基于感应电动机的负荷模型参数辨识研究毕业论文(编辑修改稿)

基于感应电动机的负荷模型参数辨识研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

、三阶感应电动机模型和一阶感应电动机模型。 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。 感应 电动机模型在电力负荷中占有较大比重，对电力系统运行分析与控制具有很大的影响，很多电力负荷建模软件包均包含感应电动机模型。 常用的感应电动机模型为 一 阶机械暂态模型和 三 阶机电暂态模 型，一般仅在电 力系统电磁暂态分析中考虑感应电动机的 五 阶电磁暂态模型。 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。 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 [11]。 由于电力负荷具有复杂性、分散性和随 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， 因此应充分发挥这 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 的系统动态 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 [14]。 1． 4 电力负荷建模的研究现状 1． 4． 1 负荷模型的基本概念： 电力系统负荷 模型是指描述负荷端口得功率或电流随其端口电压和频率特性 的数学方程和相应的参数。 负荷特性包括两方面：电压特性和频率特性。 负荷模型分为静态模型和动态模型两大类。 静态模型适用于相对缓慢的过程，精确而言指对于给定的负荷水平，在符合端口保持不同电压和频率的各种稳态情况下，负荷功率 或电流与电压、频率的关系。 动态模型则要反映电压频率变化弓 l起的负荷功率 (或电流 )变化的全过程。 本文负荷模型的研究主要基于电压稳定得分析。 负荷吸收的有功功率 (P)及其无功功率(Q)是随着负荷母线的电压 (U)和频率 ( f )的变化而变化的，这即使负荷的电压、频率特性，用于描述负荷特性的数学方程称为负荷模型。 1． 4． 2负荷建模 的方法： 一般认为负荷建模方法有两类：统计综合法 [6]和总体测辨法 [6]。 统计综合法的基本思想是将负荷看成个别用户的集合，先将这些用户的电器分类，并确定各种电器的平均特性，然后统计出各类负荷中电器的种类和比例，以及母线负荷中各类负荷的比例，最后通过综合算法得出母线负荷模型。 统计综合法负荷建模一般来说需要用到三种数据：一是单个用电设备的平均特性；二是各类负荷中用电设备的组成和比例；三是总负荷中负荷的分类和组成比例。 前两种数据相对比较稳定，属于共性数据，可以通过典型统计获得。 而最后一种数据是负荷群特殊性的具体 体现。 该方法的优点在于它建模时不需要进行现场实测，但三种统计数据的获得费时、费力，且难以准确。 另外，统计数据不可能经常进行，所以该方法也不适合研究负荷的时变性。 由于统计综合法存在上述困难，近年来，较少见到有关的文献和实际应用。 目前，利用统计综合法现有的算法得出的模型，还存在对无功电压特性、频率特性和动态特性难以较好描述的问题，因此基于统计数据的综合或集结算法也有待改进。 总体测辨法与统计综合法不同，总体测辩法则是通过现场实验和在线捕捉电力系统的自然扰动获得负荷所在母线的电压、频率、电流、有功和无功数据，然后 根据系统辨识理论确定综合负荷模型结构和参数。 该方法无需了解负荷内部的复杂构成，是解决成千上万用电设备构成的负荷群建模的一种可行方法。 随着计算机、通讯技术和系统辨识理论的发展，该建模方法变得更加简单、易行。 总体测辨法负荷建模中，除数据采集、滤波、剔除野值、必要的电气量计算这些软件外，其核心为负荷模型辨识软件，它是负荷建模理论与方法的具体体现。 按系统辨识理论的思想，总体测辨法负荷建模就是：根据负荷的实测数据来确定模型结构和模型参数，使得模型响应能最好地拟合负荷实测响应数据，并且要求通过模型验证，确保所建模型在仿 真计算要求范围内具备良好的外推、内插能力，使模型既能突 出本质又简化地描述负荷的行为 [11]。 1． 4． 3负荷模型的分类： 按照是否反映负荷的动态特性，负荷模型一般分为静态 负荷 模型和动态 负荷模型两 类。 前者描述同一时刻有功功率及无功功率与母线电压幅值和频率之间的关系。 通常用代数方程来描述，且是无记忆的，某时刻响应只与同一时刻的激励有关，而与历史激励和响应无关，也就是即时的。 后者描述当前有功功率及无功功率与当前和历史电压幅值和频率之间的关系。 通常用微分方程或差分方程描述，且是有记忆的，某时刻响应除了与 同一时刻的激励有关，而与历史激励和响应也有关系。 每类都有多种模型结构 [6]。 1． 4． 3． 1静态负荷模型： 静态负荷模型反映了负荷有功、无功功率随频率和电压缓慢变化而变化的规 律。 其模型结构主要为幂函数模型和多项式模型。 通常用一个幂函数模型在电压变化范围比较大的情况下仍能较好地描述很多负荷的静态特性。 但对于象空调等负荷，其特性比较特殊，低电压下随电压降低吸收功率反而增加 [16]，这样的负荷特性用一个幂函数模型难以作整体描述，而采用多个幂函数模型相加的形式，则可能会得到满意的结果。 多项式负荷模型由恒阻抗、恒电流和恒功率模型组合而成，它可以看作是三个幂函数模型相加的特例，三个幂函数的幂指数分别为 0、 1和 2，并且三个幂函数的系数之和为 1。 因此，静态负荷模型采用幂函数形式具有很大灵活性。 静态负荷模型主要适用于潮流计算和以潮流计算为基础的稳态分析。 在电力系统动态仿真中，静态负荷模型一般适用于计算结果对负荷模型不太敏感的负荷点。 1． 4． 3． 2动态负荷模型： 动态负荷模型又可进一步分 为机理模型和非机理模型。 机理动态模型通常是指感应电动机模型，由于感应电动机在电力系统负荷中占有较大的比重，对系统的运行与控制有很大影响，更是最主要的动态负荷，同时也是本文研究的重点。 因此在实际应用中常采用感应电动机并联静态负荷的形式来描述综合负荷。 感应电动机模型根据所考虑的暂态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。 由于感应电动机定子绕组的暂态过程要比转子绕组的电磁暂态过程要快得多，其更比电力系统暂态过程快得多，因此是否考虑定子的暂态过程影响不大，三阶模型就能很好的反映感应 电动机的性能。 一般五阶模型仅在电力系统电磁暂态分析中考虑，常用的为考虑感应电动机机电暂态过程的三阶模型和只考虑机械暂态过程的一阶模型。 非机理模型 也称为输入输出式模型，它是 在系统辨识理论发展过程中，从大量具体动态系统中概括抽象出来的，对一大类动态系统具有很强描述能力的模型。 非机理模型并不苛求模型的机理解释，主要强调模型对系统行为的描述能力。 常见的非机理动态负荷模型的形式有 :常微分方程模型、传递函数模型、状态空间模型和时域离散模型。 另外，还有描述负荷非线性特性的人工神经网络模型。 动态模型的应用场合非常广，从负荷建模方面来说，它主要应用于电力系统的暂态分析和电压稳定分析。 1． 4． 4负荷建模辨识算法： 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 、 Marquart 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两部分，常用的准则有最小二乘、最大似然、最小方差等。 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， 可以采用各种优化方法进行求解，例如：最速下 降法、共轭梯度法、变尺度法和直接法等 [14]。 1． 5 本文研究内容 电力系统负荷模型在电力系统 规划 设计 、 运行和控制中具有重要的作用， 本文首先从模型的辨识原理、模型结构的选择和模型参数的辨识三方面出发，介绍了电力系统负荷建模的发展和现状，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，由于感应电动机在电力系统负荷中占有较大的比重，对系统的运行与控制有很大影响，更是最主要的动态负荷，本文着重于对感应电动机负荷模型的参数辨识进行研究。 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， 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。 同时 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。 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。 了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识，以比较和分析这三种模型对实际综合负荷的描述效果。 重点研究三阶感应电动机负荷模型。 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。 并用 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。 感应电动机负荷模型基本理论 感应电动机在负荷中占有比较大的比重，是负荷重最重要的动态成分。 因此，一般认为动态稳定计算中采用的综合负荷动态特性应该主要考虑感应电动机的暂态过程。 一般来说 , 感应电动机定子绕组的暂态过程比转子绕组要快得多 ,更比电力系统暂态过程快得多。 因此 ,就感应电动机对电力系统的影响而言 ,是否计及定子的暂态过程影响不大 ,采用三阶模型就能很好地反映感应电动机的动态性能。 为了进一步减少计算量 , 在电力系统机电暂态过程分析计算中还经常采用一阶的机械暂态模型。 一阶机械暂态模型 考虑感应。