摘要
长久以来，考虑时变性一直是负荷建模中的一个难点，相关的研究也较少。居民商业负荷由于其用户数量多，单个用户负荷小，整体负荷特性表现出较强的随机性，因此建立针对居民商业负荷的时变性模型就更加困难。目前还没有一套完整的理论或方法体系能够准确地对居民商业负荷建立考虑时变性的负荷静态模型。近年来，随着居民、商业负荷占比不断上升，尤其是电动汽车类的新型负荷大量普及，这一问题亟待研究和解决。 本文从电力系统负荷建模的基本方法入手，首先分析了主流的三种方法即综合统计法、总体测辨法与故障仿真法，并分析了三种方法各自的适用场景与优缺点。同时分析了多项式模型与幂函数模型两种负荷静态模型，并指出幂函数模型的模型简洁性和拟合效果要优于多项式模型。然后对居民商业负荷近年来的负荷占比、增长速度进行统计整理，对居民商业负荷的特性进行了分析，指出其存在分布密集、数量多、单个容量小等特点。 基于变电站母线的综合负荷模型，研究了各种负荷元件的静态特性求取方法，包括机理推导计算法和稳态实验法，并利用稳态实验法对电动汽车直流充电桩的静态特性进行了建模仿真实验。通过分析指出负荷特性的时变性其本质是负荷结构的时变性，据此提出了一种表征负荷结构的参数，并在负荷元件静态系数综合方法的基础上，推导了基于结构特征参数的负荷静态特征系数综合方法。对于根据元件静态特性的负荷元件聚类，提出了一种改进的K-means聚类方法，解决了传统K-means聚类方法对于初值敏感而导致聚类结果不稳定的问题，之后通过算例分析验证了改进K-means聚类方法的有效性。 对RNN神经网络进行研究，提出了通过监督学习的方式对负荷结构特征参数进行预测的方法，以解决负荷建模中的时变性问题。同时分析非侵入式负荷监测技术(NILM)，指出其对大量分散用户监测的适用性与其边缘计算能力非常适合用于电力负荷在线建模的信息采集。 最后，以上述研究内容为基础提出了一种兼具时效性、长期实用性和模块化的居民商业负荷建模系统，该系统可以对区域进行实时负荷建模与负荷预测，然后分析明确了该系统在电力系统经济调度、无功控制以及需求管理等方面的应用潜力。
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