电力系统负荷建模理论与实践鞠平摘　要　从电力负荷对系统暂态稳定、静态稳定、电压稳定、系统阻尼的影响等方面分析了电力负荷建模的要求，综述了现有的电力负荷模型结构、参数辨识方法，介绍了国内外电力负荷建模的实践，对电力负荷建模今后的研究提出了4点建设性意见。认为在现代电力系统中，必须立足本地区系统和负荷的实际情况，开展负荷模型实测工作。
关键词　电力系统　负荷　模型　参数辨识
分类号　TM71　TM74THEORYANDPRACTICEOFLOADMODELINGINPOWERSYSTEMSJuPing
HohaiUniversity,210098,Nanjing,ChinaAbstract　Therequirementsonpowerloadmodelingareanalyzedaccordingtotheeffectsofpowerloadontransientstability,staticstability,voltagestabilityandsystemdampinginpowersystem.Thestructureofthepresentloadmodelsandthemethodsforparameteridentificationaresummarized.Thepracticesofloadmodelingfromhomeandabroadareintroducedandfourconstructiveproposalsaboutthefuturestudyofloadmodelingareproposed.Inmodernpowersystem,themeasurementsofpowerloadcharacteristicsshouldbecarriedoutwidelybasedontherealsituationoflocalpowersystemandpowerload.
Keywords　powersystems　load　model　parameteridentification［编者按］随着电力系统稳定机理研究的不断深入，对电力系统负荷特性的研究逐步受到重视。在此衷心感谢河海大学鞠平教授做本期“专题研讨——电力系统负荷建模”专栏的特邀主编。本专题旨在进一步引起各方面对电力系统负荷模型结构、参数辨识方法及其相关领域研究的重视和兴趣，促进国内在该领域的理论和应用研究。0　引言
　　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。电力负荷则是电力系统中用电设备的总称，有时也包括将这些用电设备连接起来的配电网^［1］。这里的电力负荷建模，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着负荷母线的电压和频率的变动而变化的关系，确定描述这种关系的数学方程的形式以及其中的参数，这种用于描述负荷特性的数学方程即为电力负荷模型。为简便起见，经常省略电力负荷中的“电力”两字。
　　现在，计算机已成为电力系统设计、运行与控制中不可缺少的手段，人们对仿真计算的精度要求越来越高。电力负荷模型对电力系统稳定性的计算结果影响较大，对潮流计算、短路计算、安全分析等也有一定的影响。在临界情况下，还有可能改变定性结论，或者掩盖一些重要现象。不恰当的负荷模型会使得计算结果与实际情况不一致，或偏乐观，或偏保守，从而构成系统的潜在危险或造成不必要的浪费。
　　电力负荷建模的重要性也逐步引起生产部门的重视，国内越来越多的单位认识到必须开展这一工作。首先，在运行方式的选择上，各网、省局都有运行方式科(组)，通过稳定计算来确定安全功率极限，并以此保证系统的安全稳定运行。在计算中，人们发现负荷模型及其参数（如中国电力科学研究院综合稳定程序中电动机所占百分比数）的选取对计算结果影响较大，成为目前运行方式选择计算中的主要问题。其二，目前国内在调度员模拟培训器研制及使用方面正处于蓬勃发展时期，而其中暂态和中、长期动态仿真都与负荷模型有密切联系。负荷模型是否正确，将会直接影响到培训的效果。其三，进行电力系统规划时，采用不同的负荷模型，在临界情况下计算结果可能相差一条线路的投资，相差上千万元。
　　在过去的几十年间，发电机及输电网络的建模已取得了很大的发展，相比之下，电力负荷建模则发展较慢。电力负荷建模所具有的时变性、随机性、分布性、多样性、非连续性等特点^［2］，使之成为电力系统几个最困难的研究领域之一，其发展过程也是几起几落^［1］。虽然如此，经过几十年的不懈努力已经取得相当多的成果，文献超过200篇^［3］。我国电力工作者在电力负荷建模领域也开展了不少研究工作，取得了富有创造性的成果。
　　要在这篇短短的综述中对这么多年国内外的成果进行概括确实不是一件容易的事。这里努力做到的是：不求全面，但求典型，尤其是一些新进展。
　　在这个专集中，共收入11篇论文，覆盖了电力负荷建模领域中从理论到实践的几个重要方面。其中10篇是国内作者的论文，1篇由瑞典的Karlsson博士撰写，他们大都在这一领域辛勤耕耘了多年。这些论文能够大体反映我国在电力负荷建模方面的理论和应用水平，对今后的研究及实践工作具有推动作用。1　从负荷的影响看系统对负荷建模的要求^{［2，4～10］}
1.1　负荷模型与暂态稳定
　　电力系统发生故障时，会造成发电机功率不平衡，从而引起功角及其他变量的变化。负荷特性对暂态稳定动态计算以及功率极限的影响很大，可达25％左右。在故障初期，电压一般下降，而频率却变化很小，只需计及负荷的电压特性。但在后期，特别是靠近发电机的地方，有可能要考虑负荷的频率特性。暂态稳定更大程度上取决于有功平衡，从而负荷的有功特性显得更为重要。对于典型的发电—受电系统，负荷特性的影响是明确的，也可以判断传统负荷模型所带来的究竟是偏保守还是偏乐观。但是，对于现代大型电力系统，有时很难明确区分发电—受电地点，而且不同地点负荷特性的影响往往互相关联。由于事先很难判断某种负荷模型的结果在全局上是偏保守还是偏乐观，所以有必要对那些重要负荷点都确定其特性。
　　从时间框架来说，暂态稳定为秒级。感应电动机负荷的转子绕组动态时间常数也在此范围，因此可能有必要考虑感应电动机负荷的动态特性。暂态稳定快速、短暂的特点，对负荷数据采集和负荷特性参数的确定提出了高要求。
1.2　负荷模型与系统阻尼
　　电力系统发生区域间低频振荡时，不但电压会波动，而且频率也会明显变化。因而必须研究负荷的电压特性和频率特性及其影响，要注意的是，这时负荷特性的影响与暂态稳定时并不是一回事。
　　现代大型电力系统振荡的频率较低，一般在0.1Hz～2Hz之间，振荡时间往往较长，可达数十秒。一般来说，负荷动态模态不分布在这一频率区间，所以负荷的一些动态参数对系统阻尼影响不大，可以采用准稳态负荷模型。但动态负荷所占比重会影响到总体静态特征系数，对系统阻尼具有显著影响，是一个重要参数。
1.3　负荷模型与静态稳定
　　这里的静态稳定是指由于同步功率引起的小干扰下的功角稳定问题。定性和定量研究均表明，负荷特性对静态稳定的影响较小。因此，在静态稳定研究中可以采用简单的负荷模型。
1.4　负荷模型与电压稳定
　　一般来说，上面涉及的功角稳定主要取决于有功平衡，而电压稳定更多取决于无功平衡。所以，对于功角稳定有功负荷特性更重要些，而对于电压稳定则无功负荷特性更重要些。由于电压稳定问题一般是中长期的，而且电压有时特别低，所以必须考虑负荷特性的非连续问题、有载调压变压器(OLTC)以及电压控制装置。有关负荷特性与电压稳定的关系及要求，本专集中Karlsson博士和段献忠博士的两篇论文做了很好的论述，这里不再详细讨论。
1.5　负荷模型与其他问题
　　在潮流计算中，对于运行点在额定值附近的正常情况，负荷特性影响小，不必考虑；反之，负荷特性对功率的计算结果影响显著，对节点电压影响小。
　　在短路计算中，短路点附近负荷中的电动机有影响，可以作为电源考虑。其余一般可以不考虑。
　　CIGRE推荐^［11］的不同研究领域对负荷模型的要求汇总于表1。笔者对其中某些栏目看法不太一致，比如，空间拓扑方面除电压稳定外常常可以简化，电动机动态模型对于暂态稳定分析中靠近故障点时一般应该考虑。表1　电力系统对负荷建模的要求
Table1　Requirementsofpowersystemonloadmodeling

研究领域空间拓扑静态模型电动机
模型非线性
非连续²⁾变压器
分接头电压频率静态
稳定¹⁾详细，除非
远方负荷必须必须必须无关无关暂
态
稳
定附近³⁾详细必须一般不必须，
除非
特别
精确如果
严重
干扰
则必须通常
不必远方可简化
等值不必不必似乎
不必考虑集
结效应不必中期
稳定详细，除非
远方负荷必须必须一般一般不必长
期
稳
定头2s如电压
变化大
则需要
详细一般必须一般同空间
拓扑不必此后一般必须不必必须如考虑
电压作用
则需要电压控制详细必须不必电压不稳
定时需要不必必须注：1)steadystatestability,主要指低频振荡；2)non-lineardiscontinuous；3)指距离故障点的远近。　　总的来说，负荷特性对电力系统的影响大，必须重视。当缺乏精确负荷模型时，常常试图采用某种“乐观”负荷模型，这种做法对现代大型电力系统往往是危险的。因为负荷模型对现代大型电力系统的总体影响事先难以确定，而且在某种情况下“乐观”的负荷模型在另一种情况下却可能是“悲观”的，而且不同问题对负荷模型的要求也不一样。必须根据应用目的及其相应要求，选定电力系统中的重要[1][2][3][4]下一页

来源：中国电力资料网