CN110082639B - 一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，包括采集电网参数，将故障点视为虚拟节点，计算虚拟节点故障前电压、互阻抗与自阻抗，形成含虚拟节点的系统阻抗矩阵；利用黄金分割法搜索当任意线路发生短路故障，故障位置在该线路上变化时，各节点的最小电压暂降幅值，遍历全网，形成最小电压暂降幅值矩阵；将最小电压暂降幅值与电压阈值比较，形成不同故障类型下的电压暂降可观测域矩阵，计算各故障类型下的可观测域矩阵并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵；以监测节点数目最小为目标，全网电压暂降全可观测为约束，获得电压暂降监测点的优化配置方法。本发明消除了电压暂降的监测盲区，提高了计算效率。

Description

一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法

技术领域

本发明实施例涉及电能质量监控与分析技术领域，尤其涉及一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法。

背景技术

电压暂降是电能质量中最受关注的问题之一，国际电气与电子工程师协会(IEEE)将其定义为供电电压均方根值快速下降至额定值的90％～10％，持续时间为0.5周波至30周波的电能质量事件。随着电力系统中敏感设备的大量投入，由电压暂降导致的生产经济损失日益严重。如果能建立一个全网电压暂降全可观测的监测系统，实时有效地监测系统中电压暂降的发生，并及时开展防治措施，可以极大地减少电压暂降带来的危害。

考虑到经济成本约束与监测数据的冗余，无法在庞大的电力系统中的所有母线处安装电压暂降监测装置。通过优化配置有限的几个监测节点，实现对全网电压暂降的有效监测是解决上述问题的关键。本方法考虑了各节点可能遭受的最恶劣电压暂降情况，通过黄金分割法搜索任意线路发生不同类型短路故障时，各节点的最小电压暂降幅值，进而基于监测节点可观测域(MRA,monitor reach area)原理提出了一种监测点优化配置方案，与基于故障点型可监测域矩阵的传统优化配置方法相比，减少了全网电压暂降的监测盲区，提高了优化配置模型的计算效率。

发明内容

本发明提供一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，通过黄金分割法搜索各节点的最小电压暂降幅值，对暂降监测点进行优化配置，消除了现有的电压暂降监测点优化配置方法存在监测盲区、计算效率较低的问题，实现了全网电压暂降的有效监测。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，所述方法包括：

S10、采集电网参数，将故障点视为虚拟节点，计算虚拟节点故障前电压、互阻抗与自阻抗，形成含虚拟节点的系统阻抗矩阵；

S20、利用黄金分割法搜索当任意线路发生短路故障，故障位置在该线路上变化时，各节点的最小电压暂降幅值，遍历全网，形成最小电压暂降幅值矩阵；

S30、将最小电压暂降幅值与电压阈值比较，形成不同故障类型下的电压暂降可观测域矩阵，计算各故障类型下的可观测域矩阵并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵；

S40、以监测节点数目最小为目标，全网电压暂降全可观测为约束，获得电压暂降监测点的优化配置方法。

进一步地，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S10包括：

S101、采集电网参数，所述参数包括各节点的故障前电压U_pre，线路阻抗z，以及节点所接负荷PQ，形成原始的系统阻抗矩阵Z₀；

S102、设故障点k位于线路f-t，p为所述故障点k与故障线路首端节点f的距离，将故障点k视为虚拟节点，则虚拟节点与任一节点m的互阻抗及其自阻抗可分别表示为：

式中，i＝0，1，2，分别表示零序、正序和负序；Z_mf ⁱ和Z_mt ⁱ分别为节点m和节点f、节点t之间的各序互阻抗，Z_ff ⁱ和Z_tt ⁱ分别为节点f和节点t的各序自阻抗，z_ft ⁱ为线路f-t之间的各序线路阻抗。

进一步地，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S20包括：

S201、根据短路计算原理，计算故障点k发生各类型短路故障时，电网中任一节点m的各相电压，故障点k的故障前电压可表示为：

式中，U_f ^pre和U_k ^pre为节点f和节点t的故障前电压。当故障点k发生A相接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生B、C相相间短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生B、C相相间接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生三相接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

式中，U_MP1908579 ^re为节点m的故障前电压，a＝e^j120°，为计算因子；

S202、设定搜索初值p₁，p₂，搜索误差ε，利用黄金分割法，搜索故障点k在线路f-t上移动时，节点m的最小电压暂降幅值，即

式中，U_m,l ^f为故障点k在线路l上移动时的最小暂降幅值，goldenopt为黄金分割搜索函数。假设系统共有N个节点，L条线路，遍历全网所有线路与所有节点，可以得到故障类型j下的最小暂降幅值矩阵U_j。

式中，j＝1～4分别表示单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路。U_n,l ^fj表示故障类型为j，故障位置在线路l上变化时，节点n的最小暂降幅值。

进一步地，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S30包括：

S301、遍历所有故障类型，得到单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路对应的最小暂降幅值矩阵U1，U2，U3，U4，根据最小暂降幅值矩阵，遍历所有节点，得到不同故障类型下N×L维的可观测域矩阵M_j(j＝1，2，3，4)，即

式中，m^j _n,l为当线路l发生故障j时，节点n的可观测性，U_th为电压阈值；

S302、计算各类型故障下的可观测域矩阵的并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵M，其中

式中，m_n,l表示由线路l发生的短路故障引起的节点n发生最恶劣电压暂降时的可观测性。

进一步地，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S40包括：

S401、定义决策向量X＝[x1，x，…，xN-1，xN]，根据是否安装监测装置定义其取值，即x_i取1代表在节点i安装，反之为0；

S402、定义D＝[d₁，d₂，…，d_L-1，d_L]为监测频次向量，要求任意位置的电压暂降至少可以被点监测到，则取d_i≥1，建立以最少监测点数为目标的优化模型，从而得到电压暂降监测点优化配置方案，优化配置模型可表示为：

X×M≥D。 (12)

本发明实施例提供的一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，通过黄金分割法搜索故障位置在故障线路上变化时，各故障类型下的节点的最小电压暂降幅值，由此定量地刻画各节点在最恶劣情况下的电压暂降监测需求，从而形成可观测域矩阵，以满足全网任意位置电压暂降可观测为约束，建立监测点优化配置模型，消除了传统的通过故障仿真建立进行监测点优化配置方法的监测盲区，简化了计算复杂度，提高了优化配置方法的工程适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中采用的电网结构示意图；

图3是本发明实施例中利用黄金分割法搜索最小电压暂降幅值的流程图；

图4是本发明实施例中电压暂降监测节点优化配置方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

请参阅附图1，为本发明实施例一提供的一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法的流程示意图，该方法具体包括如下步骤：

S10、采集电网参数，将故障点视为虚拟节点，计算虚拟节点故障前电压、互阻抗与自阻抗，形成含虚拟节点的系统阻抗矩阵；

S20、利用黄金分割法搜索当任意线路发生短路故障，故障位置在该线路上变化时，各节点的最小电压暂降幅值，遍历全网，形成最小电压暂降幅值矩阵；

S30、将最小电压暂降幅值与电压阈值比较，形成不同故障类型下的电压暂降可观测域矩阵，计算各故障类型下的可观测域矩阵并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵；

S40、以监测节点数目最小为目标，全网电压暂降全可观测为约束，获得电压暂降监测点的优化配置方法。

优选的，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S10包括：

S101、采集电网参数，所述参数包括各节点的故障前电压U_pre，线路阻抗z，以及节点所接负荷PQ，形成原始的系统阻抗矩阵Z₀；

S102、设故障点k位于线路f-t，p为所述故障点k与故障线路首端节点f的距离，将故障点k视为虚拟节点，则虚拟节点与任一节点m的互阻抗及其自阻抗可分别表示为：

式中，i＝0，1，2，分别表示零序、正序和负序；Z_mf ⁱ和Z_mt ⁱ分别为节点m和节点f、节点t之间的各序互阻抗，Z_ff ⁱ和Z_tt ⁱ分别为节点f和节点t的各序自阻抗，z_ft ⁱ为线路f-t之间的各序线路阻抗。

优选的，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S20包括：

S201、根据短路计算原理，计算故障点k发生各类型短路故障时，电网中任一节点m的各相电压，故障点k的故障前电压可表示为：

式中，U_f ^pre和U_k ^pre为节点f和节点t的故障前电压。当故障点k发生A相接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生B、C相相间短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生B、C相相间接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生三相接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

式中，U_MP1908579 ^re为节点m的故障前电压，a＝e^j120°，为计算因子；

S202、设定搜索初值p₁，p₂，搜索误差ε，利用黄金分割法，搜索故障点k在线路f-t上移动时，节点m的最小电压暂降幅值，即

式中，U_m,l ^f为故障点k在线路l上移动时的最小暂降幅值，goldenopt为黄金分割搜索函数。假设系统共有N个节点，L条线路，遍历全网所有线路与所有节点，可以得到故障类型j下的最小暂降幅值矩阵U_j。

式中，j＝1～4分别表示单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路。U_n,l ^fj表示故障类型为j，故障位置在线路l上变化时，节点n的最小暂降幅值。

优选的，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S30包括：

S301、遍历所有故障类型，得到单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路对应的最小暂降幅值矩阵U1，U2，U3，U4，根据最小暂降幅值矩阵，遍历所有节点，得到不同故障类型下N×L维的可观测域矩阵M_j(j＝1，2，3，4)，即

式中，m^j _n,l为当线路l发生故障j时，节点n的可观测性，U_th为电压阈值；

S302、计算各类型故障下的可观测域矩阵的并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵M，其中

式中，m_n,l表示由线路l发生的短路故障引起的节点n发生最恶劣电压暂降时的可观测性。

优选的，所述基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法中，所述步骤S40包括：

S401、定义决策向量X＝[x1，x，…，xN-1，xN]，根据是否安装监测装置定义其取值，即x_i取1代表在节点i安装，反之为0；

S402、定义D＝[d₁，d₂，…，d_L-1，d_L]为监测频次向量，要求任意位置的电压暂降至少可以被点监测到，则取d_i≥1，建立以最少监测点数为目标的优化模型，从而得到电压暂降监测点优化配置方案，优化配置模型可表示为：

X×M≥D。 (12)

本发明实施例提供的一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，利用黄金分割法搜索故障位置在任一线路上变化时，各节点的最小电压暂降幅值，遍历全网所有线路与故障类型，形成相应的可观测域矩阵，降低矩阵维度；计算不同故障类型下的可观测域矩阵并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵；以最少监测点为目标，全网电压暂降可观测为约束建立优化配置模型；能够搜索系统中任意位置故障时各节点的最恶劣电压暂降特征，实现全网电压全可观测，适用于工程实际，为工程人员及时发现系统中的电压暂降并展开防治措施提供有效帮助。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，其特征在于，所述方法包括：

S10、采集电网参数，将故障点视为虚拟节点，计算虚拟节点故障前电压、互阻抗与自阻抗，形成含虚拟节点的系统阻抗矩阵；

S20、利用黄金分割法搜索当任意线路发生短路故障，故障位置在该线路上变化时，各节点的最小电压暂降幅值，遍历全网，形成最小电压暂降幅值矩阵；

S30、将最小电压暂降幅值与电压阈值比较，形成不同故障类型下的电压暂降可观测域矩阵，计算各故障类型下的可观测域矩阵并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵；

S40、以监测节点数目最小为目标，全网电压暂降全可观测为约束，获得电压暂降监测点的优化配置方法。

2.根据权利要求1所述的基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，其特征在于，所述步骤S10包括：

S101、采集电网参数，所述参数包括各节点的故障前电压U_pre，线路阻抗z，以及节点所接负荷PQ，形成原始的系统阻抗矩阵Z₀；

S102、设故障点k位于线路f-t，p为所述故障点k与故障线路首端节点f的距离，将故障点k视为虚拟节点，则虚拟节点与任一节点m的互阻抗及其自阻抗可分别表示为：

式中，i＝0，1，2，分别表示零序、正序和负序；Z_mf ⁱ和Z_mt ⁱ分别为节点m和节点f、节点t之间的各序互阻抗，Z_ff ⁱ和Z_tt ⁱ分别为节点f和节点t的各序自阻抗，z_ft ⁱ为线路f-t之间的各序线路阻抗。

3.根据权利要求2所述的基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，其特征在于，所述步骤S20包括：

S201、根据短路计算原理，计算故障点k发生各类型短路故障时，电网中任一节点m的各相电压，故障点k的故障前电压可表示为：

式中，U_f ^pre、U_t ^pre和U_k ^pre为节点f、节点t和节点k的故障前电压，当故障点k发生A相接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生B、C相相间短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生B、C相相间接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

发生三相接地短路故障时，节点m的暂降幅值关于故障位置p的函数为：

式中，U_m ^pre为节点m的故障前电压，a＝e^j120°，为计算因子；

S102、设定搜索初值p₁，p₂，搜索误差ε，利用黄金分割法，搜索故障点k在线路f-t上移动时，节点m的最小电压暂降幅值，即

式中，U_m,l ^f为故障点k在线路l上移动时的最小暂降幅值，goldenopt为黄金分割搜索函数，假设系统共有N个节点，L条线路，遍历全网所有线路与所有节点，可以得到故障类型j下的最小暂降幅值矩阵U_j，

式中，j＝1～4分别表示单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路，U_n,l ^fj表示故障类型为j，故障位置在线路l上变化时，节点n的最小暂降幅值。

4.根据权利要求3所述的基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，其特征在于，所述步骤S30包括：

S301、遍历所有故障类型，得到单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路对应的最小暂降幅值矩阵U1，U2，U3，U4，根据最小暂降幅值矩阵，遍历所有节点，得到不同故障类型下N×L维的可观测域矩阵M_j，j＝1，2，3，4，即

式中，m^j _n,l为当线路l发生故障j时，节点n的可观测性，U_th为电压阈值；

S302、计算各类型故障下的可观测域矩阵的并集，得到最恶劣电压暂降可观测域矩阵M，其中

式中，m_n,l表示由线路l发生的短路故障引起的节点n发生最恶劣电压暂降时的可观测性。

5.根据权利要求4所述的基于最小幅值搜索的电压暂降监测点优化配置方法，其特征在于，所述步骤S40包括：

S401、定义决策向量X＝[x1，x2，…，xN-1，xN]，根据是否安装监测装置定义其取值，即x_i取1代表在节点i安装，反之为0；

S402、定义D＝[d₁，d₂，…，d_L-1，d_L]为监测频次向量，要求任意位置的电压暂降至少可以被点监测到，则取d_i≥1，建立以最少监测点数为目标的优化模型，从而得到电压暂降监测点优化配置方案，优化配置模型可表示为：

X×M≥D (12)。

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