综合负荷模型

元件定义

综合负荷模型用于模拟同一负荷节点下多类用电设备的等效响应特性。模型支持两种工作方式：一是仅包含静态负荷支路，二是采用静态负荷与感应电动机（IM）动态负荷并联的综合结构。

元件说明

工作原理

元件整体可视为静态负荷支路与感应电动机动态支路并联接入三相电网。静态支路根据端电压和频率修正吸收功率；感应电动机支路根据电气参数、转差率、机械转矩和转子运动方程计算定子侧吸收功率。核心结构如下：

1. 静态负荷分量

静态负荷采用扩展 ZIP 形式。令：

k_V=\frac{V}{V_N}

其中， $V$ 为元件端电压有效值， $V_N$ 为额定线电压有效值。静态负荷有功、无功功率按下式计算：

\begin{cases} P=P_N\left[A_P\left(\frac{V}{V_N}\right)^{N_P}+B_P\left(\frac{V}{V_N}\right)+C_P\right]\left(1+K_{PF}\Delta f\right)\\ Q=Q_N\left[A_Q\left(\frac{V}{V_N}\right)^{N_Q}+B_Q\left(\frac{V}{V_N}\right) +C_Q\right]\left(1+K_{QF}\Delta f\right)\end{cases}

其中： $P_N$ 和 $Q_N$ 分别表示静态负荷支路的有功、无功功率基准值。

C_P=1-A_P-B_P

C_Q=1-A_Q-B_Q

参数含义如下：

$A_P$ 、 $A_Q$ ：电压指数项系数；
$B_P$ 、 $B_Q$ ：一次电压项系数；
$C_P$ 、 $C_Q$ ：常数功率项系数，由 $A_P+B_P+C_P=1$ 和 $A_Q+B_Q+C_Q=1$ 自动确定；
$N_P$ ：有功功率电压指数； $N_Q$ ：无功功率电压指数；
$K_{PF}$ 、 $K_{QF}$ ：有功、无功功率频率修正系数；
$\Delta f$ ：频率偏差量，表示实际频率相对额定频率的偏移。

2. 感应电动机IM动态分量

动态分量模拟三相感应电动机的机电暂态特性，核心状态方程：

（1）转差率定义

S=\frac{\omega_1-\omega}{\omega_1}

$\omega_1$ ：电网同步角速度
$\omega$ ：电机转子机械角速度
$S$ ：电机转差率，额定工况下通常为0.01~0.05

（2）转子运动方程

J\frac{d\omega}{dt}=T_e-T_m

$J$ ：电机转动惯量
$T_e$ ：电机电磁转矩
$T_m$ ：机械负载转矩（可通过外部信号端口输入）

3. 综合负荷总功率

并网点总有功、无功功率为静态分量与动态分量叠加：

\begin{cases} P_{\Sigma}=P+P_{IM}\\ Q_{\Sigma}=Q+Q_{IM} \end{cases}

$P$ , $Q$ 为静态负荷支路按电压和频率修正后的实际有功、无功功率； $P_{IM},Q_{IM}$ 为感应电动机定子侧吸收的有功、无功功率

4. 初始参数输入方式

Initial Parameter Format用于选择感应电动机初始参数的给定方式。该参数包含三种选项：

None (Motor Rated Power = System Based Power)：不手动输入初始滑差或初始负载率，电机额定容量按系统基准容量处理；
Input Initial Slip s0 (Type-1)：手动输入初始滑差 s0；
Input Initial Load Factor Mlf (Type-5)：手动输入初始负载率 Mlf。

属性

CloudPSS 元件包含统一的属性选项，其配置方法详见参数卡页面。

参数

Configuration

参数名	键名	类型 [单位]	描述
Name	`Name`	文本	元件名称此处输入综合负荷模型名称，可缺省
Rated Power	`Smva`	实数 [MVA]	系统额定容量
Rated Stator Voltage (L-L, RMS)	`V`	实数 [kV]	额定线电压有效值
Base Operation Frequency	`freq`	实数 [Hz]	额定频率
Stator Neutral Resistance	`Rneut`	实数 [Ω]	定子中性点电阻
Model Type	`Model`	选择	负荷模型类型选择负荷模型类型为 'Static Load Only' 或 'Induction Motor & Static Load'

Load Data

参数名	键名	类型 [单位]	描述
Active Power	`P0`	实数 [MW]	综合负荷消耗的有功功率
Initial Reactive Power	`Q0`	实数 [MVar]	综合负荷消耗的感性无功功率
Dynamic Load Ratio	`Pper`	实数	动态负荷的有功功率占综合负荷总有功功率的比值
Ap (Static Load Parameter)	`ApL`	实数	有功-电压静特性参数， Ap+Bp+Cp=1
Aq (Static Load Parameter)	`AqL`	实数	无功-电压静特性参数， Aq+Bq+Cq=1
Bp (Static Load Parameter)	`BpL`	实数	有功-电压静特性参数， Ap+Bp+Cp=1
Bq (Static Load Parameter)	`BqL`	实数	无功-电压静特性参数， Aq+Bq+Cq=1
Voltage Index for P	`NP`	实数	有功功率-电压指数有功功率-电压指数 $NP$
Voltage Index for Q	`NQ`	实数	无功功率-电压指数无功功率-电压指数 $NQ$
Freq Index for P	`KPF`	实数	有功功率-频率系数有功功率-频率系数 $K_{PF}$
Freq Index for Q	`KQF`	实数	无功功率-频率系数无功功率-频率系数 $K_{QF}$

Induction Motor Data

参数名	键名	类型 [单位]	描述
Magnetizing Parameter Format	`XmType`	选择	选择输入激磁电抗Xm或定子开路转子回路时间常数Tdol'
Stator Resistance	`Rspu`	实数 [p.u.]	定子绕组电阻
Rotor Resistance	`Rrpu`	实数 [p.u.]	转子绕组电阻
Stator Leakage Reactance	`Xlspu`	实数 [p.u.]	定子绕组漏电抗
Rotor Leakage Reactance	`Xlrpu`	实数 [p.u.]	转子绕组漏电抗
Magnetizing Reactance	`Xmdpu`	实数 [p.u.]	励磁电抗（Xmd）
Stator Open-Curcuit Time Constant	`Tdop`	实数 [s]	定子开路时间常数

Rotor Equation

参数名	键名	类型 [单位]	描述
Mechanical Torque Type	`TmType`	选择	机械转矩计算模型选择选择自动计算的机械转矩计算模型，分为 Tm=KL(α+(1-α)(1-s)^p) 与 Tm=Tm(Aω^2+Bω+C) 两种模型
Inertia Constant	`Tj`	实数 [s]	惯性时间常数此处应填写惯性时间常数 $T_J=2H$ ，其中 $H$ 为惯性常数（北美和欧洲参数形式）
α (Type-1 parameter)	`Ka`	实数	与转速无关的阻力矩系数, Tm=KL(α+(1-α)(1-s)^p)
p (Type-1 parameter)	`Kp`	实数	与转速有关的阻力矩方次, Tm=KL(α+(1-α)(1-s)^p)
A (Type-5 parameter)	`A`	实数	阻力矩与转速平方相关的比例系数, Tm=Tm(Aω^2+Bω+C)
B (Type-5 parameter)	`B`	实数	阻力矩与转速相关的比例系数, Tm=Tm(Aω^2+Bω+C)

Initial Condition

参数名	键名	类型 [单位]	描述
Initial Parameter Format	`ParamType`	选择	异步电机初始参数输入类型选择异步电机初始参数输入类型，分为 None (Motor Rated Power = System Based Power) ，Input Initial Slip s0 (Type-1) 以及 Input Initial Load Factor Mlf (Type-5) 三种方式
Initial Voltage Magnitude	`V_mag`	实数 [p.u.]	潮流稳态相电压标幺值初始电压幅值，可以由潮流程序修改，与其相连的母线电压一致。
Initial Slip s₀	`s0`	实数	初始滑差 s₀
Initial Load Factor Mlf	`Mlf`	实数	初始负载率

Monitoring

参数名	键名	类型 [单位]	描述
3 Phase Load Current Vector [kA]	`Is`	虚拟引脚（输出）	综合负荷三相线电流此处输入综合负荷三相线电流量测信号的标签（1x1维），如 Is
RMS Load Current [p.u.]	`Isrms`	虚拟引脚（输出）	综合负荷三相线电流有效值此处输入综合负荷三相线电流有效值量测信号的标签（1x1维），如 Isrms
RMS Stator Voltage [p.u.]	`Vsrms`	虚拟引脚（输出）	定子端三相电压有效值此处输入定子端三相电压有效值量测信号的标签（1x1维），如 Vsrms
Active Power [MW]	`P`	虚拟引脚（输出）	定子侧有功功率此处输入定子端输出有功功率信号量测信号的标签（1x1维），如 P
Reactive Power [MVar]	`Q`	虚拟引脚（输出）	定子侧无功功率此处输入定子端输出无功功率信号量测信号的标签（1x1维），如 Q

Monitoring (Induction Motor)

参数名	键名	类型 [单位]	描述
3 Phase Stator Current [kA]	`IsIM`	虚拟引脚（输出）	定子端三相线电流此处输入定子端三相线电流量测信号的标签（1x1维），如 IsIM
RMS Stator Current [p.u.]	`IsrmsIM`	虚拟引脚（输出）	定子端三相线电流有效值此处输入定子端三相线电流有效值量测信号的标签（1x1维），如 IsrmsIM
3 Phase Rotor Current [kA]	`Ir`	虚拟引脚（输出）	转子端三相线电流此处输入转子端三相线电流量测信号的标签（1x1维），如 Ir
Mechanical Speed [p.u.]	`wr`	虚拟引脚（输出）	转子机械转速此处输入转子机械转速量测信号的标签（1x1维），如 wr
Motor Slip s [p.u.]	`so`	虚拟引脚（输出）	转子转差率s 此处输入转子转差率s量测信号的标签（1x1维），如 so
Rotor Position [Rad]	`theta`	虚拟引脚（输出）	转子角位置此处输入转子角位置量测信号的标签（1x1维），如 theta
Electrical Torque [p.u.]	`Te`	虚拟引脚（输出）	电磁转矩此处输入电磁转矩量测信号的标签（1x1维），如 Te
Mechanical Torque [p.u.]	`Tm`	虚拟引脚（输出）	机械转矩此处输入机械转矩信号量测信号的标签（1x1维），如 Tm
Mechanical Speed (Initialization) [p.u.]	`wr0`	虚拟引脚（输出）	稳态启动的转子机械转速（可用于感应电机初始化）此处输入稳态启动的转子机械转速量测信号的标签（1x1维），如 wr0
Mechanical Torque (Initialization) [p.u.]	`Tm0`	虚拟引脚（输出）	根据公式计算的PSASP模型机械转矩（可用于感应电机Tm的输入）此处输入机械转矩量测信号的标签（1x1维），如 Tm0
Motor Rated Power Sb [MVA]	`Sbo`	虚拟引脚（输出）	感应电机额定容量（可经由初始转差或负荷率计算）此处输入感应电机额定容量量测信号的标签（1x1维），如 Sbo
Active Power (Induction Motor) [MW]	`PIMo`	虚拟引脚（输出）	感应电机定子侧有功功率此处输入感应电机定子侧有功功率信号量测信号的标签（1x1维），如 PIMo
Reactive Power (Induction Motor) [MW]	`QIMo`	虚拟引脚（输出）	感应电机定子侧无功功率此处输入感应电机定子侧无功功率信号量测信号的标签（1x1维），如 QIMo

引脚

引脚名	键名	类型	维度	描述
Stator Port	`0`	电气	`3` × `1`	定子端引脚（单线图）
Input Speed	`1`	输入	`1` × `1`	转速信号输入引脚，转速控制模式
Control Switch Signal	`2`	输入	`1` × `1`	切换控制模式，0为转速控制，1为转矩控制
Input Torque	`3`	输入	`1` × `1`	转矩信号输入引脚，转矩控制模式

常见问题

静态负荷和动态负荷的占比如何设置？: 工程建模时可根据负荷组成选取初值：工业场景中电动机负荷比例通常较高，可适当提高动态负荷比例；居民或商业场景中静态负荷比例通常较高，可适当降低动态负荷比例。具体取值应结合实际负荷构成或测试数据确定。

元件定义​

元件说明​

工作原理​

1. 静态负荷分量​

2. 感应电动机IM动态分量​

（1）转差率定义​

（2）转子运动方程​

3. 综合负荷总功率​

4. 初始参数输入方式​

属性​

参数​

Configuration​

Load Data​

Induction Motor Data​

Rotor Equation​

Initial Condition​

Monitoring​

Monitoring (Induction Motor)​

引脚​

常见问题​