聚类分析法在建立电力系统负荷模型中的应用分析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

聚类分析法在建立电力系统负荷模型中的应用分析

发表时间：2021/5/24 来源：《基层建设》2020年第35期作者：郭永鑫1

[导读] 摘要：应用聚类分析法对数据进行分析，计算出已有数据的合理类数，建立负荷模型，对其仿真、分析。结果表明，应用聚类分析法建立的负荷模型可以描述系统在短路时，电网内的电动机向系统反向送无功的情况。

        1.国网吉林省电力有限公司培训中心吉林长春 130062；
        摘要：应用聚类分析法对数据进行分析，计算出已有数据的合理类数，建立负荷模型，对其仿真、分析。结果表明，应用聚类分析法建立的负荷模型可以描述系统在短路时，电网内的电动机向系统反向送无功的情况。
        关键词：聚类分析；负荷模型；短路
        1 基本建模方法及典型负荷模型
        1.1 建模的基本方法
        1.1.1 统计综合法
        首先确定特性方程，其次统计各点上的某些特殊时间（如节假日等）的负荷构成，再次确定比例，最后综合数据，建立模型[1-4]。
        1.1.2 总体辨识法
        将网络内的所有节点视作一个整体，在负荷节点设置监测装置，实时采集节点上的相关电气量，包括该节点的相角、有功、电压等，最后确定模型结构，并计算未知参数。
        1.2 典型负荷模型
        1.2.1 静态负荷模型
        当处于稳态条件时，负荷的有功以及无功和母线电压以及节点频率之间所存在的多元关系就被称之为静态模型。
        1.2.2 动态模型
        机理动态模型也称动态模型，采用描述电网动态关系，进而获得的负荷在暂态条件下的模型。
        1.2.3 综合负荷模型（SML）
        综合负荷模型可以反映电力系统中影响负荷模型的主要因素。本文所采用的综合负荷模型使用的是文献[3]中的三阶感应电动机并联静态负荷模型的结构。
        2 应用聚类分析建模
        2.1 聚类分析方法应用在负荷建模中的理论基础
        如何避免数据冗余和泛化能力差。本文应用聚类分析法对数据进行处理，研究方法为：第一步，聚类，对象是所有样本关键性指标或参数从而明确节点之间的相关性，第二步，分类，确定各聚类中心，第三步，建模，根据确定的聚类中心，建立模型。
        2.2 负荷建模的方法实例
        在中国北方，选取某地区11个变电站监测相应数据得到地区变电站的测量数据。采用聚类分析法对数据进行处理确定应分的数目和类中心。以居民用电、工业用电以及农业用电的用电量占比，分别计算11个变电站节点的统计量（RSQ）、伪F统计量（PSF）、半偏统计量（SPRSQ）。
        在SPRSQ分析时，将类CK与类CL聚合作为一个新的类CM，半偏相关统计量为：

（2）
        其中，BKL为合并类导致的类内离差平方和的变大值。半偏相关越大，说明合并效果越差，越应该分开。即当N+1类合并为N类时，半偏相关性较大，则应该采用N+1类，而不是N类。
        在分析PSQ时，统计量为：

    （3）
        其中，PG为离差平方和，T为总离差平方和。R2越大，则离差平方和越小，即分为G个类合理。
        分析PSF，伪F统计量：

（5）
        伪F统计量测量分类效果
        综上所述，第一步，分析可得半偏统计量SPRSQ应较小；第二步，RSQ应尽可能的大一些，而且减少缓慢，变化速率尽量小；第三步，伪F参数取的值要较大；第四步，分类数应尽量少，分3类合理。表1中，显示的是确定的各类的中心。
        表1 各类中心

        对于以上数据，第1类包含甘旗塔变电站、东风县变电站以及虎丘变；第2类包含红石变、前郭子变、锡林郭勒变、石子河变以及白音诺尔变；第3类包含岭东南变、三都变电站以及镇赉县变。
        对以上划分的三个类进行分析：
        第1类负荷节点为居民用电。第2类负荷节点多城乡结合处。第3类全部在工业园区附近。
        以上3类综合模型都采用典型的ZIP模型，即：30%不变P+40%不变I+30%不变Z模型。其中，ZIP模型与电动机模型百分比由工业、农业、居民用电百分比决定。
        3 算例仿真
        依然采用上述的11座变电站节点为算例，按照各节点中的工业用电、农电、居民用电比例建模，具体建模：
        第一类采用百分之十九的家用电动机模型+百分之八十一的静态负荷模型；
        第二类采用百分之四十六的居民用和工业用综合电动机模型与百分之五十四的ZIP模型；
        第三类采用百分之八十八的厂用电模型与百分之十二的ZIP模型。
        用典型模型作比较，以典型的模型：30%不变Z+40%不变I+30%不变P模型。
        将本文所采用的方法与传统静态模型比较，在三相短路时仿真结果与典型模型的仿真结果进行分析比较。
        分别仿真，对鹅毛岭变三相短路仿真，其仿真结果如图1所示。鹅毛岭变电站负荷中含有大量的发电厂厂用电负荷，仿真结果中系列1是ZIP模型、系列2为本位所采用的的模型、系列3为实测值。

        图1 短路电流分析图
        由图1得典型ZIP模型的仿真得到的短路电流大于本文所采用的的聚类模型，这是因为静态模型无法体现短路时电动机向电网倒送无功情况。而聚类模型却能很好的反应这一现象。当电动机存在于接地点附近时，电动机能抑制短路电流激增。这也是应用本文的聚类分析法所建立的模型的一大优势。
        4 结论
        本文主要描述应用聚类分析法进行建模。通过仿真，结果证明，应用聚类分析法所建立的负荷模型，可以很好的反应系统三相短路时，感应电动机负荷向电网倒送无功的现象，由此可得，相比传统模型，聚类分析法所建立的模型，有明显的先进性。
        参考文献：
        [1]唐志伟，李国杰，孙旭日，等.风电功率相关性分析[J].电工电能新技术，2014，33（5）：69-75.
        [2]徐玉琴，张林浩.基于Copula函数的风速相关性建模及概率最优潮流分析[J].华北电力大学学报，2013，40（5）：54-59.
        [3]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.
        作者简介：郭永鑫（1987-），男，吉林长春人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为电气工程；
        吴志强（1990-），男，吉林白山人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为电力系统继电保护。