基于扩展卡尔曼滤波的动态负荷建模与参数辨识

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论电力负荷是电力系统的重要组成部分，当前在电力系统的设计分析中，正确的建立负荷模型，一直是广大电力技术人员所关心的问题。研究电力系统受到扰动后的动态特性可以及时发现系统的薄弱环节，进而采取各种加强和控制措施，或者从中得到可以避免发生严重后果的运行经验，从而提高电力系统的安全性。由于安全运行的限制，在研究电力系统在扰动后的行为时，不能采用直接在实际系统中进行各种试验的方法，通常在模拟系统上来研究电力系统的动态特性。数字仿真技术的发展为研究系统在各种扰动下的稳定性、考察各种稳定措施的效

2、果以及稳定控制的性能提供了一个经济、方便的手段。目前，数字仿真己成为电力系统规划、设计、运行的主要工具，数字仿真结果的准确度直接影响运行和规划中决策的正确性，是电力系统设计、规划、运行的基础。随着数字仿真技术的发展，工程技术人员对仿真计算的精度要求越来越高，负荷模型的准确度对电力系统设计、规划决策的正确性具有决定作用。电力系统仿真计算与实际情况的吻合程度取决于所采用的模型的准确性。大系统互联后，网络庞大，结构复杂，可能潜在的对系统稳定性的威胁需要人们更多的关注。稳定仿真计算的结果与其所采用的系统中各元件模型密切相

3、关，复杂的互联系统的稳定计算需要更精确详细的模型。通过电力工作者的不懈努力，发电机组和输电网络的模型已经相对比较成熟，人们可以根据所研究问题的需要选择既满足精度要求又尽可能简单的模型，如：IEEE推荐的发电机典型模型有六种，励磁系统有四种，调速系统有两种，等等；与此相反，各种电力系统计算所采用的负荷模型却仍相当简单，往往只能从基本物理概念出发采用理想化的模型，如：恒功率模型，恒电流模型，恒阻抗模型，或者三者的结合。负荷模型的过分简单理想化已成为制约电力系统仿真计算精度的关键因素。电力系统仿真计算精度的提高，要求各

4、元件模型相对一致地提高精度，负荷模型的粗略简化降低了改善其它元件 模型的价值，因负荷模型不准确而得出的系统分析结果，可能给电力系统的规划、 运行带来不可估量的损失，所以建立符合实际的动态负荷模型具有十分重要现实 意义。由于负荷建模本身具有一些特点[3]①电力系统负荷是由各不相同的用电设 备集合而成，种类非常繁多；②负荷组成及负荷量是随着时间变化而随机变化； ③缺乏负荷组成的精确数据；④负荷的不确定性及非线性，而且随时间及频率的 变化而变化。即负荷本身的随机性、分散性和多样性使得负荷模型的建立十分困 难，目前，负荷

5、建模仍是电力系统几个最困难的研究领域之一，仍是电力界公认的难题。但负荷建模的困难并没有阻止人们对它的探索，自上世纪70年代末以1上海交通大学硕士学位论文来人们对负荷模型进行了大量的研究，取得了很多创造性的成果。本文所涉及的电力负荷概念是指电力系统接于高压母线上的配电网、补偿设备和众多用电设备的总称。负荷模型是指描述负荷端口的功率及电流随其端口电压和频率变化特性的数学方程和相应的参数，负荷建模不仅对各种具体用电设备元件建立模型，更重要的是研究负荷母线上的总体负荷吸收的功率随负荷母线电压和频率变动而变化的关系，并确定

6、描述这种关系的数学方程的形式及其中的参数。负荷特性包括两个方面：电压特性和频率特性。1.1电力系统负荷建模的对电力系统计算的影响大量实验研究结果都表明电力负荷特性对系统仿真计算结果有重要影响，主要表现在以下几个方面：电力系统的潮流计算、暂态稳定、小信号动态稳定和电压稳定具有不同程度的影响。1.1.1负荷模型对潮流计算的影响1988年，IEEE负荷建模工作组对北美电力系统的85个企业调查结果显示，在事故前后的静态潮流计算中，绝大多数企业采用恒功率负荷模型，仅少数企业采用功率依电压变化的负荷模型。仿真计算表明，电网运

7、行条件良好时，节点电压运行于额定值附近，此时采用恒功率负荷模型的潮流计算一般不存在收敛性问题。但是当电网运行条件恶化，例如故障后断开线路或切除发电机组等，系统电压偏离额定值较大时，采用恒功率负荷模型的潮流计算就存在收敛性问题，但是采用考虑实际负荷功率随电压变化特性的负荷模型（例如，幂函数等模型）时，潮流计算的收敛性就可以得到改善。以上可以得出结论，采用恰当的负荷模型能改善潮流的收敛性及计算精度[89]。1.1.2负荷模型对暂态稳定计算的影响负荷模型对暂态稳定计算的影响是通过负荷功率随电压、频率的变化影响作用于加速

8、或减速发电机转子上的过剩转矩来表现的，也即是说，负荷消耗的功率随电压的变化将影响发电机的输入输出功率的不平衡，从而影响功角的偏移和系统第一摆的稳定性。人们在对实际负荷特性缺乏了解的情况下，一直认为采用相对悲观保守的负荷模型可以确保电力系统的安全运行，但是实际上由于电力系统的复杂性，同一种负荷特性处于系统的不同地点和在不同的故障条件下对系统稳定的影响不同，很难找到一个负荷模