[发明专利]基于单相电容运行电动机的空调负荷聚合方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于单相电动机的空调负荷聚合的方法，属于电力系统负荷建模技术领域。

背景技术

随着经济的发展，近几年中国的空调负荷有大幅的增长。据统计，夏季高峰负荷时，中国大中城市空调负荷比重达30%~50%；部分商业发达的城市中，空调负荷已经超过50%。空调负荷居高不下，对电网的安全、稳定运行造成了一定的威胁，如1987年7月日本东京曾发生过一次令人震惊的电压崩溃事故，其中空调类负荷在事故中起了很大的负面作用。因此，近年来，对于空调负荷动态特性的研究以及空调负荷的建模一直是国内外研究的热点。

空调负荷按压缩机的不同可分为两种：一种是由单相电动机带动的传统空调；一种是由三相电动机带动的变频空调。虽然变频空调的比例有所增加，但就目前的电网而言，以单相电动机带动的传统空调占绝大多数。所以对空调负荷的研究需要考虑单相电动机的动态特性。

目前已有一些学者对空调负荷的集群特性进行了研究。其中有一些从空调的启停特性出发，将空调的动态特性分为3段模型进行研究；还有一些采用滑差同调等值的方法，对含空调启动特性的空调群负荷暂态过程进行建模。但是目前对空调负荷的研究普遍从三相电动机进行研究，故本发明从单相电动机原理出发，对多台空调负荷的聚合模型进行研究，能够有效的弥补这一空白，为空调负荷的建模提供更多有效的参考。

在电网中，对多台电动机逐一建模不现实而且费时，通常采用聚合电动机模拟一系列感应电动机的行为特性。本发明基于单相电动机的原理，提出了一种空调负荷的聚合方法，以一台聚合的电动机去模拟多台电动机的动态特性，该聚合方法在稳态和暂态仿真中都具有较高的精度，而且计算量较少，是较为有效地空调负荷聚合方案。

发明内容

鉴于以上分析，本发明提出了一种基于单相电容运行电动机的空调负荷聚合方法。单相电容运行电动机启动转矩和功率因数都较大，转矩波动较小，且可以带高载荷设备，目前广泛应用于单相动力系统中。空调压缩机正是应用的这种单相电动机。定子上有两个在空间上相差90°电角度的绕组：m绕组(又称主绕组)和a绕组(又称副绕组)；副绕组上所接C_st为启动电容，C_r为运行电容。当电机转速达到额定转速的0.7(经验值)时，电动机的离心开关便从启动电容接到运行电容上。模型的主要参数有电气参数，额定滑差，惯性时间常数。该方法准确度较高，且计算量较小，具体方法如下。

1、聚合电动机的电气参数的计算

1)主绕组、激磁绕组和转子参数

(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。

定义单绕组电机的正、逆序阻抗Z_f、Z_b为：

Z_f=0.5jX_m//(0.5j X₂ +0.5 R₂ /s)                           (1)

Z_f=0.5jX_m//(0.5j X₂ +0.5 R₂ /（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用三个阻抗的并联代替，即有