基于MCMC算法的配电网参数辨识方法及系统与流程

本发明属于配电网控制，特别涉及基于mcmc算法的配电网参数辨识方法及系统。

背景技术：

1、随着我国配电网(power delivery network，pdn)规模逐步扩大，电网结构日趋复杂。近年来，随着分布式发电和新能源汽车的普及，配电网运营的复杂性也在增加。

2、现有技术中，输电线路和变压器参数的辨识方法包括：使用基于自几何间距法的理论公式进行计算的方法，其中导线的相互几何间距和导线的制造材料与天气、温度等外部条件相结合；基于使用电气仪器对电压、电流、功率、频率和其他网络参数的现场测量的识别方法；随着监控与数据采集(scada)方法、电力管理单元(pmu)方法和先进计量基础设施(ami)方法的推广和应用，也提出了一些新的识别方法，如最小二乘法、改进的加权最小二乘法、残差法，灵敏度分析法和拉格朗日乘子法。

3、但是现有技术中，配电网参数辨识方法存在以下不足：

4、1)、现有技术需要关于高压侧和低压侧的电压、电流、有功功率和无功功率的数据，并且需要精确计算相位角，受到配电网中缺乏实时测量设备的限制。最小二乘法的前提是参数空间是凸的，默认的局部极值是全局极值；因此，该方法对非凸参数的初始值很敏感，并且计算不容易收敛。

5、2)、参数计算的求解时间很长，并且随着数据量的增加呈指数增长，并且对于初设设定值非常敏感，导致计算不收敛，而且受到初始值的影响，在拓扑结构、线路阻抗特性和传输网络之间还存在许多差异。因此，传输网络的参数识别方法可能不适合pdn参数的计算。

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mcmc算法(markov chainmonte carlo methods，马尔可夫链蒙特卡罗算法)的配电网参数辨识方法及系统，对配电网整体拓扑架构的静态、实时、历史、电量等数据进行异动辨识，在没有相位角信息的情况下获得高精度的参数值；此外，该方法收敛速度很快。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明提出了一种基于mcmc算法的配电网参数辨识方法，包括：

4、基于蒙特卡罗方法，根据所采集的配电网参数的类型，确定配电网参数服从的初始分布；

5、基于潮流计算模型，利用服从初始分布的配电网参数得到线路潮流计算值；

6、构造损失函数；利用线路潮流计算值和线路潮流的实测值计算损失函数的值；

7、基于马尔可夫链迭代过程，对蒙特卡罗方法的贝叶斯后验概率分布进行迭代更新；每次迭代时，获取服从更新后的贝叶斯后验概率分布的配电网参数，重复确定配电网参数服从的初始分布以及利用服从初始分布的配电网参数得到线路潮流计算值，当计算得到的损失函数的值满足约束条件时停止迭代，得到配电网的最优动态参数。

8、基于马尔可夫链确定配电网参数的初始分布。

9、配电网参数包括变压器的短路损耗、短路电压百分比、空载损耗、空载电流百分比、线路电阻以及线路电抗时，配电网参数服从第一分布；引入第一范围系数α和第二范围系数β，满足0＜α,β＜2，第一分布表示如下：

10、

11、式中，pk(i)、p0(i)、分别为第i台变压器的短路损耗、短路电压百分比、空载损耗、空载电流百分比；分别为第j条线路的线路电阻、线路电抗；i是变压器编号，j是线路编号；u(a,b)表示参数a和b所服从的分布{u(a,b):a＜b}；

12、配电网参数包括变压器的额定容量、额定电压、额定电流、线路长度和线路类型时，配电网参数服从的第二分布；第二分布表示如下：

13、

14、式中，pk(i)、p0(i)、分别为第i台变压器的短路损耗、短路电压百分比、空载损耗、空载电流百分比；分别为第j条线路的线路电阻、线路电抗；i是变压器编号，j是线路编号；sn为变压器的额定容量，un为额定电压，in为额定电流，l为线路长度，r20是20℃时的电阻，k是电阻的温度系数，t为温度，x是线路的电感电抗。

15、潮流计算模型的输入变量满足如下约束：

16、a＜rl/xl＜b

17、xt/rt＞c

18、gt/bt＞d

19、式中，a、b、c、d是预设的约束阈值，rl、xl分别为γ型等效电路的电阻、电抗，gγ、bγ分别为低压配电线路的电导、电纳，rt、xt分别为低压配电线路的电阻、电抗。

20、利用电压计算值与电压的实测值的差值、电流计算值与电流的实测值的差值、相位计算值与相位的实测值的差值、功率因数计算值与功率因数实测值的差值以及电压计算值的有效值与电压计算值乘以变比之间的差值，构造损失函数；

21、损失函数j满足如下关系式：

22、

23、式中，

24、uk分别为第k次迭代时的电压计算值、电压实测值；ik分别为第k次迭代时的电流计算值、电流实测值；损失函数的第一部分由电压偏差与电流偏差的和构成，其中，电压偏差是潮流计算得到的电压计算值与电压的实测值的差值，电流偏差是潮流计算得到的电流计算值与电流的实测值的差值；

25、分别为第k次迭代时的电压计算值的有效值、电流计算值的有效值，为第k次迭代时的相位计算值；pk、qk分别为第k次迭代时的有功功率实测值和无功功率实测值，ang(pk+jqk)为第k次迭代时的相位实测值；损失函数的第二部分由相位计算值与相位的实测值的差值构成；

26、为第k次迭代时的功率因数计算值，为第k次迭代时的功率因数实测值；损失函数的第三部分由功率因数计算值与功率因数实测值的差值构成；

27、n为变压器的变比；损失函数的第四部分由电压计算值的有效值与电压计算值乘以变比之间的差值构成；

28、k＝1,2,…,t，t为迭代总次数。

29、对计算得到的损失函数的值进行归一化处理，以归一化后的损失函数的值作为马尔可夫链迭代过程中的转移概率；

30、当归一化后的损失函数的值满足如下约束条件时停止迭代：

31、

32、式中，π0是物体的初始参数，π1、π2、……、πt分别表示物体在第1、2、……、t迭代时刻的参数，p为贝叶斯后验概率，xk、xk+1分别为马尔可夫链中迭代时刻k、k+1的状态，i、j分别为离散时刻对应的状态，s为状态空间，pij为转移概率，表示在马尔可夫链中从当前状态xk＝i转移到下一个状态xk+1＝j的概率。

33、本发明还提出了一种基于mcmc算法的配电网参数辨识系统，包括：初始模块，损失函数计算模块，辨识模块；

34、初始模块，用于基于蒙特卡罗方法，根据所采集的配电网参数的类型，确定配电网参数服从的初始分布；

35、损失函数计算模块，用于基于潮流计算模型，利用服从初始分布的配电网参数得到线路潮流计算值；构造损失函数；利用线路潮流计算值和线路潮流的实测值计算损失函数的值；

36、辨识模块，用于基于马尔可夫链迭代过程，对蒙特卡罗方法的贝叶斯后验概率分布进行迭代更新；每次迭代时，获取服从更新后的贝叶斯后验概率分布的配电网参数，重复确定配电网参数服从的初始分布以及利用服从初始分布的配电网参数得到线路潮流计算值，当计算得到的损失函数的值满足约束条件时停止迭代，得到配电网的最优动态参数。

37、一种终端，包括处理器及存储介质；存储介质用于存储指令；处理器用于根据所述指令进行操作以执行方法的步骤。

38、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方法的步骤。

39、本发明的有益效果在于，与现有技术相比至少包括：本发明提出的方法能够在没有相位角信息的情况下获得高精度的pdn参数；而且对初始值不敏感，收敛速度快。本方法先基于马尔可夫链原理，当面对多个高维随机变量时，马尔可夫链的收敛速度很快。假设的配电网参数的概率分布可以通过马尔可夫链的状态转移概率来更新，迭代后可以获得配电网动态参数的最优解。本方法同时基于蒙特卡罗方法，蒙特卡罗方法通过大量的随机模拟来解决这些问题。当要解决的问题是基于某个随机事件发生的概率时，根据随机试验的方法，该方法将事件发生的频率作为随机事件的概率；从而获得某个随机变量的数值特性，并将其作为问题的解。