CN111475929A - 基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，所述方法包括：根据实境试验平台的实际物理拓扑，构造录波系统；获取所有节点的电压数据和电流数据；通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。在本发明实施中，在实境试验平台的基础上，构建与之等效模型和仿真验证系统，并定时根据其进行数据进行参数更新。

Description

基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网故障和运行数据的仿真反演验证技术领域，尤其涉及一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统。

背景技术

配电网直面用户，具有十分重要的作用，也越来越来受到电网公司的重视。配电网的许多暂态过程的检测和摸底环节需要进行配电网物理实境试验才能完成，例如配电网继电保护测试、故障诊断等，配电网实境试验能够较真实的反映配电网运行过程产生的电磁暂态特性，但仿真电网规模受仿真装置的规模限制，很难模拟未经等值的大规模电网，建模工作量也很大。配电网实境试验过程复杂，拓扑改变不方便，高压试验也具有一定的危险性，不适合频繁的试验。并且随着时间的推移，实境试验线路会由于风吹日晒、雨雪侵蚀造成参数改变，各线路之间连接点，由于工艺、材质、结构和施工等各种偶然因素造成连接阻抗不可控和不一致。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统，在实境试验平台的基础上，构建与之等效模型和仿真验证系统，并定时根据其进行数据进行参数更新。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，所述方法包括：

根据实境试验平台的实际物理拓扑，构造录波系统；

基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据；

基于所述所有节点的电压数据和电流数据，通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；

基于所述所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量，通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；

基于所述所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；

基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；

基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。

可选的，所述基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据包括：

通过所述电压互感器和电流互感器，采集所述录波系统中所有节点的电压模拟信号和电流模拟信号；

基于电压电流同步采集模块，将所述所有节点的电压模拟信号和电流模拟信号转化为电压数字信号和电流数字信号；

基于所述电压数字信号和电流数字信号，获取所有节点的电压数据和电流数据。

可选的，所述电压正序分量的具体公式如下：

U＝|U|(cosθ_u+jsinθ_u)＝Re(U)+jIm(U)；

其中，U表示电压正序分量，θ_u表示U的相角度，Re(U)表示电压的实部，Im(U)表示电压的虚部。

可选的，所述电流正序分量的具体公式如下：

I＝|I|(cosθ_i+jsinθ_i)＝Re(I)+jIm(I)；

其中，I表示电流正序分量，θ_i表示I的相角度，Re(I)表示电流的实部，Im(I)表示电流的虚部。

可选的，所述通过计算得到所有节点之间的正序阻抗包括：

通过计算得到所有节点之间的电压正序分量和电流正序分量；

基于所述电压正序分量和电流正序分量，并根据基尔霍夫电压电流的算法，通过解方程得到所有节点之间的正序阻抗。

可选的，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗还包括：

增加三相线路模型之间的电感和电容耦合以及接地参数至π模型中进行等效。

另外，本发明实施例还提供一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统，所述系统包括：

电压电流同步采集模块：用于基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据；

线路参数计算模块：用于基于所述所有节点的电压数据和电流数据，通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；基于所述所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量，通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；基于所述所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；

线路模型重建模块：用于基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；

故障波形重建模块：用于基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。

可选的，所述系统还包括电压互感器和电流互感器；

所述电压互感器用于采集实境试验平台线路各节点电压的模拟信号；

所述电流互感器用于采集实境试验平台线路各节点电流的模拟信号。

可选的，所述系统还包括波形输出外部接口模块；

所述波形输出外部接口模块用于将数字仿真试验获得的波形数据通过外部接口输出。

可选的，所述系统还包括上位机显示与控制模块；

所述上位机显示与控制模块用于显示所述录波系统构造模块、所述电压电流同步采集模块、所述线路参数计算模块、所述线路模型重建模块、所述故障波形重建模块、所述波形输出外部接口模块的数据和控制过程。

在本发明实施中，一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统，通过电压互感器、电流互感器、电压电流同步采集模块构造同步采集系统，结构简单，成本低。通过采集到的电压电流信号，提取线路的序分量，从而计算得出线路的序阻抗，构造线路等效阻抗，重新构建与实境试验平台拓扑完全一致的配电网线路数字仿真模型，在上述所述重建模型的基础上，代替实境实验平台，进行数字仿真试验，可以得到与实境试验平台试验一致的效果，系统对硬件需求不高，实现具有较高可行性。因此具有一定的指导意义和实用价值。

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，显而易见的，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是本发明实施中的基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法的流程示意图；

图2是本发明实施中的基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统的结构组成示意图；

图3是本发明实施中的配电线路等效π模型电路；

图4是本发明实施中的不对称分量的序分量关系图；

图5是本发明实施中的配电线路正序序阻抗等效π模型电路；

图6是本发明实施中的10条线段的10kV配电网仿真模型的拓扑结构图。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，图1是本发明实施中的基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法的流程示意图。

如图1所示，一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，所述方法包括：

S11：根据实境试验平台的实际物理拓扑，构造录波系统；

在本发明具体实施过程中，通过电压互感器、电流互感器和电压电流同步采集模块构造录波系统。

S12：基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据；

在本发明具体实施过程中，所述基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据包括：通过所述电压互感器和电流互感器，采集所述录波系统中所有节点的电压模拟信号和电流模拟信号；基于电压电流同步采集模块，将所述所有节点的电压模拟信号和电流模拟信号转化为电压数字信号和电流数字信号；基于所述电压数字信号和电流数字信号，获取所有节点的电压数据和电流数据。

S13：基于所述所有节点的电压数据和电流数据，通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；

S14：基于所述所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量，通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；

S15：基于所述所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；需要说明的是，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗还包括：增加三相线路模型之间的电感和电容耦合以及接地参数至π模型中进行等效。

具体实施中，图3是本发明实施中的配电线路等效π模型电路，如图3所示，R_s，R_m分别为线路的自阻和互阻，L_m，L_m分别为三相线路的自感和互感，三相线路的等效电容C_P和接地电容C_g；

由于配电线路实际运行中常常发生不对称运行或者不对称故障，优选的，本发明采用三相对称序分量法，将三相线路参数R、L和C被分解为正序、负序和零序参数，分别定义为R₁，R₂、R₀；L₁，L₂、L₀；C₁，C₂、C₀；电力线路正序和负序参数相等；RLC线路参数与对称序分量具有如下关系：

不对称序阻抗分量获取：

对称分量法是将不对称电流和电压相量用三个独立的对称分量替代，分别为正序、负序和零序，其转换关系为通过旋转因子为a＝e^-j2π/3，其关系如图4所示，图4是本发明实施中的不对称分量的序分量关系图；

为了得到正序和零序相量，定义转换矩阵A：

定义三相电压电流的相量为：

I_abc＝[I_a I_b I_c]^T；

U_abc＝[U_a U_b U_c]^T；

为了得到正序阻抗和零序阻抗，定义：

I₁₀＝[I₁ I₀]^T；

U₁₀＝[U₁ U₀]^T；

则记为：

I₀₁₂＝AI_abc；

U₀₁₂＝AU_abc；

为了得到线路的正序和零序阻抗，首先需要得到线路两端电压和电流相量，通过电压和电流相量得到其正序和零序分量，对应拓扑如图5所示，图5是本发明实施中的配电线路正序阻抗等效π模型电路。

图5中电压电流均为相量，由录波装置获得，m、n点电压电流正序分量分别为：

U_m1＝|U_m1|(cosθ_um1+jsinθ_im1)＝Re(U_m1)+jIm(U_m1)；

I_m1＝|I_m1|(cosθ_im1+jsinθ_im1)＝Re(I_m1)+jIm(I_m1)；

U_n1＝|U_n1|(cosθ_un1+jsinθ_un1)＝Re(U_n1)+jIm(U_n1)；

I_n1＝|I_n1|(cosθ_in1+jsinθ_in1)＝Re(I_n1)+jIm(I_n1)；

其中，θ_um1、θ_im1、θ_un1、θ_in1分别为的U_m1、I_m1、U_n1、I_n1的相角度，Re(*)表示电压或电流的实部，Im(*)表示电压或电流的虚部。

由5图所示，根据基尔霍夫电压电流定律可得：

通过解方程可得：

其中：

M＝Re(U_m1-U_n1)；

N＝Im(U_m1-U_n1)；

同理，可求得零序阻抗R₀、X₀、X_c0。

S16：基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；需要说明的是，所述构造实境试验平台数字仿真线路，与实境试验平台拓扑完全一致的配电网线路数字仿真模型；在上述所述重建模型的基础上，代替实境实验平台，进行数字仿真试验，可以得到与实境试验平台试验一致效果。

S17：基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。

具体实施中，根据实境试验平台的基本原理，构造10条线段的10kV配电网仿真模型，拓扑结构如图6所示；

包含铜芯电缆线路4条，命名为DL-xx，xx表示线路长度，分别为1km、2km、2km、5km，架空线路包含6条架空线路钢芯铝绞线，JK-xx，长度分别为1km、2km、2km、5km、5km、5km；线路参数为如表1所示；经过上述理论计算得到的值如表2所示。

采用如下总体均方误差率公式：

其中x_i为表中所列10条线路的R1、R0、L1、L0、C1、C0变量，得到总体均方误差为：1.3％。

表1各线路阻抗理论值列表

线路

R1(Ω)

R0(Ω)

L1(Ω)

L0(Ω)

C1(Ω)

C0(Ω)

1

5.830E-02

6.355E-02

9.980E-02

1.098E-01

3.700E-07

3.700E-07

2

1.166E-01

1.218E-01

1.996E-01

2.096E-01

7.400E-07

7.400E-07

3

1.166E-01

1.218E-01

1.996E-01

2.096E-01

7.400E-07

7.400E-07

4

2.915E-01

2.967E-01

4.990E-01

5.090E-01

1.850E-06

1.850E-06

5

1.310E-01

1.428E-01

3.570E-01

3.927E-01

1.470E-08

1.470E-08

6

2.620E-01

2.738E-01

7.140E-01

7.497E-01

2.940E-08

2.940E-08

7

6.550E-01

6.668E-01

1.785E+00

1.821E+00

7.350E-08

7.350E-08

8

2.620E-01

2.738E-01

7.140E-01

7.497E-01

2.940E-08

2.940E-08

9

6.550E-01

6.668E-01

1.785E+00

1.821E+00

7.350E-08

7.350E-08

10

6.550E-01

6.668E-01

1.785E+00

1.821E+00

7.350E-08

7.350E-08

表2各线路阻抗计算值列表

上述分析结果证明本发明所提方法是切实有效的，具有较高的计算精度，根据测量精度的不同，本发明所提方法计算结果的误差精度也会受测量精度的影响，但总的说来本发明所提方法可以有效计算出各个线路段的等效阻抗值，得到误差较小，能够满足配电网实境试验平台线路拓扑数字化仿真反演的需求。

在本发明实施中，一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统，通过电压互感器、电流互感器、电压电流同步采集模块构造同步采集系统，结构简单，成本低。通过采集到的电压电流信号，提取线路的序分量，从而计算得出线路的序阻抗，构造线路等效阻抗，重新构建与实境试验平台拓扑完全一致的配电网线路数字仿真模型，在上述所述重建模型的基础上，代替实境实验平台，进行数字仿真试验，可以得到与实境试验平台试验一致的效果，系统对硬件需求不高，实现具有较高可行性。因此具有一定的指导意义和实用价值。

实施例

请参阅图2，图2是本发明实施中的基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统的结构组成示意图。

如图2所示，一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统，所述系统包括：

电压电流同步采集模块11：用于基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据；

线路参数计算模块12：用于基于所述所有节点的电压数据和电流数据，通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；基于所述所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量，通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；基于所述所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；

线路模型重建模块13：用于基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；

故障波形重建模块14：用于基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。

在本发明具体实施过程中，所述系统还包括电压互感器15和电流互感器16；所述电压互感器用于采集实境试验平台线路各节点电压的模拟信号；所述电流互感器用于采集实境试验平台线路各节点电流的模拟信号。

在本发明具体实施过程中，所述系统还包括波形输出外部接口模块17；所述波形输出外部接口模块用于将数字仿真试验获得的波形数据通过外部接口输出。具体的，所述波形输出外部接口模块可以输出至其他需要该波形的试验场合，如配电网继电保护测试、配电终端监测。

在本发明具体实施过程中，所述系统还包括上位机显示与控制模块18；所述上位机显示与控制模块用于显示所述录波系统构造模块、所述电压电流同步采集模块、所述线路参数计算模块、所述线路模型重建模块、所述故障波形重建模块、所述波形输出外部接口模块的数据和控制过程。

具体地，本发明实施例的装置相关功能模块的工作原理可参见方法实施例的相关描述，这里不再赘述。

在本发明实施中，一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统，通过电压互感器、电流互感器、电压电流同步采集模块构造同步采集系统，结构简单，成本低。通过采集到的电压电流信号，提取线路的序分量，从而计算得出线路的序阻抗，构造线路等效阻抗，重新构建与实境试验平台拓扑完全一致的配电网线路数字仿真模型，在上述所述重建模型的基础上，代替实境实验平台，进行数字仿真试验，可以得到与实境试验平台试验一致的效果，系统对硬件需求不高，实现具有较高可行性。因此具有一定的指导意义和实用价值。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法及系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，所述方法包括：

根据实境试验平台的实际物理拓扑，构造录波系统；

基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据；

基于所述所有节点的电压数据和电流数据，通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；

基于所述所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量，通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；

基于所述所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；

基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；

基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。

2.根据权利要求1所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，所述基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据包括：

通过所述电压互感器和电流互感器，采集所述录波系统中所有节点的电压模拟信号和电流模拟信号；

基于电压电流同步采集模块，将所述所有节点的电压模拟信号和电流模拟信号转化为电压数字信号和电流数字信号；

基于所述电压数字信号和电流数字信号，获取所有节点的电压数据和电流数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，所述电压正序分量的具体公式如下：

U＝|U|(cosθ_u+jsinθ_u)＝Re(U)+jIm(U)；

其中，U表示电压正序分量，θ_u表示U的相角度，Re(U)表示电压的实部，Im(U)表示电压的虚部。

4.根据权利要求1所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，所述电流正序分量的具体公式如下：

I＝|I|(cosθ_i+jsinθ_i)＝Re(I)+jIm(I)；

其中，I表示电流正序分量，θ_i表示I的相角度，Re(I)表示电流的实部，Im(I)表示电流的虚部。

5.根据权利要求3和4所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，所述通过计算得到所有节点之间的正序阻抗包括：

通过计算得到所有节点之间的电压正序分量和电流正序分量；

基于所述电压正序分量和电流正序分量，并根据基尔霍夫电压电流的算法，通过解方程得到所有节点之间的正序阻抗。

6.根据权利要求1所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证方法，其特征在于，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗还包括：

增加三相线路模型之间的电感和电容耦合以及接地参数至π模型中进行等效。

7.一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统，其特征在于，所述系统包括：

电压电流同步采集模块：用于基于所述录波系统获取所有节点的电压数据和电流数据；

线路参数计算模块：用于基于所述所有节点的电压数据和电流数据，通过计算得到所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量；基于所述所有节点的电压正序分量、电流正序分量及电压零序分量、电流零序分量，通过计算得到所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗；基于所述所有节点之间的正序阻抗和零序阻抗，通过计算得到所有节点之间π模型的等效阻抗；

线路模型重建模块：用于基于所述所有节点之间π模型的等效阻抗，构造实境试验平台数字仿真线路；

故障波形重建模块：用于基于新的线路阻抗，通过所述实境试验平台数字仿真线路进行故障仿真与波形重现。

8.根据权利要求7所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统，其特征在于，所述系统还包括电压互感器和电流互感器；

所述电压互感器用于采集实境试验平台线路各节点电压的模拟信号；

所述电流互感器用于采集实境试验平台线路各节点电流的模拟信号。

9.根据权利要求7所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统，其特征在于，所述系统还包括波形输出外部接口模块；

所述波形输出外部接口模块用于将数字仿真试验获得的波形数据通过外部接口输出。

10.根据权利要求7所述的一种基于配电网实境试验平台监测数据的反演验证系统，其特征在于，所述系统还包括上位机显示与控制模块；

所述上位机显示与控制模块用于显示所述录波系统构造模块、所述电压电流同步采集模块、所述线路参数计算模块、所述线路模型重建模块、所述故障波形重建模块、所述波形输出外部接口模块的数据和控制过程。

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