基于统计综合法的电力负荷建模方法研究

基于统计综合法的电力负荷建模方法研究
摘要:统计综合法是电力系统综合负荷的一种重要的建模方法,其基本思想是将负
荷看成个别用户的集合,先将这些用户的元件分类,并确定各种类型元件的平均特性,然后统计出各类元件所占的比重,最后综合得出总体的负荷模型。

由于该方法
物理概念清晰,在负荷构成特性的基础信息准确、完整的前提下实现简单,因而受
到一定程度的重视。

关键词:统计综合法;电力系统;负荷建模
1负荷模型的相关概念
在电力系统运行过程中,当系统受到扰动时,这个暂态过程中各个负荷点的电压、频率都会出现一定的变化,相应的各类负荷获取的功率也会发生一定的变化,在这
种情况下,我们提出了负荷特性这一概念,即负荷功率随着电压、频率的变化而发
生变化的特性。

通过进一步研究发现,负荷特性主要有两种形态,分别是动态特性
和静态特性。

为了更好的描述负荷的这两种形态,所以通过一定手段列出其特性
的解析式,这就是我们将在文中重点讨论的负荷模型。

对于静态特性,我们可以通
过代数方程来描述,而静态特性则需要通过微分方程、差分方程和状态方程来描述。

负荷模型依据其描述的特性,主要分为静态负荷模型、机理动态模型、和非机理动
态模型。

其中静态负荷模型能够反映负荷有功、无功功率随着系统频率和电压变
化而发生的变化;机理动态负荷模型则是以物理和电学等一些基本定律作为基础,
通过对负荷各种平衡关系的分析,通过列出相关方程式而得到的模型;而非机理模
型指的是在系统辨识理论发展过程中,通过对大量具体的动态系统建模进行概括总
结得到的一种数学模型,该模型能够很好的对动态系统进行描述。

2统计综合法负荷建模理论基础
2.1综合负荷的静态模型
电力系统仿真计算中,将变电站母线或线路供电的所有用户的集合称为综合负荷。

综合负荷从电网吸收的功率随母线电压和系统频率而变化的关系称为综合负
荷特性,描述此特性的数学方程即负荷静态模型。

常用的有多项式模型和幂函数模
型两种形式,本文以幂函数模型为例进行简单描述。

幂函数模型的基本形式为式中:U为实际运行电压;U0为无扰动时的正常运行电压,一般取额定电压
UN;f0为无扰动时的正常运行频率,一般取系统额定频率即工频50 Hz;P、Q为实际
有功功率和无功功率;P0、Q0为对应于U0、f0或(UN,fN)时的负荷功率,即电压和
频率为额定值时的功率;pu、qu、pf和qf为静态特性参数。

2.2统计综合法负荷建模过程
统计综合法电力负荷建模过程如图1所示。

图1所示的建模过程中,在相关调查统计信息完整的前提下,需要解决的关键问题有典型用户选取、行业特性综合和变电站特性综合。

2.2.1 典型用户的选取
首先按照行业分类,根据实践经验在每个行业中选取若干个能够反映该行业生
产特征的被调查用户进行调查,然后通过模糊聚类的方法把实际并不典型的用户除去,将调查得到的用户分型聚类。

2.2.2 行业综合用户的元件比例计算
为了确定行业负荷结构,采用按容量加权平均的方法计算该行业综合用户的元
件比例。

设每个典型用户有n类元件(用电设备),则有
式中:Kj表示j类元件在该行业中的容量比例;kij表示第i个典型用户的第j类
元件的容量比例;Pi表示第i个典型用户的元件总容量, 表示该行业典型用户总的
负荷容量。

2.2.3 行业综合用户负荷特性参数计算
一旦行业用户的负荷结构即元件种类及相应的比例确定,且已知元件的平均特性,即可建立该行业的综合负荷模型。

具体算法如下。

假定该行业有n类用电设备,其中第i种用电设备的功率为Pi、Qi,静态特征系数为pui、qui、pfi、qfi,则第i类
用电设备的特性为
该行业总的负荷功率为
从而求得
3 数据库的构建
在前面的篇幅里,我们对统计综合法负荷建模的一些问题进行了一定的了解,这些知识是建模平台构建的理论基础,而平台的构建还要基于统计资料,其完整和准
确与否将会直接影响模型平台的应用。

所以数据库的构建也是平台构建过程中的
重点。

通过数据库的构建,能够实现对负荷特性数据的有效管理,为了实现这一目的,就需要对数据的来源和特点进行要求,保证其满足一定的基本原则。

为了保证
数据的可靠性,对于数据库的构建有如下几点要求,分别是:(1)层次、类型不相同的
负荷特性数据必须规定相应的格式模版;(2)能够实现数据的自动引导入库;(3)便于
数据查询、添加和修改;(4)当底层数据发生变化时,与其存在关联的上层数据应当
能够自动修复;(5)数据库内的数据模块能实现与负荷建模平台通信的方便与快捷。

按照数据库的功能,其结构主要分为原始数据库、应用数据库和模型数据库三部分。

4负荷建模平台的实现
上面我们对于统计综合法负荷建模的流程等问题进行了了解,该负荷建模的成
立是建立在基础信息准确完整的基础上,为了将这种建模更好的应用与生产实际中,同时对负荷特性数据进行高效的分析、管理应用,我们开发一种统计综合法电力系
统负荷建模平台。

4.1 基本设计原则
设计负荷建模平台的目的是使工作、研究人员能够快捷的管理负荷特性数据、快速建模、有效的对系统综合负荷特性进行把握,同时能够方便的实现更新、维护
和操作。

为了达到这些要求,在设计过程中需要遵循下面几个原则,分别是模块化、可扩展性、操作人性化、建模可靠性高、工作流程自动化。

4.2 平台构建的基本思路
构建平台的目的是要将统计综合负荷建模理论方法有效地应用于实际工程所
需的综合负荷建模,用软件平台的方式快速高效完成不同层次的负荷特性综合。

对
全网范围内的负荷进行基于 Internet 网络的负荷构成特性数据调查,将调查数据集
总后集中管理,应用先进的负荷分类和建模方法得出精确的电网综合负荷模型是本
文的主导设计思想。

4.3 模型平台实现的任务功能
根据需求分析,统计综合法负荷建模平台必须实现完成四大任务:①获得准确、
完整的负荷构成特性数据;②将分散的负荷构成特性数据进行集总管理,实现海量冗余数据的清洗和挖掘;③确定精选行业的负荷特性参数信息;④确定典型变电站负荷特性参数。

结束语
本文开发的统计综合法电力系统负荷建模平台,解决了负荷特性数据分散、复杂,处理效率低的难题,实现了统计综合法负荷建模的基本功能,减轻了统计综合负荷建模的工作负担,有利于推动统计综合法负荷建模的发展和工程应用。

平台功能完整、扩展性强、运行可靠、操作维护简便,充分体现了数据库技术和可视化软件技术的优越性,并且具有较好的兼容性。

实际运行考验表明,它是统计综合法负荷建模走向实用化的有效技术手段。