第04章电力系统负荷及数学模型资料下载.pdf
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但是,长期以来,由于以下几个因素,使得精确的负荷模型及其参数的确定一直是电力系统动态分析中的一个难点。
主要包括:
(1)系统中大量的不同的负荷成分;
(2)负荷的地理位置分布;
(3)负荷组成随昼夜,季节,气候,年度变化很大;
(4)缺少负荷的精确组成资料;
(5)考虑如电压及频率变化时,各负荷成分特性的不确定性;
4.2负荷建模的基本概念负荷建模的基本概念本节给出了负荷建模的基本定义和概念。
负荷:
“负荷”这一术语在电力系统工程中有许多含义,包括
(1)与电力系统相联而且消耗电能的一台设备;
(2)与电力系统相联的所有元件所消耗的功率总和(有功和无功);
(3)系统的一部分,在系统中没有明确表示,但被看成是联到一条母线上且消耗电能的单独一台设备;
(4)一台发电机或一个电厂的功率输出。
4.1从字面上看,上面的含义有些含混不清,因此,可以分别用“负荷设备”(Loaddevice)“系统负荷”(Systemload),“母线负荷”(Busload),“发电机或发电厂负荷”(Generator&
plantload)来表示其含义。
本章主要关心的是母线负荷。
如图4.1所示。
文中所指的负荷不仅包括联入系统的负荷设备,而且还包括某些或全部下述设备:
(1)变电站降压变压器;
(2)二次传输系统馈线;
(3)初级配电系统馈线;
(4)配电变压器;
(5)二次配电系统馈线;
(6)并联电容器;
(7)电压调节器;
(8)用户线路,变压器和电容器;
因此精确的负荷模型需要考虑上述所有元件的作用。
但实际上,负荷中应精确包含哪些元件还取决于在电力系统模型中哪些元件被表示了,而哪些元件未被表示。
在大规模电力传输系统的研究中,通常很少计及二次传输系统及配电系统的影响。
系统变电站变压器母线馈电线图图4.1母线负荷,包括馈线,变压器,并联电容器和负荷设备母线负荷,包括馈线,变压器,并联电容器和负荷设备在论述负荷组成问题时,建议采用下面的术语,参见图4.2:
工业商业居民电阻电热空调照明热水器PQ母线负荷负荷类型成分p.f.dPdVdQdVdPdtdQdtMotorParameters1.2.0.0.0.1.1.540.0.0.02.52.50.52.8etc1.2.0.0.0.图图4.2基于元件的负荷建模方法所用的数据基于元件的负荷建模方法所用的数据4.2在描述负荷组成时,采用以下的术语:
负荷元件(loadcomponent):
是指某一特定类型及相似类型的所有设备的集结等值,如热水器、家用空调机、荧光灯等;
负荷等级(loadclass):
是指一类负荷,如居民负荷、商业负荷或工业负荷等。
对负荷建模来说,把它分成不同类型是合适的,其中每一类负荷有相似的负荷组成和负荷特性;
负荷组成(loadcomposition):
是指负荷中各负荷元件的组成比例。
这条术语可以用于母线负荷或某一类负荷;
负荷等级混合物(loadclassmix):
是指负荷中各负荷类型的组成比例;
负荷特性(loadcharacteristic):
是指一组用来表示某一特定负荷的参数,如功率因素、功率/电压比等。
这条术语可用于某一特定负荷设备、某一负荷元件、某一类负荷类型及母线总负荷等。
在表示不同类型的负荷模型时,通常采用下面的术语:
4.3负荷模型(负荷模型(loadmodel):
是指反映母线电压(大小和频率)和功率(有功和无功)之间或者和注入母线负荷的电流之间相互关系的一种数学描述。
“负荷模型”这条术语可以用来指模型表达式本身,也可以用来指表达式及表达式参数的特定值(如系数、指数等)。
虽然在某一特定的应用程序中,这些表达式有不同的计算方式,因此,负荷功率或电流也许难以显式地计算出来,但用这种形式来考虑负荷模型是可行的;
静态负荷模型(staticloadmodel):
表示某一时刻负荷所吸收的有功和无功与同一时刻母线电压幅值和频率之间的函数关系。
静态负荷模型既可用来表示本质上是静态的负荷元件,如电阻负荷和照明负荷等;
也可以用来表示近似动态负荷元件,如电动机驱动的负荷等;
动态负荷模型(Dynamicloadmodel):
表示某一时刻有功和无功和前几个时刻,通常还包含当前时刻的母线电压幅值和频率之间的函数关系。
常用微分方程和差分方程来表示;
恒定阻抗负荷模型(constantimpedanceloadmodel):
是一种静态模型,其功率直接与电压幅值的平方成正比。
它特可以称为导纳恒定模型;
恒定电流负荷模型(constantcurrentloadmodel):
是一种静态模型,其功率直接与电压幅值成正比;
恒定功率负荷模型(constantpowerloadmodel):
是一种静态模型,其功率不随电压幅值的变化而变化。
它也可以称为恒定MVA模型。
由于恒定功率负荷设备,如电动机和电子设备等,在电压低于某些值时(一般为80%90%),它的特性就很难维持,因此在许多负荷模型中都自动地将恒定功率负荷模型转换为恒定阻抗负荷模型,或者在电压低于一定值时将那一部分负荷切除;
(1)多项式负荷模型(polynomialloadmodel):
是一种动态模型,它把功率与电压和频率之间的函数关系用一多项式来表示。
通常采用下述形式:
4.3()()PPaVVbVVcdQQaVVbVVcdpppqqqq=+=+0020002011ffp(4.1)上式中左面反映了负荷的电压特性,右面反映了负荷的频率特性,当忽略频率特性时,上式可简化为:
PPaVVbVVcQQaVVbVVcppqq=+=+00200020pq(4.2)上式中:
P0,Q0为额定电压和频率时吸收的有功和无功;
ap,bp,cp为常数,且ap+bp+cp=1;
aq,bq,cq为常数,且aq+bq+cq=1;
dq为常数,f为频率包含量;
这种模型的参数由方程的参数和负荷的功率因素组成。
它通常又被称为“ZIP”模型,实际上它是由恒定阻抗(Z),恒定电流(I),恒定功率(P)三者的总和组成的。
当采用它或其它负荷模型来表示某一特定负荷设备时,V应该是设备的额定电压,和Q应该是负荷设备在额定电压下消耗的有功功率和无功功率,但是当采用这种模型来表示某一母线负荷时,V、P和却通常被认为是被研究系统初始运行工况下的值。
0P0000Q0对于电压和频率变化较快的动态过程,由于负荷的暂态过程较短,在精度要求不太高时,也可以近似采用上述负荷静态模型。
(2)幂函数负荷模型(Exponentialloadmodel):
是一种静态模型,它把功率和电压之间的关系用一指数函数来表示。
PPVVQQVVnpnq=0000(4.3)有时,上述方程中也可以两个或多个不同指数的项。
这种模型的参数由指数np,nq和负荷的功率因素组成。
值得注意的是,只要令其指数分别等于0、1或2,负荷就可以分别表示为恒定功率,恒定电流和恒定阻抗模型。
其它指数可用来表示不同类型负荷元件的集结效应。
对于某些类型的负荷,大于2或小于0的指数模型也许是合适的;
(3)频率相关负荷模型(Frequency-dependentloadmodel):
是一种含频率相关项的,静态模型,它通常由负荷多项式模型或幂函数模型与下述因子相乘而得:
()0+afff1(4.4)其中是母线电压的频率,是额定频率,是模型的频率灵敏度参数。
ff0af母线频率(Busfrequency):
在基频网络分析中,母线电压的频率不是一个固有变量,在许多动态性能分析程序中也用到它。
但是可以通过求母线电压相角的4.4数值微分而得到。
实际上,不仅在负荷频率相关模型中要用到它,在其它一些负荷模型,如感应电动机动态模型中也要用到它。
(4)美国EPRI负荷综合模型PPPVVKPFffPVVQPQVVKQFffQPQVVKQFffaKPVaKPVaKQVaKQV=+=+01010102010100010201111112(/)()()(/)(/)()(/)(/)()(4.5)式中:
P0,Q0为母线的初始有功及无功;
V0,f0为母线的初始电压及频率;
Pa1,Qa1为与频率有关的有功及无功;
kpv1,kQv1为负荷有功电压静态系数1及负荷无功电压静态系数1,均与频率有关;
kpv2,kQv2为负荷有功电压静态系数2及负荷无功电压静态系数2,均与频率无关;
kpF1,kQF1为负荷有功频率静态系数1及负荷无功频率静态系数1;
kQF2为负荷有功频率静态系数2;
(5)EPRIETMSP模型在EPRIETMSP扩展暂态中期仿真程序中使用如下模型:
(4.6)PPCIPCMVAPCZPVfQQCIQCMVAQCZQVf=+=+()()()(,()()()(,其中)(1()/)(100/()(1()/)(100/1(),()(1()/)(100/()(1()/)(100/1(),()/)(100/()()/)(100/()()100/()()100/()()/)(100/()()/)(100/()(02202011000220201100200200000000ffKbVVKffKbVVKQQfVQffKaVVKffKaVVKPPfVPVVICONZPQCZQVVICONZPPCZPICONPPQCMVAQICONPPPCMVAPVVICONCPQCIQVVICONCPPCIPQFQQFPFPPF+=+=P(CI):
为恒定电流有功负荷的百分比;
Q(CI):
为恒定电流无功负荷的百分比;
P(CMVA):
为恒定功率有功负荷的百分比;
Q(CMVA):
为恒定功率无功负荷的百分比;
P(CZ):
为恒定阻抗有功负荷的百分比;
Q(CZ):
为恒定阻抗无功负荷的百分比;
P(v,f),Q(v,f):
是电压、频率的非线性函数;
a1、a2、b1、b2:
为有功电压静态特性系数及无功电压静态频率特性系数;
KPF1、KPF2、KQF1、KQF2:
为有功频率特性系数和无功频率特性系数;
并且ICONZPICONCPICONPPKP1KP2100ICONZQICONCQICONPQKQ1KQ21004.5(6)电弧放电类负荷模型放电类负荷占商业用电的20%以上,不同的放电设备(如荧
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- 04 电力系统 负荷 数学模型