1、xx 学院毕业设计(论文)开题报告题目：基于感应电动机的负荷模型参数辨识研究课 题 类 别： 设 计 学 生 姓 名：学 号：班 级：专业（全称）：指 导 教 师：2010 年 4 月一、本课题设计（研究）的目的：(1) 了解电力系统负荷建模重要性的基础上， 掌握电力负荷模型的基本概念及分类，重点掌握静态负荷模型、动态负荷模型并建立综合负荷的概念。(2) 了解电力系统负荷建模的方法及研究现状的基础上，重点研究动态负荷模型中的感应电动机模型。(3) 掌握感应电动机模型的结构特点及待辨识参数的物理意义。(4) 理解感应电动机负荷模型参数辨识实现过程，通过感应电动机的三种综合负荷模型对样本进行参数辨
2、识，以比较和分析这三种模型对实际综合负荷的描述效果。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：随着我国主要电网互联进程的推进，电网的复杂程度愈来愈高，其动态稳定性及电压稳定性问题愈来愈突出，负荷模型对系统计算结果的影响已变得不容忽视。在东北华北交流联网系统稳定性分析和东北华北联网工程调试等工程项目的研究中，采用的负荷模型和参数严重地影响了系统稳定性计算结果的可信度，给决策方案的取舍带来了一定困难。为了解决这一问题，必须探索适用于我国现阶段大规模互联电网的负荷模型和建模方法。由于电力系统数字仿真已被广泛应用于电力系统的规划、设计、运行和研究等领域，数字仿真结果常常被作为相关决策的依据，因此仿真
3、的准确度愈来愈受到重视。随着研究的深入，最后将负荷模型从恒电流模型改成电动机加上某种静态负荷的模型后，仿真结果才与现场记录相一致，这充分说明目前用于电力系统动态仿真模型或参数改进而建立和使用基于实测数据的负荷模型具有十分重要的现实意义。目前，负荷建模方法可归纳为两类，即统计综合法和总体测辨法。在过去的 20 年中，对于采用上述两种方法进行负荷建模的研究已取得了许多成果。由于电网运行水平越来越接近于极限以及大量电力电子设备的涌现，导致了 20 世纪 7080 年代建立的负荷模型已不适用于电力系统动态仿真。因此，电力系统负荷建模被列为重大研究课题之一，旨在建立更为精确的负荷模型以满足电力系统动态在
4、线安全稳定评估的需要。综观国内外近 30 多年来的研究成果，负荷建模工作主要集中在如下几个方面：一是负荷模型结构的研究主要提出的模型分为静态和动态负荷模型两类，静态负荷模型结构主要为幂函数和多项式负荷模型，具体有恒功率、恒阻抗、恒电流负荷模型及其综合的 ZIP 模型以及发展的任意多项式模型、幂函数模型；动态模型分为机理和非机理模型，机理模型又名感应电动机模型，由于感应电动机在电力系统负荷中占有比例较大，对系统运行与控制有很大影响，更是主要的动态负荷，也是本文研究的重点。同时由于感应电动机模型应用广泛，人们根据其不同的应用领域和分析计算目的提出了多种感应电动机模型，感应电动机模型根据所考虑的暂态
5、过程不同可分为五阶感应电动机模型、三阶感应电动机模型和一阶感应电动机模型。近来,又有人提出了一阶的电压暂态模型。较详细的模型是五阶电磁暂态模型，它考虑了定子绕组、转子绕组的电磁暂态特性以及转子的机械暂态特性。当忽略定子绕组的电磁暂态特性时可得到三阶机电暂态模型。如果进一步忽略转子绕组的电磁暂态即可获得一阶机械暂态模型。二是模型参数的辨识算法的研究，负荷模型确定后的参数辨识相对来说比较容易，其实质是求解单纯的数值优化问题。对于静态负荷模型可采用求解非线性最小二乘问题的牛顿法，也可采用各种求解非线性优化问题的方法。对于动态负荷模型，其参数辨识包括算法和准则，常用的准则有最小二乘、最大似然、最小方差
6、等。准则确定后，参数辨识问题就变为求某准则函数达极值的优化计算问题。尤其是遗传算法 13(GA)作为一种有效的全局直接搜索方法，具有求解过程与梯度信息无关的优点和将复杂的非线性问题经过有效搜索和动态演化而达到优化状态的特性，使得其在应用于复杂问题的优化上具有很大的优势。因此，遗传算法的提出为负荷建模的参数辨识开辟了新途径。三是负荷模型对仿真计算（尤其是暂态稳定计算）结果以及运行状态的影响研究。四是不同激励下负荷模型的适应能力、负荷模型的在线辨识与等值、负荷模型参数的分散性、灵敏性和可辨识性及其等负荷模型实践中发展的理论与方法问题；五是负荷建模工程应用平台的研制。由于电力负荷具有复杂性、分散性和
7、随机性等特点，建立完全精确的负荷模型绝非易事，只有通过事故分析或实验结果进行校核、分析和修正才能逐步建立切合实际的、合理的负荷模型。且由于统计综合法和总体测辨法各有特点，应充分发挥这两种方法的优势，尤其要加快统计综合法的研究步伐，在两种方法之间取长补短，尽快建立适用于我国电力系统分析计算的负荷模型。根据各电网的实际情况和实测系统动态数据研究适用于各电网的典型负荷模型，并通过专门的现场扰动试验进行修正、确认是非常必要的。积极总结东北电网两次大扰动试验的仿真分析结果，开展考虑配电网络的 SLM 在各区域电网的适用性研究，建立适用于全国联网稳定计算的负荷模型。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途
8、径（研究手段）：本课题要求在深入了解电力系统负荷建模的方法及研究现状的基础上，重点研究三阶感应电动机负荷模型。难点在于分别采用三阶机电暂态感应电动机并联恒阻抗模型、一阶机械暂态感应电动机并联恒阻抗模型、一阶电压暂态感应电动机并联恒阻抗模型三种综合负荷模型对样本进行参数辨识，以比较和分析这三种模型对实际综合负荷的描述效果。研究手段通过负荷特性数据对所建立的模型进行仿真分析，并利用 Matlab 软件编程进行仿真。四、设计（研究）进度计划：第 4-5 周 收集国内外关于静态负荷动态负荷模型的相关资料；第 6-7 周 建立感应电动机负荷模型的基本概念和参数的辨识方法；第 8-9 周 分析综合负荷模型
9、在描述电力负荷时所具有的的优点；第 10-11 周 掌握综合负荷模型的结构特点及待辨识参数的物理意义；第 12-13 周 确定在利用感应电动机负荷模型进行参数辨识时所要用到的辨识方法；第 14-15 周 建立模型并对模型进行仿真分析；第 16 周 总结课题及设计成果。五、参考文献：1 鞠平，电力系统负荷建模理论与实践J，电力系统自动化，1999，23(19)：1-7。2 沈峰，电力负荷建模及其应用的研究D，郑州,郑州大学，20053 贺仁睦，电力系统精确仿真与负荷模型实用化J，电力系统自动化，2004,28(16)：4-74 周文,贺仁睦,章健，电力负荷建模问题研究综述J，现代电力,1999,
10、16(2)：83-895 卫志农，鞠平.电力负荷在线建模方法J.中国电机工程学报,1995,15(6)：361-3686 鞠平，马大强，电力系统负荷建模M，北京：水利电力出版社，1995，54-56。7 陈宝林，最优化理论与算法M，北京：清华大学出版社，19938 金艳，综合动态负荷特性的分类与综合研究D，南京，河海大学，20029 郭建，基于负荷导纳模型的电力系统静态电压稳定性研究D，太原，太原理工大学.200510郑慧娆，陈绍林，莫忠良，数值计算方法M,武汉：武汉大学出版社,200211 祝晶，基于统计综合法的负荷建模理论和方法研究D，湖南：湖南大学，2006 12 James B. Pa
11、tton Jovan IliC. Aggregate Load Parameter Identification Using General Regression Neural Networks. IEEE Trans on Power Systems.1999,13(2)：663-66813张红斌，电力系统负荷模型结构与参数辨识的研究D，华北电力，2003。14张红斌，汤涌，张东霞，侯俊贤，负荷建模技术的研究现状与未来发展方向J，北京：中国电力科学研究院，2007 15 鞠平，潘学萍，韩敬东，三种感应电动机综合负荷模型的比较J，南京：河海大学，199916 General Electric
12、Company.Load modeling for power flow and transient stability computer studies. EPRI Report EL-5003,January 1987.(The four lames;LOADSYN computer program).指导教师意见签名： 月 日教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长） （签章）：月 日 目 录摘 要 2第一章 绪 论 211 研究背景 212 电力系统负荷建模的重要意义 3121 负荷模型对潮流计算的影响 3122 负荷模型对暂态稳定的影响 3123 负荷模型对小扰动稳定的影响 31
13、24 负荷模型对电压稳定的影响 413 电力系统负荷建模的发展 414 电力负荷建模的研究现状 6141 负荷模型的基本概念 6142 负荷建模的方法 7143 负荷模型的分类 81431 静态负荷模型 81432 动态负荷模型 8144 负荷建模辨识算法 915 本文研究内容 9摘要：电力负荷作为电力系统的一个重要组成部分，在电力系统的规划设计、运行和控制中有着重要的影响，受到国内外电力学者的高度重视。本文概述了电力系统负荷建模6的发展和现状，介绍了负荷建模的重要性、基本概念、方法、常见模型及其参数可辨识性问题和辨识方法。在分析比较现有负荷模型结构的基础上，由于感应电动机在电力系统负荷中占有
14、较大的比重，对系统的运行与控制有很大影响，因此本文对动态负荷模型中的感应电动机模型6进行参数辨识研究。关键词：电力系统、负荷模型、感应电动机模型、辨识算法第一章 绪论11 研究背景：电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统，而电力负荷则是该系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率的总称，有时也包括将这些用电设备连接起来的配电网。目前，我国正处于经济快速发展的时期，电力系统也步入了大电网、超高压、大机组、远距离的时代，但由于目前的经济发展速度远远超出了国家几年前的预期，导致近些年来出现全国范围内电力建设落后于国民经济发展水平的局面，电力系统运行在接近电网极限输送能力
15、状态的几率大大增加，从而较大程度上存在着发生电压崩溃事故的威胁。此外，随着国民经济的高速增长，电力建设落后于经济发展速度的状况不会在短时期内解决，远距离重负荷输电的局面将会日益突出。这就迫使电力系统运行于接近网络极艰输送能力的状态。随着我国电网规模不断扩大，复杂程度越来越高，电网的动态稳定性及电压稳定性问题更加突出，负荷模型对电力系统数字仿真结果的影响不容忽视，近年来随着研究的深入，负荷建模问题进一步引起了研究者的重视。在影响电力系统的稳定性诸多因素中，负荷特性是最活跃、最关键、最直接的因素，它从很大程度上决定了电压失稳和电压崩溃的进程。负荷模型对潮流计算、暂态稳定、电压稳定性的计算结果影响较
16、大，若不恰当的负荷模型会使得计算结果与实际情况不一致，从而造成系统的潜在危险或造成不必要的浪费。因此，为了使系统分析结果更加可信，使分析真正起到定量作用，负荷模型为电力系统规划、运行和控制提供准确依据。有必要建立切合实际的负荷模型。12 电力系统负荷建模的重要意义大量的仿真计算表明：负荷特性对电力系统仿真计算结果具有重要影响，表现在负荷模型的变化对系统暂态稳定、电压稳定以及潮流计算的结果具有不同程度的影响；在临界情况下，将发生质的变化6。121 负荷模型对潮流计算的影响：当电网运行条件好的时候，节点电压幅值在额定值附近，采用恒功率模型的潮流计算并不存在收敛问题。但对于运行恶化的系统，如故障后断
17、开线路或切除发电机，系统中相应节点电压偏离额定值较远，采用恒功率的负荷模型时计算潮流就存在潮流收敛问题，此时若采用考虑实际负荷功率随典雅变化的负荷模型时，潮流计算的收敛性就会得到一定的改善。实际的潮流收敛在降低的负荷有功、无功上，采用恰当的负荷模型能改善潮流的收敛性及计算精度6。122 负荷模型对暂态稳定的影响：负荷模型对暂态稳定的影响是通过负荷功率随电压、频率的变化影响作用在各发电机上的电磁功率，进而影响对各发电机起加速或者减速的剩余转矩。也就是说，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，进而影响功角的偏移和系统第一摆的稳定性。与其他的系统元件不同，由于电力系统的复杂性
18、，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，一个负荷模型我们不能一概而论采用它会得到保守的或乐观的结果，必须根据相应的场景来确定，选择合理的模型是得到正确结果的重要因素。仿真实例表明，对于电压、频率变化幅度很大的暂态过程，采用一般的适用于电压变化幅度不大的静态负荷模型是不合适的。当结果对负荷模型的灵敏度较高时，应当采用动态负荷模型。需强调的是负荷模型对暂态稳定的影响不仅与模型的结构与参数有关，还与具体的网络结构，负荷在系统中的位置，故障点的位置等有关，负荷中电动机的机械转动惯量也有较大的影响。在评价负荷模型对暂态稳定的影响时应着重注意模型对诸如最大传输功率、极限
19、切除时间等稳定极限的影响，而不应仅仅注意对个别发动机功角摇摆幅度的影响6。123 负荷模型对小扰动稳定的影响：区间震荡可能涉及分布于系统中的许多发电机组，通常会造成系统电压、区域频率的显著变化。在此情况下，负荷的电压特性和频率特性对震荡的镇定具有重要的影响。在小信号动态稳定分析中，采用恒阻抗的负荷模型所得到的结果比精确结果要偏于乐观6。124 负荷模型对电压稳定的影响：电压稳定的计算与电力系统其他的定量计算相比较，对负荷的依赖程度更强。在电压稳定问题分析的文献中，凡提及对电压稳定影响因素及仿真元件模型时，必首推负荷特性和负荷模型，这是因为负荷特性是电压失稳过程中最活跃、最关键的因素。从许多学者
20、对电压稳定问题的研究可以看出，尽管在负荷模型的具体选择形式上还没有达成统一，但是负荷模型的选择对电压稳定计算结果具有重要影响。初步研究表明，对于恒定阻抗负荷的系统不会出现电压稳定问题，电压稳定问题常出现于长线路、重负荷且负荷具有在低电压下功率自恢复特性系统6。13 电力系统负荷建模的发展人们早在 20 世纪 30、40 年代就已经认识到负荷模型对电力系统分析的重要性，并开始研究负荷随电压和频率变化的静态和动态负荷特性，这一阶段可以说是负荷建模的萌芽期。到了 6070 年代，由于数字电子计算机及控制理论的发展，电力系统这门工程学科焕发了新的活力。人们大量采用计算机进行复杂电力系统的仿真，负荷建模
21、工作有了相当的进展，除提出了最常用的恒阻抗、恒电流和恒功率负荷模型以外，还在计算中采用了感应电动机、多项式和幂函数等负荷模型。这些负荷模型参数的确定当时主要靠定性估计，并辅以静态函数拟合，系统辨识理论尚处在发展阶段，还没有广泛引入到电力负荷建模中来。60 年代末 70 年代初，由于对电力系统仿真计算精度要求的提高，发电机、原动机和调速系统等元件的模型愈来愈精确，而负荷模型由于其特殊的困难性基本上停留在原来的水平。为了开创负荷建模的新局面，美国电力科学研究院（EPRI）主持了一项庞大的研究计划，其主要目的是致力于统计综合法（Component-Based ModelingApproach）负荷建
22、模的研究。研究工作在加拿大和美国同时展开，美国的 Texas 大学负责建模方法的研究，GE 公司负责通过现场试验对建模方法进行评价。该方法是在实验室里确定每种典型负荷（例如荧光灯、电冰箱、工业电动机、空调等）的平均特性方程；然后在一个负荷点上统计一些特殊时刻负荷（如夏季峰值负荷、冬季峰值负荷）的组成，即每种典型负荷所占的百分比，以及配电线路和变压器的数据，最后综合这些数据得出该负荷点的负荷模型。EPRI 经过多年的努力发表了许多研究报告，并且研制了到目前为止统计综合法负荷建模中最具影响的软件包13EPRI LOADSYN。该软件使用时需提供三种数据：负荷组成，即各类负荷（民用、商业、工业等）在总负荷中所占的百分比；各类负荷中各用电设备（荧光灯、电动机、空调等）所占比例；各用
