基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法

摘要

本发明涉及一种基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法，包括以下步骤：步骤一：基于电力系统中的各类负荷建立包含各类负荷占比的参数化的电力系统综合负荷模型；步骤二：基于电力系统综合负荷模型计算电力系统中的节点i在时刻tg的电压响应面；步骤三：获取电力系统中的节点i在时刻tg的实际电压响应；步骤四：基于电力系统中的节点i在时刻tg的电压响应面和实际电压响应之间的误差最小进行求解，得到各类负荷的占比而确定各类负荷的构成比例。本发明将动态模型的大量计算通过响应面法转化为离线计算，可以快速计算出负荷的组成成分，避免了传统辨识方法中大量的动态模型计算，可以提高辨识效率分。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及电力系统的负荷特性及模型参数辨识，是一种基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法。

背景技术

在电力系统的暂态分析中，负荷特性在很大程度上影响着系统的故障恢复特性，掌握系统的负荷特性对于维持系统安全稳定运行是非常重要的。

当前的电力系统分析中，负荷主要被分为4大类，即恒阻抗负荷、恒电流负荷、恒功率负荷及感应电动机负荷。四种负荷在暂态过程中的响应特性各不相同，通过系统的响应特性辨识出系统的负荷动态特性是可行的。目前电力系统动态模型参数的辨识难点主要在于参数辨识过程中包含着大量的动态模型计算，因此存在辨识效率较低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减小计算量、提高辨识效率的基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法，用于对电力系统中的负荷组成比例进行辨识，所述基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法包括以下步骤：

步骤一：基于所述电力系统中的各类负荷建立包含各类负荷占比的参数化的电力系统综合负荷模型；

步骤二：基于所述电力系统综合负荷模型计算所述电力系统中的节点i在时刻t

步骤三：获取所述电力系统中的节点i在时刻t

步骤四：基于所述电力系统中的节点i在时刻t

所述步骤一中，各类负荷包括恒阻抗负荷、恒电流负荷、恒功率负荷和感应电动机负荷。

所述步骤一中，假设所述节点i的稳态负荷为P

则描述所述恒阻抗负荷动态特性的模型为：

其中，P

描述所述恒电流负荷动态特性的模型为：

其中，P

描述所述恒功率负荷动态特性的模型为：

P

Q

其中，P

描述所述感应电动机负荷动态特性的模型为三阶感应电动机模型：

其中，R

则描述所述恒阻抗负荷动态特性的模型、描述所述恒电流负荷动态特性的模型、描述所述恒功率负荷动态特性的模型和描述所述感应电动机负荷动态特性的模型共同构成所述电力系统综合负荷模型。

所述步骤二中，所述电力系统中的节点i在时刻t

计算所述故障过程中的电压响应面U

首先建立包含待定系数的各状态的参数表达式：

其中，x表示感应电动机d轴和q轴的暂态电动势E'

再用A(x,y)＝0表示电力系统综合负荷模型，代入x、y的表达式后，得到残差表达式：

在t,Z

然后基于各个所述配点处的x、y的值求解线性方程得到所述待定系数

求解的线性方程为：

其中，

式中矩阵为N×N阶，由关于t,Z

计算所述故障恢复过程中的电压响应面U

首先建立包含待定系数的各状态的参数表达式：

其中，x

再用A′(x

在t,Z

然后基于各个所述配点处的x

求解的线性方程为：

其中，

式中矩阵为N×N阶，由关于t,Z

所述步骤四中，通过求解优化模型

得到各类负荷的占比而确定各类负荷的构成比例，其中

所述步骤四中，利用内点法或最小梯度法求解所述优化模型。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明将动态模型的大量计算通过响应面法转化为离线计算，可以快速计算出负荷的组成成分，避免了传统辨识方法中大量的动态模型计算，可以提高辨识效率分。该发明不仅对于事后故障分析的计算效率提升有意义，也尝试可用于实际运行中的在线参数辨识。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种基于响应面法的电力系统负荷组成辨识方法，包括以下步骤：

步骤一：基于电力系统中的各类负荷建立包含各类负荷占比的参数化的电力系统综合负荷模型。

各类负荷包括恒阻抗负荷、恒电流负荷、恒功率负荷和感应电动机负荷，因此本步骤是基于恒阻抗负荷、恒电流负荷、恒功率负荷和感应电动机负荷建立参数化的电力系统综合负荷模型。具体是：

1、不失一般性，假设节点i的稳态负荷为P

其中，k

2、对于恒阻抗负荷，描述其动态特性的模型为：

其中，P

3、对于恒电流负荷，描述其动态特性的模型为：

其中，P

4、对于恒功率负荷，描述其动态特性的模型为：

P

Q

其中，P

5、对于感应电动机负荷，采用三阶感应电动机模型描述其动态特性：

其中，R

其中，故障前的电动机各状态量通过计算以下方程得到：

则上述描述恒阻抗负荷动态特性的模型、描述恒电流负荷动态特性的模型、描述恒功率负荷动态特性的模型和描述感应电动机负荷动态特性的模型共同构成电力系统综合负荷模型。

步骤二：基于电力系统综合负荷模型计算电力系统中的节点i在时刻t

该步骤中，电力系统中的节点i在时刻t

计算故障过程中的电压响应面U

(1)首先建立包含待定系数的各状态的参数表达式，即时域响应面，为方便描述，以x表示感应电动机d轴和q轴的暂态电动势E'

其中，

(2)为方便描述，再用A(x,y)＝0表示电力系统综合负荷模型(即步骤一中所列的方程组及故障方程，包括微分方程及代数方程)，代入x、y的表达式后，得到残差表达式：

(3)根据Gaussian quadrature规则在t,Z

(4)然后基于各个配点处的x、y的值求解线性方程

得到待定系数

式中矩阵为N×N阶，由关于t,Z

进而将得到的待定系数代入各状态的参数表达式，即

计算故障恢复过程中的电压响应面U

(1)与前述步骤类似，首先建立包含待定系数的各状态的参数表达式，即时域响应：

其中，x

(2)为方便描述，再用A′(x

(3)根据Gaussian quadrature规则在t,Z

(4)然后基于各个配点处的x

得到待定系数

式中矩阵为N×N阶，由关于t,Z

进而将得到的待定系数代入各状态的参数表达式，即

步骤三：获取电力系统中的节点i在时刻t

步骤四：基于电力系统中的节点i在时刻t

该步骤中个，通过求解优化模型

得到各类负荷的占比而确定各类负荷的构成比例，即确定k

对时间序列中的各个时间分别进行上述求解过程。

本发明将电压的时域响应利用负荷参数直接描述，通过电压的响应面与实际的时间序列进行分析对比来获取负荷参数。发明中的响应面一方面可以在离线条件下计算得出，另一方面该响应面能够反映负荷在不同参数下的动态响应特性。在不同的响应曲线下基于该响应面可快速确定负荷构成，避免了传统辨识方法中大量的动态模型计算。该发明不仅对于事后故障分析的计算效率提升有意义，也尝试可用于实际运行中的在线参数辨识。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。