计及滑差和负载率的感应电动机负荷动态参数聚合方法

摘要

本发明涉及电力系统感应电动机负荷动态参数聚合方法，属于电力系统动态等值和负荷建模技术领域，该方法通过考虑负载率和临界滑差(最大转矩对应滑差)的容量加权法来实现，所实现的系统包括：电网数据采集和感应电动机群参数聚合。所得到电力系统等值感应电动机负荷模型的动态参数，供暂态稳定仿真计算使用。由本发明得到的感应电动机负荷等值的详细模型参数，既提高了参数聚合的精度，又不增加计算负担。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统负荷感应电动机动态参数聚合方法，属于电力系统动态等值和和负荷建模技术领域。

背景技术

电力系统仿真计算是电力系统规划、设计与运行的基础，仿真结果常被作为相关决策的依据，因此仿真的精度愈来愈被重视。电力负荷作为电力系统的重要组成部分，负荷模型及参数对仿真准确度的影响很大。这里所谓的负荷，是指从主电网向负荷侧看进去的整体，即包括了供、配电系统。所以此时连接于高压(110kV或220kV)负荷母线的感应电动机负荷表示包括配电网和一组电动机在内的综合负荷。

受电力系统数字仿真规模等因素限制，在仿真中不可能对所有感应电动机逐一建模，通常用聚合感应电动机模拟一群感应电动机的行为特性。此前研究的感应电动机的聚合方法是，基于容量加权的方法。但我们发现感应电动机群中的电动机的负载率和临界滑差(即最大转矩对应的滑差)的差异，对聚合感应电动机模拟精度是有重要影响的。仅以容量作为权系数进行聚合因其完全未反映这些有重要影响的信息，而难以很好的模拟感应电动机群的动态特性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能保证工程精度的、减少程序复杂度的感应电动机动态参数聚合方法。

为此，本发明采用如下的技术方案：

一种电力系统感应电动机负荷动态参数聚合方法，其步骤如下：

第一步：确定电力系统暂态稳定计算用的网络，从电力系统能量管理系统采集网络数据与发电机及其调节系统、负荷的动态参数数据；

第二步：针对各负荷母线处所接的感应电动机群采用计及各电动机负载率和临界滑差的容量加权法进行参数聚合，得到各负荷母线处等值感应电动机；

第三步：利用系统的实时潮流数据、预想事故集和包括等值感应电动机的动态参数在内的等值负荷的动态数据进行暂态稳定计算，得到预想事故集下系统暂态稳定与否的结论，并基于此做出安全控制决策。

上述的电力系统负荷感应电动机动态参数聚合方法，其特征在于，在步骤二中应用考虑负载率和临界滑差的加权法对感应电动机详细模型参数进行聚合，计及电动机的运行工况，

由本发明提出的考虑负载率和临界滑差的容量加权法，考虑了感应电动机群中的电动机的载荷率和临界滑差，保证了聚合精度。

附图说明

图1是感应电动机的稳态等值电路图。

图2是WSCC9节点系统结构图。

图3WSCC9节点系统的结果比较图。

具体实施方式

下面结合附图及实例，对本发明作详细说明。

图1为本发明采用感应电动机的稳态等值电路图。本发明提出的采用考虑负载率和临界滑差的容量加权法，实现感应电动机参数聚合，为电力系统暂态稳定仿真提供较为准确的负荷模型。以图2所示的WSCC9节点系统为实施例，详细说明如下：

第一步：确定电力系统暂态稳定计算用的网络，从电力系统能量管理系统采集网络数据与发电机及其调节系统、负荷的动态参数数据；

对于本实施例，可以直接输入WSCC9节点系统的数据，对于实际电力系统需要连接电网控制中心的EMS系统以获取必要的电网数据。

第二步：针对各负荷母线处所接的感应电动机群采用计及各电动机负载率和临界滑差的加权法进行参数聚合，得到各负荷母线处等值感应电动机。

第三步：利用系统的实时潮流数据、预想事故集和包括等值感应电动机的动态参数在内的等值负荷的动态数据进行暂态稳定计算，得到预想事故集下系统暂态稳定与否的结论，并基于此做出安全控制决策。

对于聚合的精度，可由系统聚合前后的动态安全域的比较来验证。由图3的比较结果可以看出，本发明方法具有很好的聚合精度。

本发明所提出的计及负载率和临界滑差的加权法的感应电动机参数聚合方法，其具体内容如下：

设感应电动机群M＝{1，…，i，…，L}，其中包括L台感应电动机。鉴于聚合的感应电动机的容量为各台电机的容量(MVA)之和，即$S_A=\underset{\forall i\in M}{\Sigma }{S}_i,$其中下标A表示聚合感应电动机，由此可以导出聚合感应电动机的详细模型参数：

5)聚合感应电动机的转子阻抗：

$Z_{\mathrm{rA}}=\frac{1}{\underset{i\in M}{\Sigma }{w}_{c_i}\frac{1}{Z_{\mathrm{ri}}}}$

式中，当感应电机为单鼠笼电机时，Z_ri为第i台感应电动机转子堵转时的转子阻抗，Z_ri＝R_ri+jX_ri，以其自身容量S_i为基值的标幺值；当感应电机为双鼠笼电机时，Z_ri可代表第i台感应电动机的起动笼、运行笼的转子阻抗。为考虑负载率和临界滑差的第i台感应电动机的权系数，$w_i=\frac{S_i}{S_A}$为第i台感应电动机的容量权值；$w_i^c=\frac{1}{(s_{\mathrm{cri}}/{\mathrm{LF}}_{\mathrm{mi}})/\underset{i\in M}{\Sigma }(s_{\mathrm{cri}}/{\mathrm{LF}}_{\mathrm{mi}})},$LF_mi为第i台感应电动机的负载率；当感应电机为单鼠笼电机时，s_cri为第i台感应电动机的临界滑差，$s_{\mathrm{cri}}=\frac{R_{\mathrm{ri}}}{\sqrt{R_{\mathrm{ei}}^2+{(X_{\mathrm{ei}}+X_{\mathrm{ri}})}^2}},$其中$\forall i\in M;$当感应电动机为双鼠笼感应电机时，考虑到在暂态稳定分析中起主导作用的为运行笼，求修正系数中的临界滑差时可把双鼠笼电机看作在转子侧只计及运行笼的单鼠笼电机来处理。

6)聚合感应电动机的定子阻抗：

$Z_{\mathrm{sA}}=\frac{1}{\underset{i\in M}{\Sigma }{w}_{c_i}\frac{1}{Z_{\mathrm{si}}}}$

式中Z_si为第i台感应电动机的定子阻抗，Z_si＝R_si+jX_si，以其自身容量s_i为基值的标幺值。

7)聚合感应电动机的励磁电抗：

$Z_{\mathrm{mA}}=\frac{1}{\underset{i\in M}{\Sigma }{w}_i\frac{1}{Z_{\mathrm{mi}}}}$

式中Z_mi为第i台感应电动机的励磁电抗，Z_mi＝jX_mi，以其自身容量s_i为基值的标幺值。考虑到感应电机初始滑差(反映了运行工况)的差异对励磁支路工况的影响较小，故求取聚合感应电动机的励磁电抗时采用容量权值进行加权聚合。

8)聚合感应电动机的惯性时间常数：

$H_A=\underset{i\in M}{\Sigma }{w}_i{H}_i$

式中H_i为第i台感应电动机的惯性时间常数，以其自身容量为基值。

图3是WSCC9节点系统采用本发明提出的参数聚合方法和仅采用容量加权法得到的动态安全域在两维空间投影的边界图与原系统的动态安全域在两维空间投影的边界图的比较结果。图中，点集表示原系统的动态安全域在两维空间投影的边界图；点集表示仅采用容量加权法得到的动态安全域在两维空间投影的边界图；点集表示采用本发明提出的参数聚合方法得到的动态安全域在两维空间投影的边界图。从图3可以看出仅采用容量加权法得到的动态安全域在两维空间投影的边界与原系统的动态安全域在两维空间投影的边界差别较大；而本发明提出的参数聚合方法得到的动态安全域在两维空间投影的边界与原系统的动态安全域在两维空间投影的边界则十分接近，说明本发明提出的参数聚合方法大幅提高了参数聚合的精度。