较结果都为“+”时，则此 3 个扰动的比较结果有 2
个“+”、1 个“−”，选择增加模型及参数的有效性
指标值。详细的修正策略参见表 1。
表 1 模型及参数的有效修正策略
Tab. 1 Modification strategy of effectiveness of
model and its parameters
(在线实测的发电机参数) (离线实测的发电机参数)
= =
( yG1,1] (0, yG1]
(2)
1.3 后验仿真准确度
随着广域测量系统的应用与仿真技术的发展，
可以利用扰动时所记录的数据对元件模型进行仿
真验证，这也是评估模型及其参数有效性的最直接
参考依据。但需要注意一点，一次后验仿真失效就
可以否定参数的有效性，但一次有效的后验仿真却
相对于模型已有的扰动记录 A，如果新的扰动
第 34 卷 第 3 期
电网技术
63
记录 B 满足 λ(A) ≤ λ(B) ，且η(A) ≤ η(B) 条件(该条
件记为+)，则此时应修正模型的有效性γ，并将新扰
动记为 A。
γ = γ + g(α,β ) ⋅η(B)
(6)
若 λ( A) > λ(B) ，且η(A) > η(B) (该情况记为 0)，
则放弃修正。当新扰动的扰动深度大于原扰动，并
且仿真准确度也高于原扰动，新扰动更有助于确认
模型及参数的有效性。反之没有修正意义。
还有一种矛盾情况： λ( A) ≤ λ(B) ，且η( A) > η(B) ，或者 λ(A) > λ(B) ，且η(A) ≤ η(B) (此情况记
为−)，此时无法判定是否需要修正，可以等待下一 个新的扰动 C。新扰动 C 分别与扰动 A、B 比较扰 动深度与后验仿真的可信度，就会出现 9 种比较结 果，下面进行详细的分析。
( xG1 ,1] (xG2 , xG1] (xG3 , xG2 ]
(1)
⎪⎩α (2阶发电机模型)= (0, xG3 ]
式(1)中关于取值范围的参数应通过大量实际
数据统计得出。
1.2 模型的参数可信度
元件模型的参数有多种来源方式，参数的可信
度也有较大差异。目前电网公司要求线路、发电机、
励磁模型的参数必须实测，其目的是提高参数的可
KEY WORDS: dynamic simulation; power system; effectiveness of model; evaluation
摘要：只有提高模型及其参数的有效性才能提高先验仿真结 果的可信度。因此提高仿真可信度的第 1 步工作就是要建立 模型有效性评估体系，使研究人员能详细掌握所有模型及其 参数的情况。分析了模型的建模理论、参数的来源及后验仿 真对模型有效性的影响，提出了基于这 3 方面因素的模型有 效性评估方法，并分析了对模型有效性进行动态评估的重要 性。最后给出了具体的指标动态修正流程，便于该评估体系 用于生产实践。
与 B 比较
与 A 比较
+
−
0
+
增加
减少
等待新扰动
−
减少
减少
等待新扰动
0
等待新扰动
等待新扰动
等待新扰动
当增加或减少模型及参数的有效性指标时，具
体的修正方案如下：
γ
=γ
±
g
(α
,β
)
⋅
η (
(B)+η
(C)
)
(7)
2
需要注意在修正模型有效性指标后，原扰动事
信度[17]。目前实测的方式分为在线实测与离线实
测。由于在线实测更能体现元件的实际工况，如果
忽略计算误差的因素，在线实测的参数可信度要高
于离线实测的参数可信度。负荷模型的参数来源是
最多的，既有前苏联的经验参数，也有基于实测数
据与辨识理论所得到的实测参数。
以发电机参数为例，其参数可信度β定义如下：
⎧⎪β ⎨⎪⎩β
关键词：动态仿真；电力系统；模型有效性；评估
0 引言
电力系统动态仿真在系统运行中扮演了越来 越重要的角色，因此仿真结果的可信度直接影响系 统运行的安全性与经济性[1-4]。“乐观”的计算结果 将给系统安全埋下安全隐患，而“保守”的结果将 降低系统运行的经济性[5]。提高动态仿真的可信度 只能以保证参与仿真计算的模型及参数的有效性
进行各种扰动试验，同时电网本身的扰动也很少，
这就导致能进行的后验仿真非常有限。利用有限的
后验仿真评估模型及参数的有效性时，就需要综合
考虑模型的 2 个因素：建模理论完善度与参数可信 度。针对一次后验仿真结果，模型及参数的有效性
可以定义如下：
γ = g(α, β ) ⋅η
(3)
如果 α ∈ (x2 , x1)、β ∈ ( y2 , y1) ，则函数 g 可以定 义如下：
周成，贺仁睦
（电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市 昌平区 102206）
Dynamic Evaluation of Effectiveness of Power System Simulation Models
ZHOU Cheng, HE Ren-mu
(Key Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control (North China Electric Power University), Ministry of Education, Changping District, Beijing 102206, China)
62
周成等：电力系统仿真模型有效性的动态评估
Vol. 34 No. 3
基于实测的建模理论的复杂综合负荷模型。因此可
以根据模型的建模理论完善程度进行等级划分。例
如目前仿真中常用的各阶发电机模型，其建模理论
完善度α可以定义如下：
⎧α ⎪⎪α ⎨⎪α
(6阶发电机模型)= (5阶发电机模型)= (4阶发电机模型)=
1 模型及参数有效性评估指标
1.1 建模估模型及参数有效性的指标。参与仿真计算的模 型要考虑 2 个方面：模型结构与参数。可以利用建 模理论完善度与参数可信度来衡量模型及参数的有 效性，同时利用后验仿真可以直接评估模型的有效 性，因此后验仿真准确度也可以作为一个评估指标。
第 34 卷 第 3 期 2010 年 3 月
文章编号：1000-3673（2010）03-0061-04
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM 71 文献标志码：A
Vol. 34 No. 3 Mar. 2010
学科代码：470·40
电力系统仿真模型有效性的动态评估
不能保证模型的有效性[18]。理论上，只有通过所有
类型扰动的后验仿真，模型及参数的有效性才能确
认。如果元件的端口安装了相角测量单元(phasor
measurement unit，PMU)，则可以直接评估该元件
模型的后验仿真准确度。目前电网中 PMU 布点较
少，一般只能对一个子网进行后验仿真。评估一个
由于动态仿真时，模型以电压为输入量，因此 可以利用节点电压的变化量来反映扰动大小。仿照 文献[13]提出的扰动深度概念，可以定义扰动深度 的具体计算方法为
λ = max( ui−u0 )
(5)
u0
式中：λ为扰动深度；ui 为待评估元件所在节点或 待评估子网内关键节点在第 i 时刻实测电压的正序
分量值。
3 模型及参数有效性动态修正
3.1 修正的原因 模型及参数的有效性不能经过一次后验仿真就
确认，需要利用新的扰动数据不断进行后验仿真来 修正模型及参数的有效性。对于每一次后验仿真都 存在模型是否需要修正及如何修正的问题。元件受 到的扰动越大，越能激发元件的动态特性[19]。因此 判断是否需要修正模型有效性时需要考虑扰动的大 小问题。同时随着 PMU 布点的增多，原有的子网进 一步分解为若干个子网，每个新子网包含更少的元 件。这样利用新子网进行后验仿真所得到的模型有 效性评估结果应比利用原子网所得结果更可信。 3.2 扰动深度判据
子网的后验仿真准确度，则可以利用子网内关键节
点的仿真准确度来代表子网内所有模型的后验仿
真准确度。
2 模型及参数有效性评估指标的合成
构建模型及参数有效性评估指标，其目的是要 量化模型及参数的有效性，这样才能便于工作人员 直接掌握仿真数据中各个模型参数的有效性和评
估仿真结果的可信度。
考虑电网运行的安全性，我们不可能在电网上
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50707009)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50707009)．
为基础[6]。已有文献针对一些具体模型的验证问题 进行了深入的研究[7-11]。文献[12-15]利用(wide area measurement system，WAMS)的实测数据对电网分 块进行仿真来寻找误差源、验证模型的有效性。但 每个子块中元件数目仍然很大，如何进一步确认模 型有效性仍然存在困难。本文目的是利用各种能反 映参数来源及模型验证的信息，构建模型及参数的 有效性动态评估体系。根据评估指标的信息，工作 人员不仅可以清晰掌握参与仿真计算的模型及其 参数的有效性，还可以对仿真结果的可信度给出一 个合理的评估结果。确认模型及参数的有效性是一 个长期的过程，需要不断地利用后验仿真对其进行 修正，这就是称为“动态评估”的原因。
自 20 世纪 60 年代电力系统数字仿真兴起之 后，发电机、励磁系统等元件的建模理论都得到了 长足的发展，但由于各种元件的建模难度不同，各 元件模型的建模理论完善程度是不同的。例如发电 机，根据双反应理论可以建立最详细的 6 阶模型， 也可以利用一些假设条件建立 4 阶模型，甚至只考 虑转子运动方程的经典 2 阶模型[16]。负荷由于时变 性、随机性，是所有元件建模中最困难的。目前使 用的负荷模型既有理论最简单的静特性模型，也有