一种负荷元件频率特性的测试方法

摘要

本发明提供一种负荷元件频率特性的测试方法，包括以下步骤：搭建实际等值系统；采用实际等值系统测试负荷元件的频率特性；分析测试结果。本发明提供的负荷元件频率特性的测试方法克服了实际电力系统频率波动小不易实测的困难，可以在保持负荷元件母线电压不变的情况下进行频率调整，同时，可以在较大范围内调节频率的变化，进而得到负荷元件的频率特性。本发明提供的测试方法易于实现，应用广泛。

权利要求

1.一种负荷元件频率特性的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括以下步骤：步骤1：搭建实际等值系统；

步骤2：采用实际等值系统测试负荷元件的频率特性；

步骤3：分析测试结果；

所述步骤1中，实际等值系统包括无穷大等值交流系统、等值发电机、降压变压器、配电变压器、线路、220kV母线、110kV母线、10.5kV母线、断路器和负荷元件；

所述无穷大等值交流系统和等值发电机通过线路与220kV母线连接，降压变压器的高压侧连接220kV母线，其低压侧连接110kV母线；110kV母线通过断路器连接配电变压器的高压侧，配电变压器的低压侧10.5kV母线连接负荷元件；

所述负荷元件包括计算机、电烤箱、微波炉、冰箱、洗衣机、空调和工业马达；

设定实际等值系统的频率变化步长为0.5Hz，所述步骤2包括以下步骤：步骤2-1：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将实际等值系统的频率f调节至47Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

步骤2-2：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将实际等值系统的频率f调节至47.5Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

步骤2-3：以此类推，按照0.5Hz的频率变化步长，保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率依次调节实际等值系统的频率f，直到将实际等值系统的频率f调节至53Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

步骤2-4：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将将实际等值系统的频率f调节至52.5Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

步骤2-5：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将将实际等值系统的频率f调节至52Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

步骤2-6：以此类推，按照0.5Hz的频率变化步长，保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率依次调节实际等值系统的频率f，直到将实际等值系统的频率f调节至47Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

所述步骤3中，测试结果包括不同实际等值系统的频率f下负荷元件的有功功率和无功功率，对测试结果进行分析包括：步骤3-1：有功功率模拟比和无功功率模拟比分别用KP和KQ表示，且KP＝KQ，有：其中，SPy表示实际电力系统中负荷元件的有功功率有名值，SPm表示实际等值系统中负荷元件的有功功率有名值，SQy表示实际电力系统中负荷元件的无功功率有名值，SQm表示实际等值系统中负荷元件的无功功率有名值；

根据式(1)和(2)分别得到实际电力系统中负荷元件的有功功率有名值SPy和实际电力系统中负荷元件的无功功率有名值SQy；

步骤3-2：形成实际电力系统中负荷元件的有功功率随频率变化的数据表以及和无功功率随频率变化的数据表；

步骤3-3：根据形成的实际电力系统中负荷元件的有功功率随频率变化的数据表以及和无功功率随频率变化的数据表绘制负荷元件的频率特性曲线。

说明书

一种负荷元件频率特性的测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测试方法，具体涉及一种负荷元件频率特性的测试方法。

背景技术

[0002] 电力系统频率是电力系统运行中最重要的运行数据之一，频率的异常会给发电机和系统的安全稳定运行带来严重的后果，同时损坏用电设备。因此一方面需要在系统运行过程中对频率进行动态监测使其作为实施系统安全稳定控制的重要状态量，另一方面必须对系统的频率进行控制，例如采用负荷频率控制、低频减载等自动控制装置维持系统频率的稳定。在对此类频率控制装置进行配置和整定的过程中，需要对电网的动态频率特性进行准确的分析，负荷模型又对电力系统的动态频率仿真曲线有不可忽视的影响。在传统的负荷建模研究中，由于考虑到所针对电网的规模都很大，交流同步电机的容量大、转动惯量大，这使得系统的频率变化很小，因此在负荷建模过程中往往忽略了系统的频率变化。近年来，随着各国对环境及能源安全问题的考虑，以风力发电为代表的新能源发电方式广泛得到了应用。随着风力发电容量的不断增加和风电容量在电网中的比例不断提高，风电出力的波动性对电网的频率特性产生影响，可能造成较大的频率波动。同时，以电力电子技术为核心、分布式电源为基础的微电网技术日渐成熟，微电网的发展已经成为趋势。对于微电网或者网络结构比较薄弱的小型电力系统(例如西藏电网)，当发生故障后或者遇到较大冲击负荷时，将导致局部系统功率严重不平衡，频率也会出现较大的波动，甚至导致系统的频率不稳定。因此，在针对如上所述的电力系统进行负荷建模时不能忽略频率带来的影响，必须要考虑负荷的频率特性。如果要研究负荷的频率特性，就要掌握主要负荷元件的频率特性。

发明内容

[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种负荷元件频率特性的测试方法，通过搭建实际等值系统完成对负荷元件频率特性的测试。

[0004] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

[0005] 本发明提供一种负荷元件频率特性的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

[0006] 步骤1：搭建实际等值系统；

[0007] 步骤2：采用实际等值系统测试负荷元件的频率特性；

[0008] 步骤3：分析测试结果。

[0009] 所述步骤1中，实际等值系统包括无穷大等值交流系统、等值发电机、降压变压器、配电变压器、线路、220kV母线、110kV母线、10.5kV母线、断路器和负荷元件；

[0010] 所述无穷大等值交流系统和等值发电机通过线路与220kV母线连接，降压变压器的高压侧连接220kV母线，其低压侧连接110kV母线；110kV母线通过断路器连接配电变压器的高压侧，配电变压器的低压侧10.5kV母线连接负荷元件。

[0011] 所述负荷元件包括计算机、电烤箱、微波炉、冰箱、洗衣机、空调和工业马达。

[0012] 设定实际等值系统的频率变化步长为0.5Hz，所述步骤2包括以下步骤：

[0013] 步骤2-1：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将实际等值系统的频率f调节至47Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0014] 步骤2-2：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将实际等值系统的频率f调节至47.5Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0015] 步骤2-3：以此类推，按照0.5Hz的频率变化步长，保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率依次调节实际等值系统的频率f，直到将实际等值系统的频率f调节至53Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0016] 步骤2-4：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将将实际等值系统的频率f调节至52.5Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0017] 步骤2-5：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将将实际等值系统的频率f调节至52Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0018] 步骤2-6：以此类推，按照0.5Hz的频率变化步长，保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率依次调节实际等值系统的频率f，直到将实际等值系统的频率f调节至47Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率。

[0019] 所述步骤3中，测试结果包括不同实际等值系统的频率f下负荷元件的有功功率和无功功率，对测试结果进行分析包括：

[0020] 步骤3-1：有功功率模拟比和无功功率模拟比分别用KP和KQ表示，且KP＝KQ，有：

[0021]

[0022]

[0023] 其中，SPy表示实际电力系统中负荷元件的有功功率有名值，SPm表示实际等值系统中负荷元件的有功功率有名值，SQy表示实际电力系统中负荷元件的无功功率有名值，SQm表示实际等值系统中负荷元件的无功功率有名值；

[0024] 根据式(1)和(2)分别得到实际电力系统中负荷元件的有功功率有名值SPy和实际电力系统中负荷元件的无功功率有名值SQy；

[0025] 步骤3-2：形成实际电力系统中负荷元件的有功功率随频率变化的数据表以及和无功功率随频率变化的数据表；

[0026] 步骤3-3：根据形成的实际电力系统中负荷元件的有功功率随频率变化的数据表以及和无功功率随频率变化的数据表绘制负荷元件的频率特性曲线。

[0027] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

[0028] 1)本发明提供的负荷元件频率特性的测试方法克服了实际电力系统频率波动小不易实测的困难，可以在保持负荷元件母线电压不变的情况下进行频率调整；

[0029] 2)本发明提供的负荷元件频率特性的测试方法可以在较大范围内调节频率的变化，进而得到负荷元件的频率特性；

[0030] 3)本发明提供的负荷元件频率特性的测试方法为建立考虑负荷频率特性的负荷模型建模提供技术支撑；

[0031] 4)本发明提供的负荷元件频率特性的测试方法易于实现，应用广泛。

附图说明

[0032] 图1是本发明实施例中实际等值系统结构图；

[0033] 图2是本发明实施例中洗衣机有功功率-频率特性示意图；

[0034] 图3是本发明实施例中洗衣机无功功率-频率特性示意图；

[0035] 图4是本发明实施例中钠灯有功功率-频率特性示意图；

[0036] 图5是本发明实施例中钠灯无功功率-频率特性示意图。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0038] 本发明提供一种负荷元件频率特性的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

[0039] 步骤1：搭建实际等值系统；

[0040] 步骤2：采用实际等值系统测试负荷元件的频率特性；

[0041] 步骤3：分析测试结果。

[0042] 所述负荷元件包括计算机、电烤箱、微波炉、冰箱、洗衣机、空调和工业马达。

[0043] 所述步骤1中，实际等值系统包括无穷大等值交流系统、等值发电机、降压变压器、配电变压器、线路、220kV母线、110kV母线、10.5kV母线、断路器和负荷元件；

[0044] 所述无穷大等值交流系统和等值发电机通过线路与220kV母线连接，降压变压器的高压侧连接220kV母线，其低压侧连接110kV母线；110kV母线通过断路器连接配电变压器的高压侧，配电变压器的低压侧10.5kV母线连接负荷元件。

[0045] 设定实际等值系统的频率变化步长为0.5Hz，所述步骤2包括以下步骤：

[0046] 步骤2-1：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将实际等值系统的频率f调节至47Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0047] 步骤2-2：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将实际等值系统的频率f调节至47.5Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0048] 步骤2-3：以此类推，按照0.5Hz的频率变化步长，保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率依次调节实际等值系统的频率f，直到将实际等值系统的频率f调节至53Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0049] 步骤2-4：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将将实际等值系统的频率f调节至52.5Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0050] 步骤2-5：保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率将将实际等值系统的频率f调节至52Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率；

[0051] 步骤2-6：以此类推，按照0.5Hz的频率变化步长，保持10.5kV母线的电压V不变，通过调整等值发电机的有功功率依次调节实际等值系统的频率f，直到将实际等值系统的频率f调节至47Hz，测试并保存负荷元件的有功功率和无功功率。

[0052] 所述步骤3中，测试结果包括不同实际等值系统的频率f下负荷元件的有功功率和无功功率，对测试结果进行分析包括：

[0053] 步骤3-1：有功功率模拟比和无功功率模拟比分别用KP和KQ表示，且KP＝KQ，有：

[0054]

[0055]

[0056] 其中，SPy表示实际电力系统中负荷元件的有功功率有名值，SPm表示实际等值系统中负荷元件的有功功率有名值，SQy表示实际电力系统中负荷元件的无功功率有名值，SQm表示实际等值系统中负荷元件的无功功率有名值；

[0057] 根据式(1)和(2)分别得到实际电力系统中负荷元件的有功功率有名值SPy和实际电力系统中负荷元件的无功功率有名值SQy；

[0058] 步骤3-2：形成实际电力系统中负荷元件的有功功率随频率变化的数据表以及和无功功率随频率变化的数据表；

[0059] 步骤3-3：根据形成的实际电力系统中负荷元件的有功功率随频率变化的数据表以及和无功功率随频率变化的数据表绘制负荷元件的频率特性曲线。

[0060] 实施例1

[0061] 搭建实际等值系统，如附图1所示，采用三级电压系统，分别为220kV、110kV、10.5kV电压系统，无穷大等值交流系统通过220kV线路L2经220kV/110kV降压变压器(T1、T2)将220kV降压为110kV电压。110kV电压系统分别经4台110kV/10.5kV配电变压器(B3、B4、B5、B6)与不同负荷元件连接，等值发电机G1、等值发电机G2接入220kV母线。

[0062] 图1中K1、K2、K3、K4为低压保护开关，负荷变压器B3经10kV线路L3及开关类K1接入电动机负荷；负荷变压器B4经10kV线路L4及开关K2依次分别接入白炽灯、荧光灯和钠灯等负荷元件；负荷变压器B5经10kV线路L5及开关K3依次分别接入洗衣机、空调、冰箱等负荷元件；负荷变压器B6经10kV线路L6及开关K4分别接入电磁炉、微波炉、电烤箱、计算机等负荷元件。

[0063] 在K3接入洗衣机，洗衣机的输入功率为450W；

[0064] 合上K3和BK7，洗衣机接入实际等值系统。在10.5kV母线的电压保持不变条件下，测得数据并转换成实际电力系统的有名值后见表1，有功功率频率特性曲线和无功功率频率特性曲线分别如附图2和图3。

[0065] 表1

[0066]

[0067] 在K3接入钠灯，钠灯的功率为1000W。合上K2和BK6，纳灯接入实际等值系统。在10.5kV母线的电压保持不变条件下，测得数据并转换成有名值后钠灯静态频率特性试验部分数据见表2，频率特性曲线见附图4和图5。

[0068] 表2

[0069]频率(Hz) 53 52 51 50 49 48 47.5 47.1
有功功率(W) 1398 1435 1453 1480 1510 1550 1579 1592
无功功率(Var) 976 1060 1170 1220 1280 1310 1334 1364

[0070] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。