電力系統(tǒng)綜合負荷模型

電力系統(tǒng)綜合負荷模型是反映實際電力系統(tǒng)負荷的頻率、電壓、時間特性的負荷模型，一般可用下式表達：P=fp(v,f,t) Q=fq(v,f,t)

P=fp(v,f,t) Q=fq(v,f,t)式中,若含有時間t則反映綜合負荷的動態(tài)特性,這種模型稱為動態(tài)負荷模型(動態(tài)負荷模型主要有感應電動機模型和差分方程模型兩種。);反之,若不含有時間t,則稱為靜態(tài)負荷模型(靜態(tài)負荷模型主要有多項式模型和冪函數(shù)模型兩種,其中多項式模型可以看作是恒阻抗(電壓平方項)、恒電流(電壓一次方項)、恒功率(常數(shù)項)三者的線性組合。

電力系統(tǒng)綜合負荷模型的主要特點是: 具有區(qū)域性---每個實際電力系統(tǒng)有自己特有的綜合負荷模型,與本系統(tǒng)的負荷構(gòu)成有關(guān); 具有時間性:即使同一個電力系統(tǒng),在不同的季節(jié),也具有不同的綜合負荷模型; 不唯一性:研究的問題不同,采用的綜合負荷模型也不同;

在穩(wěn)定計算中綜合負荷模型的選擇原則是: 在沒有精確綜合負荷模型的情況下,一般按40%恒功率;60%恒阻抗計算。2100433B

模型實驗一般步驟

（1）先根據(jù)實驗場地、模型制作和測量條件定出長度比尺；

（2）以選定的比尺縮小或放大原型的幾何尺寸，得出模型的幾何邊界；

（3）根據(jù)對流動受力情況的分析，滿足對流動起主要作用的力相似，選擇模型律；

（4）按選用的模型律，確定流速比尺及模型的流量。

模型實驗模型實驗數(shù)據(jù)

模型實驗數(shù)據(jù)可以分為兩大類：一類是無量綱的量，由于模型與原型流動相似，模型值與原型值對應相等，不必進行換算；一類是有量綱的量，如流動阻力、壓強、流速分布等，則需要按照所選擇的相似準則得出的比尺關(guān)系進行換算。素進行獨立控制。與現(xiàn)場實測相比，可進行方案的前期優(yōu)化，具有省時、省力的優(yōu)點。

模型實驗各種研究方法的比較

（1）理論分析法——有時不同的理論方法得到的解析解不同，有時又難以求解。

（2）數(shù)值計算一仿真分析——由于很多工程中的一些不確定因素，輸入?yún)?shù)難以精確，還有模型簡化等問題，存在一定局限性。

（3）現(xiàn)場實測——只有在工程施工過程中進行，投入較大，周期長。

（4）模型實驗——可使工程中發(fā)生的現(xiàn)象在實驗室中再現(xiàn)出來，而且還可以對實驗中主要原因。

物理模型

也稱實體模型，又可分為實物模型和類比模型。①實物模型：根據(jù)相似性理論制造的按原系統(tǒng)比例縮小（也可以是放大或與原系統(tǒng)尺寸一樣）的實物，例如風洞實驗中的飛機模型，水力系統(tǒng)實驗模型，建筑模型，船舶模型等。②類比模型：在不同的物理學領域（力學的、電學的、熱學的、流體力學的等）的系統(tǒng)中各自的變量有時服從相同的規(guī)律，根據(jù)這個共同規(guī)律可以制出物理意義完全不同的比擬和類推的模型。例如在一定條件下由節(jié)流閥和氣容構(gòu)成的氣動系統(tǒng)的壓力響應與一個由電阻和電容所構(gòu)成的電路的輸出電壓特性具有相似的規(guī)律，因此可以用比較容易進行實驗的電路來模擬氣動系統(tǒng)。

數(shù)學模型

用數(shù)學語言描述的一類模型。數(shù)學模型可以是一個或一組代數(shù)方程、微分方程、差分方程、積分方程或統(tǒng)計學方程，也可以是它們的某種適當?shù)慕M合，通過這些方程定量地或定性地描述系統(tǒng)各變量之間的相互關(guān)系或因果關(guān)系。除了用方程描述的數(shù)學模型外，還有用其他數(shù)學工具，如代數(shù)、幾何、拓撲、數(shù)理邏輯等描述的模型。需要指出的是，數(shù)學模型描述的是系統(tǒng)的行為和特征而不是系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)模型

主要反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和因果關(guān)系的模型。結(jié)構(gòu)模型中的一類重要模型是圖模型。此外生物系統(tǒng)分析中常用的房室模型（見房室模型辨識）等也屬于結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型是研究復雜系統(tǒng)的有效手段。

仿真模型 　

通過數(shù)字計算機、模擬計算機或混合計算機上運行的程序表達的模型。采用適當?shù)姆抡嬲Z言或程序， 航海模型(6張)物理模型、數(shù)學模型和結(jié)構(gòu)模型一般能轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡婺Ｐ?。關(guān)于不同控制策略或設計變量對系統(tǒng)的影響，或是系統(tǒng)受到某些擾動后可能產(chǎn)生的影響，最好是在系統(tǒng)本身上進行實驗，但這并非永遠可行。原因是多方面的，例如：實驗費用可能是昂貴的；系統(tǒng)可能是不穩(wěn)定的，實驗可能破壞系統(tǒng)的平衡，造成危險；系統(tǒng)的時間常數(shù)很大，實驗需要很長時間；待設計的系統(tǒng)尚不存在等。在這樣的情況下，建立系統(tǒng)的仿真模型是有效的。

例如，生物的甲烷化過程是一個絕氧發(fā)酵過程，由于細菌的作用分解而產(chǎn)生甲烷。根據(jù)生物化學的知識可以建立過程的仿真模型，通過計算機尋求過程的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)值并且可以研究各種起動方法。這些研究幾乎不可能在系統(tǒng)自身上完成，因為從技術(shù)上很難保持過程處于穩(wěn)態(tài)，而且生物甲烷化反應的起動過程很慢，需要幾周的時間。但如果利用（仿真）模型在計算機上仿真，則甲烷化反應的起動過程只需要幾分鐘的時間。

工業(yè)模型

工業(yè)模型,俗稱手板.首板模型,和快速成型,主要制作方法有CNC加工,激光快速成型和硅膠模小批量生產(chǎn),廣泛應用于工業(yè)新產(chǎn)品設計研發(fā)階段,在最短的時間內(nèi)加工出和設計一致的實物模型,設計師進行產(chǎn)品外觀確認和功能測試等,從而完善設計方案.達到降低開發(fā)成本.縮短開發(fā)周期,迅速獲得客戶認可的目的。

阻尼模型由于阻尼材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復雜性，材料的阻尼特性也是很復雜的，要想建立一個精確的數(shù)學模型來表示其性能也比較困難。對于阻尼材料來說，應力、應變、時間、溫度等變量之間的函數(shù)關(guān)系通常是非線性的，表示材料特性的狀態(tài)方程又受到諸如外力、溫度場、磁場、化學反應和輻射等外部環(huán)境的干擾。因此，描述材料的阻尼特性通常都采用近似的表示方法。

人們在長期的研究過程中已經(jīng)建立了幾種阻尼模型，包括標準線性模型、通用化標準模型、復模量模型、分數(shù)導數(shù)模型、GHM模型等。這些模型具有各自不同的特點和適用范圍，下面分別加以介紹。

阻尼模型標準線性

對于一些小阻尼的材料，或者對于在一定的限制范圍內(nèi)(如小振幅情況下)聚合材料等大阻尼材料，可以用標準線性模型來描述。其狀態(tài)方程是一種線性模型表示法：

σ α′dσdt=Eε δ′Edεdt(1)

式中E為彈性模量，α′為應力衰減常數(shù)，δ′為應變衰減常數(shù)?？梢钥闯?，該式形式簡單，所以使得計算簡單。但是與其它方法相比，它的使用范圍受到很大的限制，只能在前面所說的小范圍內(nèi)使用。根據(jù)應用情況，這種模型主要用在地表環(huán)境中。比如范家參用該模型對固體在半平面內(nèi)傳播的地震波進行了計算，得到了地震波的解析解。杜啟振等人在弱黏滯性條件下采用該模型對粘彈性波在地球介質(zhì)中的傳播用有限元方法進行了計算，得到了波場傳播特征。孫昱等人將樁周圍的土對樁的作用以標準線性固體模型來表示，研究了樁周土對樁的動力作用 。

阻尼模型通用化標準

為了減少上述模型在使用時的限制，可以在(1)式中引入σ和ε的導數(shù)項，使它更符合實際情況，這時得到：

σ ∑∞n=1α′ndnσdtn=Eε E∑∞n=1δ′ndnεdtn(2)

式中E為彈性模量，α′n為應力衰減常數(shù)，δ′n為應變衰減常數(shù)。n為導數(shù)項的階數(shù)，其值可以根據(jù)實際情況適當?shù)倪x擇。這種模型是標準模型的推廣，主要用于理論分析上，在實際中由于其實際計算的復雜性而應用較少。由于粘彈性材料(VEM)的剪切模量隨溫度和頻率的變化而變化，以上的模型的應用無法描述這一特性，所以一般只適用于弱粘彈性材料。而以下的幾種模型主要用于對各種VEM進行計算。其中用得較多的就是復模量模型。

阻尼模型復模量

復模量模型又分為復常數(shù)模量和頻變復模量模型，是分析粘彈性材料結(jié)構(gòu)動力學響應特性較為有效的方法 。

復常數(shù)模量模型在許多的研究中均用復常數(shù)模量形式，即：

E=ER jEI=ER(1 jη)(3)

式中ER是存貯模量，表示存貯能量的能力;EI是損耗模量，表示能量的耗散程度;j=-1，是虛數(shù)單位;η是材料的損耗因子，有：

η=EIER(4)

在文獻中還有這樣一種復模量的定義：

E*=σε=σ0ε0(cosα isinα)(5)

對比(3)式和(5)式可得：

彈性模量E=σ0ε0cosα(6)

損耗因子η=tgα(7)

則粘彈性材料的應力-應變關(guān)系為：

σ=E*ε=E(1 iη)ε(8)

上述模型中，各量均為常數(shù)，并沒有考慮頻變特性，因此其適用范圍只限于頻變較小的情況。比如黃潤秋等人在對隧址區(qū)山體的地震動作用特點進行研究的過程中，采用復模量模型很好的模擬了巖石體的動力學性能。Rikards等構(gòu)建了復合夾層梁、板的超級單元，夾層粘彈性材料特性采用了復模量模型進行描述，但是沒有考慮粘彈性材料特性隨頻率而變化的事實。秦惠增等人借助有關(guān)粘彈性材料結(jié)構(gòu)動力學分析的復模量模型，推出簡諧激勵作用下形狀記憶合金(SMA)層面內(nèi)的變形和應力之間的關(guān)系。

頻變復模量模型

復常數(shù)模量模型雖然可以使得計算簡單，但是不能反映出材料的頻變性質(zhì)。人們?yōu)榱朔从巢牧系念l變性質(zhì)，通過實驗方法由數(shù)據(jù)擬合來得到頻變的復模量：

E(ω)=ER(ω)(1 jηv(ω))(9)

則粘彈性材料的應力-應變關(guān)系為：

σ=E(ω)ε=ER(ω)(1 jηv(ω))ε(10)

其中：ER(ω)=aEωbE，ηv(ω)=aηωbη

aE、aη及bE、bη均為擬合常數(shù)。頻變復模量模型可以反映VEM的頻變特性，與常數(shù)復模量模型相比，其適用范圍更加廣泛，結(jié)果也更準確。比如粱軍用該模型對復合材料的動態(tài)粘彈性能進行了研究，分析了材料復模量隨夾雜體積分數(shù)、載荷頻率之間的變化規(guī)律。任志剛等人采用頻變復模量模型模擬了夾層粘彈性材料特性的頻率相關(guān)性，并提出了采用模態(tài)應變能迭代及復特征值迭代求解復合夾層結(jié)構(gòu)的各階頻率及損耗因子的方法。但與復常數(shù)模量模型一樣，它無法揭示VEM的力學本質(zhì)，計算也較為復雜。2100433B