智能电网广域负荷建模方法

摘要

本发明公开了一种智能电网广域负荷建模方法，将安装到户的智能电表按电压等级建立分层、分级的广域负荷建模体系构架，通过自动抄表系统将智能电表测量的功率信息和辨识出的负荷相关信息分层收集并集中起来，利用负荷建模算法对收集得到的负荷进行处理，建立起准确的负荷模型：利用各电压等级以及安装到户的智能电表建立广域负荷建模体系，通过自动抄表系统将电表的功率或负荷辨识结果等相关信息收集起来，综合利用已有的负荷建模算法对这些信息进行处理，实现电力系统负荷的广域建模，基于智能电表可实现负荷建模的长效机制以及覆盖最广大的范围。

主权项

智能电网广域负荷建模方法，其特征是步骤如下：将安装到户的智能电表按电压等级建立分层、分级的广域负荷建模体系构架，通过自动抄表系统将智能电表测量的功率信息和辨识出的负荷相关信息分层收集并集中起来，利用负荷建模算法对收集得到的负荷进行处理，建立起准确的负荷模型：1)广域负荷建模的系统构架：电力系统分为工业负荷、城市民用负荷、商业负荷、农业负荷及其它负荷，利用智能电表进行建模的工作需要按照负荷分区、分类的原则，有针对性的按电压等级逐步开展；2)广域负荷建模的方法：将统计综合法和总体测辨法二者相结合，形成基于智能电表输出数据的广域建模方法：首先，采用在线统计综合法，充分利用智能电表提供的功率数据，按电压等级以及电表的归属关系逐级向上统计，获得负荷模型和参数；同时，利用智能电表的电压、电流采样数据采用在线测辨法获得各电压等级负荷的模型和参数，最后，二种方法获得的辨识结果相互验证；具体建模策略如下：2‑1)在线测辨，智能电表作为在线测辨装置，对输入的电压、电流进行数据采集，然后确定负荷模型结构，最后根据实时采集的数据辨识出模型参数；对于负荷成分比较复杂的情况，采用总体测辨方法，无需知道用户的负荷组成及参数，获得较好的参数估计值，由于长期在线测量，根据各个时刻测量数据得到相应的负荷特性参数，从而较好的解决了负荷特性的时变特性，无需专门安装大量的在线测辨装置；2‑2)横向对比，对于同一电压等级的同类负荷得到的辨识结果要进行横向对比，对于明显超出误差范围的坏数据辨识应剔除，验证本层级模型结构、参数的合理性，若不合理，还将修正模型结构，再进行辨识；处于末端的智能电表要重点关注负荷的成分、比重以及时变特性而输出数据；2‑3)统计综合，充分利用智能电表进行功率统计，逐级向上实现负荷建模的在线统计综合；由于智能电表定时刷新的用电情况更准确、更广泛，因此能更好地实现负荷模型参数的动态、长效管理：负荷辨识算法的移植：采用“先动后静”的辨识方法，同时获得动态和静态参数；首先，采用动态模型去描述负荷；其次在电压及频率与初值偏离很小时，将静态模型线性化，动态模型的公式如下：即：$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta P}\\ \mathrm{\Delta Q}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{dP}/\mathrm{dU}& \mathrm{dP}/\mathrm{df}\\ \mathrm{dQ}/\mathrm{dU}& \mathrm{dQ}/\mathrm{df}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta U}\\ \mathrm{\Delta f}\end{array}\right]---\left(2\right)$其中ΔU,Δf为电压和频率是输入变量，ΔP,ΔQ为有功和无功是输出变量；其次，在稳态条件下即电压与频率在小范围变化时动态模型退化为静态模型，其状态方程为：$\frac{\mathrm{dX}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{AX}+\mathrm{BV}$Y＝CX+DV                                (3)其中:X:状态矢量Y:输出状态矢量V:控制矢量A:状态系数矩阵B:控制系数矩阵C:输出状态系数矩阵D:输出控制系数矩阵根据负荷的物理本质可知，动态模型中各变量导数为零即得静态模型，令：可得：Y＝[‑CA^‑1B+D]V                             (4)其中：Y＝[ΔP,ΔQ]^T,V＝[ΔU,Δf]^T比较式(2)与(4)可得：$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{dP}/\mathrm{dU}& \mathrm{dP}/\mathrm{df}\\ \mathrm{dQ}/\mathrm{dU}& \mathrm{dQ}/\mathrm{df}\end{array}\right]={-\mathrm{CA}}^{-1}B+D---\left(5\right)$而静态特征系数为：$p_u=(\mathrm{dP}/\mathrm{dU})\frac{U_0}{P_0},p_f=(\mathrm{dP}/\mathrm{df})\frac{f_0}{P_0}$$q_u=(\mathrm{dQ}/\mathrm{dU})\frac{U_0}{Q_0},q_f=(\mathrm{dQ}/\mathrm{df})\frac{f_0}{Q_0}---\left(6\right)$其中p_u,p_f,q_u,q_f为负荷静态特征系数，而dP/dU,dP/df,dQ/dU,dQ/df由动态模型求得，这样就从动态模型中得到了负荷的静态特征系数。