CN108173263A - 一种基于ami量测信息的配电网拓扑错误辨识算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，其计算特点在于：包括以下步骤：步骤1、计算各负荷所属的耦合节点电压U_pc，获得负荷所属的耦合节点电压样本空间；步骤2、计算各负荷所属的支路电流I_L，获得负荷所属的支路电流样本空间；步骤3、根据步骤1和步骤2获得的电压和电流样本空间，分别计算各负荷间的电压相关系数和电流相关系数；步骤4、完成拓扑的校验与修正。本发明有效减少辨识所需运行时间，保证了拓扑辨识的速动性保证了拓扑辨识的可靠性和有效性。

Description

一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法

技术领域

本发明属于电力系统参数辨识技术领域，涉及配电网拓扑错误辨识方法，尤其是一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法。

背景技术

电力系统拓扑分析数据主要由开关量组成，然而在开关量采集过程中，由于系统设备、网络等原因，将不可避免地产生不良数据，导致网络拓扑信息出现错误。然而，正确的网络拓扑是进行潮流计算、状态估计、故障定位、隔离与供电恢复、网络重构、可靠性分析等其他分析的基础。随着智能电网建设的不断发展，不同层级的配电自动化系统陆续投入使用，而拓扑错误辨识功能是保障其诸多功能有效运行的重要基础之一。

迄今为止，国内外学者针对电网拓扑错误辨识进行了大量的研究，并提出了诸多辨识方法，主要包括转移潮流法、新息图法、残差法、集合论法以及最小信息损失法等方法；

转移潮流法对于存在单一拓扑错误与多个相关遥测错误情况具有较好的辨识能力，但该方法必须预先得到一个调试很好的断面状态作为基态，如果所选基态与当前拓扑存在较大差别，其拓扑错误辨识效果将大大降低。新息图法对于处理多重拓扑错误以及多个相关遥测错误具有良好的辨识效果，但该方法存在负荷突变的问题，其对辨识效果存在很大影响。残差法、集合论法以及最小信息损失法基于增广状态变量，建立遥信、遥测相统一的估计模型，进而把拓扑错误辨识转化为大规模混合整数规划问题，但该方法计算的收敛性以及稳定性相比于单纯的状态估计，辨识效果较差，且尚不能适应于在线应用。这些传统方法所依赖数据源较为单一，并且计算过程复杂。

近年来，随着智能电网建设的不断推进以及智能传感器设备的大量投入运行，尤其是高级量测体系(advanced meter infrastructure，AMI)在配电网中的应用，这为电力系统拓扑错误辨识提供了大量的数据来源以及新的技术手段。但目前基于AMI量测数据对配电网拓扑错误进行辨识的研究尚处于起步阶段，因此，本发明提出了一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、辨识速度快且辨识结果可靠的基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，包括以下步骤：

步骤1、计算各负荷所属的耦合节点电压U_pc，获得负荷所属的耦合节点电压样本空间；

步骤2、计算各负荷所属的支路电流I_L，获得负荷所属的支路电流样本空间；

步骤3、根据步骤1和步骤2获得的电压和电流样本空间，分别计算各负荷间的电压相关系数和电流相关系数；

步骤4、完成拓扑的校验与修正。

而且，所述步骤1的具体方法为：在整个时间序列内，根据AMI采集的包括负荷的有功功率、无功功率和节点电压幅值的量测信息，计算得到各负荷所属馈线的节点电压，即各负荷所属的耦合节点电压U_pc，进而获得负荷所属的耦合节点电压样本空间。

其中，计算各负荷所属的耦合节点电压的计算公式为:

根据欧姆定律，耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处的电压幅值可以表示为:

U_pcj＝U_j+Z_sj·I_j

式中，j表示为量测仪表的编号；U_j和I_j分别是量测仪表j获取的负荷电压量测值；Z_sj表示为量测点j到耦合点PCj的阻抗值；

若当前的电流量测值I_j不能提供，则可以通过功率量测值与电压量测值获得，其计算公式如下所示：

式中，P_j、Q_j分别代表负荷的有功功率量测值以及无功功率量测值；

进而考虑整个时间序列T，可得到各负荷所属耦合节点电压样本空间，即：

其中，对于某一特定时刻t_i(i＝1,2,…,T)，各负荷对应的耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处电压的样本空间表示为：在整个时间序列T内，各负荷所属耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处的电压样本空间表示为

而且，所述步骤2的具体方法为：在整个时间序列内，根据AMI采集的包括负荷的有功功率、无功功率和节点电压幅值的量测信息，计算得到各负荷所属支路的电流值，即各负荷所属的支路电流I_L，进而获得负荷所属的支路电流样本空间；

其中，计算各负荷所属的支路电流的计算公式为:

基于欧姆定律，各负荷所属支路电流I_Lj(j＝1,2,…,13)幅值可以表示为：

式中，P_j、Q_j分别代表负荷的有功功率量测值以及无功功率量测值；U_j代表该负荷的量测电压幅值。

进而考虑整个时间序列T，可得到各负荷所属支路电流样本空间，即：

而且，所述步骤4的具体方法为：

基于步骤3所计算出的电压相关系数值和电流相关系数值，依据所选用相关性分析法的判别条件，判断各负荷所属馈线情况，然后基于步骤1中各负荷所属耦合节点电压幅值，确定各负荷在所属馈线中的上下游关系，完成拓扑的校验；若辨识出错误的拓扑连接，则对错误拓扑连接进行修正，即搜寻与其电压、电流相关系数满足相关性判别准则的负荷，确定其所属馈线以及在馈线中的连接位置，最终完成对拓扑正确性的校验以及对错误拓扑连接的修正。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明首先基于配电网电压分布特性以及负荷电流分布特性，构建拓扑错误辨识原则，然后借助高级量测体系AMI提供的量测信息以及网络数据，得出负荷所属耦合电压以及所属支路电流，之后对耦合电压、支路电流进行相关性分析，最后对拓扑的正确性进行校验，并对检验出的拓扑错误进行修正，最终完成对拓扑错误的辨识与修正。并对本发明提出的拓扑错误辨识算法的有效性进行检验，结果证明该算法对同时存在多个拓扑错误的复杂情况具有良好的辨识与修正能力，算例表明了该算法的可行性与有效性。

2、本发明仅需计算负荷所属的耦合节点电压与支路电流，有效减少辨识所需运行时间，保证了拓扑辨识的速动性。

3、本发明同时考虑配电网电压、电流分布特性，避免了仅考虑单一辨识因素的不足，保证了拓扑辨识的可靠性，提高了拓扑辨识的有效性。

附图说明

图1是本发明的配电网结构示意图；

图2是本发明的简化配电网电压分布示意图；

图3是本发明的配电网支路电流分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明所采用的基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法是首先基于配电网的电压分布和电流分布特性，在AMI采集数据的整个时间序列中，分别计算出各负荷所属耦合节点电压值及其所属支路电流值，得到各负荷所属耦合节点电压及其支路电流的样本空间，然后分别对求出的负荷所属耦合节点电压及其支路电流样本空间进行相关性分析；基于相关性分析的结果，对配电网拓扑的正确性进行校验，并对错误的拓扑进行修正。

本发明中基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，包括以下步骤：

步骤1、计算各负荷所属的耦合节点电压U_pc，获得负荷所属的耦合节点电压样本空间；

所述步骤1的具体方法为：在整个时间序列内，根据AMI采集的包括负荷的有功功率、无功功率和节点电压幅值的量测信息，计算得到各负荷所属馈线的节点电压，即各负荷所属的耦合节点电压U_pc，进而获得负荷所属的耦合节点电压样本空间；

步骤2、计算各负荷所属的支路电流I_L，获得负荷所属的支路电流样本空间；

所述步骤2的具体方法为：在整个时间序列内，根据AMI采集的包括负荷的有功功率、无功功率和节点电压幅值的量测信息，计算得到各负荷所属支路的电流值，即各负荷所属的支路电流I_L，进而获得负荷所属的支路电流样本空间；

步骤3、根据步骤1和步骤2获得的电压和电流样本空间，分别计算各负荷间的电压相关系数和电流相关系数；

步骤4、基于步骤3所计算出的电压相关系数值和电流相关系数值，依据所选用相关性分析法的判别条件，判断各负荷所属馈线情况，然后基于步骤1中各负荷所属耦合节点电压幅值，确定各负荷在所属馈线中的上下游关系，完成拓扑的校验与修正。

本发明以一个典型的辐射状配电网模型为例，对基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法进行说明。

配电网结构示意图如附图1所示，该配电网络包含一个配电变压器TX以及与其相连接的两条馈线，其中，PCj(j＝1,2,…,13)代表负荷所属支路与馈线相连接的节点，记为耦合节点。每条馈线连接有不同负荷M_j(j＝1,2,…,13)，各负荷均配置有智能电表，用于提供拓扑辨识所需的量测数据。

附图1表示为同一配电变压器下的负荷拓扑连接关系。其中，TX代表配电变压器，M_i(i＝1,…,13)为安装有智能电表的负荷用户，PC_i(i＝1,…,13)为各负荷在馈线中所属的耦合节点。

步骤1：计算各负荷所属的耦合节点电压。

根据欧姆定律，耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处的电压幅值可以表示为：

U_pcj＝U_j+Z_sj·I_j(1)

式中，j表示为量测仪表的编号；U_j和I_j分别是量测仪表j获取的负荷电压量测值；Z_sj表示为量测点j到耦合点PCj的阻抗值；若当前的电流量测值I_j不能提供，则可以通过功率量测值与电压量测值获得，如式(2)所示：

式中，P_j、Q_j分别代表负荷的有功功率量测值以及无功功率量测值；

由式(1)(2)可以求得各负荷对应的耦合节点处的电压值，根据耦合节点电压值得分布可将图1简化为图2，即将各负荷及其所属支路从图1中去掉即可。

附图2表示为计算各负荷所属耦合节点电压后，所得到的简化后的配电系统图，简化过程为，将各负荷及其所属支路从图1中去掉即可。另外，TX代表配电变压器，PC_i(i＝1,…,13)为各负荷在馈线中所属的耦合节点。

以上分析与推导均是对某一时刻配电网进行的，即时间t等于某一特定的时刻，由于高级量测体系提供了足够长的时间序列量测数据用于计算与分析，考虑整个时间序列T，可得到各负荷所属耦合节点电压样本空间，即：

其中，对于某一特定时刻t_i(i＝1,2,…,T)，各负荷对应的耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处电压的样本空间表示为：在整个时间序列T内，各负荷所属耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处的电压样本空间表示为

步骤2：计算各负荷所属的支路电流。

基于欧姆定律，各负荷所属支路电流I_Lj(j＝1,2,…,13)幅值可以表示为：

式中，P_j、Q_j分别代表负荷的有功功率量测值以及无功功率量测值；U_j代表该负荷的量测电压幅值。

基于各负荷所属支路电流分布，可将图1转化为图3，即将各负荷所属支路电流在其所属支路标明即可。

附图3表示为计算各负荷所属支路电流后，各负荷所属支路电流的分布图。即将各负荷所属支路电流在其所属支路标明即可。其中，TX代表配电变压器，M_i(i＝1,…,13)为安装有智能电表的负荷用户，PC_i(i＝1,…,13)为各负荷在馈线中所属的耦合节点。表示各负荷所属的支路电流。

以上分析与推导均是对某一时刻配电网进行的，即时间t等于某一特定的时刻，由于高级量测体系提供了足够长的时间序列量测数据用于计算与分析，考虑整个时间序列T，可得到各负荷所属支路电流样本空间，即：

步骤3：计算各负荷间的电压相关系数和电流相关系数。

相关性分析方法不在本发明专利保护范围内，故其计算过程不在介绍，可选择合适常规的相关性分析法进行计算即可。

步骤4：拓扑校验与修正。

基于步骤3所计算出的电压相关系数值和电流相关系数值，依据所选用相关性分析法的判别条件，判断各负荷所属馈线情况，然后基于步骤1中各负荷所属耦合节点电压幅值，即同一馈线中节点的电压幅值由上游至下游呈递减趋势，确定各负荷在所属馈线中的上下游关系，完成拓扑的校验；若辨识出错误的拓扑连接，则对错误拓扑连接进行修正，即搜寻与其电压、电流相关系数满足相关性判别准则的负荷，确定其所属馈线以及在馈线中的连接位置，最终完成对拓扑正确性的校验以及对错误拓扑连接的修正。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、计算各负荷所属的耦合节点电压U_pc，获得负荷所属的耦合节点电压样本空间；

步骤2、计算各负荷所属的支路电流I_L，获得负荷所属的支路电流样本空间；

步骤3、根据步骤1和步骤2获得的电压和电流样本空间，分别计算各负荷间的电压相关系数和电流相关系数；

步骤4、完成拓扑的校验与修正。

2.根据权利要求1所述的一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：在整个时间序列内，根据AMI采集的包括负荷的有功功率、无功功率和节点电压幅值的量测信息，计算得到各负荷所属馈线的节点电压，即各负荷所属的耦合节点电压U_pc，进而获得负荷所属的耦合节点电压样本空间。

其中，计算各负荷所属的耦合节点电压的计算公式为:

根据欧姆定律，耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处的电压幅值可以表示为:

U_pcj＝U_j+Z_sj·I_j

式中，j表示为量测仪表的编号；U_j和I_j分别是量测仪表j获取的负荷电压量测值；Z_sj表示为量测点j到耦合点PCj的阻抗值；

若当前的电流量测值I_j不能提供，则可以通过功率量测值与电压量测值获得，其计算公式如下所示：

式中，P_j、Q_j分别代表负荷的有功功率量测值以及无功功率量测值；

进而考虑整个时间序列T，可得到各负荷所属耦合节点电压样本空间，即：

其中，对于某一特定时刻t_i(i＝1,2,…,T)，各负荷对应的耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处电压的样本空间表示为：在整个时间序列T内，各负荷所属耦合节点PCj(j＝1,2,…,13)处的电压样本空间表示为

3.根据权利要求1或2所述的一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：在整个时间序列内，根据AMI采集的包括负荷的有功功率、无功功率和节点电压幅值的量测信息，计算得到各负荷所属支路的电流值，即各负荷所属的支路电流I_L，进而获得负荷所属的支路电流样本空间；

其中，计算各负荷所属的支路电流的计算公式为:

基于欧姆定律，各负荷所属支路电流I_Lj(j＝1,2,…,13)幅值可以表示为：

式中，P_j、Q_j分别代表负荷的有功功率量测值以及无功功率量测值；U_j代表该负荷的量测电压幅值。

进而考虑整个时间序列T，可得到各负荷所属支路电流样本空间，即：

4.根据权利要求1或2所述的一种基于AMI量测信息的配电网拓扑错误辨识算法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：

基于步骤3所计算出的电压相关系数值和电流相关系数值，依据所选用相关性分析法的判别条件，判断各负荷所属馈线情况，然后基于步骤1中各负荷所属耦合节点电压幅值，确定各负荷在所属馈线中的上下游关系，完成拓扑的校验；若辨识出错误的拓扑连接，则对错误拓扑连接进行修正，即搜寻与其电压、电流相关系数满足相关性判别准则的负荷，确定其所属馈线以及在馈线中的连接位置，最终完成对拓扑正确性的校验以及对错误拓扑连接的修正。