微型PMU故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法及系统与流程

本公开属于配电网线路参数辨识领域，尤其涉及一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法及系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

准确的电网模型参数是配电网故障定位准确性的基础。因此确定配电网准确线路参数对提高配电网故障定位准确性，具有重要的理论和现实意义。配电网由于网络分支较多、运行环境复杂，参数管理相对松散，因此线路参数可能存在参数偏差。但是，配电网配置量测装置相对于输电网而言少得多，因此基于实时量测量的输电网参数辨识方法往往不适用于配电网，因此如何基于配电网量测装置，实现参数偏差线路的有效辨识和参数校正目前面临较大挑战。

目前，参数辨识算法主要分为以下两大类，基于增广状态估计法的参数辨识方法和基于量测残差灵敏度法的参数辨识方法。增广状态估计法是将可以参数直接增广为状态变量进行估计，该方法通过基于正则方程的静态方法或卡尔曼滤波算法进行求解。但该方法需要提前确定可疑参数集。量测残差灵敏度法基于状态估计的结果，根据量测残差以及参数的灵敏度，辨识和修正网络中的可疑参数。该方法的参数辨识结果受人工设定阈值以及量测残差的影响较大。

发明人发现，上述线路参数辨识方法主要针对输电网络，需要线路两端的实时量测数据，而配电网由于量测装置配置数目相对输电网较少，因此上述故障定位算法不适用于配电网，目前已有配电网线路参数辨识研究较少，线路参数不准确会对故障定位精度带来的一定影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法，其针对微型pmu故障可观性配置下，能有效辨识和修正线路的错误参数，有效提高故障定位的准确性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法，包括：

计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量，进而确定该未配置微型pmu节点的电压不一致偏差及识别出存在参数偏差的线路；

构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数。

本公开的第二个方面提供一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识系统，其针对微型pmu故障可观性配置下，能有效辨识和修正线路的错误参数，有效提高故障定位的准确性。

一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识系统，包括：

偏差辨识模块，其用于计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量，进而确定该未配置微型pmu节点的电压不一致偏差及识别出存在参数偏差的线路；

准确线路参数求解模块，其用于构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数。

本公开的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其针对微型pmu故障可观性配置下，能有效辨识和修正线路的错误参数，有效提高故障定位的准确性。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法中的步骤。

本公开的第四个方面提供一种计算机设备，其针对微型pmu故障可观性配置下，能有效辨识和修正线路的错误参数，有效提高故障定位的准确性。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法中的步骤。

本公开的有益效果是：

本公开首先通过未配置微型pmu节点由不同方向线路计算的电压相量，确定该节点电压不一致偏差，识别存在参数偏差的线路，然后构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数，针对微型pmu故障可观性配置下，能够有效辨识和修正线路的错误参数，提高了故障定位的准确性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例的一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法流程图。

图2是本公开实施例的多分支辐射状配电网正序网络结构示意图。

图3是本公开实施例的全网络无量测节点存在参数偏差方向示意图。

图4是本公开实施例的一种含分布式电源10节点辐射性配电网网络结构示意图。

图5是本公开实施例的一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释：

pmu：是phasormeasurementunit的缩写，中文名称为相量测量单元，是一种高度集成的、便于安装应用的同步相量测量装置。

故障可观测性：当线路发生故障时，可由已安装的微型pmu进行准确定位，这就说明该微型pmu配置方案满足线路故障可观测性。

在本公开实施例中，在配电网末端支路配置微型pmu量测装置，当线路发生故障时可实现准确故障定位，因此该微型pmu配置方案下配电网满足线路故障可观测性的要求。

实施例一

图1给出了本实施例的一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法流程图。

如图1所示，本实施例的，一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识方法，包括：

s101：计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量，进而确定该未配置微型pmu节点的电压不一致偏差及识别出存在参数偏差的线路。

针对配电网某条线路参数存在偏差的情况，由该线路参数计算得到的某一节点电压相量与实际值存在偏差；而准确线路参数计算的某一节点电压相量与实际值相等。因此通过未配置微型pmu节点由不同方向线路计算的电压相量，确定该节点电压不一致偏差，识别存在参数偏差的线路。

由于故障定位算法是基于线路参数正序分量，因此辨识和修正线路正序参数即可提高故障定位算法，下面基于电压和电流相量正序分量和线路正序参数为例来详细说明本公开的技术方案：

首先计算未配置微型pmu节点由不同相邻线路的正序电压相量，确定该节点电压不一致偏差及存在不一致偏差的相邻线路方向。根据如图2所示配电网拓扑结构和正序线路参数，配电网电压等级较低、线路长度相对较短，线路模型忽略对地并联电导和电纳，只考虑串联电阻和电抗参数值。

下面以未配置微型pmu量测装置的节点n为例进行推导：

在图2中，zmi、zmn、zmp、znh、znq、zhg、zhk、zuv、zvw、zvj表示线路正序分量阻抗参数现有值；表示微型pmu量测节点i、j、p、g、q、w电流相量的正序分量量测值，正方向为由母线侧指向线路侧。表示微型pmu量测节点i、j、p、g、q、w电压相量正序分量量测值。

下面通过不同方向相邻节点的线路末端配置微型pmu节点电压和电流相量计算节点n的正序电压相量。已知节点n相邻节点为节点m、h、q，各相邻节点方向线路末端配置微型pmu节点为节点i、j、q，节点m正序电压相量由节点i、j、q电气量测量值计算获得。

节点n的正序电压相量由相邻节点m、节点h、节点q的正序电压和电流相量计算过程，如式(1)所示：

其中，表示由节点m正序电压电流相量计算得到的节点n正序电压相量；表示由节点h正序电压电流相量计算得到的节点n正序电压相量；表示由节点q正序电压电流相量计算的节点n正序电压相量；表示节点m流向节点n的正序电流相量；表示节点h流向节点n的正序电流相量；表示节点q流向节点n的正序电流相量；表示节点m的电压相量正序分量计算值；表示节点h的电压相量正序分量计算值。

已知节点q正序电压和电流相量，由同步相量量测装置获得的三相电压和电流相量经过对称分量法变换获得，无量测节点h和节点m正序电压和电流相量依据式(2)、式(3)，通过线路两端配置微型pmu量测的电源节点j和电源节点i间接计算：

由相邻节点不同方向获得的节点n三组正序电压计算值确定两两之间电压不一致偏差d，如式(4)所示：

其中，dmh为节点m方向节点n正序电压计算值与节点q方向节点n正序电压计算值的不一致偏差；dhq为节点q方向节点n正序电压计算值与节点h方向节点n正序电压计算值的不一致偏差；dqm为节点q方向节点n正电压计算值与节点m方向节点n正序电压计算值的不一致偏差，n表示总采样时间断面数目，表示第i个采样断面由节点m计算的节点n的正序电压相量，表示第i个采样断面由节点h计算的节点n的正序电压相量，表示第i个采样断面由节点q计算的节点n的正序电压相量。

分析三组不一致偏差，依据以下规律判断存在参数偏差线路的方向：

1)若全网线路正序参数不存在偏差，即正序参数现有值为准确值，电压不一致性偏差满足式(5)所示关系。由于考虑量测误差等因素，电压不一致偏差小于接近于0的门槛值ξ：

dmh＝dhq＝dqm<ξ(5)

2)若全网络某条线路正序参数存在偏差，以线路正序阻抗参数zmn为例，由节点m方向的节点n正序电压相量计算值相比其他方向的计算值存在偏差，因此三组节点n正序电压不一致偏差满足式(6)关系：

其中，λ为不为零的正实数，表示电压不一致偏差dmh和dqm数值。

依据电压不一致偏差判断，位于节点n存在参数偏差方向为节点m方向。

若计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量的正序电压值相等，则配电网全网络线路参数现有值为准确值；若存在未配置微型pmu节点与某一方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量的正序电压值与其他方向相比存在不一致偏差，则确定该未配置微型pmu节点存在参数偏差，，不一致方向的线路为存在参数偏差的线路。

例如：通过不同方向计算获得节点n正序电压相量计算值相等，则全网络线路正序参数现有值为准确值。

若线路mn正序阻抗参数zmn，通过节点m方向的节点n正序电压相量计算值与其他方向相比存在不一致偏差，以此判断节点n存在参数偏差方向。

分别遍历全网络所有未配置微型pmu量测节点m、n、h、k…v，计算各自的电压不一致偏差，确定各节点参数偏差方向。

以线路mn正序阻抗参数存在偏差为例，分析各节点参数偏差方向：

节点m存在参数偏差方向为节点n方向，节点n存在参数偏差方向为节点m方向，节点h存在参数偏差方向为节点n方向，节点k存在参数偏差方向为节点h方向，节点v存在参数偏差方向为节点t方向，如图3所示。通过以下判据判断参数偏差线路：参数不准确线路端点参数偏差方向相反。

s102：构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数。

依据各节点偏差方向最终确定参数偏差线路为线路mn，其正序阻抗参数zmn现有值与准确值之间存在偏差，下面通过含参数偏差的节点电压方程对线路mn的正序阻抗参数zmn进行参数校正。

已知通过遍历各节点参数偏差方向，确定线路mn存在参数偏差，因此正序阻抗参数现有值zmn和实际值z'mn不相等，二者关系如式(9)所示：

zmn＝rmn+jxmn(7)

z'mn＝r'mn+jx'mn(8)

z'mn＝zmn+δzmn(9)

其中，zmn和z'mn表示修正前和修正后线路mn的正序阻抗值，rmn和r'mn表示修正前和修正后线路mn的正序电阻值，xmn和x'mn表示修正前和修正后线路mn的正序电抗值，δzmn表示线路mn正序阻抗参数偏差。

计及正序参数偏差δzmn，列写修正后节点导纳矩阵y’bus，其中节点导纳矩阵y’bus的矩阵元素与正序参数偏差δzmn相关的为y’nm，y'mn，y'mm，y'nn。

其中，y’bus表示修正后的节点导纳矩阵，y'mn和y'nm表示修正后的节点m和节点n的互导纳，y'mm表示修正后的节点m的自导纳，y'nn表示修正后的节点n的自导纳，yii表示节点i的自导纳，yim和ymi表示节点i和节点m的互导纳，ymp和ypm表示节点m和节点p的互导纳，ypp表示节点p的自导纳，ynp表示节点n和节点p的互导纳，ynh和yhn表示节点n和节点h的互导纳，yqn表示节点q和节点n的互导纳，yqq表示节点q的自导纳，yhh表示节点h的自导纳，yvw表示节点v和节点w的互导纳，yvv表示节点v的自导纳，yvj和yjv表示节点v和节点j的互导纳，yjj表示节点j的自导纳。

y'mn＝y'nm＝-(zmn+δzmn)^-1(11)

已知节点i和节点j为电源节点，且两点配置微型pmu量测装置正序电流相量已知，构造注入正序电流向量；所有节点正序电压向量如式(16)所示，已知节点i、p、q…w、j配置微型pmu量测装置，因此正序电压相量为已知量。由修正后节点正序导纳矩阵y’bus和正序电压电流向量，构造节点电压方程。

y’busu＝is(14)

其中，u表示所有节点正序电压向量，is表示电源节点注入正序电流向量，表示节点n的正序电压向量，表示节点v的正序电压向量。

已知与参数偏差相关的节点为节点m和节点n，展开第m行和第n行节点导纳矩阵，同时通过配置微型pmu节点i和节点q的正序电压和电流相量，表示节点m和节点n正序电压相量，展开节点电压方程：

由配置微型pmu节点i和节点q的正序电压和电流相量计算节点m和节点n正序电压相量和如下式所示：

将修正后节点导纳矩阵元素y'nn、y'mm、y'mn代入节点电压展开方程(23)、(24)中，线路mn正序阻抗参数偏差δzmn的计算公式：

将节点m和节点nn正序电压相量计算结果代入式(23)和(24)，计算线路mn正序参数偏差δzmn。

求解线路mn正序阻抗参数精确值z'mn：

z'mn＝zmn+δzmn(25)

算例分析：

为验证上述参数偏差线路参数辨识和参数校正算法的可行性和有效性，本实施例通过多分支辐射状10节点有源配电网进行参数校正分析。满足故障可观性微型pmu配置，微型pmu配置节点为节点801、803、805、807、809、810，线路采用计及正负零序的三相阻抗等值模型，参数类型分为两种，301型线路(801-802、802＝804、804-806、806-808、808-810)，线路参数为(l301＝1km)；302型线路(802-803、804-805、806-807、808-809)，线路参数为(l302＝1km，)，如图4所示。

通过假定线路802-803、线路802-804、线路804-806、线路808-810的线路正序阻抗参数现有值存在偏差，验证参数偏差线路辨识和参数校正算法的有效性。

(一)参数偏差线路辨识

分别假定线路802-803、线路802-804、线路804-806、线路808-810正序阻抗参数z现有值存在20％偏差，验证参数偏差线路辨识有效性，辨识结果如表1所示：

表1线路802-803、804-806线路参数偏差辨识

由表1可知，在线路802-803、线路802-804、线路804-806、线路808-810正序阻抗参数现有值存在偏差时，参数偏差线路校正算法可有效的辨识存在参数偏差线路。

(二)线路参数偏差校正仿真和分析

分别假定线路802-803、线路802-804、线路804-806、线路808-810的线路正序阻抗参数z现有值存在-10％、20％、30％、50％偏差，验证参数偏差校正算法有效性，校正结果如表2所示：

表2线路参数偏差校正结果

经仿真验证，不同线路存在参数偏差均可以准确校正，并且校正准确性较高。

针对有可能存在个别线路正序参数不准确的情况。为保证所提故障定位方法的实用性，基于故障可观的配网微型pmu配置条件下，假设辐射状网络结构中有一条正序参数不准确线路，通过不同测量点的量测电压电流结合拓扑和线路参数，从不同方向逐点推算无量测节点的电压是否一致来判断正序参数不准确线路，再通过构建含参数偏差的节点电压方程求解获得准确线路正序参数。通过仿真假设不同线路存在不同参数偏差的情况，针对微型pmu故障可观性配置下，能有效辨识和修正线路的错误参数，并且通过参数校正前后故障定位算法定位结果的对比，验证了本实施例的该方法能有效提高故障定位的准确性。

实施例二

如图5所示，本实施例提供了一种微型pmu故障可观配置下的配电网线路参数辨识系统，包括：

(1)偏差辨识模块，其用于计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量，进而确定该未配置微型pmu节点的电压不一致偏差及识别出存在参数偏差的线路。

在所述偏差辨识模块中，若计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量的正序电压值相等，则配电网全网络线路参数现有值为准确值。

在所述偏差辨识模块中，若存在未配置微型pmu节点与某一方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量的正序电压值与其他方向相比存在不一致偏差，则确定该未配置微型pmu节点存在参数偏差。

在所述偏差辨识模块中，不一致方向的线路为存在参数偏差的线路。

(2)准确线路参数求解模块，其用于构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数。

本实施例首先通过未配置微型pmu节点由不同方向线路计算的电压相量，确定该节点电压不一致偏差，识别存在参数偏差的线路，然后构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数，针对微型pmu故障可观性配置下，能够有效辨识和修正线路的错误参数，提高了故障定位的准确性。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现的步骤如下：

计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量，进而确定该未配置微型pmu节点的电压不一致偏差及识别出存在参数偏差的线路；

构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数。

本实施例首先通过未配置微型pmu节点由不同方向线路计算的电压相量，确定该节点电压不一致偏差，识别存在参数偏差的线路，然后构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数，针对微型pmu故障可观性配置下，能够有效辨识和修正线路的错误参数，提高了故障定位的准确性。

实施例四

本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现的步骤如下：

计算未配置微型pmu节点与不同方向相邻节点的线路末端配置的微型pmu节点之间的电压相量，进而确定该未配置微型pmu节点的电压不一致偏差及识别出存在参数偏差的线路；

构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数。

本实施例首先通过未配置微型pmu节点由不同方向线路计算的电压相量，确定该节点电压不一致偏差，识别存在参数偏差的线路，然后构建含参数偏差的节点电压方程，求解配电网线路准确的线路参数，针对微型pmu故障可观性配置下，能够有效辨识和修正线路的错误参数，提高了故障定位的准确性。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。