一种电力用户负荷数据仿真方法及系统与流程

本发明涉及数据仿真领域，具体地说是一种面向电力负荷管理领域的电力用户负荷数据仿真方法及系统。

背景技术：

1、目前，电力负荷管理系统、负荷管理装置检测系统或设备、负荷管理业务培训系统或设备均未能提供不同类型电力用户差异化的负荷仿真模型，而是采用静态特性参数作为负荷数据，其所建立的虚拟电力用户的负荷数据为固定不变或简单变化，拟真度低下。

2、在电力负荷管理领域中，基于对新型电力负荷管理系统主站或负荷管理设备进行功能测试或业务可行性验证，以及负荷管理业务培训的需要，建立一个或多个虚拟电力用户并拟定用户的负荷数据是必须也是目前通行的做法。

3、对于系统主站而言，具体方法是：由测试人员依据经验数据自行拟定电力用户的静态负荷数据，并将该负荷数据作为固化参数预置在系统软件中，也可以是在测试前通过软件界面临时录入。在测试中，系统运行相应功能时自动调用该负荷数据。

4、对负荷管理装置的检测设备或系统而言，具体方法是：将检测系统预置的电气量参数经验值或用户通过装置软件界面录入的电气量参数作为控制参数传递给功率信号源，再由功率信号源输出实际电气量信号，供负荷管理装置进行量测采集，负荷管理装置通过对量测到的信号量进行计算，最终得到负荷数据。

5、上述虚拟电力用户的负荷数据拟定方法，只做到了给出几个电气量参数，产生一组不变的功率数据甚至直接给出一组不变的功率数据。在需要改变功率数据的时候，仍需重新设置新的电气量参数。目前有所改进的做法是根据需要测试验证的功能项，预置几组电气量参数，在测试验证时，系统或装置根据测试项目不同，自动变更虚拟电力用户的功率值或功率信号源的电气量参数。

6、对于目前精细化开展有序用电工作、分层分级电力需求响应、移峰填谷等电力负荷管理业务的需求而言，上述虚拟电力用户的负荷数据拟定做法过于粗糙，固化或简单变化的负荷数据拟真度极低。基于该负荷数据的电力负荷管理相关的业务功能设计、算法模型研究、计算分析、功能测试以及业务培训等工作会因为基础数据的失真(包括预设负荷值与实际典型值偏差过大、时间不完整、负荷变化过程数据丢失、错误设定、行业特性不匹配等各种失真情况)，而出现设计缺陷、模型不适用、统计分析错误、功能验证不充分以及培训效果不理想等实际问题与隐患。

7、如钢铁企业的轧机负荷具备高频冲击性特点，而负荷管理系统基于负荷恒定的预设条件以瞬时功率值作为需求响应能力评估模型的计算因子，导致模型不适用。如对商业楼宇用户的水冷冷水机组进行负荷柔性控制后，实际负荷下降到限值需要5分钟以上的延时，而系统将判断负荷控制成功的条件设置为三分钟内负荷下降到限值，导致错判。

8、在新型电力系统建设背景下，上述相关系统和装置中的负荷仿真方法无法实现虚拟电力用户高拟真度的动态负荷数据输出，难以满足电网企业开展多样化的负荷管理业务可行性评估验证、系统或设备功能测试以及负荷管理业务培训的需要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种面向电力负荷管理领域的电力用户高拟真度负荷数据仿真方法及系统，以提高电力负荷管理业务中虚拟电力用户的负荷数据拟真度。

2、为此，本发明采用如下的技术方案：一种电力用户负荷数据仿真方法，其包括：

3、步骤1，为已确定负荷类型的虚拟电力用户选择与其相适配的设备负荷特性曲线；

4、步骤2，为已选择设备负荷特性曲线的虚拟电力用户，输入多维度仿真参数作为用户负荷仿真模型的输入变量；

5、步骤3，依据设备负荷特性曲线的输出结果和输入的多维度仿真参数进行计算，生成负荷数据并附加时间标签存储到负荷数据曲线记录中；

6、步骤4，依据负荷数据曲线记录计算各时间点负荷对应的电气量值，并依据时间缩放系数，持续输出电气量参数，将电气量参数传递给功率信号源，控制功率信号源的电气量信号输出。

7、本发明根据电力负荷管理业务仿真需要，先确定虚拟电力用户的行业类型，再依据该类型用户应具备的设备类型，在计算机设备上选择已经过验证的设备负荷特性曲线，与虚拟的电力用户建立关联关系，并输入该虚拟电力用户的多维度仿真参数；计算机设备以设备负荷特性曲线和多维度仿真参数作为用户负荷仿真模型的输入变量，通过用户负荷仿真模型的目标函数计算出随时间变化的用户总负荷数据曲线，并可将该负荷数据曲线转换为电流、电压及相角等电气量参数，传输给功率信号源作为控制参数，驱动功率信号源输出一个动态变化的高拟真度的电气量信号。

8、进一步地，所述的步骤1中，所述的设备负荷特性曲线是以产生设备典型负荷数据曲线为目标的函数，将该类设备运行特性典型参数作为输入变量，其输出结果是一个设备或一套系统单体随时间变化的负荷曲线，负荷值是额定容量的比例系数。

9、进一步地，所述的运行特性典型参数包含设备开机负荷爬坡时间、负荷周期、周期中负荷峰谷时段比例、周期的峰谷差、负荷上升与下降速度、负荷波动系数。

10、进一步地，步骤2中，所述多维度仿真参数包含设备电气要素、生产管理要素、日期要素和时间要素；

11、所述的设备电气要素指设备数量、设备额定功率、供电线路安保负荷、线路功率因数；

12、所述的生产管理要素指设备工作同时率、节假日设备利用率；所述的设备工作同时率为：同一时刻设备运行数/可用设备数；所述的节假日设备利用率为：使用设备数/可用设备数；

13、所述的日期要素指日期是周一到周日中的哪一天，是否节假日；

14、所述的时间要素指需要仿真的时间段、负荷数据点的时间间隔。

15、进一步地，所述设备负荷特性曲线的输出结果和所述多维度仿真参数为所述虚拟电力用户负荷仿真模型的输入；所述虚拟电力用户负荷仿真模型的内容如下：

16、设备负荷特性曲线的输出结果为一个函数g(x)，x表示以分钟为单位的时间变量，取值范围为[0,td]，td为设备负荷特性模型中负荷周期参数，即一个完整的负荷周期时长，g(x)为一个无量纲的百分比值；

17、取设备数量为n,额定功率为p，线路功率因数为φ；

18、取设备工作同时率为μ、节假日设备利用率为η；

19、日期要素取日期为正常上班，非节假日；

20、负荷数据点时间间隔默认为1分钟,时间范围为tstart到tend；

21、

22、设备工作同时率μ表征在只执行一个运行周期条件下，m个设备的负荷叠加时间区域在第一个设备开机到最后一个设备停机这段时间区域中的占比，负荷叠加时间区域指m个设备运行周期重叠的部分，各设备同时有负荷存在；

23、则第1个开机设备在t时刻的负荷为：

24、p1(t)＝p×g(mod((t-tstart),td))，

25、式中，mod为求余函数；

26、每一个后开机设备相对其前一个开机设备负荷开始点的偏移时长占设备负荷周期的比例k＝(1-μ)/((m-1)×(2-μ))，m≠1；

27、第m个开机设备在t时刻的负荷取值为：

28、pm(t)＝p×g(xu)，

29、式中，xu是mod((t-tstart+k×td),td)后再向下取整的结果。

30、则所有设备在t时刻的总负荷为：

31、

32、上述的总负荷即为设备负荷特性曲线的目标函数；

33、不考虑同时开机率μ，而采用[0，1]内的随机浮点数r替代k，为每一个设备生成一个随机数，并在整个[tstar,tend]内采用该随机数，则第m个开机设备在t时刻的负荷取值为：pm(t)＝p×g(xr)，

34、式中，xr是mod((t-tstart+r×td),td)后再向下取整的结果。

35、进一步地，步骤4中传递给功率信号源的电气量包含三相电流、三相电压以及电压和电流之间的相角，电气量数据值依据负荷数据计算得到；

36、每组负荷数据依据三相电压平衡和三相电流平衡的理想条件，转换成一组由三相电流、三相电压以及电压和电流之间的相角组成的数据值；

37、在转换计算时，还可根据三相不平衡的条件进行计算，得到的三相电流数据值不同或三相电压数据值不同的结果。

38、进一步地，所述的每组电气量数据与所述负荷数据曲线记录中的负荷数据一一对应，负荷数据的顺序决定每组电气量数据的输出顺序；

39、电气量数据的输出频率取决于所述负荷数据曲线记录中负荷数据的记录周期以及时间加速倍率，电气量数据输出频率的计算公式为：

40、f＝(1/tr)×s，

41、f代表每分钟输出的电气量数据组数；

42、tr为负荷数据曲线记录中负荷数据记录周期，即负荷数据曲线记录中后一个负荷数据对应的时间标签与前一个负荷记录对应的时间标签的差值，时间标签以分钟为最小刻度；

43、s是时间加速倍率，s＝1代表不加速输出，即每经过负荷曲线中相邻两点负荷数据的时间标签的差值时间，电气量数据输出1次。

44、进一步地，步骤3中，基于给定的时间范围，运算出该时间范围所有负荷数据，一次性形成负荷数据曲线记录；依据当前时刻至未来某一时刻的时间范围，实时周期性计算负荷数据，持续更新负荷数据曲线记录；分别计算同一虚拟电力用户的不同类型设备负荷数据曲线，并基于同一时间刻度，进行数据叠加，生成用户总的负荷数据曲线记录。

45、进一步地，步骤3中，分别计算同一虚拟电力用户的同一时间段不同类型设备负荷数据曲线，并在步骤4中分别计算不同负荷数据曲线各时间点负荷对应的电气量值，并依据同一时间缩放系数，持续输出不同负荷曲线数据对应的电气量值传递给不同的功率信号源。

46、本发明还提供一种电力用户负荷数据仿真系统，其用于实现上述的电力用户负荷数据仿真方法。

47、相对现有的虚拟电力用户负荷数据以静态参数来拟定的方法，本发明能促进电力负荷管理系统、负荷管理装置检测设备及系统或是负荷管理业务仿真装置及系统为不同类型虚拟电力用户提供与其行业类型或设备运行特性相对应的具备高拟真度的负荷数据，即提高了电力负荷管理业务中虚拟电力用户的负荷数据拟真度。