电力系统仿真模型有效性的动态评估

信度[17]。目前实测的方式分为在线实测与离线实
测。由于在线实测更能体现元件的实际工况，如果
忽略计算误差的因素，在线实测的参数可信度要高
于离线实测的参数可信度。负荷模型的参数来源是
最多的，既有前苏联的经验参数，也有基于实测数
据与辨识理论所得到的实测参数。
以发电机参数为例，其参数可信度β定义如下：
⎧⎪β ⎨⎪⎩β
1）当新扰动 C 与 A 或 B 比较时，只要有一个
结果是 0，说明 C 的扰动深度不够，应放弃该扰动
记录并继续等待。
2）当比较结果为其它值时，可以根据比较结 果“+”、“−”符号的数目，采用取多的原则进行修 正。如果“+”的数目多于“−”的数目，则增加模 型及参数的有效性指标值，反之则减少。例如当比
不能保证模型的有效性[18]。理论上，只有通过所有
类型扰动的后验仿真，模型及参数的有效性才能确
认。如果元件的端口安装了相角测量单元(phasor
measurement unit，PMU)，则可以直接评估该元件
模型的后验仿真准确度。目前电网中 PMU 布点较
少，一般只能对一个子网进行后验仿真。评估一个
ABSTRACT: The only approach to improve the confidence level of a priori simulation results is to meliorate the validity of model and its parameters. The first step for the improvement of simulation validity is to build a system to evaluate the validity of model to make the researchers enable to master the conditions of all models and their parameters. The influences of modeling theory, source of parameters and a posteriori simulation on validity of models are researched and an evaluation method of model validity based on the three factors is proposed, and the significance of performing dynamic evaluation of model validity is analyzed. Finally, a dynamic correction process for concrete indices is given.
3 模型及参数有效性动态修正
3.1 修正的原因 模型及参数的有效性不能经过一次后验仿真就
确认，需要利用新的扰动数据不断进行后验仿真来 修正模型及参数的有效性。对于每一次后验仿真都 存在模型是否需要修正及如何修正的问题。元件受 到的扰动越大，越能激发元件的动态特性[19]。因此 判断是否需要修正模型有效性时需要考虑扰动的大 小问题。同时随着 PMU 布点的增多，原有的子网进 一步分解为若干个子网，每个新子网包含更少的元 件。这样利用新子网进行后验仿真所得到的模型有 效性评估结果应比利用原子网所得结果更可信。 3.2 扰动深度判据
进行各种扰动试验，同时电网本身的扰动也很少，
这就导致能进行的后验仿真非常有限。利用有限的
后验仿真评估模型及参数的有效性时，就需要综合
考虑模型的 2 个因素：建模理论完善度与参数可信 度。针对一次后验仿真结果，模型及参数的有效性
可以定义如下：
γ = g(α, β ) ⋅η
(3)
如果 α ∈ (x2 , x1)、β ∈ ( y2 , y1) ，则函数 g 可以定 义如下：
62
周成等：电力系统仿真模型有效性的动态评估
Vol. 34 No. 3
基于实测的建模理论的复杂综合负荷模型。因此可
以根据模型的建模理论完善程度进行等级划分。例
如目前仿真中常用的各阶发电机模型，其建模理论
完善度α可以定义如下：
⎧α ⎪⎪α ⎨⎪α
(6阶发电机模型)= (5阶发电机模型)= (4阶发电机模型)=
周成，贺仁睦
（电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区 102206）
Dynamic Evaluation of Effectiveness of Power System Simulation Models
ZHOU Cheng, HE Ren-mu
(Key Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control (North China Electric Power University), Ministry of Education, Changping District, Beijing 102206, China)
自 20 世纪 60 年代电力系统数字仿真兴起之 后，发电机、励磁系统等元件的建模理论都得到了 长足的发展，但由于各种元件的建模难度不同，各 元件模型的建模理论完善程度是不同的。例如发电 机，根据双反应理论可以建立最详细的 6 阶模型， 也可以利用一些假设条件建立 4 阶模型，甚至只考 虑转子运动方程的经典 2 阶模型[16]。负荷由于时变 性、随机性，是所有元件建模中最困难的。目前使 用的负荷模型既有理论最简单的静特性模型，也有
KEY WORDS: dynamic simulation; power system; effectiveness of model; evaluation
摘要：只有提高模型及其参数的有效性才能提高先验仿真结 果的可信度。因此提高仿真可信度的第 1 步工作就是要建立 模型有效性评估体系，使研究人员能详细掌握所有模型及其 参数的情况。分析了模型的建模理论、参数的来源及后验仿 真对模型有效性的影响，提出了基于这 3 方面因素的模型有 效性评估方法，并分析了对模型有效性进行动态评估的重要 性。最后给出了具体的指标动态修正流程，便于该评估体系 用于生产实践。
1 模型及参数有效性评估指标
1.1 建模理论完善度 评估模型及参数的有效性，第 1 步要确定衡量
评估模型及参数有效性的指标。参与仿真计算的模 型要考虑 2 个方面：模型结构与参数。可以利用建 模理论完善度与参数可信度来衡量模型及参数的有 效性，同时利用后验仿真可以直接评估模型的有效 性，因此后验仿真准确度也可以作为一个评估指标。
子网的后验仿真准确度，则可以利用子网内关键节
点的仿真准确度来代表子网内所有模型的后验仿
真准确度。
2 模型及参数有效性评估指标的合成
构建模型及参数有效性评估指标，其目的是要 量化模型及参数的有效性，这样才能便于工作人员 直接掌握仿真数据中各个模型参数的有效性和评
估仿真结果的可信度。
考虑电网运行的安全性，我们不可能在电网上
与 B 比较
与 A 比较
+
−
0
+
增加
减少
等待新扰动
−
减少
减少
等待新扰动
0
等待新扰动
等待新扰动
等待新扰动
当增加或减少模型及参数的有效性指标时，具
体的修正方案பைடு நூலகம்下：
γ
=γ
±
g
(α
,β
)
⋅
η (
(B)+η
(C)
)
(7)
2
需要注意在修正模型有效性指标后，原扰动事
由于动态仿真时，模型以电压为输入量，因此 可以利用节点电压的变化量来反映扰动大小。仿照 文献[13]提出的扰动深度概念，可以定义扰动深度 的具体计算方法为
λ = max( ui−u0 )
(5)
u0
式中：λ为扰动深度；ui 为待评估元件所在节点或 待评估子网内关键节点在第 i 时刻实测电压的正序
分量值。
(在线实测的发电机参数) (离线实测的发电机参数)
= =
( yG1,1] (0, yG1]
(2)
1.3 后验仿真准确度
随着广域测量系统的应用与仿真技术的发展，
可以利用扰动时所记录的数据对元件模型进行仿
真验证，这也是评估模型及其参数有效性的最直接
参考依据。但需要注意一点，一次后验仿真失效就
可以否定参数的有效性，但一次有效的后验仿真却
相对于模型已有的扰动记录 A，如果新的扰动
第 34 卷 第 3 期
电网技术
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记录 B 满足 λ(A) ≤ λ(B) ，且η(A) ≤ η(B) 条件(该条
件记为+)，则此时应修正模型的有效性γ，并将新扰
动记为 A。
γ = γ + g(α,β ) ⋅η(B)
(6)
若 λ( A) > λ(B) ，且η(A) > η(B) (该情况记为 0)，
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50707009)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50707009)．
为基础[6]。已有文献针对一些具体模型的验证问题 进行了深入的研究[7-11]。文献[12-15]利用(wide area measurement system，WAMS)的实测数据对电网分 块进行仿真来寻找误差源、验证模型的有效性。但 每个子块中元件数目仍然很大，如何进一步确认模 型有效性仍然存在困难。本文目的是利用各种能反 映参数来源及模型验证的信息，构建模型及参数的 有效性动态评估体系。根据评估指标的信息，工作 人员不仅可以清晰掌握参与仿真计算的模型及其 参数的有效性，还可以对仿真结果的可信度给出一 个合理的评估结果。确认模型及参数的有效性是一 个长期的过程，需要不断地利用后验仿真对其进行 修正，这就是称为“动态评估”的原因。
( xG1 ,1] (xG2 , xG1] (xG3 , xG2 ]
(1)
⎪⎩α (2阶发电机模型)= (0, xG3 ]
式(1)中关于取值范围的参数应通过大量实际
数据统计得出。
1.2 模型的参数可信度
元件模型的参数有多种来源方式，参数的可信
度也有较大差异。目前电网公司要求线路、发电机、
励磁模型的参数必须实测，其目的是提高参数的可
g(α , β ) = (x1 + x2 ) ⋅ ( y1 + y2 )
(4)
2
2
式中γ为模型及参数的有效性，而函数 g 限制了
确认模型及参数有效性的速度。如果模型的建模理论
完善、参数可信度高，函数 g 的计算结果就大，这样 确认模型及参数的有效性速度就快，输电线路模型就
属于这种情况；相反，函数 g 的计算结果小，确认的 速度就慢，例如恒阻抗等静特性负荷模型。
关键词：动态仿真；电力系统；模型有效性；评估
0 引言
电力系统动态仿真在系统运行中扮演了越来 越重要的角色，因此仿真结果的可信度直接影响系 统运行的安全性与经济性[1-4]。“乐观”的计算结果 将给系统安全埋下安全隐患，而“保守”的结果将 降低系统运行的经济性[5]。提高动态仿真的可信度 只能以保证参与仿真计算的模型及参数的有效性
较结果都为“+”时，则此 3 个扰动的比较结果有 2
个“+”、1 个“−”，选择增加模型及参数的有效性
指标值。详细的修正策略参见表 1。
表 1 模型及参数的有效修正策略
Tab. 1 Modification strategy of effectiveness of
model and its parameters
则放弃修正。当新扰动的扰动深度大于原扰动，并
且仿真准确度也高于原扰动，新扰动更有助于确认
模型及参数的有效性。反之没有修正意义。
还有一种矛盾情况： λ( A) ≤ λ(B) ，且η( A) > η(B) ，或者 λ(A) > λ(B) ，且η(A) ≤ η(B) (此情况记
为−)，此时无法判定是否需要修正，可以等待下一 个新的扰动 C。新扰动 C 分别与扰动 A、B 比较扰 动深度与后验仿真的可信度，就会出现 9 种比较结 果，下面进行详细的分析。
第 34 卷 第 3 期 2010 年 3 月
文章编号：1000-3673（2010）03-0061-04
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM 71 文献标志码：A
Vol. 34 No. 3 Mar. 2010
学科代码：470·40
电力系统仿真模型有效性的动态评估