电网负荷模型参数辨识系统研究与开发

辽宁省自然科学基金资助项目(201202191)。
2 ZIP 负荷模型及其参数辨识
在静态负荷模型中，ZIP 模型在理论和工程方面 有广泛的应用。该模型也经常和动态模型一起来表示 实际电网的负荷模型。ZIP 模型可以由式（1）和（2） 表示。
(1) (2)
式中：P 为有功变化后的数值；V 为电压变化后 的数值； Q 为无功变化后的数值； P0 为有功初始数 值；V0 为电压初始数值； Q0 为无功初始数值； a p 、 bp 、c p 、aq 、bq 、cq 为待定系数，表示模型中 ZIP
Email: wanglidi@ ,Liaoning, Shenyang, 110866
Abstract: Parameter identification system is researched and developed in this paper. Through the analysis of the measured real power and voltage signals, based on the MATLAB GUI development tool, and by the aid of Matlab Optimization Functions, the method and steps of parameter identification of ZIP load modeling is given. In this system, some functions are realized, including data input, signal preprocessing, parameters identification and error estimation. It is important for the research on the feature of power load modeling. Keywords: ZIP load model; parameter identification; measurement real signals；real power
（1）信号采集模块 系统可以通过信号仿真或者实际信号采集来得到 初始数据。例如，可以利用读取存在计算机中的 EXCEL 文 件 的 方 式 获 取 原 始 数 据 信 号 。 通 过 MATLAB GUI 开发用户界面，建立信号读取按钮的回 调函数如下： [Filename,Pathname]=uigetfile({'*.xls' },'选择数据 文件'); if (Filename~=0)
统辨识理论，问题转化为在目标函数（4）最小化条件
下确定模型参数的优化问题。
n
∑ J = [Pm (ti ) − Pl (ti )]2
(4)
i =1
式中 Pm(ti)和 Pl(ti)分别为实测有功功率信号和根
据系统辨识得到的参数进行模型仿真得到有功功率信
号。
3 参数辨识过程
为了自动获取基于总体测辨法的负荷有功模型参 数，参数辨识具体过程为：
E-464
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
（2）信号预处理模块 初始电压信号和功率信号读入后，需要进行滤波 处理，以去除噪声和奇异值。系统开发过程中，可以 选用多种滤波方法实现信号的预处理。包括中值滤波、 均值滤波和小波去噪等方法。通过构建 Radio button 组合，可以选择相应的去噪方法，如图 1 所示。
上的函数 g(x)满足 f(x)和 g(x)的距离最小。问题的数学
描述如下：
求 g(x) ∈ Φ 使得
n
∑ D = (g(xi ) − f (xi ))2 最小 i=0
设 Φ = span{ϕ0,ϕ1,"ϕn} g(x) = a0ϕ0 (x) +"+ anϕn (x)
则 g(x) − f (x) = min ϕ(x) − f (x)
摘 要：针对电网负荷模型参数辨识问题进行研究与开发。通过对实测电网有功功率信号和电压信号 的分析，基于 MATLAB GUI 开发工具，利用 MATLAB 系统优化函数，给出了电网常用负荷 ZIP 模型 的参数辨识的具体步骤和开发过程。负荷模型参数辨识系统实现了实测数据读入、信号预处理、模型 参数辨识和误差估计等功能，对深入研究电网负荷模型的特性有重要的实用价值。
1 College of Information and Electrical Engineering, Shenyang Agricultural University 2 Liaoning Anshan Power Supply Company 3 Shenyang Kangping Power Supply Branch Company
str=[Pathname Filename]; [data,names]=xlsread(str); else msgbox('读取错误!'); close(handles.figure1); end t1=100;% 数据起点 t2=2000; % 数据终点 dt=t2-t1; % 数据长度 data_Time=data(t1:t2,1)-t1+1; %时间信号 data_Voltage=data(t1:t2,2); %电压信号 data_ActivePower=data(t1:t2,3); %有功信号 data_ReactivePower=data(t1:t2,4); %无功信号 axes(handles.axes1); set(handles.axes1,'Visible','ON'); plot(data_Time,data_Voltage);title('电压信号'); xlabel('时间(s)'); ylabel('电压(kV)'); axes(handles.axes2); set(handles.axes2,'Visible','ON'); plot(data_Time,data_ActivePower);title(' 有 功 功 率 '); xlabel('时间(s)'); ylabel('有功功率(MW)');
（1）对实测得到的电压和有功功率信号进行预处 理。主要目的是去除噪声，根据具体信号特点，可以 采用小波去噪或中值滤波方法。
（2）确定负荷模型参数辨识所用的阶跃点位置。 通过电压信号的差分计算，利用一个预先设定的阈值， 确定电压信号阶跃点位置。
（3）根据起始点的电压值，使用式（1）和（2），
计算负荷模型的参数，结合负荷模型参数辨识后的模 型数据和采集信号的偏差特性，对辨识过程的结果进 行评估。
4 参数辨识系统开发
为了建立负荷模型参数辨识系统的软件开发平 台 ， 本 系 统基 于 MATLAB GUI 开发 工 具 ， 利用 MATLAB 系统优化函数，给出了电网常用负荷 ZIP 模型的参数辨识系统开发过程。系统分为实测数据读 入、信号预处理、电压阶跃点检测、模型参数辨识和 误差估计等几个模块。
关键词：ZIP 模型；参数辨识；实测信号；有功负荷
Research and of Parameter Identification System for Power Load Modeling
Wang Lidi1, Han Chuncheng2, Nian Taigang2, Li Zhe2
Out(1:OFFSETN)=In(1:OFFSETN);%%% 去 除 边 缘效应。
OutV(1:N2-OFFSETN)=OutV(OFFSETN+1:N2);% %滤波后信号右移半个窗口宽度。
OutV(1:OFFSETN)=InV(1:OFFSETN);%%% 去 除 边缘效应。
如果用到小波去噪，还需要设定小波去噪所采用 的核函数和小波分解层数等信息。
windowSize = N;
OutV=filter(ones(1,windowSize)/windowSize,1,InV );%实测电压信号均值滤波。
OFFSETN=floor(N./2); %%滤波后信号右移半 个窗口宽度。
Out(1:N2-OFFSETN)=Out(OFFSETN+1:N2);%% 滤波后信号右移半个窗口宽度。
lambda0 = [0.5，0.5]'; %设定待辨识参数的初始数 值。
lambda = fminsearch(@pfitfun,lambda0,[],t,y,h) set(h(2),'color','black') 其中函数 pfitfun 定义为： function res = pfitfun(lambda,t,y,h) z=P0.*(t+1)./(t+1).*(lambda(1)*(V/V0)^2+lambda( 2)*(V/V0)+1-lambda(1)-lambda(2)); res = norm(z-y');
D ϕ∈Φ
D
因为
D = f (x) − (a0ϕ0 (x) +"+ anϕn (x)) D
关于系数{a0 , a1,"an}最小，有：
∂D = 0,i = 0,", n
(3)
∂ai
对方程(3)求解，可以得到待定系数数值，完成参
数辨识过程。
对于有功功率负荷模型而言，问题转化为对式（1）
中的参数( a p 、 bp 、 c p )进行辨识的问题。和根据系
string_level_list
=
get(handles.popupmenu2,'String');
selected_level_string = string_level_list{val_level}; N=str2num(selected_level_string); %读取滤波器宽 度设定数值