负荷模型对电力系统动态分析影响机理研究

负荷建模是世界上公认的难题，是制约电网分析准确性的一大瓶颈；现有的大量研究工作致力于如何建立负荷的外特性模型；然而不同于发电机，输电线路等元件模型，长期的负荷建模实践表明负荷模型不可能完全精确描述负荷特性，这一方面是由于负荷自身的时变性，组成的多样性及不确定性所造成；另一方面也是由于负荷模型毕竟是用一个结构简化的等值模型近似极为复杂的大量负荷聚集后所表现出的外特性所造成；因此需要在认识到负荷模型自身存在误差的基础上，研究负荷模型对电力系统动态分析的影响；包括负荷模型不确定性的描述方法，负荷模型不确定性对电力系统小扰动分析的影响以及概率意义下，负荷模型对电力系统暂态稳定的影响；本项目的研究成果可为实测负荷建模及统计综合法负荷建模提供理论指导；也为电网调度部门选用足够准确的负荷模型指导电网运行提供依据；研究成果对于分析目前风电并网等电网运行中的不确定性问题也具有借鉴意义。

负荷模型对电力系统动态有重要影响，国内外电网的多次大扰动分析均表明，负荷模型对电力系统动态过程的影响不能简单用保守或冒进来表示；随着电网规模不断扩大，复杂度急剧增加，负荷模型对电力系统动态影响变得愈发重要。..本项目分析研究负荷模型对电力系统动态影响的机理。研究内容主要从两方面展开，一方面是对负荷模型本体的研究；另一方面则是对电力系统动态机理的深入分析以及不同负荷模型对电力系统动态机理的影响分析。本项目对负荷模型本体的研究主要研究负荷模型参数的不确定性；项目基于课题组长期开展实测负荷建模工作所积累的大量变电站数据，将负荷模型参数的不确定性分为负荷自身的时变性所带来的负荷模型参数的不确定性与负荷建模方法所带来的参数的分散性两类问题开展研究。对于负荷时变所带来的参数的不确定性，项目研究验证了课题组所提出的利用马达负载率与动态负荷百分比的商为聚类依据的负荷参数聚类标准，基于此提出了负荷模型参数聚类与多实测曲线辨识相结合的方法，以解决因负荷特性时变所带来的负荷模型参数的不确定性。针对负荷模型辨识方法所带来的负荷模型参数的分散性，项目提出了负荷模型参数及其辨识算法的改进方法，通过灵敏度分析降低参数辨识的分散性。..在电力系统动态机理的深入分析与负荷模型对电力系统动态机理的影响方面，项目对电力系统广泛应用的同步转矩与阻尼转矩理论进行了深入研究，对该方法的理论基础提出了质疑，进而从数学上证明了同步转矩理论与阻尼转矩理论的适用条件；基于此，项目从工程实用角度讨论了阻尼补偿的物理本质，分析得到了电力系统稳定器设计的关键参数；该研究成果深入揭示了电力系统低频振荡的机理，引起了国内外同行的关注。项目提出了多机复杂电力系统中量化计算同步转矩与阻尼转矩的方法，可应用于计算不同负荷模型对同步转矩与阻尼转矩的影响。项目提出了一种新的分析元件对电力系统低频振荡影响的建模方法，通过将电力系统与元件表示成反馈控制模型，从而可以从频域角度分析负荷模型对电力系统动态影响的机理。项目对电力系统低频振荡模式的可观测性及负荷模型对其的影响进行了研究；项目分析了负荷模型对电网暂态稳定的影响，并应用于大规模实际电网中联络线功率振荡的分析。