CN103390934B - 一种对广域测量系统功角差的实时预测方法 - Google Patents

一种对广域测量系统功角差的实时预测方法 Download PDF

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本发明涉及一种对广域测量系统功角差的实时预测方法，本发明首先分析需要抑制的低频振荡的特点，选择与振荡强相关的两个观测点，分别在选定的观测点安装PMU，然后在良好的通讯状况下，PMU定期将采集计算的信息及时上传到服务器，服务器根据获取的信息预测功角差。因此，本发明具有如下优点：考虑实际工程通讯中的丢包、中断情况，开发了通讯检测功能，对通讯具有智能识别的功能；同时，对于通讯故障中的错序也具有很好的适应性，贴近工程实际；嵌入在实时控制系统中，同时每轮预测运算量，资源消耗量少，计算耗时短且准确度满足要求，具有很好的扩展性；采用动态更新的滚动预测模式，及时更新预测值，更接近功角的真实值，鲁棒性良好。

Description

一种对广域测量系统功角差的实时预测方法
技术领域
本发明属于电力系统广域测量系统阻尼控制技术领域，涉及一种对广域测量系统功角差的实时预测方法。
背景技术
为了保证飞速发展的现代社会具有良好的安全性、可靠性及经济效益的电能，现代电力系统的各大区域电网互相连接，形成了地域跨度达几千公里的广域互联电力系统。广域互联电力系统在显著提高安全性、可靠性和经济性的同时，其动态控制问题也变得尤为严峻。随着通信技术的发展进步，电力系统广域测量系统(WAMS)相应地快速发展，WAMS测量终端——同步相量测量单元(PMU)逐渐布置于电力系统的关键节点（通常为广域互联电力系统中所有的500KV节点及重要的220KV节点）。WAMS正逐步成为广域互联电力系统动态监测与控制的重要数据平台。
电力系统广域测量系统的测量数据更新间隔通常为10ms至20ms，且存在具有分布特性的网络通信时延。工作人员在已有的电力系统广域测量系统工程中，对通信网络时延进行了实测，得出了通信时延具有分布特性的结论，具有一个平均的网络时延，偏离平均值越大出现的概率越小。典型的数据为，平均时延为20ms左右，但是仍会有100ms的时延时而出现。
在WAMS中，阻尼控制需要有效反应低频振荡的功角信息作为反馈量。由于反馈量从测量到获取之间经过了通信网络传输，存在时延，因而预测成为一个重要的环节，其预测的快速性和准确性对控制的效果至关重要。
目前理论研究中在功角预测领域已取得一定成果，如采用时间序列技术的多项式拟合预测、自回归模型法、三角函数拟合法、Prony分析预测法以及各种神经网络预测算法等。但这些方法仅适合于理论讨论研究、仿真分析以及离线分析等时间不紧迫的应用中，此外也为考虑实际工程中通讯信道丢包、中断等的问题，对于实时性限制在毫秒级的电力系统广域测量系统阻尼控制，无法满足要求。综上，现有的电力系统功角差预测，亟需一种在阻尼控制中可以快速准确预测低频振荡区域功角差的方法。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种对广域测量系统功角差的实时预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选定反应低频振荡的两个可观测性机组，作为观测点，定义观测点A和观测点C；并在两个观测点上安装同步相量测量单元，并设定的滚动周期；
步骤2，服务器检测自身与两个观测点上的同步相量测量单元的通讯状态，确认通讯正常后，服务器向两个观测点上的同步相量测量单元发送配置信息，同步相量测量单元根据配置信息进行采样，并将采样数据发送至服务器；所述服务器上建立有两类功角数据库，一类为功角数据库，根据两观测点传递到服务器的功角采样值，由观测点A采样数据构成A侧功角数据库，由观测点C采样数据构成C侧功角数据库；另一类为功角差数据库，用于存放A侧功角值与C侧功角值的差值；所述配置信息包括采集对象、上传时间间隔和通信协议；
步骤3，服务器根据步骤2中同步相量测量单元的采样数据获取两观测点功角的缺失数据，在获取缺失数据完成后，对A侧功角进行预测，然后根据功角时间位序，将A侧功角预测值填充到A侧功角数据库，利用相同的方式，对C侧功角进行预测，并填充C侧功角数据库中；
步骤4，等待控制规律取走反馈量功角差，步骤1中设定的滚动周期到达后，返回步骤2，继续预测。
在上述的一种对广域测量系统功角差的实时预测方法，所述的步骤2中，配置信息中采集对象为两个观测点和观测点的功角量；两观测点的上传时间间隔相同，服务器和两观测点的同步相量测量单元之间的通讯协议为UDP通讯协议。
在上述的一种对广域测量系统功角差的实时预测方法，所述的步骤3中，获取缺失数据的具体方法是基于定义：服务器建立数据库包括功角数据库D_a和功角数据库D_c，并且数据库D_a和数据库D_c的长度均为L；并定义两个同步相量测量单元为PMU_a和PMU_c；
步骤3.1，服务器接收两个同步相量测量单元上传的功角值，根据PMU_a上传数据中时间戳的小数部分m决定功角值在数据库中的存储位置；i=<1000m>，其中i表示存储位置，<.>表示对括号内数据取整；定义数据库D_a的第i个位置为D_a[i]，时刻k接收到的功角值为则有按照同样的方式对数据库D_c填充；
步骤3.2，服务器对缺失数据的估计，定义步骤3.1中时刻k时从PMU_a获取的功角D_a[i]的时域上紧邻的前一个功角在数据库D_a中为D_a[j]；i≠j，并根据j和i的比值结果进行选择执行步骤：
如果j<i，其中数据库数据D_a[j+1]，D_a[j+2]，…，D_a[i-1]缺失，执行选择步骤1；如果j>i，执行选择步骤2；
选择步骤1，定义Δa=(D_a[i]-D_c[j])/(i-j)，缺失的数据D_a[j+1]=D_a[j]+Δa，D_a[j+2]=D_a[j+1]+Δa，…，D_a[i-1]=D_a[i-2]+Δa，继续执行步骤3.4；
选择步骤2，j>i显示出数据库发生了越界，其中数据库数据从D_a[j+1]，D_a[j+2]，…，D_a[L-1]，D_a[0]，…，D_a[i-1]缺失，定义Δa=(D_a[i]-D_c[j])/(L+i-j)，缺失数据D_a[j+1]=D_a[j]+Δa，D_a[j+2]=D_a[j+1]+Δa，…，D_a[i-1]=D_a[i-2]+Δa，继续执行步骤3.4；
步骤3.4，按步骤3.2至步骤3.3的相同方法获取数据库D_c缺失数据；
步骤3.5，取当前时刻k的数据库D_a和D_c中的最近一次获取的功角值D_a[i]，D_c[i]，那么功角D_a[i+1]=D_a[i]+Δa，D_a[i+2]=D_a[i+1]+Δa，…，D_a[i+P]=D_a[i+P-1]+Δa，其中P为设定的预测长度，然后按相同方式预测数据库D_c，
步骤3.6，定义功角差数据库D_Δ功角差的预测值为D_Δ[r]，r表示的意义与数据库D_a和数据库D_c中相同，那么
D_Δ[i+1]=D_a[i+1]-D_c[i+1]；
D_Δ[i+2]=D_a[i+2]-D_c[i+2]；
…
D_Δ[i+P]=D_a[i+P]-D_c[i+P]。
因此，本发明具有如下优点：1.考虑实际工程通讯中的丢包、中断情况，开发了通讯检测功能，对通讯具有智能识别的功能；同时，对于通讯故障中的错序也具有很好的适应性，贴近工程实际；2.嵌入在实时控制系统中，同时每轮预测运算量，资源消耗量少，计算耗时短且准确度满足要求，具有很好的扩展性；3.采用动态更新的滚动预测模式，及时更新预测值，更接近功角的真实值，鲁棒性良好。
附图说明
附图1是广域测量系统阻尼控制结构图。
附图2是预测曲线示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
以下结合附图说明本发明技术方案。
本发明的技术方案为一种利用功角的变化特征对广域测量系统功角差的实时预测方法，如附图1所示，设关注的WAMS量测有两个，分别为观测点A和观测点C，在观测点A设置PMU_a测量观测并按指定发送间隔T_a上传数据，在观测点C同样设置PMU_c进行同步观测，同时按指定时间间隔T_c上传数据，另设在服务器B上运行实时预测，PMU_a和PMU_c上传的数据几乎同步到达服务器，功角差预测包含以下步骤，
步骤1，服务器B检测自身与PMU_a和PMU_c间的通讯状态，当服务器B与PMU_a的通讯状态正常同时与PMU_c的通讯状态也正常时，执行步骤2；否者
继续执行步骤1步骤；
步骤2，服务器B发送配置信息到PMU_a和PMU_c，配置信息指定PMU_a和PMU_c分别采集计算观测点A和观测点C的功角量；配置信息也规定PMU_a和PMU_c的发送间隔T_a和T_c为同一值T；配置信息还指定了服务器和PMU之间的通讯协议为UDP；
步骤3，服务器B建立功角数据库D_a和功角数据库D_c，设置数据库D_a和数据库D_c的长度均为L；
步骤4，服务器B接收PMU_a和PMU_c上传的功角值，根据PMU上传数据中时间戳的小数部分m（单位：s）决定功角值在数据库中的存储位置；i=<1000m>，其中i表示存储位置，<.>表示对括号内数据取整；定义数据库D_a的第i个位置为D_a[i]，时刻k接收到的功角值为则有按照同样的方式对数据库D_c填充；
步骤5，服务器B对缺失数据的估计，设步骤4中时刻k时从PMU_a获取的功角D_a[i]的紧邻的前一个功角在数据库D_a中为D_a[j]；i≠j，如果j<i，其中数据库数据D_a[j+1]，D_a[j+2]，…，D_a[i-1]缺失，执行步骤6a；如果j>i，执行步骤6b；
步骤6a，定义Δa=(D_a[i]-D_c[j])/(i-j)，缺失的数据D_a[j+1]=D_a[j]+Δa，D_a[j+2]=D_a[j+1]+Δa，…，D_a[i-1]=D_a[i-2]+Δa，继续执行步骤7；
步骤6b，j>i显示出数据库发生了越界，其中数据库数据从D_a[j+1]，D_a[j+2]，…，D_a[L-1]，D_a[0]，…，D_a[i-1]缺失，定义Δa=(D_a[i]-D_c[j])/(L+i-j)，缺失数据D_a[j+1]=D_a[j]+Δa，D_a[j+2]=D_a[j+1]+Δa，…，D_a[i-1]=D_a[i-2]+Δa，继续执行步骤7；
步骤7，按与数据库D_a的相同估计方式估计数据库D_c缺失数据；
步骤8，取当前时刻k的数据库D_a和D_c中的最近一次获取的功角值D_a[i]，D_c[i]，那么功角D_a[i+1]=D_a[i]+Δa，D_a[i+2]=D_a[i+1]+Δa，…，D_a[i+P]=D_a[i+P-1]+Δa，其中P为设定的预测长度，如附图2所示，按相同方式预测数据库D_c，
步骤9，定义功角差数据库D_Δ功角差的预测值为D_Δ[r]，r表示的意义与数据库D_a和数据库D_c中相同，那么
D_Δ[i+1]=D_a[i+1]-D_c[i+1]；
D_Δ[i+2]=D_a[i+2]-D_c[i+2]；
…
D_Δ[i+P]=D_a[i+P]-D_c[i+P]；
计算更新完成后，等待控制规律取走反馈量功角差，返回步骤1，滚动预测功角差。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种对广域测量系统功角差的实时预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选定反应低频振荡的两个可观测性机组，作为观测点，定义观测点A和观测点C；并在两个观测点上安装同步相量测量单元，并设定滚动周期；
步骤2，服务器检测自身与两个观测点上的同步相量测量单元的通讯状态，确认通讯正常后，服务器向两个观测点上的同步相量测量单元发送配置信息，同步相量测量单元根据配置信息进行采样，并将采样数据发送至服务器；所述服务器上建立有两类功角数据库，一类为功角数据库，根据两观测点传递到服务器的功角采样值，由观测点A采样数据构成A侧功角数据库，由观测点C采样数据构成C侧功角数据库；另一类为功角差数据库，用于存放A侧功角值与C侧功角值的差值；所述配置信息包括采集对象、上传时间间隔和通信协议；
步骤3，服务器根据步骤2中同步相量测量单元的采样数据获取两观测点功角的缺失数据，在获取缺失数据完成后，对A侧功角进行预测，然后根据功角时间位序，将A侧功角预测值填充到A侧功角数据库，利用相同的方式，对C侧功角进行预测，并填充C侧功角数据库中；
获取缺失数据的具体方法是基于定义：服务器建立数据库包括功角数据库D_a和功角数据库D_c，并且功角数据库D_a和功角数据库D_c的长度均为L；并定义两个同步相量测量单元为PMU_a和PMU_c；
步骤3.1，服务器接收两个同步相量测量单元上传的功角值，根据PMU_a上传数据中时间戳的小数部分m决定功角值在数据库中的存储位置；i＝<1000m>，其中i表示存储位置，<·>表示对括号内数据取整；定义功角数据库D_a的第i个位置为D_a[i]，时刻k接收到的功角值为则有按照同样的方式对功角数据库D_c填充；
步骤3.2，服务器对缺失数据的估计，定义步骤3.1中时刻k时从PMU_a获取的功角D_a[i]的时域上紧邻的前一个功角在功角数据库D_a中为D_a[j]；i≠j，并根据j和i的比值结果进行选择执行步骤：
如果j<i，其中数据库数据D_a[j+1]，D_a[j+2]，…，D_a[i-1]缺失，执行选择步骤1；如果j>i，执行选择步骤2；
选择步骤1，定义Δa＝(D_a[i]-D_c[j])/(i-j)，缺失的数据D_a[j+1]＝D_a[j]+Δa，D_a[j+2]＝D_a[j+1]+Δa，…，D_a[i-1]＝D_a[i-2]+Δa，继续执行步骤3.3；
选择步骤2，j>i显示出数据库发生了越界，其中数据库数据从D_a[j+1]，D_a[j+2]，…，D_a[L-1]，D_a[0]，…，D_a[i-1]缺失，定义Δa＝(D_a[i]-D_c[j])/(L+i-j)，缺失数据D_a[j+1]＝D_a[j]+Δa，D_a[j+2]＝D_a[j+1]+Δa，…，D_a[i-1]＝D_a[i-2]+Δa，继续执行步骤3.3；
步骤3.3，按步骤3.1至步骤3.2的相同方法获取功角数据库D_c缺失数据；
步骤3.4，取当前时刻k的功角数据库D_a和D_c中的最近一次获取的功角值D_a[i]，D_c[i]，那么功角D_a[i+1]＝D_a[i]+Δa，D_a[i+2]＝D_a[i+1]+Δa，…，D_a[i+P]＝D_a[i+P-1]+Δa，其中P为设定的预测长度，然后按相同方式预测功角数据库D_c，
步骤3.5，定义功角差数据库D_Δ中第i个位置的功角差的预测值为D_Δ[i]，那么
D_Δ[i+1]＝D_a[i+1]-D_c[i+1]；
D_Δ[i+2]＝D_a[i+2]-D_c[i+2]；
…
D_Δ[i+P]＝D_a[i+P]-D_c[i+P]；
步骤4，等待控制规律取走反馈量功角差，步骤1中设定的滚动周期到达后，返回步骤2，继续预测。
2.根据权利要求1所述的一种对广域测量系统功角差的实时预测方法，其特征在于，所述的步骤2中，配置信息中采集对象为两个观测点和观测点的功角量；两观测点的上传时间间隔相同，服务器和两观测点的同步相量测量单元之间的通讯协议为UDP通讯协议。
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