第5章思考题与习题 5-1 什么是被控过程的数学模型 解答： 被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求解答： 1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。 5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些各有什么要求和局限性解答：P127 1）方法：机理法和测试法。 2）机理法： 测试法： 5-4 什么是流入量什么是流出量它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系 解答： 1）流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量。 流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量。 2）区别与联系： 控制系统的输入量：控制变量和扰动变量。 控制系统的输出变量：系统的被控参数。
5-5 机理法建模一般适用于什么场合 解答：P128 对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。 5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点 解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 2）被控过程输出对扰动存在负反馈。 5-7 什么是单容过程和多容过程 解答： 1）单容：只有一个储蓄容量。 2）多容：有一个以上储蓄容量。 5-8 什么是过程的滞后特性滞后又哪几种产生的原因是什么 解答： 1）滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后。 2）容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞 后。 纯滞后：在生产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传输延迟引 起的纯滞后。 5-9 对图5-40所示的液位过程，输入量为1Q ，流出量为2Q 、3Q ，液位h 为被控参数，水箱截面为A ，并设2R 、3R 为线性液阻。 （1）列写液位过程的微分方程组； （2）画出液位过程的框图； （3）求出传递函数)()(1s Q s H ，并写出放大倍数K 和时间常数T 的表达式。 解答：
摘要 负荷预测是电力系统规划、计划、用电、调度等部门的基础工作。讨论了年度负荷预测、月度负荷预测和短期负荷预测的特点、成熟 方法，分析了负荷预测问题的各种解决方案，并指出未来的主要研 究方向。根据国内电力系统负荷预测的实践和国外的经验，对我国 开展电力系统负荷预测工作提出了一些建议。 关键词：电力系统；负荷预测；模型；参数辨识 第一章引言 负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，对未来的用电需求做出的预测。负荷预测包括两方面的含义：对未来需求量(功率)的预测和未来用电量(能量)的预测。电力 需求量的预测决定发电、输电、配电系统新增容量的大小；电能预 测决定发电设备的类型(如调峰机组、基荷机组等)。 负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划年供用电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构成。 第二章负荷预测的方法及特点 电力系统负荷预测的原理 通常来说预测电力系统负荷最直接最有效的方法是建立一个负 荷模型，该模型有两层含义：一是负荷的时空特性，二是负荷电压和频率特性。对于负荷的时空特性指的是随着时间与空间的不同分布，负荷的分布也会不同。这种负荷模型往往是比较复杂的，研究人员通常是采用负荷时间曲线来描述这种特性。这样负荷曲线以时间为依据，就可以分为日负荷、周负荷、季负荷以及年负荷；如果换成以时空角度为划分依据，则此曲钱又可分为系统、节点和用户三种负荷曲线；若按照负荷的性质来分，负荷曲线又可以分为工业、农业、市政以及生活负荷等。 在一般的安全运行的过程中，负荷模型指的就是未来时空特性，因此也可以将此作为负荷预测模型。通常负荷预测模型包含的内容是非常广泛的，在运行的过程中不仅能进行短期或者实时的负荷预测，还能在规划电力系统时做长期的预测。负荷的预测通常采用的是概率统计，有效地分析工具即为时间序列分析，由于是预测未来的负荷，所以会存在或多或少误差。对于未来负荷预测误差所产生的原因主要是一些不确定的因素与负荷变化的规律不一致，如某些自然灾害可能会导致停电，这样负荷曲线就会在事故时段出现一些突变。此时就不能依靠负荷预测模型所得出得结果了，因为有人的干预。但是也不能因为有不确定因素的存在就全盘否定负荷预测模型计算得出的结果，大多数情况下还是比较准确的。
§16.3 建立数学模型的方法、步骤、特点及分类 [学习目标] 1.能表述建立数学模型的方法、步骤； 2.能表述建立数学模型的逼真性、可行性、渐进性、强健性、可转移性、非预制性、条理 性、技艺性和局限性等特点；； 3.能表述数学建模的分类； 4.会采用灵活的表述方法建立数学模型； 5.培养建模的想象力和洞察力。 一、建立数学模型的方法和步骤 —般说来建立数学模型的方法大体上可分为两大类、一类是机理分析方法，一类是测试分析方法．机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义.§16.2节的示例都属于机理分析方法。测试分折将研究对象视为一个“黑箱”系统，内部机理无法直接寻求，可以测量系统的输人输出数据、并以此为基础运用统计分析方法，按照事先确定的准则在某一类模型中选出一个与数据拟合得最好的模型。这种方法称为系统辨识(System Identification)．将这两种方法结合起来也是常用的建模方法。即用机理分析建立模型的结构，用系统辨识确定模型的参数． 可以看出，用上面的哪一类方法建模主要是根据我们对研究对象的了解程度和建模目的决定的．如果掌握了机理方面的一定知识，模型也要求具有反映内部特性的物理意义。那么应该以机理分析方法为主．当然,若需要模型参数的具体数值，还可以用系统辨识或其他统计方法得到．如果对象的内部机理基本上没掌握，模型也不用于分析内部特性,譬如仅用来做输出预报，则可以系统辩识方法为主．系统辨识是一门专门学科，需要一定的控制理论和随机过程方面的知识．以下所谓建模方法只指机理分析。 建模要经过哪些步骤并没有一定的模式，通常与实际问题的性质、建模的目的等有关，从§16.2节的几个例子也可以看出这点．下面给出建模的—般步骤，如图16-5所示． 图16-5 建模步骤示意图 模型准备首先要了解问题的实际背景，明确建模的目的搜集建模必需的各种信息如现象、数据等，尽量弄清对象的特征,由此初步确定用哪一类模型，总之是做好建模的准备工作．情况明才能方法对，这一步一定不能忽视，碰到问题要虚心向从事实际工作的同志请教，尽量掌握第一手资料. 模型假设根据对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确的语言做出假设，可以说是建模的关键一步．一般地说，一个实际问题不经过简化假设就很难翻译成数学问题，即使可能，也很难求解．不同的简化假设会得到不同的模型．假设作得不合理或过份
电力系统负荷预测重要的组成部分就是序列量，其中序列量包含最大负荷数值以及电量数值等成分，当前得到社会各界广泛认可的是采用多样性的方法完成序列量的预测。首先要设定具体的条件，然后在该条件下进行一定的假定，然后通过单一的方法对包含的多个不确定因素进行分析，由于采用的方法较为单一，因此最后得到的参数与理想数值存在较大差别，因此需要进行修正，通常采用的是多种方法进行预测分析。实验过程中，采用不同的研究方法得到的分析结果也是不同的，各个数据之间具有较大的差异[32]，那种预测结果最为接近真实情况，与预测人员的经验以及日常积累的常识等存在密切联系，此外还要综合考虑国家各项能源政策以及产业结构之间的关系，根据当地的经济发展状况，使用综合方法，对相关的数据进行分析预测，然后完成对比分析，从而得到最终的参数。还有一种常用的负荷预测模型是加权处理，使用多种方法完成历史序列等数据的分析和预测，通过一定的方式完成权重的设置，最后对获得的数据进行综合判断出来，得到最终分析数据。 首先，针对使用到的序列预测方法，做如下定义： 定义1：有关预测、推理及拟合序列： 当获得某一物理量后，在要求的历史时间段范围内如n t ≤≤1的取值分别为 n x x x ,,,21 对于未知时段N t n ≤≤+1范围内进行预测分析，可以得到如下预测公式： N n t t S f x t 2,1),,(?== 其中，预测模型的参数向量的数值用S 表示，例如当预测模型为线性状态时， 则有：T t b a S t b a t t S f x ],[,),,(?=?+==有 此时可以计算得到各个时段的预测数值大小，分别为N n n x x x x x ?,?,?,,?,?121 +，此时会将序列n x x x ,,,21 称为原始数列，n x x x ?,,?,?21 为原始数列的预测序列，在未来的某个时段得到的相对应的子虚列N n x x ?,?1 +称为原始序列的推理数列。相应 的拟合时段主要指的是时段n t ≤≤1这一段范围，推理时段主要指的是时段N t n ≤≤+1这一段范围。 定义2：拟合残差、方差以及协方差 采用m 种方法对原始数列的数值n x x x ,,,21 进行预测分析，其中的第i 中预 测方法对原始序列的拟合序列为n x x x ?,,?,?21 ，因此能够得到有关拟合残差的数值 大小：
负荷特性 负荷特性，是电力系统的重要组成部分，电力负荷从电力系统的电源吸取的有功功 简介 负荷特性，电力负荷从电力系统的电源吸取的有功功率和无功功率随负荷端点的电压及系统频率变化而改变的规律。 电力负荷是电力系统的重要组成部分，它作为电能的消耗者对电力系统的分析、设计与控制有着重要影响。几十年来，人们提出了大量的负荷模型，包括静态负荷模型、机理动态负荷模型、非机理动态负荷模型。同时，也不断积累了不少实测参数。建立一个负荷特性数据库，能够很方便地对历史数据进行各种查询以及调用，便于从一个整体、长期的范围来对负荷特性进行比较、分析、综合和应用。 从负荷建模系统对数据库的要求而言，该负荷特性数据库必须安全可靠并且易于使用，要求提供大容量的数据仓库，支持大容量的数据调用且迅速，另外，在与其它数据库的连接、操作系统的适应上应该更具有广泛性。鉴于此，该软件和数据库分别是用Visual Basic 6.0和SQL Server来进行开发研制的。Visual Basic是一个可视化、面向对象的快速应用程序开发工具，具有强大的图形、图像处理功能，拥有强大的数据库功能。SQL Server有着很好的易用性、可伸缩性和可靠性等等，这种关系型数据库管理系统能够满足各种类型的企业客户和独立软件供应商构建应用程序的需要。在江苏电网以及河南电
网的负荷特性数据库的建立和应用项目中，通过实践证明，该负荷特性数据库能够满足工程要求。 特性分类 负荷功率随负荷点端电压变动而变化的规律，称为负荷的电压特性；负荷功率随电力系统频率改变而变化的规律，称为负荷的频率特性；负荷功率随时间变化的规律，称负荷的时间特性。但一般习惯上把负荷的时间特性称为负荷曲线（有日负荷曲线、年负荷曲线等），而把负荷的电压特性和负荷的频率特性统称为负荷特性。 反映负荷点电压（或电力系统频率）的变化达到稳态后负荷功率与电压（或频率）的关系，称为负荷的静态特性；反映负荷点电压（或电力系统频率）急剧变化过程中负荷功率与电压（或频率）的关系，称为负荷的动态特性。 负荷功率又分为有功功率和无功功率。这两种功率的变化规律差别很大。将上述各种特征相组合，就确定了某一种特定的负荷特性，例如有功功率静态频率特性、无功功率静态电压特性等。 电力系统的负荷的主要成分是异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备等。在不同负荷点，这些用电设备所占的比重不同，用电情况不同，因而负荷特性也不同。 特性模型 负荷特性对电力系统的运行特性影响很大。例如，研究电力系统的暂态稳定性，采用不同的负荷特性可以得出不同的结论。因此，在电力系统的分析计算中采用有一定精度的负荷模型是很重要的问题。
第四章过程特性与数学模型 教学要求：了解过程特性的类型的四种类型 掌握描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 学会一阶对象、二阶对象的建模 掌握机理分析法建模的一般步骤 了解实验测试法 重点：描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 运用机理分析法建模 难点：时间常数的物理意义 过程特性的参数对控制通道、扰动通道的影响 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程即为被控对象，它是否易于控制，对整个系统的运行情况有很大影响。 §4.1过程特性 被控过程的种类常见的有：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉 等。这些被控过程的特性是由工艺生产过程和工艺设备决 定的。 被控过程特性-----指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。通道------被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道-----扰动变量至操纵变量的信号联系 一、过程特性的类型 多数工业过程的特性可分为下列四种类型： 1.自衡的非振荡过程 2. 无自衡的非振荡过程 3. 有自衡的振荡过程 4. 具有反向特性的过程 二、描述过程特性的参数 用放大系数K、时间常数T、滞后时间τ三个物理量来定量的表示过程特性。（主要针对自衡的非振荡过程） 1.放大系数K ⑴K的物理意义 K的物理意义：如果有一定的输入变化量ΔQ作用于过程，通过过程后被放大了K倍，变为输出变化量ΔW。
⑵放大系数K对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 2. 时间常数T ⑴时间常数T的物理意义 时间常数是被控过程的一个重要的动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。 时间常数T的物理意义还可以理解为：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。 ⑵时间常数T对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 3. 滞后时间τ ⑴纯滞后τ0（P142） ⑵容量滞后τn ⑶滞后时间τ对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 §4.2 过程数学模型的建立 过程的（动态）数学模型---是指表示过程的输出变量与输入变量间动态关系的数学描 述。 过程的输入是控制作用u（t）或扰动作用f（t）, 输出是被控变量ｙ（t）． 数学模型：非参数模型，即用曲性或数据表格来表示，如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线 和频率特性曲线；另一种是 参数模型，即用数学方程式来表示，如微分方程（差分方程）、传递函数、 状态空间表达式等。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的 线性定常动态模型。 建立数学模型的基本方法 机理分析法-----通过对过程内部运动机理的分析，根据其物理或化学变化规律， 在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方 程，用微分方程或代数方程。这种方法完全依赖于足够的先验 知识，所得到的模型称为机理模型。机理分析法一般只能用于 简单过程的建模。机理分析法 实验测试法-----由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。 4.2.1机理分析法 微分方程建立的步骤归纳如下： ⑴根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。 ⑵依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。 ⑶确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间的关系。 ⑷消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。 ⑸若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。
1、某电力系统额定频率N f 为 50HZ ，负荷的频率静态特性 **2*3*0.20.40.30.1L P f f f =+++，试求： （1） 当系统频率为50HZ 时，负荷的调节效应系数*L K ； （2） 当系统运行频率为48HZ 时，负荷功率变化的百分数及此时的调节效应系数*L K 。 答： 2、如下图所示，某水电厂通过SFL1－40000/110升压变压器与系统连接，最大负荷与最小负荷时高压母线电压分别为及，要求最大负荷时低压母线的电压不低于10KV ，最小负荷时低压母线的电压不高于11KV ，试选择变压器分接头。 ~m in (1510)S j M VA =+~ max (2821)S j MVA =+(2.138.5)T Z j =+Ω 140000 S F L -2*2.5%/10.5kv ±(10~11)kv (112.09~115.45)kv 3、如图降压变压器的等效电路中，折算到一次侧的阻抗为(2.4440)T T R jX j +=+Ω。已知在 最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别为~~ max min (2814)(106)S j MVA S j MVA =+=+，，一次侧的电压分别为1max 1min 110113U KV U KV ==和。求二次侧母线的变化不超过~的范围，试选择分接头。 2 1110(12*2.5%)/6.331.5kv kv MVA ± 4、110/11kV 降压变压器折算到一次侧的阻抗为(2.330)j +Ω，已知最大负荷和最小负荷时流
过变压器等效阻抗首端的功率分别为~ max(2412) S j MVA =+， ~ min(126) S j MVA =+，一次侧实 际电压分别为 1max 110 U kV =， 1min 112 U kV =。要求二次侧母线电压在最大负荷时不低于，最小负荷时不高于。确定变压器二次侧所需的无功补偿容量（电容器）。 5、电网结构如图所示，其额定电压为10KV。已知各节点的负荷功率及线路参数如下： ~ 2(0.30.2) S j MVA =+ ~ 3 (0.50.3) S j MVA =+ ~ 4 (0.20.15) S j MVA =+ 12(1.2 2.4) Z j =+Ω 23(1.0 2.0) Z j =+Ω 24(1.5 3.0) Z j =+Ω试作功率和电压计算。
建立数学模型的方法、步骤、特点及分类 [学习目标] 1.能表述建立数学模型的方法、步骤； 2.能表述建立数学模型的逼真性、可行性、渐进性、强健性、可转移性、非 预制性、条理性、技艺性和局限性等特点；； 3.能表述数学建模的分类； 4.会采用灵活的表述方法建立数学模型； 5.培养建模的想象力和洞察力。 一、建立数学模型的方法和步骤 —般说来建立数学模型的方法大体上可分为两大类、一类是机理分析方法，一类是测试分析方法．机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义.测试分折将研究对象视为一个“黑箱”系统，内部机理无法直接寻求，可以测量系统的输人输出数据、并以此为基础运用统计分析方法，按照事先确定的准则在某一类模型中选出一个与数据拟合得最好的模型。这种方法称为系统辨识(System Identification)．将这两种方法结合起来也是常用的建模方法。即用机理分析建立模型的结构，用系统辨识确定模型的参数． 可以看出，用上面的哪一类方法建模主要是根据我们对研究对象的了解程度和建模目的决定的．如果掌握了机理方面的一定知识，模型也要求具有反映内部特性的物理意义。那么应该以机理分析方法为主．当然,若需要模型参数的具体数值，还可以用系统辨识或其他统计方法得到．如果对象的内部机理基本上没掌握，模型也不用于分析内部特性,譬如仅用来做输出预报，则可以系统辩识方法
为主．系统辨识是一门专门学科，需要一定的控制理论和随机过程方面的知识．以下所谓建模方法只指机理分析。 建模要经过哪些步骤并没有一定的模式，通常与实际问题的性质、建模的目的等有关，从 §16.2节的几个例子也可以看出这点．下面给出建模的—般步骤，如图16-5所示． 图16-5 建模步骤示意图 模型准备首先要了解问题的实际背景，明确建模的目的搜集建模必需的各种信息如现象、数据等，尽量弄清对象的特征,由此初步确定用哪一类模型，总之是做好建模的准备工作．情况明才能方法对，这一步一定不能忽视，碰到问题要虚心向从事实际工作的同志请教，尽量掌握第一手资料. 模型假设根据对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确的语言做出假设，可以说是建模的关键一步．一般地说，一个实际问题不经过简化假设就很难翻译成数学问题，即使可能，也很难求解．不同的简化假设会得到不同的模型．假设作得不合理或过份简单，会导致模型失败或部分失败，于是应该修改和补充假设；假设作得过分详细，试图把复杂对象的各方面因素都考虑进去，可能使你很难甚至无法继续下一步的工作．通常，作假设的依据，一是出于对问题内在规律的认识，二是来自对数据或现象的分析，也可以是二者的综合．作假设时既要运用与问题相关的物理、化学、生物、经济等方面的知识，又要充分发挥想象力、洞察力和判断力，善于辨别问题的主次，果断地抓住主要因素，舍弃次要因素，尽量将问题线性化、均匀化．经验在这里也常起重要作用．写出假设时，语言要精确，就象做习题时写出已知条件那样．
过程控制系统第二章（对象特性）习题 2-1．什么是被控过程的数学模型 2-1解答： 被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 2-2．建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求 2-2解答： 1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。 2-2．简述建立对象的数学模型两种主要方法。 2-2解答： 一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。 二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。 5-12 何为测试法建模它有什么特点 2-3解答： 1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。 2-3．描述简单对象特性的参数有哪些各有何物理意义 2-3解答： 描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。 放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比，即 输入的变化量 输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。 时间常数T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变 化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63．2％所需时间。 时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。 输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点 2-3解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 2）被控过程输出对扰动存在负反馈。
电力系统用电负荷定义 用电负荷的概念 电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和，称为用电负荷； 用电负荷的分类及要求 1、根据对用电可靠性要求的不同 1.1、一类负荷：中断供电时将造成人身伤亡，或经济、政治、军事上的重大损失的负荷：如发生设备重大损坏，产品出现大量废品，引起生产混乱、重要交通枢纽、干线受阻、广播通信中断或城市水源中断、环境严重污染等； 1.2、二类负荷：中断供电时将造成严重减产、停工，局部地区交通阻塞，大部分城市居民的正常生活秩序被打乱； 1.3、三类负荷：除一、二类负荷之外的一般负荷，这类负荷短时停电造成的损失不大。 2、根据国际上用电负荷的通用分类 2.1、农、林、牧、渔、水利业：包括农村排灌、农副业、农业、林业、畜牧、渔业、水利业等用电，约占总用电负荷的7%； 2.2、工业：包括各种采掘业和制造业用电，约占总用电负荷的80%；2.2.3、地质普查和勘探类：此类负荷仅占总用电负荷的0.07%； 2.4、建筑业：约占总用电负荷的0.76%； 2.5、交通远运、邮电通信业：公路、铁路车站、码头、机场、管道运输、电气化铁路及邮电通讯等用电，约占总用电负荷的1.7%； 2.6、商业、公共饮食、物资供应和仓储业：各种商店、饮食业、物资供应单位及仓储用电等，约占总用电负荷的1.2%； 2.7、其它事业单位：包括市内交通、路灯照明用电、文艺、体育单位、国家党政机关、各种社会团体，福利事业、研究等单位，约占总用电负荷的 3.1%；2.2.8、城乡居民生活用电：包括城市和乡村居民生活用电，约占总用电负荷的6.2%； 3、国民经济各个时期的政策和要求的不同 3.1、优先保证供电的重点负荷； 3.2、一般供电的非重点负荷； 3.3、可以暂时限电或停电的负荷； 用电设备分类 一般将用电设备按其工作性质分为以下三类： 3.1、长时工作制用电设备 其使用时间长或连续工作的用电设备，如多种泵类，通风机、压缩机、输运带、机床、电弧炉、电阻炉、电解设备和某些照明装置等． 3.2、短时工作制用电设备 其工作时间短而停歇时间相对较长的用电设备，如切削机床辅助机械的驱动电动机，启闭水闸的电动机等。 3.3、反复短时工作制用电设备 其时而作，时而停歇，反复运行的用电设备，如吊车用电动机，电焊用变压器等。 用电负荷的构成与特点 电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。 1、城市民用负荷主要是城市居民的家用电器，它具有年年增长的趋势，以及明显的季
基于遗传程序设计的电力系统负荷建模 发表时间：2017-01-19T17:36:09.753Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：高戟 [导读] 随着现代科学技术的不断发展，各式各样的负荷预测数学模型不断涌现，但是他们都有各自的使用条件。 （国网浙江瑞安市供电有限责任公司浙江温州 325200） 摘要：随着现代科学技术的不断发展，各式各样的负荷预测数学模型不断涌现，但是他们都有各自的使用条件。如回归分析方法对于不同趋势的历史负荷曲线，需要选择不同的回归函数，这将会对预测的准确度产生一定程度的影响，而且往往这些历史负荷曲线非线性程度又比较复杂，选择起来也会非常困难，而遗传程序设计方法无需人为选择数学模型，它能够根据与问题有关的终结点集和函数集，自动生成与历史数据相拟合的函数表达式，从而可以预测出负荷的未来趋势，有效地避免了经验需求和假设。 关键词：电力系统；遗传程序设计方法；应用 遗传程序设计是基于遗传算法的一种进化算法，具有自组织、自学习和自适应性，作为一种自动编程技术，试图研究计算机怎样在没有人工干预的情况下根据客观环境自动解决问题。它采用生物界的自然选择原理和进化理论，用层次化的树形结构表达问题，从随机产生的初始群体出发，用适应度来衡量个体的优劣，对每一代个体都采用复制、交叉、变异等操作，经若干代的进化得出给定问题的最优解，也就是适应度最优的个体。 1 电力系统的负荷模型 负荷建模工作中通常所谓的负荷指的是由母线供电的各类用电设备、配电网络和接入该变电站（母线）的电源的综合。负荷模型则是负荷的功率随系统的电压U和频率f的变化而变化的数学表达式。按照模型是否反映负荷的动态行为，可分为静态负荷模型（LOADMODEL）和动态负荷模型（STATICLOADMODEL），前者反映的是母线功率（有功、无功）随电压和频率变化而变化的特性，通常用代数方程来表示，后者反应的则是母线负荷功率随系统的电压U、频率f和时间t的变化而变化的特性，重点强调对时间的记忆性，不仅与当前的电压和频率有关，而且与历史电压和频率值也有关，因此通常用微分方程、差分方程等非线性方程来描述动态负荷模型。具有记忆性的电力系统负荷成分主要是感应电动机，因此动态负荷模型的结构形式通常用感应电动机的数学模型来表示。 2 遗传程序设计的原理与结构 遗传程序设计是只有在计算机时代才能实现的一种搜索解题方法[3]。首先随机产生一个适合于给定问题的搜索空间，构成搜索空间的个体都有一个适应度值，然后通过自然选择原理，用遗传算子根据适应度对个体进行处理，产生下一代搜索空间，这样一直进化下去，给定问题的最优解或次优解必将出现在某代搜索空间中。组成搜索空间的个体采用一种层次结构可变的分析树来表示，树的节点由终结点集和函数集中的元素组成。如图1所示函数f(x，y，z)=(x+ y)＊ z+ sin(x)的分析树表示形式： 其中终结点集是组成所给问题的最基本元素的集合，包括变量和常量。函数集是对终结点进行运算的连接运算符集合，包括算术运算符、标准数学函数、逻辑运算符和条件表达式等可能的可定义数学函数，而且函数的返回值必须仍属于终结点集，即满足相对于终结点集的封闭性。 3 用于负荷建模的遗传程序设计 3.1 进化计算 进化计算（Evolutionary Algorithms）是根据自然界生物的生命发展过程建立起来的计算理论，建立在进化理论的基础之上，采用自然界“优胜劣汰”的思想。虽然进化算法有有多分支，主要包括遗传算法（Genetic Algorithms，简称 GA）、进化策略（Evolution Strategies，简称 ES）、进化规划（Evolutionary Planning，简称 EP）、进化程序设计（Evolution Programming，简称 EP）四大方面。GA 注重对染色体的操作，ES 则强调个体的行为变化，而 EP 主要强调种群的行为变化。 3.2 遗传程序设计 遗传程序设计，也称为遗传规划（Genetic Programming，简称 GP）是在遗传算法的基础上引入自动程序设计的一中新型进化算法，它的最大特点是采用层次化的结构表达问题，克服了遗传算法不能描述计算机程序和层次化的问题以及缺乏动态可变性的缺点，能够根据环境状态自动的改变程序结构和大小，在数据挖掘方面具有显著的优点。 它的基本原理是：首先随机产生一个适应于给定问题环境的初始种群，这个种群中的每一个个体都对应一个适应度，然后按照达尔文“适者生存，优胜劣汰”的标准，选择适应度高的个体直接通过复制进入下一代种群，对其它的个体则根据自然界的进化理论通过一些遗传操作（如变异、交换等）得到高适应度的个体，如此一直进化下去，直到得到给定问题的解或满足某一终止条件之后进化停止。 3.3 遗传程序设计的基本参数 系统中有些参数对程序的进化结果有着至关重要的作用。因此，在程序开始之前，首先需要对这些参数进行设置。 1）种群规模：随机产生的初始种群如果不加以限制就会无限制的任意生长，如果种群数目过大不仅浪费存储空间，而且也会大大增加程序的计算时间，因此需要根据实际情况规定种群规模从而控制种群进化过程中每一代的个体数目。通常的做法是，根据问题的难易程
电力系统负荷预测论文 摘要：负荷预测在电力系统规划和运行方面发挥的重要作用，具有明显的经济效益，负荷预测实质上是对电力市场需求的预测。该文系统地介绍和分析了各种负荷预测的方法及特点，并指出做好负荷预测已成为实现电力系统管理现代化的重要手段。 关键词：电力系统负荷预测电力市场建设规划 1引言 电力系统负荷预测是指从电力负荷自身的变化情况以及经济、气象等因素的影响规律出发，通过对历史数据的分析和研究，探索事物之间的内在联系和发展变化规律，以未来的经济、气象等因素的发展趋势为依据，对电力需求作出预先的估计和推测。负荷预测包括两方面的含义：对未来需求量(功率)的预测和未来用电量(能量)的预测。电力需求量的预测决定发电、输电、配电系统新增容量的大小； 电能预测决定发电设备的类型(如调峰机组、基荷机组等)。 负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划年供用电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构成。 2负荷预测的方法及特点 2.1单耗法 按照国家安排的产品产量、产值计划和用电单耗确定需电量。单耗法分"产品单耗法"和"产值单耗法"两种。采用"单耗法"预测负荷前的关键是确定适当的产品单耗或产值单耗。从我国的实际情况来看，一般规律是产品单耗逐年上升，产值单耗逐年下降。单耗法的优点是：方法简单，对短期负荷预测效果较好。缺点是：需做大量细致的调研工作，比较笼统，很难反映现代经济、政治、气候等条件的影响。 2.2趋势外推法 当电力负荷依时间变化呈现某种上升或下降的趋势，并且无明显的季节波动，又能找到一条合适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以用时间t为自变量，时序数值y为因变量，建立趋势模型y＝f(t)。当有理由相信这种趋势能够延伸到未来时，赋予变量t所需要的值，可以得到相应时刻的时间序列未来值。这就是趋势外推法。 应用趋势外推法有两个假设条件：①假设负荷没有跳跃式变化；②假定负荷的发展因素也决定负荷未来的发展，其条件是不变或变化不大。选择合适的趋势模型是应用趋势外推法的重要环节，图形识别法和差分法是选择趋势模型的两种基本方法。 外推法有线性趋势预测法、对数趋势预测法、二次曲线趋势预测法、指数曲线趋势预测法、生长曲线趋势预测法。趋势外推法的优点是：只需要历史数据、所需的数据量较少。缺点是：如果负荷出现变动，会引起较大的误差。 2.3弹性系数法
第9章电力系统的负荷 今天，我们将进入电力系统负荷的学习。主要对图9-1所示内容进行讲解。 图9-1 第 9章结构图 负荷
9- 1电力系统负荷 一负荷定义 电力系统的负荷就是系统中千万个用电设备消费功率的总和。 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和就是电力系统负荷（综合用电负荷），它是把不同地区、不同性质的所有用户的负荷加起来而得到的。 电力系统中的主要用电设备包括异步电动机、同步电动机、电热装置、整流装置和照明设备等。不同的行业中，这些用电设备的比重也不同。 二负荷分类 1 按物理性能划分 有功负荷：指电能转换为其它能量，并在用电设备中真实消耗掉的能量，如照明设备，单位为kW。 无功负荷：在电能输送和转换过程中，需要建立磁场而消耗的动能，它仅完成电磁能量的相互转换，并不做功，因而称为“无功”，如电动机、变压器和整流装置等，单位为kvar。 2 按电能划分 a 综合用电负荷 指工业、交通运输业、农业、市政生活等各方面消耗的功率之和。根据用户的性质，用电负荷又可以分为工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电
负荷等。 b 供电负荷 综合用电负荷加上电力网的功率损耗就是各发电厂应该供给的功率，称为电力系统的供电负荷。 c 发电负荷 供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率，就是各发电厂应该发出的功率，称为电力系统的发电负荷。
9- 2负荷曲线 实际的系统负荷是随时间、季节、气候变化的，其变化规律可以用负荷曲线来描述。 按负荷种类可以分为有功功率负荷和无功功率负荷曲线；按时间长短可以分为日负荷和年负荷曲线，按描述的负荷范围可分为个别用户、电力线路、变电所、发电厂以至整个系统的负荷曲线。上述三种特征相结合，就确定了某一种特定的负荷曲线，如电力系统的有功功率日负荷曲线。 下面介绍最常用的电力系统有功日负荷曲线、有功年最大负荷曲线以及年持续负荷曲线。 一日负荷曲线 1基本概念 电力系统负荷在一天24小时内变化的规律称为日负荷曲线，如图9-2所示。 日负荷曲线中最大值P max称为日最大负荷/尖峰负荷/峰荷。 日负荷曲线中最小值P min称为日最小负荷/谷荷。 为了方便计算，实际上常把连续变化的曲线绘制成阶梯形。
电力工程信号处理 课程报告 电力负荷预测方法分析 院系：能源与动力工程学院 专业：电力系统及其自动化 指导老师王瑞霞老师 学号： 115108000887 姓名：于杏 日期： 2016.01.17
目录 1. 绪论 (2) 1.1电力负荷预测研究意义 (3) 1.2国内外研究现状 (3) 2. 电力负荷预测 (3) 2.1 电力负荷的研究背景 (4) 2.2 电力负荷的构成及特点 (4) 2.3 电力负荷的一般步骤 (4) 2.4 电力负荷预测方法 (5) 2.4.1 回归模型预测法 (5) 2.4.2 时间序列预测方法 (5) 2.4.3 人工神经网络法 (6) 2.4.4 灰色预测法 (6) 2.4.5 专家系统法 (6) 2.4.6 模糊数学法 (7) 2.4.7 小波分析法 (7) 2.5电力负荷预测方法分析与比较 (8) 3．总结 (8) 参考文献 (9)
摘要 电力负荷预测对电力系统规划和运行极其重要。准确的负荷预测是实现规划方案科学性和正确性的保证，也是保证电网可靠供电，优质运行的一项前瞻性工作。 本文先对介绍电力负荷预测的意义和发展概况，然后着重列举了回归模型预测法、模糊数学预测法、小波分析法等七种预测方法，并分别指出了优缺点，在此基础上分析了他们的不同及适用情况。以便于在选择出更为合适的电力预测方法的基础上，得到更为理想的预测结果。 关键词：电力负荷，电力系统，方法 Abstract Power load forecasting of power system planning and operation is extremely important. The accuracy of the load forecasting ensures the planning scheme to be scientific .It is also a prospective work to guarantee the reliability and economic operation of power. This article introduces the meaning and the developing situation of power load forecasting firstly, and then emphatically enumerates seven kinds of forecast methods, such as the regression model prediction method, fuzzy prediction method, the wavelet analysis method，etc. At the end,the article points out the advantages and disadvantages respectively, on the basis of the analysis of their different and applicable conditions. The article is useful in choosing a more appropriate power prediction methd, on the basis of which, better prediction results are obtained. Keywords: power load, the power system,method
电力系统分析复习题 9-1负荷的组成 1.综合负荷的定义 答：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和就是电力系统的负荷，亦称电力系统的综合用电负荷。它是把不同地区、不同性质的所有的用户的负荷总加起来而得到的。 2. 综合负荷、供电负荷和发电负荷的区别及关系 答：综合用电负荷加上电力网的功率损耗就是各发电厂应该供给的功率，称为电力系统的供电负荷。供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率就是各发电厂应该发出的功率，称为电力系统的发电负荷。 9-2负荷曲线 1.负荷曲线的定义 答：反映一段时间内负荷随时间而变化的规律用负荷曲线来描述 ? 2.日负荷曲线和年负荷曲线的慨念 答：负荷曲线按时间长短分，分为日负荷曲线和年负荷曲线。日负荷曲线描述了一天24小时负荷的变化情况；年负荷曲线描述了一年内负荷变化的情况。 ? 3.日负荷曲线中最大负荷、最小负荷、平均负荷、负荷率、最小负荷系数的慨念 答：负荷曲线中的最大值称为日最大负荷max P （又称峰荷），最小值称为日最小负荷min P （又称谷荷）；平均负荷是指某一时期（日，月，年）内的负荷功率的平均值，24 24d av W P Pdt =?；负荷率m k 是日平均负荷av P 与日最大负荷max P 之比，即max av m P k P = ；最小负荷系数α是日最小负荷min P 跟日最大负荷max P 之比，即min max P P α=。 ? 4.日负荷曲线的作用 答：日负荷曲线对电力系统的运行非常重要，它是调度部门安排日发电计划和确定系统运行方式的重要依据。 ? 5.年最大负荷曲线的定义和作用 答：年最大负荷曲线描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况，它主要用来安排发电设备的检修计划，同时也为制订发电机组或发电厂的扩建或新建计划提供依据。 ? 6.年持续负荷曲线的定义、最大负荷利用时数的慨念、年持续负荷曲线的用途 答：年持续负荷曲线是按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列而绘制成，作用是安排发电计划和进行可靠性估算。最大负荷利用小时数max T 是全年实际耗量W 跟负荷最大值max P 之比，即8760 max 0 max max 1 W T Pdt P P = =? 9-3负荷特性与负荷模型 1.负荷电压静态特性、ZIP 模型 答：当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的电压静态特性；负荷模型ZIP 是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述，负荷模型分为静态模型和动态模型。 2 2(/)(/)(/)(/)N P N P N P N q N q N q P P a V V b V V c Q Q a V V b V V c ??=++?? ??=++?? 其中系数满足11P P P q q q a b c a b c ++=??++=? 上式中第一部分与电压平方成正比，代表恒定阻抗消耗的功率；第二部分与电压成正比，代表与恒电流负荷相对应的 功率；第三部分为恒功率分量。 2.负荷频率静态特性的线性模型 答：(1)(1)N PV N qV P P k V Q Q k V =+????=+??? 和(1) (1)N Pf N qf P P k f Q Q k f =+????=+??? 式中()/N N V V V V ?=-，()/N N f f f f ?=-
