CN110909979B - 换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法、系统及介质，本发明方法的实施步骤包括：采集换流站设备实时数据并计算多项电压波动评估指标，包括电压波动发射水平指标、多负荷引起电压波动水平指标、闪变功率法电压波动指标和U‑I斜率法电压波动指标；将所有指标进行归一化，引入目标函数并设定参数值；通过粒子群算法计算目标函数最优解并分析判断负荷分支是否为电压波动源，若输出结果大于0则该负荷分支存在电压波动并确定其电压波动水平。本发明能够有效解决换流站中在线监测信息缺失情况下电压波动识别问题，不仅更精确地判断电压波动源，还能确定电压波动发射水平，从而能够为换流站电能质量治理工作提供技术保障。

Description

换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法、系统及 介质
技术领域
本发明涉及换流站电能质量监测领域，具体涉及一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法、系统及介质。
背景技术
换流站作为电力系统中电能分配和电压转换的重要电力设施，将各级电网联系起来。在我国进行电力体制市场化改革后，电能质量日益成为相关部门保证配电网安全、经济运行的重要关注方面。为保证电网的安全稳定运行，需要对换流站进行在线监控以避免安全隐患的发生。随着网络及通信技术的发展，目前换流站趋于智能化与自动化。大多数换流站采用无人值守方式，通过远程监控、集中控制等方式对换流站内的设备状况进行在线监视及控制。电力电子技术的发展，用电负荷的日益复杂多样化，使得配电网中出现多种电能质量污染，对配电网的电能质量、安全运行造成影响。
基于上述背景，为了在换流站监控信息缺失的情况下更加精确找出电压波动源，亟需研究种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法、系统及介质，本发明能够有效解决换流站中在线监测信息缺失情况下电压波动识别问题，不仅更精确地判断电压波动源，还能确定电压波动发射水平，从而能够为换流站电能质量治理工作提供技术保障。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，实施步骤包括：
1)采集换流站设备实时数据并计算多项电压波动评估指标，所述多项电压波动评估指标包括电压波动判断指标、电压波动发射水平指标、多负荷引起电压波动水平指标，且电压波动判断指标包括闪变功率法电压波动指标和U-I斜率法电压波动指标；
2)将所有电压波动评估指标进行归一化，引入目标函数并设定参数值；
3)初始化粒子群算法参数，计算目标函数最优解并输出最优结果；
4)根据得到的最优结果分析判断负荷分支是否为电压波动源，若输出结果大于0则该负荷分支存在电压波动并确定其电压波动水平，否则不存在电压波动。
可选地，步骤1)中闪变功率法电压波动指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000021
上式中，PF为闪变功率法电压波动指标；T为积分窗时间；mu(t)、mi(t)分别为电压、电流的低频波动分量。
可选地，步骤1)中U-I斜率法电压波动指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000022
上式中，dU/dI表示U-I斜率法电压波动指标，U0、U1为电压波动前后的电压有效值；I0、I1为电压波动前后的电流有效值。
可选地，步骤1)中电压波动发射水平指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000023
上式中，Pst为电压波动发射水平指标；Pst，ref为参考阻抗下的电压波动发射水平；Xu为系统高压侧下的短路阻抗；Xij为变压器阻抗；
可选地，步骤1)中多负荷引起电压波动水平指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000024
上式中，Pst为多负荷引起电压波动水平指标；Pstj为第j个波动负荷的贡献；m有多个取值对应多负荷引起电压波动的不同概率。
可选地，步骤2)中进行归一化的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000025
上式中，
Figure GDA0003476396230000026
为经过归一化后的数据；x为原始数据；xmax为各评价指标的上限值；xmin为评价指标的下限值。
可选地，步骤2)中引入的目标函数如下式所示：
Figure GDA0003476396230000027
上式中，y为目标函数；α为各电压波动水平评价指标对应判据的权重系数组成的多重判据权重向量；
Figure GDA0003476396230000028
为各电压波动水平评价指标组成的多重判据向量；b为偏差量。
可选地，步骤3)中计算目标函数最优解的详细步骤包括：
3.1)初始化粒子群算法中的参数，包括群体规模N、初始位置、初始速度；
3.2)计算各粒子的目标函数，找到并保留当前各个体极值，并找到整个群体的当前全局最优解；判断算法终止条件是否满足，若满足则输出最佳空间位置，否则执行下一步；
3.3)更新各粒子的速度和位置；
3.4)判断是否达到预设的终止迭代条件，若达到预设的终止迭代条件则输出当前的全局最优解，跳转执行步骤4)，否则继续跳转执行步骤3.2)。
此外，本发明还提供一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断系统，包括监控终端设备，该监控终端设备被编程或配置以执行前述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的步骤，或该监控终端设备的存储器上存储有被编程或配置以执行前述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行前述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
在换流站监控信息缺失的情况下，电能质量的监控及判断的精确度会下降，如何在这种情况下保证对电能质量的监控成为亟需解决的问题。本发明采用多种电压波动评价指标综合评判的方式，建立电压波动多重指标模型，运用智能算法得出电压波动各评价指标最佳权重系数，并形成电压波动特性与定位结果多对一的精确映射关系，输出最优解，得到多重判据下的综合定位结果，因此本发明能够有效解决换流站中在线监测信息缺失情况下电压波动识别问题，避免监控信息缺失情况下由于单评价指标导致的电压波动定位低精确性，在换流站监控信息缺失的情况下更加精确找出电压波动源，不仅更精确地判断电压波动源，还能确定电压波动发射水平，从而能够为换流站电能质量治理工作提供技术保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中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方式，对应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的附图。
图1为本发明实施例方法的流程示意图。
图2为本发明实施例方法的系统拓扑结构示意图。
图3为本发明实施例系统所采用的数据采集装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的实施步骤包括：
1)采集换流站设备实时数据并计算多项电压波动评估指标，所述多项电压波动评估指标包括电压波动判断指标、电压波动发射水平指标、多负荷引起电压波动水平指标，且电压波动判断指标包括闪变功率法电压波动指标和U-I斜率法电压波动指标；
2)将所有电压波动评估指标进行归一化，引入目标函数并设定参数值；
3)初始化粒子群算法参数，计算目标函数最优解并输出最优结果；
4)根据得到的最优结果分析判断负荷分支是否为电压波动源，若输出结果大于0则该负荷分支存在电压波动并确定其电压波动水平，否则不存在电压波动。
步骤1)中采集换流站设备实时数据可以根据需要选择数据来源，例如本实施例中是利用换流站运维人员工作室智能告警系统的数据采集装置监控换流站重要设备实时数据，采集包括各负荷电流、母线电压在内等多项数据指标，得到不同负荷支路(参见图2中的AL1～WLn)的电流实时波形图及母线电压实时波形图，图2中的监控装置即为应用本实施例方法的设备。
本实施例步骤1)中闪变功率法电压波动指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000041
上式中，PF为闪变功率法电压波动指标；T为积分窗时间；mu(t)、mi(t)分别为电压、电流的低频波动分量；pF(t)为t时刻的瞬时闪变功率。
其中，且mu(t)、mi(t)与瞬时电流、电压之间的关系可表示为：
u(t)＝(Uc+mu(t))cos(ωct+α)
i(t)＝(Ic+mi(t))cos(ωct+β)
上式中，u(t)为瞬时电压，i(t)为瞬时电流，Uc为工频电压幅值，Ic为工频电流幅值，ωc为工频角频率，α为瞬时电压相位角，β为瞬时电流相位角。
本实施例步骤1)中U-I斜率法电压波动指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000042
上式中，dU/dI表示U-I斜率法电压波动指标，U0、U1为电压波动前后的电压有效值；I0、I1为电压波动前后的电流有效值。ΔU、ΔI分别为电压有效值和电流有效值的波动量。U-I斜率法电压波动指标dU/dI的大小与电压波动判断的关系如表1所示。
表1：U-I斜率法电压波动指标数值大小与电压波动的关系表。
Figure GDA0003476396230000043
本实施例电压波动发射水平指标为依据电压-电抗法建立，通过计算各负荷电流、母线电压、参考阻抗，确定电压波动发射水平。步骤1)中电压波动发射水平指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000051
上式中，Pst为电压波动发射水平指标；Pst，ref为参考阻抗下的电压波动发射水平；Xu为系统高压侧下的短路阻抗；Xij为变压器阻抗；
本实施例多负荷引起电压波动水平指标为依据求和定律法建立，步骤1)中多负荷引起电压波动水平指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000052
上式中，Pst为多负荷引起电压波动水平指标；Pstj为第j个波动负荷的贡献；m有多个取值对应多负荷引起电压波动的不同概率，例如本实施例中取值实例如下：
m＝1，电压同时发生变化的概率很高；
m＝2，可能同时发生波动时，如电弧炉同时熔化；
m＝3，电压同时发生变化的几率较小；
m＝4，几乎不可能同时发生波动。
本实施例步骤2)中进行归一化的计算函数表达式如下式所示：
Figure GDA0003476396230000053
上式中，
Figure GDA0003476396230000054
为经过归一化后的数据；x为原始数据；xmax为各评价指标的上限值；xmin为评价指标的下限值。
本实施例步骤2)中引入的目标函数如下式所示：
Figure GDA0003476396230000055
上式中，x1，x2，x3，x4为各电压波动水平评价指标(电压波动发射水平指标、多负荷引起电压波动水平指标、闪变功率法电压波动指标和U-I斜率法电压波动指标)；α1、α2、α3、α4为各电压波动水平评价指标对应判据的权重系数；b为偏差量；α为多重判据权重向量；
Figure GDA0003476396230000056
为多重判据向量。
本实施例步骤3)中计算目标函数最优解的详细步骤包括：
3.1)初始化粒子群算法中的参数，包括群体规模N、初始位置、初始速度；
3.2)计算各粒子的目标函数，找到并保留当前各个体极值，并找到整个群体的当前全局最优解；判断算法终止条件是否满足，若满足则输出最佳空间位置，否则执行下一步；
3.3)更新各粒子的速度和位置；
3.4)判断是否达到预设的终止迭代条件，若达到预设的终止迭代条件则输出当前的全局最优解，跳转执行步骤4)，否则继续跳转执行步骤3.2)。
此外，本实施例还提供一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断系统，包括监控终端设备，该监控终端设备被编程或配置以执行本实施例前述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的步骤，或该监控终端设备的存储器上存储有被编程或配置以执行本实施例前述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的计算机程序。参见图3，该监控终端设备通过数据采集装置采集换流站运维人员工作室智能告警系统的监控屏幕的图像帧并基于OCR识别来获取换流站运维人员工作室智能告警系统的相关数据，该数据采集装置包括带有机械臂2的终端本体1，机械臂2的末端设有摄像头3，通过摄像头3采集换流站运维人员工作室智能告警系统的监控屏幕的图像帧，通过上述方式可以使得监控终端设备既可以实现互联网数据传输，又可以实现和现有换流站运维人员工作室智能告警系统的电力数据传输网络实现完全的物理隔离。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行本实施例前述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于实施步骤包括：
1)采集换流站设备实时数据并计算多项电压波动评估指标，所述多项电压波动评估指标包括电压波动判断指标、电压波动发射水平指标、多负荷引起电压波动水平指标，且电压波动判断指标包括闪变功率法电压波动指标和U-I斜率法电压波动指标；
2)将所有电压波动评估指标进行归一化，引入目标函数并设定参数值；
3)初始化粒子群算法参数，计算目标函数最优解并输出最优结果；
4)根据得到的最优结果分析判断负荷分支是否为电压波动源，若输出结果大于0则该负荷分支存在电压波动并确定其电压波动水平，否则不存在电压波动。
2.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤1)中闪变功率法电压波动指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003476396220000011
上式中，PF为闪变功率法电压波动指标；T为积分窗时间；mu(t)、mi(t)分别为电压、电流的低频波动分量，t为时间，dt为时间t的微分。
3.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤1)中U-I斜率法电压波动指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003476396220000012
上式中，dU/dI表示U-I斜率法电压波动指标，U0、U1为电压波动前后的电压有效值；I0、I1为电压波动前后的电流有效值。
4.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤1)中电压波动发射水平指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003476396220000013
上式中，Pst为电压波动发射水平指标；Pst，ref为参考阻抗下的电压波动发射水平；Xu为系统高压侧下的短路阻抗；Xij为变压器阻抗。
5.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤1)中多负荷引起电压波动水平指标的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003476396220000014
上式中，Pst为多负荷引起电压波动水平指标；Pstj为第j个波动负荷的贡献；m有多个取值，对应多负荷引起电压波动的不同概率。
6.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤2)中进行归一化的计算函数表达式如下式所示：
Figure FDA0003476396220000021
上式中，
Figure FDA0003476396220000022
为经过归一化后的数据；x为原始数据；xmax为各评价指标的上限值；xmin为评价指标的下限值。
7.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤2)中引入的目标函数如下式所示：
Figure FDA0003476396220000023
上式中，y为目标函数；α为各电压波动水平评价指标对应判据的权重系数组成的多重判据权重向量；
Figure FDA0003476396220000024
为各电压波动水平评价指标组成的多重判据向量；b为偏差量。
8.根据权利要求1所述的换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法，其特征在于，步骤3)中计算目标函数最优解的详细步骤包括：
3.1)初始化粒子群算法中的参数，包括群体规模N、初始位置、初始速度；
3.2)计算各粒子的目标函数，找到并保留当前各个体极值，并找到整个群体的当前全局最优解；判断算法终止条件是否满足，若满足则输出最佳空间位置，否则执行下一步；
3.3)更新各粒子的速度和位置；
3.4)判断是否达到预设的终止迭代条件，若达到预设的终止迭代条件则输出当前的全局最优解，跳转执行步骤4)，否则继续跳转执行步骤3.2)。
9.一种换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断系统，包括监控终端设备，其特征在于，该监控终端设备被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的步骤，或该监控终端设备的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的计算机程序。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述换流站监控信息缺失下的电压波动在线判断方法的计算机程序。
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