文 献 综 述

一.课题研究背景及意义

电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。电力负荷则是电力系统中用电设备的总称，有时也包括将这些用电设备连接起来的配电网，是电力系统重要的组成部分，为电力系统提供满足要求的电能是电力生产的目的。电能的生产、输送都是围绕电力负荷进行的。所谓负荷模型，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）^[1]。

目前电力系统的数字仿真已成为电力系统设计、规划、运行的主要工具，相应的决策无不是以数字仿真的结果为依据。但数字仿真毕竟是仿真，其与实际系统有着或大、或小的误差。误差的大小及性质对该决策的正确性具有决定作用。如果决策基于悲观的仿真分析结果，则在规划设计方面将会因不必要的加强系统结构和反事故措施而投入过多的资金，造成浪费；在运行方面采取过分保守的策略而限制了功率传输的极限，使设备得不到充分的利用^[2]。如果决策基于乐观的仿真分析结果，则在规划设计方面将会导致系统结构、反事故措施方面投入资金不足，从而产生不合理的系统规划方案，给以后的系统运行造成不便，带来许多运行限制；在运行方面将导致系统运行于危险的临界状态或疏于防范而造成事故。仿真结果的误差是由仿真所用模型的准确性决定，目前发电机组和输电网络的模型已相当成熟，比较而言，电力负荷模型仍相当简单，往往从基本物理概念出发，采用理想化的模型，如：恒功率、恒阻抗、恒电流或三者的组合。负荷模型的粗糙已成为制约电力系统仿真计算精度的关键因素。

当今，在电力市场化的趋势冲击下，人们对系统分析软件的精度要求将越来越高，负荷模型的研究也越来越重要。虽然电力负荷模型很重要，但由于负荷本身的随机性、分散性和多样性使得负荷模型的建立十分困难，负荷建模仍是公认的难题。大量的计算和试验结果表明负荷模型对电力系统的潮流计算、暂态计算、电压稳定、安全分析等都有一定的影响。在临界情况下还可能从根本上改变定性的结论。

二．国内外现状

1935年前后年代美国和前苏联电力发展工作者就发现了电力负荷模型对电力发展系统分析的重要性，同时也研究了电力负荷随电压和频率变化的静态特性和动态特性。学界认为，这一阶段负荷建模工作的萌芽时期^[3]。这一时期的工作为电力系统负荷建模发展奠定了一定的基础。

20世纪60年代末到70年代初，经过电力科研人员的不懈努力，发电机、调节系统等元件的建模工作有了很好的发展，但是由于电力负荷复杂性的特点，使得负荷建模工作发展不大^[4]。

IEEE在1982年成立的负荷建模工作组。该小组在指导负荷建模、总结负荷建模的研究成果等方面做出很大的贡献。1990年IEEE负荷建模工作组提出了TASK FORCE-05专题报告，该报告结合荷兰FGO电网的实际情况，对各种负荷模型的动态计算效果进行了论证，对负荷模型及其测试方法做了重要总结：1993年的报告对负荷模型研究中相关的术语与定义进行了统一，总结了不同类型负荷、不同分析目的的负荷模型的构造技巧和需要考虑的方面；1995年2月的报告列出了广大电力工作者在负荷建模研究中提出的许多有价值的负荷模型，同时列出了他们的文献著作，为后来的负荷建模工作提供了便利；1995年8月的报告推荐了电力系统潮流计算和动态仿真的标准化模型^[5-6]。

国内近年来在负荷建模方面也开展了一些有益的研究工作：国家电网公司组织开展了负荷模型适应性研究，深化负荷建模和参数优化工作，并且正在进行数据中心的建设^[7]；中国电力科学研究院在考虑配电网络的综合机理模型方面进行了一系列的研究，并在东北电网、华北电网对各种负荷模型的适应性进行了分析，并验证了综合负荷模型的有效性^[8-10]；华北电力大学在负荷模型的分类综合，模型研究及与电力综合仿真软件的接口方面进行了深入的研究^[11-13] ；湖南大学在与湖南省电力公司合作在负荷建模软件及数据库的开发，根据负荷特性对负荷进行分类综合以及对于模型参数的分散性导致的模型实用化困难的问题上在算法及模型结构研究方面开展了卓有成效的研究^[14-16]。

而且目前，我国对负荷模型校准研究工作则可分为2个阶段：第1阶段是在大区电网互联之前，电网规模相对较小，动态稳定问题不很突出，各种负荷模型对稳定计算结果的影响并不显著，负荷建模的重要性在工程实际中还没有表现出来，在这一阶段，我国各电网也曾根据事故仿真结果对所采用的负荷模型进行检核，调研结果表明，当时的电网运行条件下各种典型负荷模型对仿真结果影响不大，经过事故校核算，或无需调整或只需稍作调整；我国进入大区电网互联阶段后，负荷模型对系统稳定计算结果的影响问题变得日益突出，负荷建模问题引起了我国电力界的广泛关注，各网省公司积极收集本电网曾经发生的、特别是近期发生的事故数据，借此开展负荷模型的校核研究，例如，西北电网、南方电网曾委托中国电力科学研究院对本电网的负荷模型进行校核研究^[21]。

三．校准研究

1、试验系统的稳定性分析计算

试验系统的稳定性分析结果是制定总体试验方案的依据，主要包括灵敏度分析和稳定性校核面内容。灵敏度分析是分析各种因素影响下负荷模型对系统稳定性计算结果的影响，寻找合适节点和运行方式，以保证试验的有效性。稳定性校核的目的是提出保证系统安全所需要的安全稳定措施，以及提出对于运行方式的要求，使试验能在保证稳定性的前提下进行。

2、试验总体方案编制

在稳定性校核和灵敏度分析的基础上，兼顾稳定性和有效性2方面，可拟订试验的总体方案。

3、测试方案编制

测试方案包括的主要内容有：系统参数测试范围、系统参数测试内容（包括稳态数据、试验过程中的动态数据和暂态数据）、测试技术要求。

4、试验时运行方式的建立

根据调度自动化系统记录的数据建立试验时的运行方式。在大电网稳定分析计算中，220kV压等级以下的系统不作模拟，因此，在分析计算中通常会忽略接于220kV电压等级以下的小容量机组和与之平衡的地区负荷。为使仿真计算能更真实地再现实际情况，在仿真计算中近似模拟了小机组的影响，采用的模拟方法是在小机组接入的节点接入一个同容量的负荷，使系统潮流仍保持不变。

5、测试数据的确认

为使后续研究能建立在扎实可信的基础上，在仿真计算前首先采用数据对比方法，对试验数据主要是来自PMU的动态数据的正确性进行了分析和甄别。

6、仿真计算

仿真计算的内容包括：基于目前采用的计算模型参数进行仿真；当仿真与实测结果不符时，首先应核准除负荷模型以外的其它元件的模型和参数，包括发电机模型参数、励磁系统模型参数、发电机调速系统、小机组；若仿真与实测结果仍不相符，再考虑通过灵敏度分析对负荷模型参数进行调整，内容包括负荷模型的结构、比例，若动态部分采用感应电动机模型，则还应对电动机参数进行灵敏度分析。

7、适应性分析

多次进行实验比对，采用不同运行方式与不同负荷节点，均能获得与实测相一致的结果，则说明应用于大电网具有一定的适应性。

8、机理分析

在试验仿真研究过程中曾采用”拟合模型”模拟电网负荷，也能获得与实测曲线相吻合的仿真结果，之后经过理论分析否定了该模型的合理性。说明此负荷模型不仅能使仿真与实测结果相符，且经过了严格的理论推导，因此具有合理性。

四．参考文献

[1] 何仰赞, 温增银. 电力系统分析（上,下册）[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2002.

[2] 王锡凡. 电力系统规划基础[M]. 北京: 中国电气出版社, 1994.

[3] MY. 波尔特洛伊, P.C. 拉比罗维奇. 电气系统稳定性的控制[M]. 北京: 电力工业出版社, 1982.

[4] Richard T. Beryl, Edward W Kim barks. Mathematical Models and Apparatus Description for System Analysis [J]. IEEE PRESS. on Stability of Large Electric Power Systems, 1974, pp9-185.

[5] IEEE Task Force on Load Representation for Dynamic Performance. Load Representation for Dynamic Performance Analysis [J]. IEEE Trans. on Power Systems, 1993, 8(2): 472-482.

[6] IEEE Task Force on Load Representation for Dynamic Performance. Bibliography on Load Models for Power Flow and Dynamic Performance Simulation [J]. IEEE Trans. on Power Systems, 1995, 10(1):523-538.

[7] 张红斌, 汤涌, 张东霞, 等. 不同负荷模型对东北电网送电能力的影响分析[J]. 电网技术, 2007, 31(4):55-58.

[8] 汤涌, 侯俊贤, 刘文焯. 电力系统数字仿真负荷模型中配电网络及无功补偿与感应电动机的模拟[J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(3):8-12.

[9] 汤涌, 张东霞, 张红斌, 等.东北电网大扰动实验仿真计算中的综合负荷模型模拟及其拟合参数[J]. 电网技术, 2007, 31(4):75-78.

[10] 赵良, 李丹, 张文朝. 华北电网动态负荷模型仿真[J]. 电网技术, 2007, 31(5):11-16.

[11] 贺仁睦, 周文. 电力系统负荷模型的分类与综合[J]. 电力系统自动化, 1999, 23(19): 12-16.

[12] 石景海, 贺仁睦. 动态负荷建模中的负荷时变性研究[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(4):85-90.

[13] 马进, 贺仁睦, 王景刚, 等. 综合负荷模型参数的简化辨识策略[J]. 电网技术, 2006, 30(9):28-34.

[14] 林舜江, 李欣然, 刘杨华, 等. 电力负荷动特性分类方法研究[J]. 电力系统自动化, 2005, 29(22):33-38.

[15] 李培江, 李欣然, 陈辉华, 等. 电力综合负荷感应电动机模型参数的研究[J]. 中国电力, 2004, 37(11):19-22.

[16] 李培江, 李欣然, 陈辉华, 等. 基于总和统计的行业负荷静态特征参数研究[J]. 电气应用, 2007, 26(1):56-60.

[17] 鞠平, 陈谦, 熊传平, 等. 基于日负荷曲线的负荷分类和综合建模[J]. 电力系统自动化, 2006, 30(16):6-9.

[18] 鞠平, 何孝军, 黄文英, 等. 广义电力负荷的模型结构和参数确定[J]. 电力系统自动化, 2006, 30(23):11-13, 32.

[19] 鞠平, 电力系统负荷建模理论与实践[J]. 电力系统自动化, 1999, 23(19):1-7.

[20] 鞠平, 戴琦, 黄永皓, 等. 我国电力负荷建模的若干建议[J]. 电力系统自动化, 2004, 28(16):8-12.

[21] 张东霞, 汤涌, 朱方, 等. 基于仿真计算和事故校验的电力负荷模型校核及调整方法研究[J]. 电网技术, 2007, 31(4):5-8.

[22] 沈善德. 电力系统辨识建模和暂态稳定校核分析[J]. 电力系统自动化, 1999, 23(19):46-47.