CN103840455B

CN103840455B - 一种电力系统戴维南等值参数在线识别方法及其装置

Info

Publication number: CN103840455B
Application number: CN201410096670.8A
Authority: CN
Inventors: 刘友波; 李卓艺; 刘俊勇
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University; Economic and Technological Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: CN103840455A

Abstract

本发明提供一种电力系统戴维南等值参数在线识别方法，无论系统侧扰动大或者小，该方法在所有时刻都能有效在线识别出参数。包括步骤：建立考虑系统侧变量的数学模型；在线采集变电站电压电流原始数据；将电压电流原始数据经傅里叶变换得到电压电流相量数据；将电压电流相量数据作为输入并利用变量的相互独立性对模型进行寻优求解，并输出辨识结果。本发明还提供一种电力系统戴维南等值参数在线识别装置，无论系统侧扰动大或者小，该装置在所有时刻都能有效在线识别出参数，能更好地为电力系统的安全运行提供保障。

Description

一种电力系统戴维南等值参数在线识别方法及其装置

技术领域

本发明涉及电力系统戴维南等值参数在线识别领域，尤其是无论系统侧扰动大或者小时也能在线识别电力系统戴维南等值参数的方法，以及基于该方法的电力系统戴维南等值参数在线识别装置。

背景技术

随着技术的发展，基于局部量测和戴维南等值的局部电压稳定在线分析和监测方法能实现对电力系统戴维南等值参数在线识别，并可在线确定节点电压稳定裕度及最大功率极限，确保电力系统的电压稳定安全运行。现有的电力系统戴维南等值参数在线识别方法及装置仅能在系统侧扰动较小负荷侧扰动较大时识别出参数，而在其他大部分时刻无法准确得到戴维南等值参数。这是由于现有的识别方法及装置基于的数学模型假设戴维南等值电势不变造成的，而在实际系统中戴维南等值电势是不断变化的。这就造成了现有方法无法在大部分时刻准确得到戴维南等值参数，仅能在在系统侧扰动较小负荷侧扰动较大时识别出参数。

发明内容

为克服现有电力系统戴维南等值参数在线识别方法仅能在系统侧扰动较小负荷侧扰动较大时识别出参数的不足，本发明要解决的技术问题在于提供一种电力系统戴维南等值参数在线识别方法，无论系统侧扰动大或者小，该方法在所有时刻都能有效在线识别出参数。

一种电力系统戴维南等值参数在线识别方法，包括步骤：

建立考虑系统侧变量的数学模型；在线采集变电站电压电流原始数据；将电压电流原始数据经傅里叶变换得到电压电流相量数据；将电压电流相量数据作为输入并利用变量的相互独立性对模型进行寻优求解，并输出辨识结果。

与现有技术相比较，本发明方法将节点电压、电流变化量分解为负荷侧和系统侧的叠加，建立新的考虑了系统侧变量的数学模型，并利用系统侧、负荷侧电流变量的相互独立性对模型进行求解。该方法避免了现有技术方法假设戴维南等值电势不变这一假设，无论系统侧扰动大或者小，该方法在所有时刻都能有效在线识别出参数。而现有技术方法仅能在系统侧扰动较小负荷侧扰动较大时识别出参数，在其余大部分时间无法提供有效的参数辨识值。

本发明要解决的技术问题还在于提供一种电力系统戴维南等值参数在线识别装置，无论系统侧扰动大或者小，该装置在所有时刻都能有效在线识别出参数。

一种电力系统戴维南等值参数在线识别装置，包括：

电压电流信息采集模块，用于在线获取变电站电压电流信息；

信息处理模块，用于将电压电流信息采集模块采集到的信息经内置算法进行处理分析，并将结果输出到信息输出模块；

信息输出模块，用于显示输出结果。

与现有技术相比较，本发明装置基于的方法将节点电压、电流变化量分解为负荷侧和系统侧的叠加，建立新的考虑了系统侧变量的数学模型，并利用系统侧、负荷侧电流变量的相互独立性对模型进行求解。方法避免了现有技术方法假设戴维南等值电势不变这一假设，无论系统侧扰动大或者小，装置在所有时刻都能有效在线识别出参数。而现有技术装置仅能在系统侧扰动较小负荷侧扰动较大时识别出参数，在其余大部分时间无法提供有效的参数辨识值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明方法的总体步骤。

图2是戴维南等值电路。

图3是本发明方法的模型求解算法流程图。

图4是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

所述电力系统戴维南等值参数在线识别方法的总体步骤如图1，步骤如下：

下面对本发明的方法从原理角度进行详细说明：

第一步，首先建立考虑系统侧变量的数学模型。

戴维南等值电路如图2所示，E、Z_u、Z_c、V、I分别为戴维南等值电势相量，戴维南等值阻抗，负荷阻抗，负荷节点电压相量，负荷节点电流相量。

假设系统戴维南等值阻抗Z_u保持不变(现有模型中假设戴维南等值阻抗和戴维南等值电势都不变)，两个相邻的时刻的有：

其中：

式中下标1表示前一时刻的电气量，下标2表示后一时刻的电气量。

两个相邻的时刻的负荷节点电压变化量：

将上式E₁分解为E₁-E₂+E₂：

上式将ΔV看做两侧电压变化量的叠加。

用ΔV_u表示系统侧变化引起的负荷节点电压变化量，ΔV_c表示负荷侧变化引起的负荷节点电压变化量。则上式变为：

(1)

其中：

类似的，负荷节点的电流变化量ΔI，也可表示为系统侧引起的电流变化量ΔI_u和负荷侧引起的电流变化量ΔI_c的叠加。推导过程与电压变化量ΔV类似：

(2)

其中：

ΔV_u和ΔI_u之间刚好存在Z_c1倍关系，ΔV_c和ΔI_c之间存在-Z_u倍关系：

(3)

式(1)(2)(3)整理得：

(4)

上式物理意义在于将节点电压电流相量变化量分解为系统侧和负荷侧的叠加，将系统侧变量考虑进数学模型中。传统模型中假设戴维南等值电势不变，而考虑了系统侧变量的新数学模型没有这一假设，更符合实际情况。

第二步，对考虑了系统侧变量的模型求解。

式(4)中ΔI_u、ΔI_c分别由系统侧和负荷侧提供。系统侧引起电流变化量和负荷侧引起电流变化量这两个事件是相互独立的，根据概率论ΔI_u、ΔI_c这两个随机变量是相互独立的。进一步根据概率论可知，两个相互独立随机变量的相关系数为0，即：

(5)

ρ_(ΔIu,ΔIc)、cov_(ΔIu,ΔIc)分别表示ΔI_u、ΔI_c这两个变量的相关系数和协方差，D_(ΔIu)、D_(ΔIc)分别表示ΔI_u和ΔI_c的方差。(注：这里ρ_(ΔIu,ΔIc)是复值相关系数，复值相关系数的取值范围是[-1,1]，故上式的取值范围是[0，1]。)

发明的方法基于式(4)，以待求量为自变量，式(5)最小为0时的即是估计值。

以系统侧引起电流变化量和负荷侧引起电流变化量的相关系数绝对值最小为优化目标，求解建立的模型的算法流程：

1)根据式(4)建立考虑系统侧变量的数学模型。2)设置初始值Z_u'=0。3)将Z_u'值带入式(4)得到ΔI_u'，ΔI_c'值。4)计算ΔI_u'和ΔI_c'的相关系数绝对值|ρ_{(ΔIu',ΔIc')}|。5)若|ρ_{(ΔIu',ΔIc')}|>ε(ε为足够小的正实数)，按照一定规则（该规则取决于使用的优化算法）改变Z_u'的值，转到2步骤继续循环；若|ρ_{(ΔIu',ΔIc')}|≤ε，循环停止，输出此时的Z_u'值作为此时的戴维南等值阻抗Z_u。算法流程图如图3。

所述电力系统戴维南等值参数在线识别装置结构示意图如图4，包括：

信息输出模块，用于显示输出结果。

发明装置基于发明方法实现电力系统戴维南等值参数的在线识别。

首先，利用电压电流信息采集模块在线采集变电站电压电流原始信息。

然后，将原始电压电流信息经信息处理模块进行处理。先将原始电压电流信息经快速傅里叶变换得到电压电流相量信息，再将此信息经图3流程处理得到输出信息。

最后，将信息处理模块输出的信息在信息输出模块上显示出辨识结果，给出实时的电压稳定裕度与功率极限，提供给电力系统分析与决策。

Claims

1.一种电力系统戴维南等值参数在线识别方法，其特征在于，包括步骤：

建立考虑系统侧变量的数学模型；

在线采集变电站电压电流原始数据；

将电压电流原始数据经傅里叶变换得到电压电流相量数据；

将电压电流相量数据作为输入并利用变量的相互独立性对模型进行寻优求解，并输出辨识结果；

所述考虑系统侧变量的数学模型包括：将节点电压电流相量变化量分解为系统侧和负荷侧的叠加，建立如下模型:

\{\begin{matrix} Δ \overset{\cdot}{V} = Z_{c 1} Δ {\overset{\cdot}{I}}_{u} - Z_{u} Δ {\overset{\cdot}{I}}_{c} \\ Δ \overset{\cdot}{I} = Δ {\overset{\cdot}{I}}_{u} + Δ {\overset{\cdot}{I}}_{c} \end{matrix};

其中，Z_u为戴维南等值阻抗，Z_c为负荷阻抗，下标1表示前一时刻的电气量；ΔV为两侧电压变化量的叠加；ΔI为负荷节点的电流变化量，ΔI_u为系统侧引起的电流变化量，ΔI_c为负荷侧引起的电流变化量；

所述将电压电流相量数据作为输入并利用变量的相互独立性对模型进行寻优求解，包括步骤：

1)根据模型

\{\begin{matrix} Δ \overset{\cdot}{V} = Z_{c 1} Δ {\overset{\cdot}{I}}_{u} - Z_{u} Δ {\overset{\cdot}{I}}_{c} \\ Δ \overset{\cdot}{I} = Δ {\overset{\cdot}{I}}_{u} + Δ {\overset{\cdot}{I}}_{c} \end{matrix}

建立考虑系统侧变量的数学模型；

2)设置初始值Z_u'＝0；

3)将Z_u'值代入模型

\{\begin{matrix} Δ \overset{\cdot}{V} = Z_{c 1} Δ {\overset{\cdot}{I}}_{u} - Z_{u} Δ {\overset{\cdot}{I}}_{c} \\ Δ \overset{\cdot}{I} = Δ {\overset{\cdot}{I}}_{u} + Δ {\overset{\cdot}{I}}_{c} \end{matrix}

得到ΔI_u'，ΔI_c'值；

4)计算ΔI_u'和ΔI_c'的相关系数绝对值|ρ_{(ΔIu',ΔIc')}|；ρ(ΔIu,ΔIc)表示ΔIuΔIc这两个变量的相关系数；

5)若|ρ_{(ΔIu',ΔIc')}|>ε，ε为足够小的正实数，则改变Z_u'的值，转到步骤3)继续循环；若|ρ_{(ΔIu',ΔIc')}|≤ε，循环停止，输出此时的Z_u'值作为此时的戴维南等值阻抗Z_u。

2.根据权利要求1所述的电力系统戴维南等值参数在线识别方法，其特征在于，

所述的利用变量的相互独立性对模型进行寻优求解，包括：以系统侧引起电流变化量和负荷侧引起电流变化量的相关系数绝对值最小为优化目标。