一种基于混合测量值的配电网参数估计方法及系统与流程

1.本发明属于配电网参数估计技术领域，尤其涉及一种基于混合测量值的配 电网参数估计方法及系统。


背景技术：

2.配电网的参数通常由已建立的数据库提供；然而由于恶劣天气的影响、人 为因素以及使用时间的增加，其参数与已知参数相比较，通常会有较大的差异； 由于后续的应用例如潮流计算、线路保护以及故障定位等需要精确的线路参数， 这种差异也会带入极大的误差。
3.本发明发明人发现，现有配电网参数估计方法存在以下问题：
4.没有考虑母线类型不同时，对测量数据和对参数估计结果的影响，导致现 有的参数估计模型不能精确的估计配电网中的参数；同时，采用现有的配电网 参数估计时，需要在线路中设置较多数量的同步相量测量装置，造成成本高， 多个同步相量测量装置误差叠加后影响估计结果的精度。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种基于混合测量值的配电网参数估计 方法及系统，本发明提出了一个新的混合测量值模型，可以达到精确估计配电 网中的参数的目的，在此基础上，可以减少线路中同步相量测量装置的安装。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种基于混合测量值的配电网参数估计方法，包 括：
8.获取与电源连接母线的电压同步向量和电流同步向量，以及其他类母线的 电压幅值；
9.依据获取的电压同步向量、电流同步向量和电压幅值，以及预设的混合测 量值估计模型，得到配电网参数估计结果；
10.其中，所述混合测量值估计模型的获取过程为：基尔霍夫电流定律得到配 电网中测量参数和估计参数的物理规律方程；分离物理规律方程的实部和虚部； 依据分离后的方程，建立包含相量信息矩阵和幅值信息矩阵的模型。
11.进一步的，所述物理规律方程为:整个配电网参数导纳矩阵和母线电压向量 的成绩，与所有母线电流注入向量的等式方程。
12.进一步的，所述相量信息矩阵和所述幅值信息矩阵的建立依赖于其他类母 线的指标。
13.进一步的，所述相量信息矩阵m
pha
和所述幅值信息矩阵m
mag
的建立包括：
14.构建m
pha
为m
pha
＝[re(m
pha
) im(m
pha
)]，其中，m
pha
包含其他类母线上电压相量的 实部和虚部；
[0015]
定义指标g为母线的编号，定义指标k为m
pha
和m
mag
的行编号；
[0016]
生成m
pha
和m
mag
为：
[0017][0018][0019]
其中，[
·
]
j,k
表示其矩阵的第j行，第k列；表示包含所有母线电压的向量。
[0020]
进一步的，定义新的导纳矩阵新的母线电流注入向量其中，y为分解物理规律方程后的导纳矩阵，i为分解物理规律方程后的母线电 流注入向量。
[0021]
进一步的，使用快照实现模型解的唯一化，每组快照对应一组电压和电流 的测量值。
[0022]
进一步的，在求解混合测量值估计模型时，通过牛顿迭代法进行求解，通 过数值法对迭代中的雅可比矩阵进行求解。
[0023]
第二方面，本发明还提供了一种基于混合测量值的配电网参数估计系统， 包括数据处采集模块和参数估计模块；
[0024]
所诉数据采集模块，被配置为：获取母线相关数据，包括与电源连接母线 的电压同步向量和电流同步向量，以及其他类母线的电压幅值；
[0025]
所诉参数估计模块，被配置为：依据获取的电压同步向量、电流同步向量 和电压幅值，以及预设的混合测量值估计模型，得到配电网参数估计结果；
[0026]
其中，所述混合测量值估计模型的获取过程为：基尔霍夫电流定律得到配 电网中测量参数和估计参数的物理规律方程；分离物理规律方程的实部和虚部； 依据分离后的方程，建立包含相量信息矩阵和幅值信息矩阵的模型；使用快照 实现模型解的唯一化。
[0027]
第三方面，本发明还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了第一方面所述的基于混合测量值的配电网 参数估计方法的步骤。
[0028]
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，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 了第一方面所述的基于混合测量值的配电网参数估计方法的步骤。
[0029]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0030]
本发明提出了一个新的混合测量值模型，可以达到精确估计配电网中的参 数的目的；同时，在估计过程中，不用过多的对第二类母线进行向量测量，而 是获取第二类母线的电压幅值，可以减少线路中同步相量测量装置的安装。
附图说明
[0031]
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解， 本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的 不当限定。
[0032]
图1为本发明实施例1的流程图；
[0033]
图2为本发明实施例1的测试系统；
[0034]
图3为本发明实施例1的导纳矩阵实部的绝对误差；
[0035]
图4为本发明实施例1的导纳矩阵虚部的绝对误差。
具体实施方式：
[0036]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0037]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]
实施例1：
[0039]
本实施例提供了一种基于混合测量值的配电网参数估计方法，包括：
[0040]
获取母线相关数据，包括与电源连接母线的电压同步向量和电流同步向量， 以及其他类母线的电压幅值；
[0041]
依据获取的电压同步向量、电流同步向量和电压幅值，以及预设的混合测 量值估计模型，得到配电网参数估计结果；
[0042]
其中，所述混合测量值估计模型的获取过程为：基尔霍夫电流定律得到配 电网中测量参数和估计参数的物理规律方程；分离物理规律方程的实部和虚部； 依据分离后的方程，建立包含相量信息矩阵和幅值信息矩阵的模型；使用快照 实现模型解的唯一化。
[0043]
具体的，如图1所示可分为构建混合测量值估计模型和求解混合测量值估 计模型。
[0044]
在本实施例中，构建混合测量值估计模型包括：
[0045]
对于n个母线的配电网系统，基于基尔霍夫电流定律(kirchhoff's current law，kcl)，整个网络的物理规律可以描述如下方程，
[0046][0047]
其中，为包含整个系统参数的导纳矩阵，为一个包含所有母线 电压的向量，为一个包含所有母线电流注入的向量。
[0048]
由于电流注入向量的特性，方程(1)中的测量值通常可以划分为以下两 类：
[0049]
第一类(连接电源的母线)：需要测量值为电压和电源的相量值；
[0050]
第二类(其他类母线)：需要测量值为电压的相量值。
[0051]
从方程(1)和两类测量值的划分可以看出，如果使用方程(1)对进 行估计，由于需要获取到第二类母线的电压相量值，仍需在第二类母线上安装 同步相量测量装置；然而，对于实际的配电网来说并不可能在所有的母线上都 装有同步相量测量装置。为了减少该装置的安装并且避免测量第二类母线上电 压的相角，本实施例中提出了以下新定义用于帮助建立混合测量值模型，最后 进行精确的参数估计。
[0052]
第一类(连接电源的母线)：需要测量值为电压和电源的相量值；
[0053]
第二类(其他类母线)：需要测量值为电压的幅值。
[0054]
从以上新的定义可以看出，这里第二类母线的电压相量的实部和虚部都是 未知数，能获取到的信息仅有第二类母线上的电压幅值；就对此，本实施例提 出了一个混合测量值的估计模型，同时，介绍了该模型如何用来参数估计。
[0055]
首先，分离方程(1)的实部和虚部，建立等价方程(2)，如下：
[0056]y·
v＝i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0057]
其中，re(
·
)表示其 矩阵的实部，im(
·
)表示其矩阵的虚部。
[0058]
在方程(2)的基础上，为了避免测量第二类母线上的电压相角，本实施例 中，对方程(2)重新进行建模；为了方便建模，定义“相量信息矩阵”为：定义“幅值信息矩阵”为：p表示系统中第二类母线的数量，如图2 所示，在本实施例中采用14-bus系统，p＝9。
[0059]
值得注意的是，和依赖于第二类母线的指标；例如，对 于图2中14-bus系统的指标定义，见表1：
[0060]
表1.14-bus系统中第二类母线的指标
[0061]
第二类母线的标号45791011121314m
pha
，m
mag
的行标号123456789
[0062]
如表1所示，在建立好标号之后，m
pha
和m
mag
可以按照以下步骤建立：
[0063]
第一步：构建m
pha
为m
pha
＝[re(m
pha
)im(m
pha
)]，其中m
pha
包含第二类母线上电压 相量的实部和虚部；
[0064]
第二步：定义指标g为母线的编号，定义指标k为m
pha
和m
mag
的行编号；
[0065]
第三步：通过公式(3)生成m
pha
和m
mag
[0066][0067]
其中，[
·
]
j,k
表示其矩阵的第j行，第k列。
[0068]
然后，当m
pha
和m
mag
构建完毕，最终模型确定过程为：
[0069]
定义其中and
[0070]
根据新的定义，方程(2)可以被写为方程(4)，
[0071]ypha
·
v＝i
mag
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0072]
由于方程(4)中的未知数个数要远多于测量值个数，为了使方程(4)有 唯一解，本实施例中，引入对快照的使用；其中，每组快照对应一组电压和电 流的测量值；通过在短时间内采集多组快照，方程(5)可被获得，
[0073][0074]
其中，m是快照的数目，(
·
)
(h)
表 示第h次快照。
[0075]
为了简化符号，方程(5)的等价方程为，
[0076]ysp
·vsp
＝i
sp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0077]
其中，是一个分块对角矩阵， [0078]
在本实施例中，求解混合测量值估计模型包括：
[0079]
如图2所示，本实施例中以14-bus系统的参数估计为例，求解方程(6)。 首先，重新整理方程(6)可以得到方程(7)，
[0080]
y＝u(x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0081]
其中，y＝i
sp
是测量值向量，x是待估计的状态向量其中包括导纳矩阵y
bus
以 及第二类母线上电压的实部和虚部。
[0082]
对于14-bus系统来说，假定快照时间为4次，共有140个未知数需要被估 计，其中所有未知数和x的关系如表2所示:
[0083]
表2.未知数和x向量的关系
[0084][0085]
然后，为了系统的求解方程(7)中的向量x，建立下述优化问题：
[0086][0087]
方程(8)可通过牛顿迭代法进行求解，其迭代步骤如下：
[0088]
x
ψ+1
＝x
ψ-(h
t
h)-1ht
(x
ψ
)
·
(u(x)-y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0089]
其中，为u(x)的雅可比矩阵。
[0090]
在本实施例中，使用数值法对雅可比矩阵进行求解，具体公式为:
[0091]
h＝[g(x
ψ
+δx)-g(x
ψ-δx)]/(2δx)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0092]
其中δx为一个微小的扰动。
[0093]
最后，本实施例中，在仿真软件pscad中搭建9-bus测试系统，样例如图2 所示；所测试系统共有5个带有发电机的母线，11个负载，20条支路以及3个 变压器；可获得到的测
量值如图2所示；为了提升问题冗余度，本实施例中， 使用五组快照。
[0094]
为了验证该发明的性能，以下基于两个度量进行判断:
[0095]
度量1：通过比较估计值和真实值；
[0096]
度量2：定义实部和虚部的绝对误差为；
[0097][0098][0099]
其中，ream error(％)＝0和im am error(％)＝0表示一个完美估计；
[0100]
参数估计的真实值和估计值的结果如表3和表4所示，导纳矩阵实部和虚 部的绝对误差如图3和图4所示。
[0101]
表3真实值和估计值的结果比较1
[0102][0103]
表4真实值和估计值的结果比较2
[0104][0105][0106]
可以看出，本实施例中的参数估计方法可以得到准确的系统参数。
[0107]
实施例2：
[0108]
本实施例提供了一种基于混合测量值的配电网参数估计系统，包括数据处 采集模块和参数估计模块；
[0109]
所诉数据采集模块，被配置为：获取母线相关数据，包括与电源连接母线 的电压同步向量和电流同步向量，以及其他类母线的电压幅值；
[0110]
所诉参数估计模块，被配置为：依据获取的电压同步向量、电流同步向量 和电压幅值，以及预设的混合测量值估计模型，得到配电网参数估计结果；
[0111]
其中，所述混合测量值估计模型的获取过程为：基尔霍夫电流定律得到配 电网中测量参数和估计参数的物理规律方程；分离物理规律方程的实部和虚部； 依据分离后的方程，建立包含相量信息矩阵和幅值信息矩阵的模型；使用快照 实现模型解的唯一化。
[0112]
实施例3：
[0113]
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了实施例1所述的基于混合测量值的配电网参数估计方 法的步骤。
[0114]
实施例4：
[0115]
本实施例提供了一种电子设备，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了实施例1 所述的基于混合测量值的配电网参数估计方法的步骤。
[0116]
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于 本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的 保护范围之内。