CN106249103B - 基于wams的电网大扰动源的定位方法 - Google Patents

基于wams的电网大扰动源的定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是基于WAMS的电网大扰动源的定位方法，这种基于WAMS的电网大扰动源的定位方法包括：一、以同步相量测量单元PMU为检测装置对电力系统的动态监测，WAMS的控制中心通过分布在全网的PMU测点来同步采集全网的电压、电流、频率和功角等电气量以及重要的开关保护信息，并且测得电压、电流的相量值，频率、功率的变化率；二、根据PMU上传的扰动电气量的特征，将电网扰动区段的定位问题转换为二进制粒子群BPSO算法的寻优；三、采用行波测距方法进行测距，实现扰动源的定位，得到扰动源与检测端的距离。本发明在电力系统中有大扰动发生时，能够及时地定位到扰动源的位置、并快速地切除大扰动。

Description

基于WAMS的电网大扰动源的定位方法
技术领域
本发明涉及电网系统，具体涉及基于WAMS的电网大扰动源的定位方法。
背景技术
随着科学技术的全面发展，电力在社会中的作用变得越来越重要。在电力的生产和供应中，电力系统的主要任务就是向各大电力用户提供安全、可靠的供电[1]。社会的不断进步必然导致用电负荷量不断增加，这将使得广大的电力用户对电网的安全运行和供电可靠性的要求越来越高[2]。因此，确保电力系统能够安全地、可靠地运行，预防和阻止电网事故的发生和进一步扩大，以及在电网扰动发生后的快速扰动检测、扰动识别、扰动定位以及扰动清除后的恢复供电是供电部门和电力用户双方共同迫切需求。
当电网结构变得越来越复杂时，在电网线路中很可能会发生各种类型的扰动。电网扰动就是指因为系统运行中的某些运行条件突然发生变动而引起系统的电压、电流、频率、功率等电气量发生变化。由电网扰动对智能电网造成的影响程度可将其分为电网大扰动以及电网小扰动。电网小扰动指的是电气量变化幅度不大且持续时间较长的扰动，通常电网小扰动的产生是因为个别的发电机以及负荷的加入与切除或者是发电机转速发生了小的变化。电网大扰动是指电气量变化幅度较大但持续时间短暂，在很大程度上会影响电网的运行的扰动。通常大扰动的产生是由大容量的发电机或负荷等电力系统主要元件的加入与切除引起的，也可能是短路故障造成的。由于电力系统是一个庞大且繁杂的动态系统，通常电网小扰动对电力系统的运行稳定性造成的影响比较小。而当电网中有大扰动出现时，整个系统将不可避免的出现很大程度的状态偏移和振荡，而且大扰动是无时不在的，随着互联电网的发展，电网大扰动也存在着某种关联现象，当某个地点发生某种大扰动，扰动将会波动传递到其他地方，这样，电网大扰动的影响范围将会不断增大，如果不能及时地采取正确的方法来抑制扰动，将会产生大面积停电事故的严重后果。
在大扰动发生后，电网中的继电保护装置将会发出报警信号以告知调度人员，工作人员采取可靠的措施及时清除故障，从而确保电力系统能够重新稳定地运行。尽管如此，近几年来大区域范围内停电的事故还是时有发生，给居民的工作和生活都带来了严重的不便，造成这种现象的主要原因是电力系统的继电保护装置仍含有一定的缺陷。当电网中发生大扰动时，由于保护装置不够完善，不能及时动作，必将引发电力系统发生连锁反应，并快速蔓延最终导致电网崩溃，给智能电网带来严重性的后果。
发明内容
本发明的目的是提供基于WAMS的电网大扰动源的定位方法，这种基于WAMS的电网大扰动源的定位方法在电网中某段线路上发生大扰动时，能够快速的确定扰动源的位置，保证电网供电的可靠性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于WAMS的电网大扰动源的定位方法包括：
一、以同步相量测量单元PMU为检测装置对电力系统的动态监测，WAMS的控制中心通过分布在全网的PMU测点来同步采集全网的电压、电流、频率和功角等电气量以及重要的开关保护信息，并且测得电压、电流的相量值，频率、功率的变化率；
二、根据PMU上传的扰动电气量的特征，将电网扰动区段的定位问题转换为二进制粒子群BPSO算法的寻优，位置的更新是基于Sigmoid映射函数，即在第
Figure 964855DEST_PATH_IMAGE002
次迭代计算中，第
Figure 881996DEST_PATH_IMAGE004
个粒子位置按照下式更新：
Figure 68258DEST_PATH_IMAGE006
式中：r是每次迭代中产生的随机实数，并且服从
Figure 401150DEST_PATH_IMAGE008
区间上的均匀分布，当实数
Figure 746681DEST_PATH_IMAGE010
时，则相应的粒子的位置维分量取1，当
Figure 569143DEST_PATH_IMAGE012
时，相应的粒子维分量等于0；采用BPSO算法中的0/1编码来表征电网中的每段线路是否发生扰动，当线路对应编码为0则表示该段线路没有发生大扰动；若为1则表示该段线路发生大扰动；
三、采用行波测距方法进行测距，利用折射到相邻线路的折射波实现扰动源的定位；利用小波变换理论以及基于小波变换模极大值的信号奇异性检测方法，求出模极大值，；模极大值所对应的时刻即为行波波头到达检测端的时间，获取模极大值对应的时间，代入
Figure 741236DEST_PATH_IMAGE014
测距公式中，得到扰动源与检测端的距离，该式中扰动源F距离母线M端的距离为
Figure 940136DEST_PATH_IMAGE016
，母线M端检测到初始行波波头到达的时间为
Figure 140174DEST_PATH_IMAGE018
，检测到由扰动源处的反射波由扰动源处产生的行波行进至检测母线端的经母线反射回扰动源处再由扰动源处反射至检测母线端的到达的时间为
Figure 540062DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 294391DEST_PATH_IMAGE022
为行波的传播速度。
上述方案中步骤二中模极大值的获取方法：有一原始信号
Figure 562562DEST_PATH_IMAGE024
，其在每个尺度
Figure 85947DEST_PATH_IMAGE026
上的二进小波变换结果为
Figure 922316DEST_PATH_IMAGE028
，那么在尺度
Figure 695100DEST_PATH_IMAGE030
下，若对该小波系数求导后等于零的位置为
Figure 376748DEST_PATH_IMAGE032
，则
Figure 20219DEST_PATH_IMAGE032
为信号小波变换得到的局部极值点，此时的极值为
Figure 886544DEST_PATH_IMAGE034
；若在过零点
Figure 615465DEST_PATH_IMAGE036
的某一极小邻域，存在
Figure 599340DEST_PATH_IMAGE038
对于一切
Figure 628476DEST_PATH_IMAGE040
范围内均成立，则此时的
Figure 400123DEST_PATH_IMAGE042
为信号小波变换的模极大值点，模极大值为
Figure 757286DEST_PATH_IMAGE044
。
本发明具有以下有益效果：
本发明在电力系统中有大扰动发生时，能够及时地定位到扰动源的位置、并快速地切除大扰动，不仅可以帮助调度人员减轻工作量，更重要的是能够确保供电可靠性，避免不必要的损失。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明：
这种基于WAMS的电网大扰动源的定位方法：
一、以同步相量测量单元PMU为检测装置对电力系统的动态监测，WAMS的控制中心通过分布在全网的PMU测点来同步采集全网的电压、电流、频率和功角等电气量以及重要的开关保护信息，并且测得电压、电流的相量值，频率、功率的变化率；
二、根据PMU上传的扰动电气量的特征，将电网扰动区段的定位问题转换为二进制粒子群BPSO算法的寻优，位置的更新是基于Sigmoid映射函数，即在第
Figure 639791DEST_PATH_IMAGE002
次迭代计算中，第
Figure 523433DEST_PATH_IMAGE004
个粒子位置按照下式更新：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
式中：r是每次迭代中产生的随机实数，并且服从
Figure 872506DEST_PATH_IMAGE008
区间上的均匀分布，当实数
Figure 841599DEST_PATH_IMAGE010
时，则相应的粒子的位置维分量取1，当
Figure 262216DEST_PATH_IMAGE012
时，相应的粒子维分量等于0；采用BPSO算法中的0/1编码来表征电网中的每段线路是否发生扰动，当线路对应编码为0则表示该段线路没有发生大扰动；若为1则表示该段线路发生大扰动；
三、采用行波测距方法进行测距，利用折射到相邻线路的折射波实现扰动源的定位；利用小波变换理论以及基于小波变换模极大值的信号奇异性检测方法，求出模极大值，模极大值的获取方法：有一原始信号
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，其在每个尺度
Figure DEST_PATH_IMAGE050
上的二进小波变换结果为
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，那么在尺度
Figure DEST_PATH_IMAGE054
下，若对该小波系数求导后等于零的位置为
Figure 577529DEST_PATH_IMAGE032
，则
Figure 222137DEST_PATH_IMAGE032
为信号小波变换得到的局部极值点，此时的极值为
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；若在过零点
Figure 553892DEST_PATH_IMAGE036
的某一极小邻域，存在
Figure DEST_PATH_IMAGE058
对于一切
Figure DEST_PATH_IMAGE060
范围内均成立，则此时的
Figure 715883DEST_PATH_IMAGE042
为信号小波变换的模极大值点，模极大值为
Figure 777380DEST_PATH_IMAGE034
；模极大值所对应的时刻即为行波波头到达检测端的时间，获取模极大值对应的时间，代入
Figure 592889DEST_PATH_IMAGE014
测距公式中，得到扰动源与检测端的距离，该式中扰动源F距离母线M端的距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，母线M端检测到初始行波波头到达的时间为
Figure 411941DEST_PATH_IMAGE018
，检测到由扰动源处的反射波由扰动源处产生的行波行进至检测母线端的经母线反射回扰动源处再由扰动源处反射至检测母线端的到达的时间为
Figure 971098DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
为行波的传播速度。

Claims (2)

1.一种基于WAMS的电网大扰动源的定位方法，其特征在于：这种基于WAMS的电网大扰动源的定位方法包括：
一、以同步相量测量单元PMU为检测装置对电力系统的动态监测，WAMS的控制中心通过分布在全网的PMU测点来同步采集全网的电压、电流、频率和功角电气量以及重要的开关保护信息，并且测得电压、电流的相量值，频率、功率的变化率；
二、根据PMU上传的扰动电气量的特征，将电网扰动区段的定位问题转换为二进制粒子群BPSO算法的寻优，位置的更新是基于Sigmoid映射函数，即在第
Figure 317059DEST_PATH_IMAGE001
次迭代计算中，第
Figure 47248DEST_PATH_IMAGE002
个粒子位置按照下式更新：
Figure 826986DEST_PATH_IMAGE003
式中：r是每次迭代中产生的随机实数，并且服从
Figure 284512DEST_PATH_IMAGE004
区间上的均匀分布，当实数
Figure 98884DEST_PATH_IMAGE005
时，则相应的粒子的位置维分量取1，当
Figure 232931DEST_PATH_IMAGE006
时，相应的粒子维分量等于0；采用BPSO算法中的0/1编码来表征电网中的每段线路是否发生扰动，当线路对应编码为0则表示该段线路没有发生大扰动；若为1则表示该段线路发生大扰动；
三、采用行波测距方法进行测距，利用折射到相邻线路的折射波实现扰动源的定位；利用小波变换理论以及基于小波变换模极大值的信号奇异性检测方法，求出模极大值；模极大值所对应的时刻即为行波波头到达检测端的时间，获取模极大值对应的时间，代入
Figure 499964DEST_PATH_IMAGE007
测距公式中，得到扰动源与检测端的距离，该式中扰动源F距离母线M端的距离为
Figure 761181DEST_PATH_IMAGE008
，母线M端检测到初始行波波头到达的时间为
Figure 243109DEST_PATH_IMAGE009
，检测到由扰动源处的反射波由扰动源处产生的行波行进至检测母线端的经母线反射回扰动源处再由扰动源处反射至检测母线端的到达的时间为
Figure 236473DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 53119DEST_PATH_IMAGE011
为行波的传播速度。
2.根据权利要求1所述的基于WAMS的电网大扰动源的定位方法，其特征在于：所述的模极大值的获取方法：有一原始信号
Figure 790131DEST_PATH_IMAGE012
，其在每个尺度
Figure 625101DEST_PATH_IMAGE014
上的二进小波变换结果为
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
，其中
Figure 304213DEST_PATH_IMAGE018
，那么在尺度
Figure 608155DEST_PATH_IMAGE019
下，若对该小波系数求导后等于零的位置为
Figure 883279DEST_PATH_IMAGE020
，则
Figure 339799DEST_PATH_IMAGE020
为信号小波变换得到的局部极值点，此时的极值为
Figure 737282DEST_PATH_IMAGE021
；若在过零点
Figure 466204DEST_PATH_IMAGE022
的某一极小邻域，存在
Figure 856603DEST_PATH_IMAGE023
对于一切
Figure 354580DEST_PATH_IMAGE024
范围内均成立，则此时的
Figure 188544DEST_PATH_IMAGE020
为信号小波变换的模极大值点，模极大值为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。
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