CN107248736B - 一种配电网线路正序参数的在线辨识方法 - Google Patents

一种配电网线路正序参数的在线辨识方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网线路正序参数的在线辨识方法,首先根据单回配电线路三相等值模型,得到单回配电线路相分量模型,并以单回配电线路两端的电流电压分量建立线路阻抗参数辨识数学模型;在单回配电线路两端装设配电网相量量测装置,测量所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量;根据所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量和所建立的线路阻抗参数辨识数学模型,利用最小二乘法计算待辨识的线路阻抗矩阵;再采用对称分量法将待辨识的线路阻抗矩阵解耦,得到配电网线路正序阻抗参数。上述方法仅需采集线路两端的电流、电压相量信息,可操作性强、易于实施,且辨识得到的正阻抗参数精度高、更加可信。

Description

一种配电网线路正序参数的在线辨识方法
技术领域
本发明涉及电力系统控制技术领域,尤其涉及一种配电网线路正序参数的在线辨识方法。
背景技术
目前,配电网直接与日常生活中的用电负荷和工业、农业、商业的用电设备相连,配电线路在运行中容易老化、受环境腐蚀以及受施工、改造、事故等影响,势必会造成线路阻抗的变化。能够准确了解配电网的参数,有利于主动配电网的构建与控制,对于配电网的继电保护整定计算、故障分析、网损计算、短路电流以及故障定位有着重要的意义,而不恰当的线路参数会使得计算结果与实际情况不一致,从而构成系统潜在的危险或造成不必要的浪费。配电网是电力系统中分配电能的重要一环,其与输电网络有着很大的不同,首先三相不平衡是配电网的一个重要特征,潮流计算时需要分三相计算;其次伴随着分布式能源的接入与频繁的倒闸操作,配电网无时无刻不处在变化当中;配电网的大部分参数是未知的,而主网架的参数大部分已知,则主网参数辨识方法对于配网来说并不适用。
在传统的线路理论计算中通常根据Carson模型,利用线路几何均距、材料结构等物理参数,结合气温、地理位置等根据公式计算出电抗、电阻和电纳,或者从电工手册或产品目录中查得单位长度线路的参数在乘以长度得到。理论计算通常只考虑到完全对称的情况,并且无法考虑到实时温度、弧垂等实际存在的问题,必然就导致了该方法的结果和实际参数存在较大的差异,而且由于电力线路参数受运行环境影响易发生阻抗参数变化,则理论计算将会存在较大误差。另外一种方式为离线停电测量,在新建线路投运前或将已运行的线路停电后,采用外加电源,利用电压表、电流表等各种表计测量线路数据,经人工读取表值并结合相应的公式计算出各个参数,但该方法存在被测线路须停电、多回运行的平行线路无法测量互感等问题。
为了提高线路阻抗测量精度,在线测量法逐渐被应用,随着PMU(相量量测装置)和WAMS(广域量测系统)的大量应用,大量利用SCADA/WAMS提供的数据,采用参数估计实现在线线路参数的辨识,其估计方法主要包含增广状态估计法和残差灵敏度分析法。但是鉴于WAMS/PMU主要用在高压电网,无法在配电网应用,同时随着主动配电网的精益化控制需求,现有技术中还没有配电网相量量测装置的配电网参数辨识技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网线路正序参数的在线辨识方法,该方法仅需采集线路两端的电流、电压相量信息,可操作性强、易于实施,且辨识得到的正阻抗参数精度高、更加可信。
一种配电网线路正序参数的在线辨识方法,所述方法包括:
步骤1、根据单回配电线路三相等值模型,得到单回配电线路相分量模型,并以单回配电线路两端的电流电压分量建立线路阻抗参数辨识数学模型;
步骤2、在单回配电线路两端装设配电网相量量测装置,测量所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量;
步骤3、根据所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量和所建立的线路阻抗参数辨识数学模型,利用最小二乘法计算待辨识的线路阻抗矩阵;
步骤4、采用对称分量法将待辨识的线路阻抗矩阵解耦,得到配电网线路正序阻抗参数。
在所述步骤1中:
所得到单回配电线路相分量模型为:
Figure GDA0002631658110000021
其中,
Figure GDA0002631658110000022
表示单回配电线路两端的a、b、c三相的电流相量;
Figure GDA0002631658110000023
表示单回配电线路两端的a、b、c三相的电压相量;K为M或N,表示单回配电线路的两端;
进一步得到线路阻抗参数辨识数学模型表示为:
Figure GDA0002631658110000024
其中,Zaa、Zbb、Zcc分别为a、b、c三相的线路串联阻抗;
Zab为a、b相之间的互阻抗;Zbc为b、c相之间的互阻抗;Zac为a、c相之间的互阻抗。
在所述步骤3中:
将单回配电线路相分量模型进一步表示为:
Figure GDA0002631658110000031
其中,
Figure GDA0002631658110000032
由此可得,待辨识的线路阻抗矩阵
X=[X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19]T
并满足如下线性方程:
AX=B
其中,A为某时刻单回配电线路两端的a、b、c三相的电压相量构成的系数矩阵,B为某时刻单回配电线路两端的a、b、c三相的电流相量组成的常数项,X为待辨识的线路阻抗矩阵;
由此可得,待辨识的线路阻抗矩阵:
X=A-1B。
在所述步骤4中,由对称分量法可知:
Figure GDA0002631658110000033
其中,算子a为ej120°
Figure GDA0002631658110000034
表示三相电压相量或是三相电流相量,
Figure GDA0002631658110000035
Figure GDA0002631658110000036
表示为a相正序分量、负序分量、零序分量电压或电流分量;
将上式记为:
F=T-1Fp
单回配电线路中三相电压降与三相电流存在如下关系:
Figure GDA0002631658110000037
将上式简写为:
Figure GDA0002631658110000038
再将三相电压降和三相电流替换为序分量,得到:
Figure GDA0002631658110000041
进而得到:
Figure GDA0002631658110000042
由此,序分量的阻抗矩阵Zp表示为:
Figure GDA0002631658110000043
其中,Z(1)为配电网线路正序阻抗参数;Z(2)为配电网线路负序阻抗参数;Z(0)为配电网线路零序阻抗参数。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,上述方法仅需采集线路两端的电流、电压相量信息,可操作性强、易于实施,且辨识得到的正阻抗参数精度高、更加可信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供配电网线路正序参数的在线辨识方法流程示意图;
图2为本发明实施例所述单回配电线路的三相模型示意图;
图3为本发明实施例所举实例中10kV仿真系统示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述,如图1所示为本发明实施例所提供配电网线路正序参数的在线辨识方法流程示意图,所述方法包括:
步骤1、根据单回配电线路三相等值模型,得到单回配电线路相分量模型,并以单回配电线路两端的电流电压分量建立线路阻抗参数辨识数学模型;
在所述步骤1中,所得到单回配电线路相分量模型为:
Figure GDA0002631658110000051
如图2所示为本发明实施例所述单回配电线路的三相模型示意图,参考图2:
Figure GDA0002631658110000052
表示单回配电线路两端的a、b、c三相的电流相量;
Figure GDA0002631658110000053
表示单回配电线路两端的a、b、c三相的电压相量;K为M或N,表示单回配电线路的两端。
进一步得到线路阻抗参数辨识数学模型表示为:
Figure GDA0002631658110000054
其中,Zaa、Zbb、Zcc分别为a、b、c三相的线路串联阻抗;
Zab为a、b相之间的互阻抗;Zbc为b、c相之间的互阻抗;Zac为a、c相之间的互阻抗。
步骤2、在单回配电线路两端装设配电网相量量测装置,测量所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量;
步骤3、根据所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量和所建立的线路阻抗参数辨识数学模型,利用最小二乘法计算待辨识的线路阻抗矩阵;
在所述步骤3中,将单回配电线路相分量模型进一步表示为:
Figure GDA0002631658110000055
其中,
Figure GDA0002631658110000056
由此可得,待辨识的线路阻抗矩阵
X=[X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19]T
并满足如下线性方程:
AX=B
其中,A为某时刻单回配电线路两端的a、b、c三相的电压相量构成的系数矩阵,B为某时刻单回配电线路两端的a、b、c三相的电流相量组成的常数项,X为待辨识的线路阻抗矩阵;具体表示为:
Figure GDA0002631658110000061
由此可得,待辨识的线路阻抗矩阵:
X=A-1B。
步骤4、采用对称分量法将待辨识的线路阻抗矩阵解耦,得到配电网线路正序阻抗参数。
在所述步骤4中,由对称分量法可知:
Figure GDA0002631658110000062
其中,算子a为ej120°
Figure GDA0002631658110000063
表示三相电压相量或是三相电流相量,
Figure GDA0002631658110000064
Figure GDA0002631658110000065
表示为a相正序分量、负序分量、零序分量电压或电流分量;
上式记为:
F=T-1Fp
单回配电线路中三相电压降与三相电流存在如下关系:
Figure GDA0002631658110000066
上式简写为:
Figure GDA0002631658110000067
再将三相电压降和三相电流替换为序分量,得到:
Figure GDA0002631658110000068
进而得到
Figure GDA0002631658110000069
由此,序分量的阻抗矩阵Zp表示为:
Figure GDA0002631658110000071
其中,Z(1)为配电网线路正序阻抗参数;Z(2)为配电网线路负序阻抗参数;Z(0)为配电网线路零序阻抗参数。
下面再以具体的实例对本发明所述方法进行论证,如图3所示为本发明实施例所举实例中10kV仿真系统示意图,利用PSCAD搭建10kV仿真系统,对单回配电线路L1的正序参数进行辨识,10kV线路L1为单回线,线路长度为10km;正序参数设计值为:
电阻RL1=2.732Ω、电抗XL1=3.364Ω。
假设单回配电线路L1两端装设了配电网相量量测装置,并设置如下实验,以表明本发明所述方法的有效性:
实验一:直接利用仿真数据,不进行处理;
实验二:在理想仿真数据中叠加随机高斯噪声,模拟真实的配电网相量量测装置数据;其中,电压电流幅值的量测误差标准差为0.1%,相角误差为0.1°;
两种实验方案下,本发明所述方法得到的正序参数辨识结果如下表1所示:
表1
Figure GDA0002631658110000072
上表1表明:在理想仿真数据下本发明辨识结果与设计值近乎一致,表明本发明所述方法是可行的;实际运行中,从配电网相量量测装置获得的数据含一定量测噪声,实验二通过在理想仿真数据基础上叠加随机高斯噪声来模拟实际运行工况,实验结果表明在添加噪声之后,本发明方法辨识结果仍具有较高精度。
如上述实验结果所示本发明所述方法适用于含量测噪声实际配电网相量量测装置的量测数据,能有效削弱噪声对正序参数辨识的不利影响,所得正序参数值可信度高。
综上所述,本发明实施例所提供的方法仅需采集线路两端的电流、电压相量信息,可操作性强、易于实施,且辨识得到的正阻抗参数精度高、更加可信;同时该方法不受线路所带负荷影响,亦不受周围环境,线路位置等影响,受外界因素干扰少,在外因影响下也能实现准确计算,实用性高。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种配电网线路正序参数的在线辨识方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤1、根据单回配电线路三相等值模型,得到单回配电线路相分量模型,并以单回配电线路两端的电流电压分量建立线路阻抗参数辨识数学模型;
其中,在所述步骤1中得到的单回配电线路相分量模型为:
Figure FDA0002631658100000011
其中,
Figure FDA0002631658100000012
表示单回配电线路两端的a、b、c三相的电流相量;
Figure FDA0002631658100000013
表示单回配电线路两端的a、b、c三相的电压相量;K为M或N,表示单回配电线路的两端;
进一步得到线路阻抗参数辨识数学模型表示为:
Figure FDA0002631658100000014
其中,Zaa、Zbb、Zcc分别为a、b、c三相的线路串联阻抗;
Zab为a、b相之间的互阻抗;Zbc为b、c相之间的互阻抗;Zac为a、c相之间的互阻抗;
步骤2、在单回配电线路两端装设配电网相量量测装置,测量所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量;
步骤3、根据所述单回配电线路两端的三相电压、电流相量和线路阻抗参数辨识数学模型,利用最小二乘法计算待辨识的线路阻抗矩阵;
其中,在所述步骤3中,将单回配电线路相分量模型进一步表示为:
Figure FDA0002631658100000015
其中,
Figure FDA0002631658100000016
由此可得,待辨识的线路阻抗矩阵
X=[X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19]T
并满足如下线性方程:
AX=B
其中,A为某时刻单回配电线路两端的a、b、c三相的电压相量构成的系数矩阵,B为某时刻单回配电线路两端的a、b、c三相的电流相量组成的常数项,X为待辨识的线路阻抗矩阵;
由此可得,待辨识的线路阻抗矩阵表示为:
X=A-1B;
步骤4、采用对称分量法将待辨识的线路阻抗矩阵解耦,得到配电网线路正序阻抗参数。
2.根据权利要求1所述配电网线路正序参数的在线辨识方法,其特征在于,在所述步骤4中,由对称分量法可知:
Figure FDA0002631658100000021
其中,算子a为ej120°
Figure FDA0002631658100000022
表示三相电压相量或是三相电流相量,
Figure FDA0002631658100000023
Figure FDA0002631658100000024
表示为a相正序分量、负序分量、零序分量电压或电流分量;
将上式记为:
F=T-1Fp
单回配电线路中三相电压降与三相电流存在如下关系:
Figure FDA0002631658100000025
将上式简写为:
Figure FDA0002631658100000026
再将三相电压降和三相电流替换为序分量,得到:
Figure FDA0002631658100000027
进而得到:
Figure FDA0002631658100000028
由此,序分量的阻抗矩阵Zp表示为:
Figure FDA0002631658100000031
其中,Z(1)为配电网线路正序阻抗参数;Z(2)为配电网线路负序阻抗参数;Z(0)为配电网线路零序阻抗参数。
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