專利名稱：基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于單側(cè)采樣數(shù)據(jù)的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，屬于電力測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
電力負(fù)荷模型是電力系統(tǒng)運行分析的基礎(chǔ)，其有效性和準(zhǔn)確性對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。通常而言，可以采用辨識法進(jìn)行負(fù)荷建模，即采集變電站主變兩側(cè)的擾動錄波數(shù)據(jù)，對負(fù)荷模型參數(shù)進(jìn)行辨識，然后分別得到兩側(cè)母線的負(fù)荷動態(tài)模型。對于負(fù)荷模型建模工作而言，采集主變兩側(cè)擾動數(shù)據(jù)，不僅硬件投資增多，而且數(shù)據(jù)采集與處理的工作量也大大增加。某些情況下，受到現(xiàn)場條件限制，根本無法安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集裝置(例如有些變電站主變低壓側(cè)受場地條件制約)，使得建模工作無法實施。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷。提出一種采集主變一側(cè)擾動數(shù)據(jù)，進(jìn)行兩側(cè)負(fù)荷建模的方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案該方法包括如下工藝步驟 一、在相應(yīng)的負(fù)荷變電所的母線一側(cè)安裝測量裝置；二、采集相應(yīng)的電氣量，即擾動數(shù)據(jù)；三、在線或離線處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型參數(shù)辨識，得到一側(cè)的負(fù)荷模型參數(shù)；四、結(jié)合電力系統(tǒng)其它運行參數(shù)(較容易獲取)經(jīng)過折算，得到另外一側(cè)的負(fù)荷模型及參數(shù)，必要時需要在兩側(cè)進(jìn)行迭代折算；五、最后得到兩側(cè)的負(fù)荷模型。
本發(fā)明的優(yōu)點本方法在模型結(jié)構(gòu)相同的情況下，只需要采集主變一側(cè)的電氣量(擾動數(shù)據(jù))，對部分參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整即可得到另一側(cè)的負(fù)荷模型；本方法已在實際工程中應(yīng)用，并經(jīng)過西北電網(wǎng)某變電站的驗證。該變電站分別采集了主變兩側(cè)的擾動數(shù)據(jù)，獨立應(yīng)用一側(cè)的數(shù)據(jù)，得到了兩側(cè)的模型參數(shù)；經(jīng)過對比驗證，以上方法是正確、合理的；本方法可節(jié)省硬件投資，方便工程應(yīng)用，因而具有較好的工程應(yīng)用前景。



附圖1是負(fù)荷自動建模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
附圖2是負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)圖。
附圖3是高低壓側(cè)負(fù)荷模型對照圖。

具體實施例方式 圖1中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指安裝在負(fù)荷變電所的數(shù)據(jù)采集裝置及外圍附件，主要作用是采集相應(yīng)的電氣量并轉(zhuǎn)換為符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。專用網(wǎng)絡(luò)是指電力系統(tǒng)運行調(diào)度專用網(wǎng)絡(luò)，可將標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)截?fù)荷建模中心站系統(tǒng)。負(fù)荷建模中心站系統(tǒng)由負(fù)荷建模服務(wù)器、外圍的附件和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)構(gòu)成，可以對擾動數(shù)據(jù)自動進(jìn)行處理分析，得到所需的模型參數(shù)。在分析處理過程中，還需要接收一些電力系統(tǒng)的其它運行參數(shù)信息。最終，用戶可以通過客戶機(jī)，訪問查詢相應(yīng)的建模結(jié)果。
圖2中，負(fù)荷模型聯(lián)接在負(fù)荷變電所主變的低壓側(cè)，即圖中的35kV母線側(cè)。負(fù)荷模型由兩部分組成，一部分是靜態(tài)負(fù)荷，包括恒阻抗分量、恒電流分量、恒功率分量，另一部分是動態(tài)的等值電動機(jī)。主變的第3個繞組接的是無功補(bǔ)償電容器。
圖3是負(fù)荷接在低壓側(cè)與高壓側(cè)的對應(yīng)關(guān)系。低壓側(cè)模型(LVM)中，負(fù)荷接在35kV側(cè)，而高壓側(cè)模型(HVM)中，負(fù)荷接在110kV側(cè)。負(fù)荷模型的結(jié)構(gòu)相同，但是參數(shù)是不一樣的。圖中，靜態(tài)負(fù)荷部分可簡化為只包含恒阻抗部分。
通過電氣量的采集，可以得到一定模型結(jié)構(gòu)下激勵和響應(yīng)的關(guān)系。將這些擾動數(shù)據(jù)送入負(fù)荷建模系統(tǒng)，通過一定的分析計算可得到需要的模型參數(shù)。通過以上的方法，最終可以由主變一側(cè)的工程采樣數(shù)據(jù)，確定主變兩側(cè)的滿足工程實際需要的負(fù)荷模型。這個過程可以手工實現(xiàn)，為了減少日常的人工維護(hù)量，提高電力系統(tǒng)運行控制的自動化水平，可以采用本專利申請中的在線自動方式。
基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，包括如下工藝步驟 一、在相應(yīng)的負(fù)荷變電所的主變一側(cè)安裝測量裝置；二、采集相應(yīng)的電氣量，即擾動數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為進(jìn)一步分析計算所要求的數(shù)據(jù)格式；三、在線或離線處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型參數(shù)辨識，得到一側(cè)的負(fù)荷模型參數(shù)；四、結(jié)合較容易獲取的電力系統(tǒng)其它運行參數(shù)(主要是負(fù)荷初始穩(wěn)態(tài)功率)進(jìn)行折算，得到另外一側(cè)的負(fù)荷模型及參數(shù)，而低壓側(cè)向高壓側(cè)折算時，可能造成功率不平衡，需要在兩側(cè)進(jìn)行迭代折算；五、最后得到兩側(cè)的負(fù)荷模型。
所述的工藝步驟一，在相應(yīng)的負(fù)荷變電所的主變一側(cè)安裝測量裝置，該測量裝置用于采集交流電氣量，交流電氣量包括三相電壓和三相電流。
所述的工藝步驟二，測量裝置自動采集交流電流、電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理(數(shù)據(jù)的篩選、過濾)，得到擾動后的電壓、電流、功率、頻率、時標(biāo)等數(shù)據(jù)集。然后自動傳輸?shù)截?fù)荷建模服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。若采用離線分析軟件則需要進(jìn)行手動召喚數(shù)據(jù)。
所述的工藝步驟三，在線或離線處理數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)辨識，得到該側(cè)的負(fù)荷模型參數(shù)。所述的在線是指所有的數(shù)據(jù)傳輸、分析、結(jié)果查詢都由聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)系統(tǒng)自動完成。而離線是指手動召喚到擾動數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入非聯(lián)網(wǎng)的獨立計算機(jī)，然后人工啟動處理數(shù)據(jù)軟件。求解過程中，利用了現(xiàn)有的蟻群優(yōu)化算法進(jìn)行非線性方程解的搜索。
所述的工藝步驟四中的得到另外一側(cè)的負(fù)荷模型及參數(shù)。由于另外一側(cè)沒有安裝數(shù)據(jù)采集裝置，因此不能直接通過辨識的方法獲得模型參數(shù)。因此，可采用下文的折算方法，將辨識獲得的模型參數(shù)，折算到另外一側(cè)。
所述的工藝步驟五為折算后，如果仍存在一定誤差，需要繼續(xù)在兩側(cè)進(jìn)行迭代折算，直到誤差滿足一定要求。
上述的具體折算方法的步驟如下 電力系統(tǒng)動態(tài)過程仿真中，負(fù)荷模型通常采用電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗的形式。就工程實際而言，綜合負(fù)荷中電動機(jī)主要采用三階模型， 其中模型的折算 電動機(jī)經(jīng)過傳輸元件向高壓側(cè)折算，接于高壓母線的電動機(jī)等值模型的參數(shù)調(diào)整公式如式(4)～式(9)所示。
RsH＝Rs+m1 (4) XμH＝Xμ (5) XsH＝Xs+m2 (6) RrH＝Rr (7) XrH＝Xr (8) 其中，m1、m2、m3滿足
以下為負(fù)荷模型由高壓側(cè)向低壓側(cè)折算。
若需要把負(fù)荷模型從高壓側(cè)折算到低壓側(cè)，通過迭代轉(zhuǎn)換可以解決。具體步驟如下 (一)已辨識得到的高壓側(cè)參數(shù)； (二)按照式(10)和(11)計算出m1+jm2和
(三)由于高壓側(cè)模型(設(shè)為HVM1)參數(shù)已知，而且m1+jm2和

已經(jīng)在步驟(2)中計算得到，因此利用調(diào)整公式(4)～(9)以及高壓母線初始潮流，可以計算出新的低壓側(cè)負(fù)荷模型(設(shè)為LVM)參數(shù)； (四)再次利用利用調(diào)整公式以及高壓母線初始潮流，計算出LVM相應(yīng)的高壓側(cè)負(fù)荷模型(設(shè)為HVM2)； (五)比較HVM1與HVM2，如果前后兩次的參數(shù)變化小于給定的誤差，計算停止，LVM則為所求的低壓側(cè)負(fù)荷模型。否則，返回步驟(2)繼續(xù)迭代。
例如，以西北電網(wǎng)馬營#2變2007年4月19日13時01分00秒大擾動試驗PMU記錄的數(shù)據(jù)(東電西送800MW，PSS投，渭大線渭側(cè)單瞬故障)為例 (1)低壓側(cè)模型參數(shù)初值取已經(jīng)辨識得到的高壓側(cè)模型HVM1電動機(jī)比例Pmp＝0.3719，定子電抗XI＝0.1844，負(fù)載率KL＝0.4479，慣性時間常數(shù)Tj＝2.0379。
(2)又ZD＝RD+jXD＝j(luò)kXT＝j(luò)0.0399，其中k為非標(biāo)準(zhǔn)變比，于是根據(jù)式(10)和(11)以及高壓母線的初始潮流(UH0＝1.0239，PH0＝1.3695，QH0＝0.0939)，可以算出第一步的m1＝0.001533，m2＝0.04596，m3＝0.9861+j0.0329。
(3)根據(jù)式(4)-(9)可以算出第一步的低壓側(cè)模型LVM，PMP＝0.4596，XI＝0.1385，KL＝0.4596，Tj＝2.0936. (4)再次利用利用調(diào)整公式以及高壓母線初始潮流，計算出LVM相應(yīng)的高壓側(cè)負(fù)荷模型(設(shè)為HVM2)PMP＝0.3816，XI＝0.13845，KL＝0.4596，Tj＝2.0926。
(5)計算HVM1和HVM2的偏差，即|X-X|，其中X為高壓側(cè)模型HVM1的真值(PMP，XI，KL，Tj)，

為HVM1的估計值，也即HVM2，停止計算，此時計算得到的LVM即為所求的低壓側(cè)模型，若，返回(2)，繼續(xù)迭代。
通過以上迭代過程可以得到由高壓側(cè)模型(HVM)轉(zhuǎn)換得到的低壓側(cè)模型(LVM)，其參數(shù)如下 PMP＝0.3818，XI＝0.1385，KL＝0.4598，Tj＝2.0943 通過以上的方法，最終可以由主變一側(cè)的工程采樣數(shù)據(jù)，確定主變兩側(cè)的滿足工程實際需要的負(fù)荷模型。
從工程實際而言，本方法可以應(yīng)用于許多情況，例如(1)變電站只能測量主變高壓側(cè)電氣量，但用于電力系統(tǒng)運行控制的負(fù)荷模型卻掛在低壓側(cè)；(2)變電站只能測量低壓側(cè)電氣量或綜合統(tǒng)計低壓側(cè)負(fù)荷，但用于電力系統(tǒng)運行控制的負(fù)荷模型卻掛在高壓側(cè)；(3)用于電力系統(tǒng)運行控制或仿真分析時，不同負(fù)荷模型之間的代換。
權(quán)利要求
1、基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟
基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，包括如下工藝步驟
一、在相應(yīng)的負(fù)荷變電所的主變一側(cè)安裝測量裝置；二、采集相應(yīng)的電氣量，即擾動數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為進(jìn)一步分析計算所要求的數(shù)據(jù)格式；三、在線或離線處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型參數(shù)辨識，得到一側(cè)的負(fù)荷模型參數(shù)；四、結(jié)合較容易獲取的電力系統(tǒng)其它運行參數(shù)即負(fù)荷初始穩(wěn)態(tài)功率進(jìn)行折算，得到另外一側(cè)的負(fù)荷模型及參數(shù)，而低壓側(cè)向高壓側(cè)折算時，可能造成功率不平衡，需要在兩側(cè)進(jìn)行迭代折算；五、最后得到兩側(cè)的負(fù)荷模型。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是所述的工藝步驟一，在相應(yīng)的負(fù)荷變電所的主變一側(cè)安裝測量裝置，該測量裝置用于采集交流電氣量，交流電氣量包括三相電壓和三相電流。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是所述的所述的工藝步驟二，測量裝置自動采集交流電流、電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理即數(shù)據(jù)的篩選、過濾，得到擾動后的電壓、電流、功率、頻率、時標(biāo)等數(shù)據(jù)集，然后自動傳輸?shù)截?fù)荷建模服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，若采用離線分析軟件則需要進(jìn)行手動召喚數(shù)據(jù)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是所述的工藝步驟三，在線或離線處理數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)辨識，得到該側(cè)的負(fù)荷模型參數(shù)，所述的在線是指所有的數(shù)據(jù)傳輸、分析、結(jié)果查詢都由聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)系統(tǒng)自動完成，而離線是指手動召喚到擾動數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入非聯(lián)網(wǎng)的獨立計算機(jī)，然后人工啟動處理數(shù)據(jù)軟件，求解過程中，利用了現(xiàn)有的蟻群優(yōu)化算法進(jìn)行非線性方程解的搜索。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是所述的工藝步驟四中的得到另外一側(cè)的負(fù)荷模型及參數(shù)，由于另外一側(cè)沒有安裝數(shù)據(jù)采集裝置，因此不能直接通過辨識的方法獲得模型參數(shù)，可采用折算方法，將辨識獲得的模型參數(shù)，折算到另外一側(cè)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是所述的工藝步驟五為折算后，如果仍有誤差，需要繼續(xù)在兩側(cè)進(jìn)行迭代折算，直到誤差滿足要求。
7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，其特征是所述的折算方法的具體折算步驟如下
電力系統(tǒng)動態(tài)過程仿真中，負(fù)荷模型通常采用電動機(jī)并聯(lián)恒阻抗的形式。就工程實際而言，綜合負(fù)荷中電動機(jī)主要采用三階模型，
其中模型的折算
電動機(jī)經(jīng)過傳輸元件向高壓側(cè)折算，接于高壓母線的電動機(jī)等值模型的參數(shù)調(diào)整公式如式(4)～式(9)所示，
RsH＝Rs+m1 (4)
XμH＝Xμ (5)
XsH＝Xs+m2 (6)
RrH＝Rr (7)
XrH＝Xr (8)
其中，m1、m2、m3滿足
以下為負(fù)荷模型由高壓側(cè)向低壓側(cè)折算，
若需要把負(fù)荷模型從高壓側(cè)折算到低壓側(cè)，通過迭代轉(zhuǎn)換可以解決，具體步驟如下
(一)已辨識得到的高壓側(cè)參數(shù)；
(二)按照式(10)和(11)計算出m1+jm2和
(三)由于高壓側(cè)模型(設(shè)為HVM1)參數(shù)已知，而且m1+jm2和
已經(jīng)在步驟(2)中計算得到，因此利用調(diào)整公式(4)～(9)以及高壓母線初始潮流，可以計算出新的低壓側(cè)負(fù)荷模型(設(shè)為LVM)參數(shù)；
(四)再次利用利用調(diào)整公式以及高壓母線初始潮流，計算出LVM相應(yīng)的高壓側(cè)負(fù)荷模型(設(shè)為HVM2)；
(五)比較HVM1與HVM2，如果前后兩次的參數(shù)變化小于給定的誤差，計算停止，LVM則為所求的低壓側(cè)負(fù)荷模型，否則，返回步驟(2)繼續(xù)迭代。
全文摘要
本發(fā)明是基于單側(cè)采樣的高低壓側(cè)電力負(fù)荷建模方法，工藝步驟一、在相應(yīng)的負(fù)荷變電所的主變一側(cè)安裝測量裝置；二、采集相應(yīng)的電氣量，并轉(zhuǎn)換為進(jìn)一步分析計算所要求的數(shù)據(jù)格式；三、在線或離線處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型參數(shù)辨識，得到一側(cè)的負(fù)荷模型參數(shù)；四、結(jié)合較容易獲取的電力系統(tǒng)其它運行參數(shù)進(jìn)行折算，得到另外一側(cè)的負(fù)荷模型及參數(shù)；五、最后得到兩側(cè)的負(fù)荷模型。優(yōu)點在模型結(jié)構(gòu)相同的情況下，只需要采集主變一側(cè)的電氣量(擾動數(shù)據(jù))，對部分參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整即可得到另一側(cè)的負(fù)荷模型；經(jīng)過對比驗證，以上方法是正確、合理的；節(jié)省硬件投資，方便工程應(yīng)用，具有較好的工程應(yīng)用前景。
文檔編號G06F17/50GK101363886SQ200810156278
公開日2009年2月11日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者丁永福, 史可琴, 謙 陳, 越 范, 萬筱鐘, 楊文宇, 平 鞠, 施雄華 申請人:河海大學(xué), 西北電網(wǎng)有限公司