[发明专利]一种适用于含高比例变频空调负荷的综合负荷模型

说明书

本发明公开了一种适用于含高比例变频空调负荷的综合负荷模型。本发明通过分析变频空调的工作机理，建立变频空调详细负荷模型，研究了其有功和无功特性，通过对变频空调负荷有功和无功特性的分析，对经典的综合负荷模型的感应电机无功功率部分做出了调整，建立了一种改进综合负荷模型。该模型对纯变频空调负荷集群和含高比例变频空调负荷的综合等效较之经典综合负荷模型都有更高的精度。

技术领域

本发明专利属于负荷建模领域，具体涉及变频空调负荷详细建模和含高比例变频空调负荷的综合等效建模。

背景技术

一直以来，负荷建模技术都是电力系统研究的重点与难点，对于电力系统数字仿真来讲，负荷模型的精度对其有着十分重要的影响。

随着电力电子技术不断发展，电力系统中电力电子化设备的应用也越来越多，变频器、变频冰箱等应用广泛，而变频空调作为居民楼，商场和公司等场所的必备设备，其在电力负荷中的占比不容小觑。空调具有数量多、容量大、受天气影响集中开启的特点，当前在华东地区，空调设备在夏季用电高峰期时负荷占比超过30％；在北上广等经济发达城市，空调设备在夏季用电高峰期的负荷占比将近50％。在总的空调设备中，变频空调占比已经达到58％，《2017年中国制冷空调产业发展白皮书》显示，中国房间空调器销量超过1.4亿台，同比增长31％，而这些新售空调绝大多都是变频空调。

长期以来，通过相关学者的不断努力，我们在负荷建模方面不断突破，取得了众多成果。出自《电网技术》2007年31卷05期，学者汤涌的论文《考虑配电网络的综合负荷模型》，考虑了配电网系统阻抗和无功补偿，在经典综合等效模型的基础上，提出了物理意义明确的考虑配电网络的综合等效模型。出自《电力自动化设备》2011年31卷08期，学者鞠平的论文《带理想变压器的综合负荷模型》，对考虑配电网络的SLM在部分情况时低压母线电压过低的问题，提出了带理想变压器的综合负荷模型。出自《电工技术学报》2009年24卷04期，学者李欣然的论文《配电网集结等效的异步电动机综合负荷模型及其总体测辨建模》考虑到等值模型中异步电机和配网参数采用不同基准值，并且变压器运行于不同分接头的可能，引入了含“基准变换”环节的综合异步电动机模型。但上述文献都只是针对配网结构，如电力变压器、无功补偿装置、配网系统阻抗等因素，做出了改进创新，没有考虑电力电子化负荷不断增加造成的影响。

本发明针对电力系统负荷电力电子化这一问题，以家家户户都可能用到的变频空调为例，建立变频空调的详细负荷模型，通过分析其特殊的有功和无功特性，对经典综合负荷模型做出改进，为含高比例变频空调负荷的综合等效提供了研究方向。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对当前电力系统负荷侧电力电子化这一趋势，以应用最广的变频空调为例分析其功率特性，提供一种对经典综合负荷模型的改进方法，可实现对含高比例变频空调负荷的综合等效。

本发明的技术方案：首先建立如图1所示变频空调的详细负荷模型，该模型主要包括功率因数补偿电容、变频器、电动机、压缩机、室内热交换等效模块和变频控制器。在持续时间0.25s、电压暂降到0.7p.u.的相同暂态条件下，变频空调实物实验和模型仿真的功率变化几乎相同，二者功率对比如图2和图3所示，对其功率特性进行理论分析如下：

(1)当交流侧发生电压暂降时，经过二极管整流和全控逆变后，变频器输出的电压也会产生深度稍小的电压暂降，感应电机进入暂态过程，其消耗的有功功率即为二极管整流侧消耗的有功功率。

(2)二极管整流器的交流侧基波电压和基波电流的相位差为零，因此可近似认为变频空调的无功功率均由功率因数补偿电容产生，与感应电机的暂态无功特性没有关系。

由于变频器的存在，静态ZIP负荷并联感应电机的经典综合负荷模型无法精确等效变频空调，因此在其基础上提出改进综合负荷模型如图4所示，改进原理如下：

(1)考虑到变频器“通有功，隔无功”的特性，带变频器的感应电机的无功特性无法电网中体现，而有功特性没有影响。