[发明专利]基于单相电容运行电动机的空调负荷聚合方法

权利要求书

1.一种电力系统空调负荷聚合方法，用于电力系统负荷建模，其特征在于，采用单相电容运行电动机对在空调负荷中占绝对比重的传统空调进行建模；基于对单相电容运行电动机工作原理的分析，将多台空调负荷进行建模并聚合，得到聚合模型的等值参数；模型的主要参数有电气参数，额定滑差，惯性时间常数；该模型具有较高的聚合精度，并且计算量小，可用于电力系统的稳态和暂态分析。

2.根据权利要求1所述的空调负荷聚合方法，其特征在于，聚合空调负荷的等效电气参数的取值步骤如下：

(1)主绕组的求取

1)电机在堵转状态s=1时电路的简化：

当电机的转速达到额定转速的0.7时，电动机的离心开关从启动电容接到运行电容上。

电路的主、副绕组互不影响，在稳定运行状态，把电机看作只有主绕组的单绕组电动机。

根据单绕组电机正、逆序阻抗Z_f、Z_b的定义：

Z_f=0.5jX_m//(0.5jX₂+0.5R₂/s)                           (1)

Z_b=0.5jX_m//(0.5jX₂+0.5R₂/(2-s))                         (2)

其中，R_s、X_s为主绕组电阻、电抗，R₂、X₂为转子电阻、电抗，X_m为激磁电抗。

考虑当转子处于堵转状态时，感应电动机的运行滑差近似为s=1，从而

Z_f=Z_b=0.5jX_m//(0.5jX₂+0.5R₂)                         (3)

根据式(3)， Z_f+Z_b=jX_m//(R₂+jX₂)，故此时单绕组电机的等值电路与三相感应电动机在s=1时的等值电路是等效的，可简化为三相感应电机在s=1时的形式。

2)保证同样的电压、电流，将单相电动机的等值电路与三个阻抗的并联等效代替，求阻抗Z_fct：

Zs+11Zm+1Z2=11Zm+1Z2+1Zfct---(4)]]>

3)当多台电动机并联于同一母线上时，根据并联阻抗的求法，求得聚合电动机的等值参数、、：

Zmagg=1Σi=1m1/Zmi,Z2agg=1Σi=1m1/Z2i,Zfctagg=1Σi=1m1/Zfcti---(5)]]>

根据式(4)和(5)，可计算出的聚合电动机的定子参数：

Zsagg=ZmaggZ2aggZmagg+Z2agg[Zfctagg(Zmagg+Z2agg)Zfctagg(Zmagg+Z2agg)+ZnaggZ2agg-1]---(6)]]>

(2)副绕组的求取

1)电压方程式的计算：

考虑副绕组连接有电容的时候，用合成电流法分析，设副/主绕组匝数比为K，主、副绕组的正、逆序感应电势如下表1所示，其中Z_f、Z_b为正、逆序阻抗。

表1 主、副绕组上的正、逆序电势

由此可写出电压方程式如下：

主绕组：

U=ImZs+IfZf+IbZb=ImZ11+IaZ12---(7)]]>

式中，Z₁₁=Z_s+Z_f+Z_b, Z₁₂=-jK(Z_f-Z_b)；I_m、I_a分别为主、副绕组电流；Z_f、Z_b分别为正、逆序阻抗，Z_s为主绕组的阻抗。

副绕组：

U=Ia(Z1a+Zc)+jKIfZf-jKIbZb=ImZ21+IaZ22---(8)]]>

式中Z₂₁=jK(Z_f-Z_b),Z₂₂=Z₁₁+Z_c+K²(Z_f+Z_b),Z_c=R_c-jX_c；Z_c为电容阻抗。

2)求得电流系数r：对于第i电动机，取某一时刻t_i，电动机的转速为s_i，列写电压方程式(7)(8)；根据(7)(8)，可分别解出主、副绕组的电流I_m、I_a；定义主、副电路的电流向量比为电流系数，计算电流系数r：

r=aiejθ=ImIa---(9)]]>

4)副绕组电路的等效变换：

由式(10)和电流系数r的定义，副绕组电压可表示为：

U=Ia[(aiejθ)Z21+K2(Zf+Zb)+Z1a+Zc]=Ib(Z33+Z1a+Zc)---(10)]]>

其中Z₃₃=r·Z₂₁+K²(Z_f+Z_b)。

故对任一台电动机，转差为s_i时，其副绕组电路可转化为三个电阻Z₃₃、Z_1a、Z_c串联的形式，电流为I_a。

5)保证同样的电压、电流，用三个并联的阻抗与副绕组电路等效，则有：

Z33+Z1a+Zc=11Z1a+1Zc+1Zsub---(11)]]>

6)当多台电动机并连到同一母线上时，用并联阻抗的特点，求得聚合电动机的副绕组等值参数、、：

Z1aagg=1Σi=1m1/Z1ai,Zcagg=1Σi=1m1/Zci,Zcrunagg=1Σi=1m1/Zcruni---(12)]]>