CN101707371A - 小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法 - Google Patents

Abstract

一种小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法，该方法是将锁频锁相模块采集的三相电流和三相电压信号送入到小扰动信号检测模块中，当检测到有小扰动状况存在，则通过小扰动信号提取模块提取小扰动信号的电流和电压信号，并将该小扰动信号送入到负荷模型等值参数辨识模块中进行等值参数的辨识，将辨识出的等值参数用于电力系统的潮流计算、电力系统稳定性计算，其计算结果更贴切地反应了电力系统的实际运行状况。

Description

小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法

技术领域

本发明涉及一种小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数辨识方法。

背景技术

建立负荷模型的目的是为了仿真计算能够用上真正反应电力系统负荷特性的模型，提高仿真的精度，使计算结果更加真实地反应实际电力系统的运行状态，合理有效的负荷模型等值参数是电力系统安全经济运行和稳定性分析的基础。负荷模型是由众多的动力负荷和民用负荷所组成，含有补偿电容和电源，通常用一个等值阻抗参数和电源表示。负荷模型用来反应真实电力系统的输入-输出特性，若负荷模型中不含电源，可利用负荷模型端口的稳态电压电流计算负荷模型的等值阻抗参数；若负荷模型中含电源，利用负荷模型端口的稳态电压电流就无法计算负荷模型的等值阻抗参数，只能由负荷模型端口的暂态电压电流辨识负荷模型的等值阻抗参数。目前现有的利用负荷模型端口的暂态电压电流辨识负荷模型等值参数的方法，均是利用电力系统大干扰状况下(电压变化5％以上)的暂态电压电流来辨识负荷模型等值参数，在辨识时，不考虑电压变化5％以下的小干扰状况对电力系统的影响。事实上，电力系统运行过程中，出现机率最大的是小扰动状况，电力系统出现大扰动状况的机率很小，人工大扰动实验也难以得到许可，因此将以往利用大干扰状况下的暂态电压电流识别的负荷模型等值参数无法对负荷变化进行跟踪，不能贴切地反应电力系统的真实状况。

发明内容

本发明的目的就是提供一种在小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法，利用该方法能够对电力系统的负荷变化进行跟踪，更贴切地反应电力系统运行的真实状况，为电力系统进行潮流计算、电压稳定性计算等电力系统的运算提供精确的等值参数值。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，该方法包括以下步骤：

1)、用锁频锁相采样模块采集电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C，该电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C用于小扰动信号检测模块和小扰动信号提取模块，具体做法：将负荷回路电流互感器二次线圈来的三相电流模拟信号i_A，i_B，i_C和从负荷母线上电压互感器二次线圈来的三相电压模拟信号v_A，v_B，v_C，分别送入到锁频锁相采样模块中进行处理，经处理后从锁频锁相采样模块输出同步的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C；

2)、用小扰动信号检测模块检测步骤1采集到的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C，若经检测存在小扰动状况，则输出小扰动信号存在，并进入到步骤4；若经检测不存在小扰动状况，则输出小扰动信号不存在，并进入到步骤3；具体做法是：将从锁频锁相采样模块输出的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C接入小扰动信号检测模块的自适应正弦滤波器中，由该自适应正弦滤波器输出电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C与滤波器正弦信号之间的误差e，然后将误差e与误差定值e_set1进行比较，若e＞e_set1，且误差和∑|e(j)|大于误差定值e_set2，则输出小扰动信号存在；若e≤e_set1，或误差和∑|e(j)|小于或等于误差定值e_set2，则输出小扰动信号不存在；

3)、若步骤2的小扰动信号检测模块输出小扰动信号不存在，则重复步骤1和步骤2；

4)、若步骤2的小扰动信号检测模块输出小扰动信号存在，则用小扰动信号提取模块提取电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C；提取小扰动信号的具体做法是：用锁频锁相采样模块采集的小扰动信号存在的电流、电压数字信号i’_tA、i’_tB、i’_tC、v’_tA、v’_tB、v’_tC减去锁频锁相采样模块采集的不存在小扰动信号的电流、电压数字信号i’_pA、i’_pB、i’_pC、v’_pA、’_pB、v’_pC，即得到电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C；

5)、将由步骤4提取得到的电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C输入到负荷模型等值参数辨识模块中进行辨识并输出该种小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数R_eq和L_eq；具体做法是：将步骤4得到的电流、电压小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C输入负荷模型等值参数辨识模块中，负荷模型等值参数辨识模块采用最小二乘法分别辨识出A相、B相和C相的等值参数，然后将三相的等值参数平均，即得到该负荷模型的等值参数。采用最小二乘法计算方程

的参数a₀，a₁，…，a_K和b₀，b₁，…，b_K，依据计算得出的参数a₀，a₁，…，a_K和b₀，b₁，…，b_K，在K为偶数时，

令

计算

$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$A_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$B_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

在K为奇数时，令

计算

$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$A_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$B_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

由此，得到负荷模型的A相等值参数

$R_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_1{B}_1+A_0{B}_0}{A_0^2+A_1^2}$

$L_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_0{B}_1-A_1{B}_0}{\mathrm{\ω}(A_0^2+A_1^2)}$

然后，采用上述方法分别辨识得到B相的等值参数R_Beq、L_Beq和C相的等值参数R_Ceq、L_Ceq，将A、B、C三相的负荷模型等值参数平均，即得到负荷模型等值参数：

$R_{\mathrm{eq}}=\frac{R_{\mathrm{Aeq}}+R_{\mathrm{Beq}}+R_{\mathrm{Ceq}}}{3}$

$L_{\mathrm{eq}}=\frac{L_{\mathrm{Aeq}}+L_{\mathrm{Beq}}+L_{\mathrm{Ceq}}}{3};$

在任意两个端口处，所连接的电力系统的电网结构无论多么复杂，均可以等效成由一个电感L_eq和一个电阻R_eq串联而成的电路结构，该电路结构就是最简化的负荷模型，该电路结构中的电感值和电阻值可以通过上述方法计算出来，它就是该电力系统负荷模型的等值参数。

在实际中，电力系统会出现大量的小扰动状况，每出现一次小扰动，电力系统都会出现一个短暂的暂态过程，然后再进入一个新的稳态过程，每一个新的稳态过程的负荷模型等值参数都是随着前一个小扰动状况而变化，本发明的方法能够依据每一个小扰动产生的暂态过程的电压、电流信号，辨识出该暂态过程后的稳态过程所对应的负荷模型的等值参数。电力系统的每次小扰动状况后的稳态过程的等值参数均能够被辨识出，因此利用本发明所述方法辨识出的等值参数用于电力系统的潮流计算、稳定分析等电力系统的运算时，其计算结果能够更贴切的反应电力系统运行的真实状况。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：该方法用于辨识小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数，将利用该方法可对电力系统的负荷变化进行实时跟踪，经过该方法辨识得到的等值参数用于电力系统的潮流计算、稳定性计算，其计算结果更符合电力系统的实际状况。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的方法框图；

图2为图1中小绕动信号检测模块的检测方法示意图；

图3为图2中自适应正弦滤波器的方法示意图；

图4为图1中小扰动信号提取模块的方法示意图；

图5为图1中负荷模型等值参数辨识模块的方法示意图；

图中：1.锁频锁相采样模块；2.小扰动信号检测模块；3.小扰动信号提取模块；4.负荷模型等值参数辨识模块；5.自适应正弦滤波器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明所述的小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法包括以下步骤：

1)、用锁频锁相采样模块1采集电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C，该电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C用于小扰动信号检测模块2和小扰动信号提取模块3，具体做法：将负荷回路电流互感器二次线圈来的三相电流模拟信号i_A，i_B，i_C和从负荷母线上电压互感器二次线圈来的三相电压模拟信号v_A，v_B，v_C，分别送入到锁频锁相采样模块1中进行处理，经处理后从锁频锁相采样模块1输出同步的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C；

2)、用小扰动信号检测模块2检测步骤1采集到的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C若经检测存在小扰动状况，则输出小扰动信号存在，并进入到步骤4；若经检测不存在小扰动状况，则输出小扰动信号不存在，并进入到步骤3；具体做法是：将从锁频锁相采样模块1输出的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C接入小扰动信号检测模块2的自适应正弦滤波器5中，由该自适应正弦滤波器5输出电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C与滤波器正弦信号之间的误差e，然后将误差e与误差定值e_set1进行比较，若e＞e_set1，且误差和∑|e(j)|大于误差定值e_set2，则输出小扰动信号存在；若e≤e_set1，或误差和∑|e(j)|小于或等于误差定值e_set2，则输出小扰动信号不存在；

所述的自适应正弦滤波器5由一个与电流数字信号i’_A(i’_B，i’_C)相同频率的正弦信号逼近电流数字信号构成。自适应正弦滤波器的数学表达是

y(t)＝Acos(ωt)+Bsin(ωt)

e(t)＝y(t)-i(t)

为了调节修正参数A和B，进行下列修正算法

A′＝A-μe(t)cos(ωt)

B′＝B-μe(t)sin(ωt)

式中A′、B′是自适应正弦滤波器参数的修正值，μ(μ＞0)是算法收敛因子并依经验取值。误差定值e_set1和e_set2均是依据小扰动信号检测精度设定。

3)、若步骤2的小扰动信号检测模块2输出小扰动信号不存在，则重复步骤1和步骤2；

4)、若步骤2的小扰动信号检测模块2输出小扰动信号存在，则用小扰动信号提取模块3提取电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C；提取小扰动信号的具体做法是：用锁频锁相采样模块1采集的小扰动信号存在的电流、电压数字信号i’_tA、i’_tB、i’_tC、v’_tA、v’_tB、v’_tC减去锁频锁相采样模块1采集的不存在小扰动信号的电流、电压数字信号i’_pA、i’_pB、i’_pC、v’_pA、’_pB、v’_pC，即得到电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C，即

Δi’_A＝i’_tA(t)-i’_pA(kT+t)

Δi’_B＝i’_tB(t)-i’_pB(kT+t)

Δi’_C＝i’_tC(t)-i’_pC(kT+t)

Δv’_A＝v’_tA(t)-v’_pA(kT+t)

Δv’_B＝v’_tB(t)-v’_pB(kT+t)

Δv’_C＝v’_tC(t)-v’_pC(kT+t)

式中T是电流电压数字信号的周期，k是整数。

5)、将由步骤4提取得到的电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C输入到负荷模型等值参数辨识模块4中进行等值参数的辨识并输出在该种小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数R_eq和L_eq；负荷模型等值参数辨识模块辨识的具体做法是：将步骤4得到的电流、电压小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C输入负荷模型等值参数辨识模块中，负荷模型等值参数辨识模块采用最小二乘法计算方程

$\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k\mathrm{\Δ}{v^{,}}_A{\left(t\right)}^{\left(k\right)}=\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k\mathrm{\Δ}{i^{,}}_A{\left(t\right)}^{\left(k\right)}$

的参数a₀，a₁，…，a_K和b₀，b₁，…，b_K，方程中Δv’_A(t)^(k)是电压小扰动信号Δv’_A(t)的k阶导数，Δi’_A(t)^(k)是电流小扰动信号Δi’_A(t)的k阶导数，K是负荷模型的等值阶数。依据计算出的参数a₀，a₁，…，a_K和b₀，b₁，…，b_K，在K为偶数时，令

计算

$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$A_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$B_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

在K为奇数时，令

计算

$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$A_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$B_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

由此，负荷模型的A相等值参数

$R_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_1{B}_1+A_0{B}_0}{A_0^2+A_1^2}$

$L_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_0{B}_1-A_1{B}_0}{\mathrm{\ω}(A_0^2+A_1^2)}$

同理，可辨识负荷模型的B相等值参数R_Beq和L_Beq，辨识负荷模型的C相等值参数R_Ceq和L_Ceq。将A，B，C三相的负荷模型等值参数平均，得到负荷模型等值参数

$R_{\mathrm{eq}}=\frac{R_{\mathrm{Aeq}}+R_{\mathrm{Beq}}+R_{\mathrm{Ceq}}}{3}$

$L_{\mathrm{eq}}=\frac{L_{\mathrm{Aeq}}+L_{\mathrm{Beq}}+L_{\mathrm{Ceq}}}{3}.$

本发明所述的方法能够跟踪电力系统负荷的实时变化，能够实时地辨识出每个变化后的、稳态运行的电力系统的等值参数，将实时变化的等值参数用于潮流计算、电压稳定性计算，所得到的计算结果更贴近于电力系统的真实状况，能够为电力系统的工作人员提供更为可靠的分析基础.例如：电力调度中心可以根据辨识得到的等值参数直接进行负荷网络有功功率和无功功率的计算，有利于调度中心合理地输送电力.

Claims (2)

1.一种小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)、用锁频锁相采样模块(1)采集电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C，该电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C用于小扰动信号检测模块(2)和小扰动信号提取模块(3)，具体做法：将负荷回路电流互感器二次线圈来的三相电流模拟信号i_A，i_B，i_C和从负荷母线上电压互感器二次线圈来的三相电压模拟信号v_A，v_B，v_C，分别送入到锁频锁相采样模块(1)中进行处理，经处理后从锁频锁相采样模块(1)输出同步的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C和电压数字信号v’_A，v’_B，v’_C；

2)、用小扰动信号检测模块(2)检测步骤1采集到的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C，若经检测存在小扰动状况，则输出小扰动信号存在，并进入到步骤4；若经检测不存在小扰动状况，则输出小扰动信号不存在，并进入到步骤3；具体做法是：将从锁频锁相采样模块(1)输出的电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C接入小扰动信号检测模块(2)的自适应正弦滤波器(5)中，由该自适应正弦滤波器(5)输出电流数字信号i’_A，i’_B，i’_C与滤波器正弦信号之间的误差e，然后将误差e与误差定值e_set1进行比较，若e＞e_set1，且误差和∑|e(j)|大于误差定值e_set2，则输出小扰动信号存在；若e≤e_set1，或误差和∑|e(j)|小于或等于误差定值e_set2，则输出小扰动信号不存在；

3)、若步骤2的小扰动信号检测模块(2)输出小扰动信号不存在，则重复步骤1和步骤2；

4)、若步骤2的小扰动信号检测模块(2)输出小扰动信号存在，则用小扰动信号提取模块(3)提取电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C；提取小扰动信号的具体做法是：用锁频锁相采样模块(1)采集的小扰动信号存在的电流、电压数字信号i’_tA、i’_tB、i’_tC、v’_tA、v’_tB、v’_tC减去锁频锁相采样模块(1)采集的不存在小扰动信号的电流、电压数字信号i’_pA、i’_pB、i’_pC、v’_pA、’_pB、v’_pC，即得到电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C；

5)、将由步骤4提取得到的电流、电压的小扰动信号Δi’_A、Δi’_B、Δi’_C、Δv’_A、Δv’_B、Δv’_C输入到负荷模型等值参数辨识模块(4)中，负荷模型等值参数辨识模块(4)首先采用最小二乘法分别辨识出A相、B相和C相的等值参数，然后再将三相的等值参数平均，即得到的电力系统负荷模型等值参数R_eq和L_eq。

2.如权利要求1所述的小扰动状况下的电力系统负荷模型等值参数的辨识方法，其特征在于：步骤5中负荷模型等值参数辨识模块所用的最小二乘法的辨识方法是这样的：负荷模型等值参数辨识模块采用最小二乘法计算方程

的参数a₀，a₁，…，a_K和b₀，b₁，…，b_K，依据计算得出的参致a₀，a₁，…，a_K和b₀，b₁，…，b_K，在K为偶数时，

令

计算

$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$A_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$B_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

在K为奇数时，令计算

$A_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$A_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{a}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

$B_0=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n}{\mathrm{\ω}}^{2n}$

$B_1=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^n{b}_{2n+1}{\mathrm{\ω}}^{2n+1}$

由此，得到负荷模型的A相等值参数

$R_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_1{B}_1+A_0{B}_0}{A_0^2+A_1^2}$

$L_{\mathrm{Aeq}}=\frac{A_0{B}_1-A_1{B}_0}{\mathrm{\ω}(A_0^2+A_1^2)}$

然后再采用上述方法辨识得到B相的等值参数R_Beq、L_Beq和C相的等值参数R_Ceq、L_Ceq，将A、B、C三相的负荷模型等值参数平均，即得到负荷模型等值参数：

Images