[发明专利]对电力系统综合负荷模型进行简化和模型参数辨识的方法

摘要

本发明涉及一种对电力系统综合负荷模型进行简化和模型参数辨识的方法，属于电力系统负荷稳定监控技术领域。该方法深入分析感应电动机参数间内部关系，并在此基础上通过变换模型输入输出关系，提出了电力系统综合负荷简化模型。针对电力系统综合负荷简化模型，本方法预设若干组电力系统综合负荷简化模型可能的稳态运行状态，并以电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的状态方程为基础通过最小二乘法进行参数辨识，提出相应指标反映辨识精度并在所有预设稳态条件中选取精度最高的一组，将其对应的辨识结果作为最终的辨识结果。本方法所提出的方法具有较强的推广性和可行性，能够较为准确和快速的辨识电力系统综合负荷模型参数。

主权项

一种对电力系统综合负荷模型进行简化和模型参数辨识的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)设运行状况稳态时，电力系统综合负荷模型中的有功功率和无功功率分别为Pcom和Qcom，感应电动机部分的有功功率和无功功率分别为Pcom_m0和Qcom_m0，静态部分由电阻Rcom和电抗Xcom构成，综合负荷模型的感应电动机部分的定子电抗、转子电抗、励磁电抗分别为XS，XR和XM；运行状态稳态时电力系统综合负荷简化模型的有功功率和无功功率分别为P0和Q0，运行状态稳态时电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的有功功率、无功功率分别为Pm0和Qm0，则根据电力系统中感应电动机结构特点，即XM＞＞XS,XM＞＞XR，综合负荷模型与综合负荷简化模型的感应电动机部分存在以下关系：X′=XR+XSPcom=P0Qcom=Q0,]]>其中，X′定义为上述综合负荷简化模型的暂态电抗；(2)根据电力系统中感应电动机的运行特性，电力系统综合负荷简化模型的感应电动机部分有功功率Pm为：Pm=EdUq-EqUdX′,]]>其中，Ed和Eq为感应电动机部分的d和q轴内电势，Ud和Uq为电动机部分输入电压端d轴和q轴电压，X′为上述综合负荷简化模型的暂态电抗；(3)电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的状态方程为：其中，s为感应电动机部分的滑差，Rr为感应电动机部分的转子电阻，s0为感应电动机部分的稳态滑差，H为感应电动机部分的转子时间常数，取值范围为0～100秒，f0为电力系统频率基值；根据上述综合负荷简化模型的感应电动机部分的状态方程，得到综合负荷简化模型的待辨识参数集为：θ＝{H,Rr,X′,s0}；(4)以电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的端电压U、d轴电压Ud、q轴电压Uq和无功功率Qm为输入量，以上述感应电动机部分的有功功率Pm和滑差s为状态量，对上述步骤(3)的状态方程进行改写，得到电力系统综合负荷简化模型的二阶状态方程如下：其中，k1、k2、k3为二阶状态方程系数：k1=2πf0Rr/X′k2=1/X′k3=1/H;]]>(5)根据步骤(4)的二阶状态方程，设定在电力系统发生扰动后的1秒内综合负荷简化模型的感应电动机部分的内电势不变，则为：其中，Ed0、Eq0分别为稳态时d、q轴内电势，Ed0、Eq0表达式如下：其中，U0为上述综合负荷简化模型中感应电动机部分的运行状态稳态时的机端电压，Pm0和Qm0为运行状态稳态时电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的有功功率、无功功率；(6)分别将上述电力系统综合负荷简化模型的运行状态稳态时的有功功率P0和无功功率Q0进行N等分，分别得到综合负荷简化模型的运行状态稳态时感应电动机部分的N+1个有功功率和无功功率的可能取值，将N+1个可能取值一一配对，得到(N+1)2种综合负荷简化模型的运行状态稳态时感应电动机部分的N+1个有功功率和无功功率的可能组合，并用{Pm0i,Qm0j},i＝0,1,2,…,N,j＝0,1,2,…,N表示；(7)对上述{Pm0i,Qm0j}中的每一种组合，根据以下公式计算t时刻电力系统综合负荷简化模型的感应电动机部分有功功率Pmi(t)和无功功率Qmj(t)：根据电力系统感应电动机的运行特性，得到电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的暂态电抗X′ij与转子电阻Rrij和初始滑差s0ij的比例关系如下：X′ij=Qm0jU02/(Pm0i2+Qm0j2)Rrijs0ij=Pm0iQm0jX′ij;]]>其中，i＝0,1,2,…,N,j＝0,1,2,…,N根据电力系统感应电动机的运行特性，计算得到综合负荷简化模型的运行状态稳态时感应电动机部分的d、q轴内电势Ed0ij、Eq0ij：Ed0ij=Pm0iU0Pm0i2+Qm0j2Eq0ij=-Qm0jU0Pm0i2+Qm0j2;]]>(8)建立参数辨识用矩阵yij、Aij、xij如下：其中，Tk为取样时间序列，设电力系统故障在T0时刻发生，在故障时段内，取样间隔为Ts，则Tk表达式为Tk＝T0+k*Ts,k＝1,2,3,…，Uk、Pmik和Qmjk为Tk时刻电力系统综合负荷简化模型的感应电动机部分机端电压、有功功率和无功功率，Nk、Mk、和Hk分别为辨识中间变量，表达式如下：Hk=∫T0Tk(Pmi(t)-Pm0i)dtMk=Uk2/X′ij-QmjkNk=Ed0ijX′ijdUqdt-Eq0ijX′ijdUddt;]]>则根据上述步骤(5)中的简化模型中感应电动机部分的状态方程，有yij＝Aijxij，使用最小二乘法对xij进行辨识，得到xij，进而根据上述步骤(4)和步骤(7)中的关系式，求解待辨识参数集θij＝{Hij,Rrij,X′ij,s0ij},其中Hij为转子时间常数的辨识结果，θij为与综合负荷简化模型的运行状态稳态时感应电动机部分的有功功率和无功功率{Pm0i,Qm0j}相对应的辨识结果；(9)根据电力系统综合负荷模型，计算与上述辨识结果θij相对应的电力系统感应电动机的内电势变化曲线，进而根据步骤(2)和步骤(7)中的关系式，求得电力系统综合负荷简化模型的有功功率Pij(t)和无功功率Qij(t)，在电力系统故障结束时刻Tfinal录波结束，定义计算得到多个与上述每个{Pm0i,Qm0j}相对应的diffij，从多个diffij中得到最小值diffij_min，得到与该最小值diffij_min相对应的i和j，与该i和j相对应的θij即为参数辨识结果。