面向智能调度的广义综合负荷建模方法研究

摘要

智能调度基于实时的电网仿真，而综合负荷模型是影响仿真结果准确程度的关键性因素之一，因此，负荷建模一直受到广泛的关注。负荷由于其本身的时变性、地域性、多样性等特点，建立统一、通用的负荷模型十分困难。在智能调度背景下，实时的电网仿真对负荷建模提出了更高的要求：一方面，负荷建模应当能较好地解决负荷的时变性问题，以适应不同运行方式下的调度仿真；另一方面，负荷建模应面向广域，针对所有参与电网仿真的变电站同时建模。本文立足于智能调度仿真的应用场景，开展含有广义负荷的配电网综合负荷建模研究，以期解决负荷建模领域中关键性的模型结构问题；充分利用电网自动化系统丰富的负荷特性数据，开发实时负荷建模平台，为智能调度仿真提供实时、广域的负荷模型参数。本文的主要内容包括以下几个方面：　　（1）针对已有的综合负荷模型在结构上的不足，提出一种改进的综合负荷模型结构。根据负荷位于配电网中低压区的实际情况，改进模型将配电网中低压网络和高压网络进行区分并分别建模：将包括负荷在内的中低压网络采用经典综合负荷模型（ClassicalLoadModel,CLM）描述，而将高压网络采用阻抗串联Π型电路模拟。Π型电路基于变压器Π型等效原理，其变比取为变电站高压母线稳态电压值，能够反映配电网调压结果。通过与已有综合负荷模型的对比仿真分析，提出的模型在不同电压水平下具有更好的描述性能和参数稳定性。　　（2）针对未来智能配电网中将广泛存在的光伏发电系统，提出一种含光伏发电系统的配电网广义综合负荷模型。建立了光伏阵列仿真模型，介绍了光伏并网仿真系统的各主要环节；基于构建的光伏发电并网仿真系统，分析了并网处光伏发电系统的动态特性，在此基础上，提出了一种光伏发电系统二阶动态模型并进行了仿真验证；利用提出的光伏发电系统动态模型，提出一种含光伏发电系统的配网侧广义综合负荷模型。基于构建的含光伏发电系统的简单配电网仿真系统，检验了提出的广义综合负荷模型的有效性。　　（3）针对未来智能配电网中将广泛应用的电池储能系统（BatteryEnergyStorageSystem,BESS），提出一种适应于而不仅限于负荷建模的BESS动态模型。建立了一种基于等效电路法的通用的储能电池模型；基于构建的电池储能并网仿真系统，分析了其在并网处的动态特性，在此基础上，提出了一种适用于负荷建模而不仅限于负荷建模的动态模型及其改进模型。仿真分析表明，提出模型具有较理想的描述性能，能用于等效描述BESS在充放电条件下的动态行为。　　（4）进行含BESS的配电网负荷特性研究，指出含BESS的配电网负荷建模应当计及BESS动态特性的必要性。利用提出的BESS动态模型，提出一种含BESS的配网侧广义综合负荷模型。基于构建的含电池储能的简单配电网仿真系统，通过对在放电条件下考虑三种不同接入容量比例场景时的建模分析，检验了提出的广义综合负荷模型的有效性，并在充电条件下进行了模型有效性的进一步验证。　　（5）基于智能调度仿真对负荷建模的实时、广域性要求，以电网自动化系统为建模数据来源，开发了面向智能调度的实时负荷建模平台。从服务于智能调度仿真的角度，阐述实时负荷建模平台开发所涉及的关键理论技术问题与设计原则，在此基础上，结合调度仿真对平台的要求，提出了平台开发的总体架构。通过将开发的实时建模平台联网至某省电力有限公司的数据平台试运行，建模结果表明，开发的实时负荷建模平台能满足智能调度仿真对负荷模型的要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 智能调度背景下的负荷建模的研究意义

1.1.1 智能调度在智能电网建设中的地位与作用

1.1.2 面向智能调度的负荷建模

1.2 电力系统负荷建模研究现状

1.2.1 综合负荷模型结构

1.2.2 负荷建模方法

1.2.3 基于统计综合的负荷建模方法

1.2.4 基于总体测辨的负荷建模方法

1.3 智能调度背景下的广义综合负荷建模

1.3.1 智能调度发展现状

1.3.2 智能调度背景下的广义负荷建模

1.4 本文研究思路与技术路线

1.5 本文主要工作和章节安排

第2章 考虑配电网电压特性的综合负荷建模

2.1 引言

2.2 当前已有综合负荷模型的结构特点及其不足

2.2.1 经典综合负荷模型

2.2.2 考虑配电网影响的综合负荷模型

2.2.3 派生模型

2.3 配电网建模的必要性及其等值模型

2.3.1 配电网建模的必要性

2.3.2 配电网中的高压网络的等值模型

2.4 考虑配电网电压特性的综合负荷模型

2.5 PI-CLM的数学方程

2.5.1 等效阻抗功率电压平衡方程

2.5.2Π型电路有关方程

2.5.3 感应电动机方程

2.5.4 静态负荷方程

2.6 PI-CLM参数与辨识

2.6.1 模型参数及其辨识策略

2.6.2 模型初始化

2.6.3 模型参数辨识步骤

2.7 建模检验

2.7.1 建模数据说明

2.7.2 自描述及其对应的泛化能力

2.7.3 反映配电网调压的能力

2.7.4 反映负荷母线电压的能力

2.7.5 模型参数稳定性

2.7.6 讨论

2.8 PI-CLM两种结构的性能比较

2.8.1 模型描述性能

2.8.2 辨识结果稳定性比较

2.9 本章小结

第3章 含光伏发电系统的配网侧广义负荷建模

3.1 引言

3.2 并网光伏发电系统仿真模型与控制

3.2.1 光伏电池模型

3.2.2 MPP跟踪方法

3.2.3 滤波器的设计

3.2.4 并网控制策略

3.2.5 光伏发电系统的仿真

3.3 光伏发电系统动态特征及其动态模型

3.3.1 光伏发电系统动态特征

3.3.2 光伏发电系统的动态模型及其数学描述

3.3.3 模型参数与辨识

3.3.4 仿真实验

3.4 含光伏发电系统的配电网广义综合负荷模型及其参数辨识

3.4.1 广义综合负荷模型结构

3.4.2 广义综合负荷模型的等值电路及其数学方程

3.4.3 广义综合负荷模型参数及其辨识

3.5 建模检验

3.5.1 建模数据说明

3.5.2 模型的自描述能力及其对应的泛化能力

3.5.3 模型参数的稳定性

3.5.4 模型性能的进一步检验

3.6 本章小结

第4章 BESS动态模型

4.1 引言

4.2 储能电池单体模型

4.2.1 电池单体模型结构

4.2.2 单体电池模型仿真

4.3 BESS并网控制策略

4.4 BESS动态特征及其动态模型

4.4.1 BESS动态特征

4.4.2 BESS的动态模型及其数学描述

4.5 模型参数与辨识

4.5.1 模型参数

4.5.2 初始化过程

4.5.3 参数辨识步骤

4.6 仿真实验

4.6.1 模型的描述性能

4.6.2 模型的泛化能力

4.6.3 模型对BESS在吸收功率状态下的描述性能

4.6.4 讨论

4.7 URT模型的改进

4.7.1 URT模型的改进方法

4.7.2 G_URT模型性能的进一步验证

4.8 本章小结

第5章 含BESS的配网侧广义负荷建模

5.1 引言

5.2 接入BESS对配网侧综合负荷动特性的影响

5.2.1 接入不同容量比例条件下广义综合负荷的动态特性

5.2.2 不同动态负荷比例条件下广义综合负荷动态特性

5.3 含BESS的广义综合负荷模型及其描述

5.3.1 广义综合负荷模型结构

5.3.2 广义综合负荷模型的等值电路及其数学方程

5.4 广义综合负荷模型参数及其辨识

5.4.1 模型参数及其辨识策略

5.4.2 模型初始化

5.4.3 模型参数辨识步骤

5.5 建模检验

5.5.1 建模数据说明

5.5.2 模型的自描述能力及其对应的泛化能力

5.5.3 模型参数稳定性

5.5.4 模型参数稳定性的进一步检验

5.5.5 模型对BESS在吸收功率状态下的描述性能

5.5.6 讨论

5.6 本章小结

第6章 面向智能调度的实时负荷建模平台

6.1 引言

6.2 关键理论技术问题与设计原则

6.2.1 关键理论技术问题

6.2.2 设计原则

6.3 平台架构设计

6.4 工程应用示例

6.5 本章小结

结论

参考文献

附录A（攻读学位期间发表的学术成果）

附录B（攻读学位期间参加的科研工作）

致谢