一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法
【专利摘要】本发明提供一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，所述方法包括以下步骤：分解农村负荷曲线，并计算农村负荷中每种负荷所占总量的比例；计算静态负荷等值参数、动态负荷等值参数和配电网系统阻抗，并结合农村负荷节点的供电区域网络拓扑数据，得到农村负荷类型负荷模型。本发明提供一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，该方法克服了传统统计综合法的缺点，可以快速、方便、准确地为居民负荷站点建模，用本发明生成的负荷模型可提高电网仿真计算的准确度，保障电网安全、可靠、经济地运行。
【专利说明】一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建模方法，具体讲涉及一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法。
【背景技术】
[0002]电力系统数字仿真己成为电力系统规划设计、调度运行和分析研究的主要工具，电力系统各元件的数学模型以及由其构成的全系统数学模型是电力系统数字仿真的基础，模型的准确与否直接影响仿真结果和以此为基础的决策方案。仿真所采用的模型和参数是仿真准确性的重要决定因素，目前发电机、励磁系统、调速系统、变压器、输电线路的详细数学模型和建模技术已经得到了很好的发展，相对而言电力负荷模型仍较简单，往往是从基本物理概念出发而采用的实用化模型和参数。多年来，我国各大电网在电力系统分析计算时，通常按照经验选定某种常见的负荷模型(如电动机+恒阻抗模型或恒定功率+恒定阻抗模型)并定性地确定模型参数。
[0003]电力系统负荷建模由于其复杂性、分布性、时变性以及随机性等因素，决定了其数学模型建立的困难。目前的负荷建模方法基本上可分为3类，即统计综合法、总体辨测法和故障拟合法。这三种方法各有其优缺点。用统计综合法得到的负荷模型具有物理概念清晰、易于被工程人员理解的优点，但其核心是建立在“统计资料齐全，负荷特性精确”的基础之上，这一点往往难以做到，而且不可能经常进行统计，从而无法考虑负荷随时间变化的特性。总体测辨法避免了大量的统计工作，有可能得到随时间变化的在线实时负荷特性，其最大的问题在于过份依赖扰动事故，且辨识的模型参数物理意义不明确，另一个问题是难以在系统中所有变电站都安装有关装置。故障拟合法的优点是参数确定过程与现在程序计算时选择参数的过程一致，而且在某些故障下能获得重现。但实际上它是一种试凑的方法，在某些故障下的负荷参数是否适用于其他故障难以保证，而且认为全系统负荷参数相同、不变显然不符合负荷的实质。以上三种方法中统计综合法由于其物理模型清晰、概念明确，便于定性了解负荷特性，被广泛应用。
[0004]但传统的统计综合法存在一定的缺点，包括:
[0005](I)调查所得负荷容量与实际负荷功率并不一致，因为存在同时率的问题，并非所有设备都是24小时投入使用，因此，需要进行分时段调查统计；
[0006](2)随着时间的推移，实际负荷功率、负荷构成以及网络结构都可能发生变化，如果对负荷进行一次调查统计建模工作后就想一劳永逸，难以达到准确度要求；
[0007](3)调查工作需统计成千上万个用户的负荷组成及参数，工作量巨大，而且难于获得准确的统计结果。
[0008]综合负荷构成成分的随机时变是其负荷特性具有随机时变性的本质原因。这种时变性必然导致电力用户和变电站的日负荷曲线具有时变性。因此，用户和变电站的日负荷曲线必然含有反映负荷构成特性的丰富信息。
[0009]根据行业负荷分类的惯例，可将负荷划分为工业负荷、商业负荷和城市居民负荷、农村负荷及其他负荷这4类。其中农村负荷类型是比较复杂的负荷类型之一，也是比较重要的负荷类型，在各负荷类型站点中占有较大比重。农村负荷曲线具有如下特点:
[0010]含有灌溉负荷的农村负荷的基本特点如下:
[0011](I)农村负荷也随着季节和时间的变化而变化，春季和秋季白天含有大量的灌溉负荷，冬季含有一定的制热负荷，而夏季含有一定的制冷负荷，但是制热负荷和制冷负荷比例都不大。
[0012](2)春季和秋季含有较大的灌溉负荷，是农村负荷的主要特点。灌溉负荷一般出现在白天的上午和下午，3、4、5月份和9、10、11月份灌溉负荷占有的比例较大；
[0013](3)农村负荷一般都比较小，负荷曲线的规律性不强，特殊的负荷曲线占有的比重较闻。
[0014](4)不同的农村负荷线路灌溉负荷占有的比例有一定的差异。
[0015](5)对于每一天的负荷曲线，高峰负荷一般出现在晚上，部分线路白天的灌溉负荷较多，可能出现在白天。对于晚上负荷，一般春季和秋季的负荷较低，而冬季和夏季的负荷较高。对于白天的负荷，2月份的负荷比较低，其它月份负荷都比较高。
[0016]通过对用户和变电站日负荷曲线的特征分析，就能确定与之对应的各个典型用电行业用电设备构成比例及变电站的用电行业构成比例。由于数据采集与监控(SCADA)系统及负荷控制管理系统(简称负控系统)能够分别提供实时的变电站综合负荷的日负荷曲线和电力用户的日负荷曲线，因此，由此确定的综合负荷构成比例将具有在线、实时建模的性质，从而能够从根本上克服传统统计综合法负荷建模的固有缺陷。
【发明内容】
[0017]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，该方法克服了传统统计综合法的缺点，可以快速、方便、准确地为居民负荷站点建模，用本发明生成的负荷模型可提高电网仿真计算的准确度，保障电网安全、可靠、经济地运行。
[0018]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0019]本发明提供一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，所述方法包括以下步骤:
[0020]步骤1:分解农村负荷曲线，并计算农村负荷中每种负荷所占总量的比例；
[0021]步骤2:计算静态负荷等值参数、动态负荷等值参数和配电网系统阻抗，并结合农村负荷节点的供电区域网络拓扑数据，得到农村负荷类型负荷模型。
[0022]所述步骤I包括以下步骤:
[0023]步骤1-1:分解农村负荷曲线；
[0024]步骤1-1-1:对所供负荷类型为农村负荷的变电站，合并该变电站IOkV或6kV负荷出线的日负荷曲线；
[0025]步骤1-1-2:计算该变电站负荷每月的有效负荷天数，如果某天负荷有零值，认为该天无效，如果某天负荷有反号现象，也认为该天无效；
[0026]步骤1-1-3:计算该变电站负荷每月的平均日负荷曲线和平均月负荷曲线；
[0027]步骤1-1-4:计算每月的每条日负荷曲线在白天时段，6?17点的最大值，并从2月份的平均日负荷曲线中选择白天时段的最大值，并确定满足基准负荷曲线要求的负荷曲线范围，其范围为计算出的白天时段的最大值0.8倍到1.15倍；
[0028]步骤1-1-5:从2月份开始对所有月份的负荷曲线进行分解，如果某个月的某条日负荷曲线在白天时段的最大值满足基准负荷曲线要求的日负荷曲线平均值范围，则认为该日负荷曲线为满足基准负荷曲线要求的曲线，选择分解月份中满足基准负荷曲线要求的曲线，计算曲线的平均曲线，作为基准负荷曲线；
[0029]步骤1-1-6:确定满足大负荷曲线要求的负荷曲线平均值下限，该下限值为白天时段的最大值的1.1倍，如果某条日负荷曲线在白天时段的最大值大于该下限值，则认为该条负荷曲线为满足大负荷曲线要求的曲线；
[0030]步骤1-1-7:确定该月的大负荷曲线，并计算基准曲线负荷的平均值；
[0031]步骤1-2:计算农村负荷中每种负荷所占总量的比例；
[0032]步骤1-2-1:计算各变电站每月的月平均负荷值和指定月份指定日的平均负荷值；
[0033]步骤1-2-2:计算指定月份、指定日、指定时刻的负荷值；
[0034]步骤1-2-3:计算包括灌溉负荷、制冷负荷和制热负荷的分离部分负荷所占比例kPo和基准负荷所占比例kf。
[0035]所述步骤1-1-3中，计算该变电站负荷每月的平均日负荷曲线，将每月的所有有效日负荷曲线相加，再除以该月份的有效天数；
[0036]计算该变电站负荷每月的平均月负荷曲线，将每月每天日负荷曲线中24个时刻的负荷相加再除以24所得到的曲线；平均月负荷曲线中各有效天对应的值又称作日负荷曲线平均值，日负荷曲线平均值为每天24个时刻的负荷相加，再除以24所得到的平均值；
[0037]所述步骤1-1-5中，如果该月份满足基准曲线的负荷曲线的数目小于3条，并且前面没有计算过任何一个月份的基准曲线，则先不计算该月的曲线，进行下一个月曲线的计算；如果该月满足基准曲线要求的曲线数大于等于3条，计算基准曲线，将该月份的所有满足基准曲线要求的日负荷曲线相加，再除以该月满足基准曲线要求的曲线数，计算得到的基准曲线作为该月的小负荷曲线；否则，采用上一个月的基准曲线；
[0038]所述步骤1-1-7中，确定该月的大负荷曲线，如果该月份满足大负荷曲线要求的负荷曲线条数小于3条，则忽略这些负荷曲线，该月份不计算大负荷曲线，不进行负荷曲线分离计算；如果该月份满足大负荷曲线要求的负荷曲线条数大于等于3条，计算大负荷曲线.-^4 ，
[0039]计算基准曲线负荷的平均值，对大负荷曲线、基准负荷曲线进行标么化，将三者的平均值变为I。
[0040]所述步骤1-2-1中，计算各变电站每月的月平均负荷值，将每月的平均月负荷曲线中各有效天对应的值相加，再除以该月份的有效天数；
[0041]计算指定月份指定日的平均负荷值，将计算出的该月份的月平均负荷值乘以指定日的日负荷曲线平均值的标幺值；
[0042]所述步骤1-2-2中，计算指定月份、指定日、指定时刻的负荷值；
[0043]1)如果只有小负荷曲线，则采用小负荷曲线进行计算；
[0044]2)如果同时存在大负荷曲线和小负荷曲线，根据该月份指定日的日负荷曲线平均值大小确定是采用大负荷曲线或小负荷曲线进行计算；
[0045]设定值为某月份的基准负荷平均值的1.1倍，则有:
[0046]2-1)如果该月的日负荷曲线平均值小于该定值，采用小负荷曲线进行计算；
[0047]2-2)如果日负荷曲线平均值大于该定值，采用大负荷曲线进行计算，大负荷计算结果为计算出的该月份的基准负荷平均值乘以该月份指定日的小/大负荷曲线中指定时刻对应的值；
[0048]还需计算指定月份、指定日、指定时刻的分离负荷值，计算大负荷曲线和基准负荷曲线的差值，作为分离后的负荷曲线，该值等于计算出的指定月份、指定日、指定时刻的负荷值减去该月份的基准负荷平均值乘以该月份指定日的小负荷曲线中指定时刻对应的值，再除以计算出的指定月份、指定日、指定时刻的负荷值；
[0049]所述步骤1-2-3中，计算分离部分负荷所占比例kp(l，将分离负荷值除以计算出的指定月份、指定日、指定时刻的负荷值；则基准负荷所占比例kf为l-kp(l。
[0050]所述步骤2中，静态负荷等值参数计算过程如下:
[0051]将负荷功率与电压之间的关系描述为多项式方程形式的多项式静态负荷模型，有
[0052]P = P0[aX (V/V0)2+bX (V/V0)+c] (I)
[0053]Q = Q0[a X (V/V0)2+β X (V/V0) + y] (2)
[0054]其中，P和Q分别为静态负荷的有功功率和无功功率，V为静态负荷的实时电压，Vtl为静态负荷的额定电压，Po和Qo分别为表示在Vtl下静态负荷的额定有功功率和无功功率，
a、b和c均为多项式静态负荷模型的有功功率系数，α、β和Y均为多项式静态负荷模型的无功功率系数；
[0055]对静态负荷的等值主要是对a、b、C、Ptl和α、β、Y、Qtl的等值，对多项式静态负荷模型的等值是基于静态负荷功率对静态负荷端电压的灵敏度，有
【权利要求】
1.一种基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:分解农村负荷曲线，并计算农村负荷中每种负荷所占总量的比例； 步骤2:计算静态负荷等值参数、动态负荷等值参数和配电网系统阻抗，并结合农村负荷节点的供电区域网络拓扑数据，得到农村负荷类型负荷模型。
2.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤I包括以下步骤: 步骤1-1:分解农村负荷曲线； 步骤1-1-1:对所供负荷类型为农村负荷的变电站，合并该变电站IOkV或6kV负荷出线的日负荷曲线； 步骤1-1-2:计算该变电站负荷每月的有效负荷天数，如果某天负荷有零值，认为该天无效，如果某天负荷有反号现象，也认为该天无效； 步骤1-1-3:计算该变电站负荷每月的平均日负荷曲线和平均月负荷曲线； 步骤1-1-4:计算每月的每条日负荷曲线在白天时段，6~17点的最大值，并从2月份的平均日负荷曲线中选择白天时段的最大值，并确定满足基准负荷曲线要求的负荷曲线范围，其范围为计算出的白天时段的最大值0.8倍到1.15倍； 步骤1-1-5:从2月份开始对所有月份的负荷曲线进行分解，如果某个月的某条日负荷曲线在白天时段的最大值满足基准负荷曲线要求的日负荷曲线平均值范围，则认为该日负荷曲线为满足基准负荷 曲线要求的曲线，选择分解月份中满足基准负荷曲线要求的曲线，计算曲线的平均曲线，作为基准负荷曲线； 步骤1-1-6:确定满足大负荷曲线要求的负荷曲线平均值下限，该下限值为白天时段的最大值的1.1倍，如果某条日负荷曲线在白天时段的最大值大于该下限值，则认为该条负荷曲线为满足大负荷曲线要求的曲线； 步骤1-1-7:确定该月的大负荷曲线，并计算基准曲线负荷的平均值； 步骤1-2:计算农村负荷中每种负荷所占总量的比例； 步骤1-2-1:计算各变电站每月的月平均负荷值和指定月份指定日的平均负荷值； 步骤1-2-2:计算指定月份、指定日、指定时刻的负荷值； 步骤1-2-3:计算包括灌溉负荷、制冷负荷和制热负荷的分离部分负荷所占比例kp(l和基准负荷所占比例kf。
3.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤1-1-3中，计算该变电站负荷每月的平均日负荷曲线，将每月的所有有效日负荷曲线相加，再除以该月份的有效天数； 计算该变电站负荷每月的平均月负荷曲线，将每月每天日负荷曲线中24个时刻的负荷相加再除以24所得到的曲线；平均月负荷曲线中各有效天对应的值又称作日负荷曲线平均值，日负荷曲线平均值为每天24个时刻的负荷相加，再除以24所得到的平均值； 所述步骤1-1-5中，如果该月份满足基准曲线的负荷曲线的数目小于3条，并且前面没有计算过任何一个月份的基准曲线，则先不计算该月的曲线，进行下一个月曲线的计算；如果该月满足基准曲线要求的曲线数大于等于3条，计算基准曲线，将该月份的所有满足基准曲线要求的日负荷曲线相加，再除以该月满足基准曲线要求的曲线数，计算得到的基准曲线作为该月的小负荷曲线；否则，采用上一个月的基准曲线； 所述步骤1-1-7中，确定该月的大负荷曲线，如果该月份满足大负荷曲线要求的负荷曲线条数小于3条，则忽略这些负荷曲线，该月份不计算大负荷曲线，不进行负荷曲线分离计算；如果该月份满足大负荷曲线要求的负荷曲线条数大于等于3条，计算大负荷曲线；计算基准曲线负荷的平均值，对大负荷曲线、基准负荷曲线进行标么化，将三者的平均值变为I。
4.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤1-2-1中，计算各变电站每月的月平均负荷值，将每月的平均月负荷曲线中各有效天对应的值相加，再除以该月份的有效天数； 计算指定月份指定日的平均负荷值，将计算出的该月份的月平均负荷值乘以指定日的日负荷曲线平均值的标幺值； 所述步骤1-2-2中，计算指定月份、指定日、指定时刻的负荷值； 1)如果只有小负荷曲线，则采用小负荷曲线进行计算； 2)如果同时存在大负荷曲线和小负荷曲线，根据该月份指定日的日负荷曲线平均值大小确定是采用大负荷曲线或小负荷曲线进行计算； 设定值为某月份的基准负荷平均值的1.1倍，则有: 2-1)如果该月的日负荷曲线平均值小于该定值，采用小负荷曲线进行计算； 2-2)如果日负荷曲线平均值大于该定值，采用大负荷曲线进行计算，大负荷计算结果为计算出的该月份的基准负荷平均值乘以该月份指定日的小/大负荷曲线中指定时刻对应的值； 还需计算指定月份、指定日、指定时刻的分离负荷值，计算大负荷曲线和基准负荷曲线的差值，作为分离后的负荷曲线，该值等于计算出的指定月份、指定日、指定时刻的负荷值减去该月份的基准负荷平均值乘以该月份指定日的小负荷曲线中指定时刻对应的值，再除以计算出的指定月份、指定日、指定时刻的负荷值； 所述步骤1-2-3中，计算分离部分负荷所占比例kp(l，将分离负荷值除以计算出的指定月份、指定日、指定时刻的负荷值；则基准负荷所占比例kf为l-kp(l。
5.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤2中，静态负荷等值参数计算过程如下: 将负荷功率与电压之间的关系描述为多项式方程形式的多项式静态负荷模型，有 P = P。[a X (Y/Y0) 2+b X (W0) +c] (I)
Q = Q0[a X (V ν0)22+β X (V/V0) + y] (2) 其中，P和Q分别为静态负荷的有功功率和无功功率，V为静态负荷的实时电压，V0为静态负荷的额定电压，P0和Qci分别为表示在Vtl下静态负荷的额定有功功率和无功功率，a、b和c均为多项式静态负荷模型的有功功率系数，α、β和Y均为多项式静态负荷模型的无功功率系数； 对静态负荷的等值主要是对a、b、C、Ptl和α、β、Y、Qtl的等值，对多项式静态负荷模型的等值是基于静态负荷功率对静态负荷端电压的灵敏度，有
6.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤2中具体包括以下步骤: 步骤A:计算所有电动机的总吸收有功功率ΡΣ与无功功率Q2、总电磁功率ΡΣμ、总转子绕组铜耗ΡΣμ2和总最大电磁功率ΡΣμ—_，具体有:
7.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤2中，配电网系统阻抗表示为:
8.根据权利要求1所述的基于负荷曲线分解的农村负荷类型负荷建模方法，其特征在于:所述步骤2中的供电区域网络拓扑数据包括配电线路数据、变压器数据和无功补偿数据。
【文档编号】G06F19/00GK103632031SQ201310500676
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】王 琦, 汤涌, 龙飞, 王建明, 侯俊贤, 赵兵, 易俊, 张健, 刘丽平 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院