一种基于电气量幅值量测的电力网络参数辨识方法及终端与流程

本发明属于电力网络参数辨识，尤其涉及一种基于电气量幅值量测的电力网络参数辨识方法及终端。

背景技术：

1、电力网络是电力系统的重要组成部分。在故障定位(fault location，fl)、最优潮流(optimal powerflow，opf)、传输线保护(transmission line protection，tlp)、状态估计(state estimation，se)等应用中，通常需要精确的电力网络参数。然而，在实际中，真实的电力网络参数通常与数据库中的现有参数存在一定的误差。此外，线路参数易受到环境因素的影响，例如温度、天气、人类活动影响与线路使用时长等。因此，真实的线路参数与数据库中的标准值甚至会存在25％-30％的误差。这会对后续应用的可靠性造成严重的影响。因此，精确可靠的电力网络参数辨识方法具有重要意义。

2、现有技术中，电力网络参数辨识方法仍然依赖于相位量测的获取，一旦无法获取与电源连接母线的电压向量相位和电流向量相位，便无法进行参数辨识，因此需在少量关键母线(包括与电源连接母线)或全部母线处安装同步相量测量装置以测量电压向量相位和电流向量相位，并需要同时测量其余未安装同步相量测量装置的母线的电压幅值。这对于大型电力网络系统，在所有关键母线安装同步相量测量装置仍可能存在挑战，导致现有方法难以适用于实际的电力网络系统。因此，现有技术还提出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；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，从而减少线路中同步相量测量装置的安装。该技术中虽然减少了一些同步相量测量装置，但仍然依赖于与电源连接母线的电压和电流注入的相位量测，并且与电源连接母线由于注入电流非零，因此不可以采用其他类母线的量测方法进行处理，这使得在实际应用时有多少与电源连接的母线就必须安装同步相量测量装置，并且当相位量测不准确时会对参数辨识结果造成影响。

3、因此，急需提出一种完全不依赖于电压向量相位和电流向量相位量测的电力网络参数辨识方法及终端。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电气量幅值量测的电力网络参数辨识方法及终端，通过将电压向量相位和电流注入向量的相位同时建模为未知状态量进行电力网络参数辨识，仅需要量测电压幅值和电流幅值，从而避免了电力网络参数辨识对相位量测的依赖。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明提出了一种基于电气量幅值量测的电力网络参数辨识方法，包括：

4、步骤1，通过导纳矩阵连接母线电压向量和母线电流注入向量得到电力网络基本模型；

5、步骤2，根据图论理论对导纳矩阵进行分解，将分解后的导纳矩阵代入到电力网络基本模型，得到电力网络参数辨识模型；

6、步骤3，通过分解电力网络参数辨识模型的实部和虚部，得到参数辨识最终模型；

7、步骤4，同时获取与电源连接母线的电压幅值和电流注入幅值以及其余母线的电压幅值；以与电源连接母线的电压相位和电流注入相位作为未知状态量，与电压幅值和电流注入幅值一起构建母线电压向量和母线电流注入向量；将构建得到的母线电压向量和母线电流注入向量代入参数辨识最终模型，得到基于电气量幅值量测的参数辨识模型；

8、步骤5，利用多组快照及牛顿法对基于电气量幅值量测的参数辨识模型进行求解，电力网络参数与建模为未知状态量的电压相位和电流注入相位一同被辨识得出。

9、优选地，步骤1中，电力网络基本模型满足如下关系式：

10、

11、式中，

12、yam为导纳矩阵，

13、为母线电压向量，包含所有母线的电压相量，每个电压相量包括电压幅值和电压相位，

14、为母线电流注入向量，包含所有母线的电流注入相量，每个电流注入相量包括电流注入幅值和电流注入相位。

15、优选地，步骤2包括：

16、步骤2.1，根据图论理论将导纳矩阵分解为如下关系式：

17、

18、式中，

19、aim为关联矩阵，包含整个电网系统的静态拓扑参数，

20、(yam)l为第一对角矩阵，第一对角矩阵的对角元素对应于每个配电网区段串联阻抗的倒数，

21、(yam)b为第二对角矩阵，第二对角矩阵的对角元素对应于每个母线的并联导纳；

22、步骤2.2，将分解后的导纳矩阵代入到电力网络基本模型，得到如下关系式：

23、

24、步骤2.3，对步骤2.2得到的关系式进行等价转换，得到电力网络参数辨识模型，满足如下关系式：

25、

26、式中，

27、diag(·)表示将列向量(·)扩展为对角矩阵diag(·)，

28、col(·)表示将对角矩阵(·)提取为一个列向量col(·)。

29、优选地，步骤3中，参数辨识最终模型满足如下关系式：

30、

31、其中，

32、第一实部对角矩阵creal满足：

33、第一虚部对角矩阵cimag满足：

34、第二实部对角矩阵dreal满足：

35、第二虚部对角矩阵dimag满足：

36、实部列向量xg满足：xg＝col(real((yam)l))；

37、第一虚部列向量xb满足：xb＝col(imag((yam)l))；

38、第二虚部列向量xw满足：xw＝col(imag((yam)b))；

39、上述式中，real(·)表示提取复数形式表示的相量实部，imag(·)表示提取复数形式表示的相量虚部。

40、优选地，步骤4包括：

41、步骤4.1，利用测量获得的电压幅值和作为未知状态量的电压相位，以如下关系式构建母线电压向量：

42、

43、同时，利用测量获得的电流注入幅值和作为未知状态量的电流相位，以如下关系式构建母线电流注入向量：

44、

45、式中，

46、mag(·)表示向量(·)中每个对应元素的幅值，为测量获得的电压幅值，为测量获得的电流注入幅值，

47、θv为未知的电压相位向量，包含所有母线的电压相位，

48、θi为未知的电流注入相位，包含所有母线的电流注入相位，

49、⊙表示哈达玛积；

50、步骤4.2，将构建得到的母线电压向量和母线电流注入向量代入参数辨识最终模型，得到基于电气量幅值量测的参数辨识模型，满足如下关系式：

51、mcon·x＝i

52、式中，

53、mcon为辨识矩阵，

54、第一向量x满足：x＝[xg xb xw]t，

55、第二向量i满足：

56、优选地，mcon满足如下关系式：

57、

58、θv和θi作为为未知状态量均嵌入到了辨识矩阵mcon中。

59、优选地，步骤4.1中，

60、电压相位向量θv满足如下关系式：

61、

62、式中，表示第1条母线的电压相位，表示第2条母线的电压相位，以此类推，表示第n条母线的电压相位，其中n为母线数量；

63、电流注入相位向量θi满足如下关系式：

64、

65、式中，表示第1条母线的电流注入相位，表示第2条母线的电流注入相位，以此类推，表示第n条母线的电流注入相位。

66、优选地，第1条母线被当作参考母线，满足

67、优选地，步骤5中，每个快照对应一组母线电压向量和母线电流注入向量，在设定时间内获得多组快照满足如下关系式：

68、

69、式中，

70、表示辨识矩阵的第1次快照，表示辨识矩阵的第2次快照，以此类推，表示辨识矩阵的第p次快照；

71、i(1)表示第二向量的第1次快照，i(2)表示第二向量的第2次快照，以此类推，i(p)表示第二向量的第p次快照；

72、p是快照的数量。

73、优选地，步骤5中，构造待估计的状态向量x的优化函数，满足如下关系式：

74、

75、式中，||·||2表示向量的l2范数；

76、其中，f(x)满足如下关系式：

77、

78、式中，is＝[i(1)|i(2)|…|i(p)]。

79、优选地，对优化函数通过牛顿法迭代进行求解，得到如下关系式：

80、xυ+1＝xυ-(hth)-1ht(xυ)·f(x)

81、式中，

82、xυ+1为待估计的状态向量的第υ+1次迭代得到的值，

83、xυ为待估计的状态向量的第υ次迭代得到的值，

84、h是f(x)的雅可比矩阵，满足：

85、优选地，采用数值差分格式对h进行计算，得到如下关系式：

86、

87、式中，δx是扰动量。

88、本发明另一方面还提出了一种基于电气量幅值量测的电力网络参数辨识终端，包括：采集模块，向量构建模块，辨识模型模块，辨识模块。

89、采集模块，用于同时采集与电源连接母线的电压幅值和电流注入幅值以及其余母线的电压幅值；

90、向量构建模块，用于以与电源连接母线的电压相位和电流注入相位作为未知状态量，与采集模块采集的电压幅值和电流注入幅值一起构建母线电压向量和母线电流注入向量；

91、辨识模型模块，用于将构建得到的母线电压向量和母线电流注入向量代入参数辨识最终模型，得到基于电气量幅值量测的参数辨识模型；

92、辨识模块，用于利用多组快照及牛顿法对基于电气量幅值量测的参数辨识模型进行求解；辨识模块输出电力网络参数与建模为未知状态量的电压相位和电流注入相位。

93、辨识模型模块包括电力网络基本模型单元，电力网络参数辨识模型单元，参数辨识最终模型单元；其中，

94、电力网络基本模型单元，用于通过导纳矩阵连接母线电压向量和母线电流注入向量得到电力网络基本模型；

95、电力网络参数辨识模型单元，用于根据图论理论对导纳矩阵进行分解，将分解后的导纳矩阵代入到电力网络基本模型得到电力网络参数辨识模型；

96、参数辨识最终模型单元，用于通过分解电力网络参数辨识模型的实部和虚部得到参数辨识最终模型。

97、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出的电力网络参数辨识方法，即使无法获取电压向量相位和电流向量相位时，仍然能够精确辨识电力网络参数。

98、使用本发明提出的电力网络参数辨识方法及终端，有效减少线路中同步相量测量装置的安装数量。

99、而且，使用本发明提出的电力网络参数辨识方法及终端，能够降低相位量测误差对电力网络参数辨识结果准确性和可靠性的影响，对测量噪声具有较好的鲁棒性。

100、同时，使用本发明提出的电力网络参数辨识方法及终端，在获得电力网络参数辨识结果时还能够获得与电源连接母线的电压相位和电流注入相位的辨识结果，扩大了终端的适用场景，对于一般性的电力网络均具有更好的适用性，获得了更多的功能扩展。