fù)荷建模需要充足大量的擾動(dòng)數(shù)據(jù)，但這恰恰與電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行的要求相矛盾，干擾數(shù)據(jù)少，用這種方法建模的難度就大。4.7本章小結(jié)本章主要介紹了綜合測(cè)辨法的原理以及參數(shù)辨識(shí)的方法。參數(shù)辨識(shí)分為靜態(tài)負(fù)荷辨識(shí)以及動(dòng)態(tài)負(fù)荷辨識(shí)。詳細(xì)的提到了對(duì)綜合負(fù)荷進(jìn)行總體測(cè)辨法負(fù)荷建模的方法以及步驟。為驗(yàn)證綜合測(cè)辨法負(fù)荷建模的準(zhǔn)確性，使用了MATLAB軟件首先使用參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)出、So、等幾個(gè)參數(shù)。再使用粒子群智能算法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，通過(guò)循環(huán)算法得到辨識(shí)結(jié)果。最終通過(guò)對(duì)比實(shí)際的P、Q圖與綜合測(cè)辨法得到的圖像，得出綜合測(cè)辨法的準(zhǔn)確性，并可以滿足負(fù)荷實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。通過(guò)使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，總結(jié)出綜合測(cè)辨法的優(yōu)缺點(diǎn)。5總結(jié)電力