考虑分布式电源并网的电能质量扰动源容错定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在分布式电源并网、高斯噪声、测量误差等因素影响下，仍具有较 强容错能力的电能质量扰动源自动定位方法，属电气工程和电能质量领域。
【背景技术】
[0002] 当今世界的能源危机与生态环境问题，使得可再生能源已成为人类社会可持续发 展的关键。但是，随着越来越多的分布式电源（Distributed Generators, DGs)接入配电 网，将会对电网节点电压、功率潮流方向等产生一定影响，特别是将使得现有扰动源定位算 法失效。而现实社会经济发展对电力能源的高度依赖性，以及精密电子产品和重大负荷的 不断增加，使得电能质量问题造成的经济损失与日倶增。电能质量监测仪（Power Quality Monitor，PQM)的应用和发展，是电能质量扰动源定位的重要硬件基础。扰动源的准确定位 有助于快速解决电能质量问题，降低经济损失和明确事件责任，具有重要意义。
[0003] 现有配电网电能质量扰动源的定位方法过于依赖PQM的扰动方向判别的绝对可 靠性，除了 DGs并网影响外，还存在信号较弱、距离过远、高斯噪声和测量误差等因素影响。 扰动源本身强度、PQM与扰动源的相对位置和分流支路等情况都会影响扰动信号强弱度，而 在实际中测量误差、高斯噪声和负荷波动等干扰因素又是客观存在的。当过弱的扰动信号 碰上较强的干扰时，会使PQM对扰动能量的正负判断错误，产生PQM的方向误判。另一方 面，由储能元件、无功负荷等原因引起的扰动功率不断正负极性变化，将引起扰动能量AE 积分过程中非单调波动，从而产生方向误判。目前，已有相关成果主要集中在电能质量的在 线监测、扰动识别、综合评估和矩阵算法定位等几个研究方面：申请号为201410740831. 2、 201510035092. U201310664699. 7、200810061254· 9 和 201510097288. 3 等发明专利申请书 分别提出了采用自适应多分辨率广义S变换的电能质量扰动识别方法、一种电能质量监测 系统、一种基于灰色理论的电能质量综合评估方法、一种配电网电能质量扰动源自动定位 方法和一种电能质量扰动源定位系统及定位方法，其中这两种定位方法都是基于矩阵算法 原理且不具备容错性。这些相关研究均未能充分考虑DGs并网等因素对扰动方向判定的影 响，且均未涉及在这些情况下用改进粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PS0)实 现具有容错性的电能质量扰动源自动定位。本发明专利针对DGs并网影响、PQM的信度、改 进PS0算法和扰动源定位进行研究，分析并提出了 DGs并网的两条影响规律，构建了两种新 的信度函数，并建立了改进的PS0模型及其评价函数，最后通过快速迭代寻最优解，实现了 一种能适用于DGs并网且具有较高容错性的电能质量扰动源自动精确定位。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是，克服现有扰动源定位技术易受DGs并网、距离位置、 信号强弱、高斯噪声和监测误差等因素影响而导致定位准确率大幅度降低的缺点，提供一 种基于改进PS0算法的电能质量扰动源容错定位方法，能在DGs并网且部分PQM扰动方向 误判情况下，仍具有较强的容错能力和较高的定位准确率。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种基于改进PS0算法的、考虑分布式电源并网的、并具有容错能力的电能质量 扰动源定位方法，所述分布式电源并网是指新能源开发利用和分布式发电技术背景下的分 布式电源接入配电网，所述电能质量扰动源是指存在于配电网中的各类引起电能质量问题 的扰动事件源，所述容错能力是指部分PQM发生扰动方向误判的情况下仍能准确定位。
[0007] 所述容错定位方法，包括以下步骤：
[0008] 1)对"分布式电源DGs并网对方向判定的影响规律"的相关概念进行定义。命名 ，为某个分布式电源（DG)并网母线与主电源（G)的联接链路；命名Bus(FD(；)，为与 扰动源（F)直接相连的母线中，DG侧方向的母线；命名link(DSF)，为DGs与扰动源联接链 路。对应各个PQM或DG，根据配电网潮流方向将整个网络区域划分为与其相应的上游与下 游。定义"分流网络"，为对应的PQM与扰动源之间的线路及其分流支路。母线Bus的上下 游划分方法与DG相同。定义Bus的所有出线支路，为与Bus直接相连接的所有下游线路， 但不包含上游进线。虚拟PQM，是根据实际PQM数据按照电气原理状态估计得到，用于替代 一部分实际PQM来降低监测成本。
[0009] 2)提出DGs并网对PQM扰动方向判定的两条影响规律。第一影响规律：当扰动源 在link(s D(；)±，存在"分流网络"且其吸收的扰动能量大于扰动源F从Bus (F DS)吸收的能量 时，会引起link(DSF)上的PQM扰动方向误判。第二影响规律：当扰动源在DG的上游，会使 位于DG下游的PQM监测到的扰动信号被削弱；当扰动源在DG的下游，会使非link(DS F)上 的PQM监测到的扰动信号被削弱。
[0010] 3)定义PQM的"信度"概念：表征具有模糊特性的PQM监测数据的可信任程度。构 建了两种新的信度函数：监测信度和局部信度。监测信度（Cl)是指由单个PQM监测数据得 出扰动源所在区域方向判定信息的可信程度；局部信度（<")是指由某线路及其末端母线 上相连的PQM构成的局部小范围内监测数据得出的扰动源判定信息的可信程度。
[0011] 4)针对除DGs "规律一"之外的因素来构建监测信度Cl，分为三块内容：监测信度 的正负符号sgn(Cl)、强弱度系数a i和波动修正系数β i。下标i表示对应于第i个PQM。
[0012] 定义扰动能量终值.4￡7气为在扰动持续时间Tf内对扰动功率积分的最终值。定义 扰动能量的峰峰值为在扰动能量的积分过程中，扰动功率的最大值^,^-与最小值 A￡；mm之差。
[0013] 用符号函数Sgn求终值A￡,end的正负符号，来确定监测信度的符号sgn( Cl)。
[0015] 当监测信度q的符号sgn(Ci)为+1，表征方向判定为下游；若其符号为-1，表征方 向判定为下游；当其取临界值〇时，表征第i个PQM方向判定无效。
[0016] 定义强度系数^，用以表征各种因素引起的各PQM扰动信号强弱度差异，对其 扰动方向判定可靠性的置信程度影响。强弱度系数<^由/^^与扰动能量终值最大者 (Δ￡=)进行运算得到，如下
[0018] 定义扰动信号的波动修正系数β i，来表征扰动信号的波动情况和稳定性。对终值 与峰峰值Δ￡广的绝对值，作比值运算，得波动修正系数β 1<3
[0019] 进行置信融合得监测信度Cl，如下
[0021] 5)为解决DG并网第一影响规律引起的误判问题，构造局部信度（cf )。定义局 部扰动特征值，为扰动能量终值减去该线路的有功损耗变化AEU，并减去该Bus 的所有出线支路的扰动能量总和ΣΔ^Μ?B
[0023]由于负载线路没有末端母线，所以无法直接计算负载线路的局部信度。设负载 线路数量为S条，所有线路上的实际PQM和虚拟PQM的总数为m。对站广和其中的最大 者^=的绝对值作比值，得到局部特征比值·,并求出（m-δ)个ΧΓ中剔除最大者 (&==])后的均值μ。分段处理得到局部信度，，如下
[0026] 当扰动源位于linl^ D(3上时，局部信度er可用于判定线路Q上是否存在扰动源 F〇
[0027] 6)构建粒子群模型及其评价函数。为适应所提容错性定位方法，将矩阵作为PS0 算法的粒子，建立新的粒子群优化模型如下：
[0028] 定义粒子矩阵是具有速度属性的一个维数为（mXl)的矩阵。设立第η个粒子矩 阵为Χη，其速度为νη，其元素值xnj取值为+1或-1，来表征对应第j个PQM的上下游方向判 定结果。下标变量j取值从1至m。k为迭代次数，第η个粒子矩阵到目前为止（第k次迭 代后取值）找到它自身的最优位置称为该粒子的个体极值矩阵，元素值为而所 有粒子矩阵中的最优位置记为全局极值矩阵Gt,，元素值为gf.,.。设置搜索空间限制条件： 令F位于线段Q时对应的方向判别矩阵为D u。1的矩阵元素值与X n的矩阵元素值个数 相同，而1^的元素值取值为F位于线段L i时所有PQM的上下游方向判定正确的取值（+1 或-1)。将1^作为粒子矩阵在搜索空间中允许的位置状态。设置速度Vn为整数。所有参 数的上标（