电力负荷建模及其应用-开题报告-文献综述-参考文献

（一）研究背景和意义

电力系统负荷建模是电力系统动、暂态计算，仿真分析的基础，其精确与否具有重要影响，研究精确的模型与参数对电力系统的分析与应用具有重要意义。

所谓负荷模型，就是指用于描述母线上输出的总的有功和无功功率随母线电压和频率变化而变化的一组数学关系表达式。建立负荷模型就是要确定描述负荷特性数学方程的形式及其中的参数，简称为负荷建模。

随着计算机技术在电力系统的广泛应用，电力系统数字仿真已深入电力系统的规划、设计、运行、研究等领域，其仿真结果已成为这些领域决策的主要依据。负荷作为电力系统的重要组成部分，其模型和参数对电力系统数字仿真结果具有重要影响。现代电力系统对电网要求更高的安全稳定性，因此要建立更精确的负荷模型。为了在电网稳定仿真计算中使用恰当的负荷模型，

反映系统真实运行状况，确保我国互联电网的安全稳定运行，必须要在负荷建模上有所突破。

1. 电力负荷模型对电力系统规划和运行控制具有重要意义 

在研究运行中的电力系统行为时，由于安全运行的限制以及运行状态控制的困难等原因，采用直接在实际系统上进行各种实验的方法通常是不可行的。对于规划中的系统，因为系统并没有真正建立起来，也不可能依靠在实际系统上进行实验来预测系统的特性和寻求改进系统性能的途径。在这种情况下，数字仿真以其经济、方便等优点，为系统的研究、分析、决策、设计等提供了一种先进的手段。 

电力系统各元件的数学模型及由其构成的全系统数学模型是数字仿真的基础，其准确与否直接影响着仿真的结果和以仿真结果为基础的决策方案，进而关系到决策方案实施所产生的经济效益和社会效益。长期以来，人们对于电力系统四大模型中的发电机、调速系统、励磁系统在行为机理和现场实测方面进行了深入研究，提出了适应不同仿真精度要求的数学模型。而对于作为电力系统中重要元件之一的负荷模型，研究力度历来是不够的，在目前电力系统仿真计算中，使用的负荷模型也是比较粗糙的。这种粗糙的负荷模型与精确的发电机、调速系统、励磁系统很不协调。从总体上讲，负荷模型的精确度成为了整个电力系统仿真计算中提高精度的瓶颈，使得其它元件模型的精确性难以发挥其应有的作用，从而降低了系统仿真分析的可信程度，并且会造成过于悲观或乐观的分析结果，给电力的生产与发展带来巨大的损失。比如，若负荷模型不准确导致乐观的分析结果，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：若负荷特性描述的不准确而产生悲观的分析结果，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。但是由于负荷本身的特殊性，建立精确的负荷模型存在相当的困难。随着电力系统分析不断向广度和深度发展，负荷模型越来越显得重要。因此，为了使系统分析结果更加可信，使分析真正起到定量的作用，为电力系统规划、运行和控制提供准确的依据，有必要建立切合实际的负荷模型。 

2. 电力负荷模型对电力系统仿真计算结果具有重要的影响 

大量的仿真计算表明：负荷模型的变化对系统暂态稳定、电压稳定以及潮流计算的结果具有不同程度的影响，在临界情况下，将发生质的变化。

（二）国内外现状和发展趋势

1. 电力负荷建模的发展过程 

人们早在20世纪30,4 0年代认识到负荷模型对电力系统分析的重要性，并开始研究负荷随电压和频率变化的静态和动态特性，这一阶段可以说是负荷建模的萌芽期。 

到了60- 70年代，由于数字电子计算机技术的发展和应用，人们大量采用计算机进行复杂电力系统的仿真，同其它系统元件模型一样，负荷建模工作有了相当的进展，除了提出了恒阻抗、恒电流、恒功率模型外，还在计算中采用了感应电动机负荷模型和多项式、幂指数负荷模型。 

在1976年美国电力科学研究院（EPRI）主持了一项大型研究计划，其主要目的是为电力公司建立一套基于统计综合法的负荷建模方法。研究工作在加拿大和美国同时展开，美国的Texas大学负责建模方法研究，GE公司的电力工程负责通过现场试验对建模方法进行评价。该方法是在实验室内确定各种典型负荷（如工业电动机负荷、电冰箱、荧光灯等）的平均特性方程，然后统计每个负荷点上在一些特殊时刻（如冬季峰值、夏季峰值）负荷的组成，即每种典型负荷所占的百分比，以及配电线路和变压器的数据，最后综合这些数据得出该负荷点的负荷模型。EPRI经过多年的努力发表了许多有价值的研究报告[18,19]，并且研制完成了目前为止统计综合法负荷建模中最具影响的软件包EPRI LOADSYN[s0]，该软件使用时需提供三种数据：负荷类型数据，即各类负荷（民用、工业、商业等）在总负荷中所占百分比：各类负荷的构成数据，即各种用电设备（荧光灯、电动机、空调等）所占比例;各负荷元件平均特性。若使用者仅提供第一种数据，后两种数据可以采用软件包提供的典型值。这给软件包的使用者提供了一定的方便。 

另一种新的负荷建模方法一总体测辨法在90年代前后开始被提出，该方法的以系统辨识理论为基础，基本思想是将负荷群看成一个整体，先在现场进行人为扰动试验或捕捉自然扰动，采集并记录该扰动数据，然后由实测数据辨识负荷模型的结构和参数。中国、美国、日本、加拿大和澳大利亚等国在实际系统中研制和投运了大批电力负荷特性记录仪，记录了大量数据，籍此开展了大量基于总体测辨法的研究。CIGRE和IEEE都设有负荷建模工作组，其不定期发表的专题报告，对归纳总结负荷建模的研究成果和指导负荷建模的研究起到了重要作用。 1990年CIGRE发表的专题报告1101，结合荷兰FGO电网对各种负荷模型的动态计算效果进行详细论证，对负荷模型及测试方法进行总结。IEEE在1993年发表的报告统一了负荷建模中许多术语和定义，总结了负荷模型从建立、验证到应用的有关问题。IEEE在1995年2月的报告列出了负荷建模研究中提出的许多有价值的负荷模型、文献，以期推动负荷建模的进一步研究和实际应用。1995年8月的报告推荐了用于电力系统潮流计算和动态仿真的标准化负荷模型。

2. 负荷建模研究现状

现有负荷建模方法有两大类：统计综合法和总体测辨法。 

统计综合法负荷建模在己知负荷类型数据、各类负荷构成数据和负荷元件平均特性的基础上，通过加权综合得到负荷模型的参数。电动机群的等值是统计综合法必须考虑的一个重要方面，现有的方法主要为KVA加权等值法和初始功率不变法，这些方法的假设条件过于理想，方法过于简单。在负荷建模方面统计综合法目前存在以下困难： 

（1） 各类元件的平均特性的确定，如电动机群的等值; 

（2） 负荷元件成千上万，统计工作不但费时、费力，而且难以统计准确; 

（3） 统计工作不可能经常进行，该方法不适合研究负荷的时变性。 由于统计综合法上述困难，近年来，较少见到有关的文献和实际应用。 

总体测辨法根据现场采集的负荷所在母线的电压、频率、有功、无功数据，然后根据系统辨识理论确定负荷模型结构和参数。该方法不必详细知道负荷内部的复杂构成，是解决成千上万用电设备构成的负荷建模困难的一个可行办法。总体测辨法所获得的模型参数是以模型响应能最好地拟合所观测到的负荷响应数据为目标，所以负荷模型具有符合实际的特点。总体测辨法由于上述特点，所以该方法发展很快。

负荷建模的最终目的是应用，所建立的负荷模型是否合理最终要看其在实际系统中应用时能否提高仿真精度，即模型的有效性问题。目前负荷建模的研究大多停留在建立负荷模型，而对所建立的负荷模型有效性研究不多，1999年华北电力大学和中国电科院系统所合作在BPA中加入了差分方程负荷模型[30]，为动态负荷模型有效性的研究和模型的应用作了重要的准备工作。为了推进负荷模型的实用化，需要对负荷模型的有效性作进一步的研究。随着广域测量系统（WAMS ）与相量测量单元（PMU）的实际应用，一些包括整个区域的功角监测量在内的综合电网状态实时同步监测系统也己进入实际工程应用阶段[31,32]精确的负荷模型可以用精确的仿真得到验证，模型的好坏可以有一个客观的评价标准。

20 世纪80 年代以来，我国各科研机构及院校对负荷建模进行了不断研究和探索，在理论研究方面取得了许多可喜成果。中国电力科学研究院较好地完成了国家电网公司重点科研项目“大区电网负荷测试技术及模型完善研究”和“电力系统计算分析中的负荷模型研究”，在负荷建模这一世界性难题上取得了重大突破，为进一步深化负荷模型研究和推广应用奠定了坚实的基础。

(1) 提出考虑配电网络的综合负荷模型，研发基于考虑配电网络综合负荷模型的统计综合法和总体测辨法软件;

(2) 分析我国各电网采用的负荷模型和参数的适应性和局限性，提出适用于我国电网发展的负荷建模基本原则和方法;

(3) 综合采用动模试验和故障拟合法，对负荷模型进行校核和调整;

(4) 采用动模试验验证统计综合法建立考虑配电网络综合负荷模型的有效性。

随着我国主要电网全国性互联进程的推进和大受端系统的形成，我国电网的复杂程度增加、电网规模扩大，电网的动态稳定性及电压稳定性问题更突出，对负荷模型提出更高的要求。电力工作者有许多工作有待完成:

(1) 利用先进测量技术和功能强大的计算机实现在线负荷建模，如何将PMU 技术应用于实时负荷建模，并用PMU所测量数据完善电网负荷特性数据库是一个重要的研究方向;

(2) 随着分布式电源大量接入配电网，其对区域负荷特性的影响不容忽视，应具体深入分析，详细研究包括分布式电源并网的动态模型，尽量用简单、统一的模型结构描述各种并网分布式电源对负荷特性的影响;

(3) 在满足工程应用的前提下，如何尽可能地提高负荷模型和现场实际负荷对系统影响的接近程度;

(4) 负荷建模已经取得了众多的理论成果，将这些成果广泛应用到工程领域，还有待电力工作者努力;

(5) 将电网智能化技术应用于电力系统负荷建模。随着功能强大的计算机的普及，测量数据的快速获取，必将使负荷模型更加精确，仿真速度、精度越来越高，这为电网的稳定运行和各种控制手段的实施提供了良好的前提和基础。

（三）研究内容/目标

本人^范文的研究内容主要为：电力负荷的静态模型及应用。

具体工作将有如下内容：

1．几种常见的负荷静态模型

2．根据统计资料确定负荷静态模型及应用

3．根据稳态试验数据确定静态负荷模型及应用

4．根据在线采集数据确定静态负荷模型

完成上述工作需要在在现有综合负荷模型结构的基础上，通过对参数多值習以及综合负荷模型结构中参数的灵敏性分析，解释负荷特性起到关键性作用的模型参数，并对综合负荷模型的简化方法进行研究。

二、^范文提纲

电力负荷建模及其应用

1. 电力负荷模型的概述

2. 几种常见的负荷静态模型

2.1 多项式模型

2.2 幂函数模型

3 根据统计资料确定负荷静态模型

3.1 基本步骤

3.2 几种常见负荷的静态特征系数

3.3 同一母线上负荷静态特征系数的综合

3.4 传输元件的影响

3.5 应用实例

4 根据稳态试验数据确定静态负荷模型

4.1 试验数据的获取

4.2 由试验数据确定静态模型参数

4.3 应用实例

5 根据在线采集数据确定静态负荷模型

三、参考文献

著作：

[1] 鞠平.马大强.电力系统负荷建模.[M].北京.中国电力出版社. 2008：1-235

[2] 汤涌.电力负荷的数学模型与建模.[M].北京.技术科学出版社.2012：1-267

[3] 许淑敏.电力负荷模型结构的研究.[D].北京.华北电力大学.2006：1-54

[4] 邵敏敏.蒋平.电力系统动态负荷建模及考虑其特性的电压稳定研究.[J]东南大学学报2013：2-9

[5] 周昱英.小型电力系统负荷的建模与仿真. [D].湖北.武汉交通科技大学.2000：7-14

[6] 张景超.鄢安河.张承学.李奎.张鹏飞.电力系统负荷模型研究综述.[J].继电器 RELAY第35卷第6期：83-88

[7] 沈峰.电力负荷建模及其应用的研究. [D].河南.郑州大学.2005：1-69

[8] 韦坚锋.龙燕.李翔.浅析电力系统负荷建模.[J].四川建筑.2012..第32卷1期：222-226

[9] 鞠平.电力系统负荷建模理论与实践.[J]. 电力系统自动化.1999.第23卷19期：1-7

10] 李成.鞠平.陈谦.电力负荷建模的在线统计综合方法研究.[J/OL].中国科技论