CN111525562A - 一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法及系统，涉及概率评估方法，其中的一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，包括以下步骤：S1，建立地铁负荷的概率模型；S2，进行概率潮流计算；S3，根据电压的概率分布来进行电压闪变值的计算；S4，将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。本发明用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法能确保轨道交通供电系统的安全性，提供良好的电能质量，并对可能发生闪变事故的线路提前做出预测。

Description

一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法及系统
技术领域
本发明涉及概率评估方法，具体涉及一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法及系统。
背景技术
目前，我国城市轨道交通的迅速发展，不仅促进了城市建设，而且也带来了一定的社会经济效益。但与此同时，地铁牵引负荷会对公共电网造成的影响也引发了人们的高度重视。因为地铁列车在运行过程中采用直流牵引，所以必然会有大量电子器件的使用，这就造成了地铁负荷具有冲击性强、且系统含有大量谐波等特点。此外，地铁一般建设于较为发达的城市，一旦对公共电网造成事故，可能对城市电力供应和稳定社会生产力造成重大影响。为了提前预防故障的发生，必须通过理论分析制定相应的措施，从而以减少电压波动与闪变对公共电网造成的危害，进而提高对城市供电的电能质量，确保对城市电网供电的可靠性和稳定性，从理论上消除了地铁负荷的接入对电网造成事故的潜在危害。
地铁牵引负荷已成为电力系统负荷中的重要一员，但又因为其具有的强随机性与波动性，本发明提出运用概率潮流的方法去处理电压闪变问题，而目前IEC标准下的闪变检测需要经过一系列的平方检测滤波、带通和加权滤波、平方器低通滤波和统计等流程，在实际数字闪变仪的设计中十分复杂，同时各滤波器的非理想幅频特性引起的误差会对测量结果产生很大的影响。为了在保证电压闪变测量的准确性同时简化检测步骤与模型，需要对闪变测量方法进行改进，用离散化方法处理电压闪变问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法及系统，确保轨道交通供电系统的安全性，提供良好的电能质量，并对可能发生闪变事故的线路提前做出预测。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，包括以下步骤：
S1，建立地铁负荷的概率模型；
S2，进行概率潮流计算；
S3，根据电压的概率分布来进行电压闪变值的计算；
S4，将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。
进一步地，所述步骤S1包括地铁牵引负荷的建模，负荷模型的参数求解，参数求解又包括适应度函数的选取。
更进一步地，所述步骤S2包括采用拟蒙特卡洛采样生成样本，用Nataf变换进行负荷的相关性处理，用半不变量法进行潮流求解，得到供电系统电压的概率分布。
更进一步地，所述步骤S3包括抽取电压序列，对电压序列进行FFT变换，根据电压波动求取瞬时闪变视感度，最后求取电压闪变瞬时值。
更进一步地，所述步骤S4包括电压闪变值数据的处理、电压闪变值模型的建立及预测结果的输出与预警。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用于轨道交通供电的电压闪变
快速评估系统，包括：
模型建立模块，用于建立地铁负荷的概率模型；
概率潮流计算模块，用于进行概率潮流计算；
电压闪变值计算模块，用于根据电压的概率分布来进行电压闪变值的
计算；
电压闪变值处理模块，用于将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。
进一步地，所述模型建立模块用于地铁牵引负荷的建模，负荷模型的参数求解，参数求解又包括适应度函数的选取。
更进一步地，所述概率潮流计算模块用于采用拟蒙特卡洛采样生成样本，用Nataf变换进行负荷的相关性处理，用半不变量法进行潮流求解，得到供电系统电压的概率分布。
更进一步地，所述电压闪变值计算模块用于抽取电压序列，对电压序列进行FFT变换，根据电压波动求取瞬时闪变视感度，最后求取电压闪变瞬时值。
更进一步地，所述电压闪变值处理模块用于用于电压闪变值数据的处理、电压闪变值模型的建立及预测结果的输出与预警，电压闪变值模型采用灰色模型、线性模型和随机时间序列模型自适应加权和优选组合得到预测结果。
本发明的优点：
本发明用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法能确保轨道交通供电系统的安全性，提供良好的电能质量，并对可能发生闪变事故的线路提前做出预测；依据评估结果能有效分析地铁负荷的接入带来的电压闪变问题，确定整个轨道供电系统的安全性，掌握牵引负荷接入后未来时刻的电压闪变的变化状态，对改善轨道交通供电系统的结构、评估电压闪变问题以及根据预测模型，提前对电压闪变问题进行处理等方面有极大的进步意义。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法整
体框图；
图2是本发明实施例的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法流程图；
图3是本发明实施例的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估系统结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1和图2，如图1和图2所示，一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，包括以下步骤：
S1，建立地铁负荷的概率模型；
S2，进行概率潮流计算；
S3，根据电压的概率分布来进行电压闪变值的计算；
S4，将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。
本发明能确保轨道交通供电系统的安全性，提供良好的电能质量，并对可能发生闪变事故的线路提前做出预测；依据评估结果能有效分析地铁负荷的接入带来的电压闪变问题，确定整个轨道供电系统的安全性，掌握牵引负荷接入后未来时刻的电压闪变的变化状态，对改善轨道交通供电系统的结构、评估电压闪变问题以及根据预测模型，提前对电压闪变问题进行处理等方面有极大的进步意义。
本发明的方法具体包括以下步骤：
地铁牵引负荷的建模：
（1）主要对牵引负荷有功功率分布的影响有:①在某一固定时刻从牵引变电所获取功率的地铁数量；②每台地铁机车的有功功率。每辆地铁从牵引网获取功率的概率分布近似于正态分布，又由于正态分布具有可叠加性，所以可得出牵引负荷概率模型如下：
Figure 330975DEST_PATH_IMAGE002
（2）模型参数的求解。为了避免粒子算法在后期陷入局部最优解，但又得确保在寻优前期能够较大范围地进行搜索，提出采用一种协同粒子群优（CPSO）算法进行参数辨识。
（3）适应度函数的选取。Fitness Function的选取对遗传算法的收敛性有着最显著影响。本文适应度函数选为:
Figure 982536DEST_PATH_IMAGE004
概率潮流计算：
将地铁负荷接入供电系统，进行概率潮流计算。包括采用拟蒙特卡洛采样生成样本，用Nataf变换进行负荷的相关性处理，用半不变量法进行潮流求解，得到电压的概率分布。主要流程如下
(1) 用牛拉法进行交直流潮流的初始计算;
(2) 计算注入功率的累积分布函数,进行QMCS采样；
(3) 进而由可获得注入功率的半不变量;
(4) 计算得到入线口的节点电压的半不变量，由Gram-Charlier级数展开，得到节点电压；
(5) 测试进线口节点电压，计算是否越限，并记录。
根据电压的概率分布来进行电压闪变值的计算：
（1）首先运用拟蒙特卡洛采样法对牵引负荷进行抽样， 然后进行概率潮流计算得到电压值序列
Figure 231115DEST_PATH_IMAGE006
：
（2）对序列
Figure 95165DEST_PATH_IMAGE006
进行FFT变换，得到其离散频谱数列
Figure 643959DEST_PATH_IMAGE008
Figure 935263DEST_PATH_IMAGE010
本发明采用FFT分解，该法要求采样点数N为2的某次幂，
Figure 405558DEST_PATH_IMAGE006
的频谱分辨率随采样点数的不同而不同，当采样点数取2048次时，即频谱分辨率为0.0244时，
Figure 804791DEST_PATH_IMAGE012
计算值基本接近于理论值。
（3）根据电压波动的定义
Figure 942511DEST_PATH_IMAGE014
可知，
Figure 404717DEST_PATH_IMAGE016
为
Figure 627888DEST_PATH_IMAGE018
频率下的电压波动值，其值为正弦电压方均根值曲线幅值的2倍。则，该频率下的
Figure 833741DEST_PATH_IMAGE020
通过下列公式计算：
Figure 91547DEST_PATH_IMAGE022
对于冲击性负荷引起的电压波动与闪变问题，它们的闪变频率不一定在IEC标准给出的离散频率点上，因此需要对电压波动值的频率点其进行拟合。
（4）一信号均方根值的平方等于该信号的各次谐波均方根值的平方和，因此要计算某一电压序列
Figure 990233DEST_PATH_IMAGE006
的瞬时闪变视感度，只需将其经过傅里叶分解后得到各次谐波对应的
Figure 700700DEST_PATH_IMAGE020
值进行求和：
Figure 444665DEST_PATH_IMAGE024
以上
Figure 822557DEST_PATH_IMAGE012
的离散化步骤，得到
Figure 626565DEST_PATH_IMAGE012
。
（5）计算出所述电压信号瞬时闪变值
Figure DEST_PATH_IMAGE026
将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。主要包括：
（1）数据的处理；
（2）模型的建立；
（3）预测结果的输出与预警。
实施例2
参考图3，如图3所示，一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估系
统，包括：
模型建立模块，用于建立地铁负荷的概率模型；
概率潮流计算模块，用于进行概率潮流计算；
电压闪变值计算模块，用于根据电压的概率分布来进行电压闪变值的
计算；
电压闪变值处理模块，用于将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。
所述模型建立模块用于地铁牵引负荷的建模，负荷模型的参数求解，参数求解又包括适应度函数的选取。
所述概率潮流计算模块用于采用拟蒙特卡洛采样生成样本，用Nataf变换进行负荷的相关性处理，用半不变量法进行潮流求解，得到供电系统电压的概率分布。
所述电压闪变值计算模块用于抽取电压序列，对电压序列进行FFT变换，根据电压波动求取瞬时闪变视感度，最后求取电压闪变瞬时值。
所述电压闪变值处理模块用于用于电压闪变值数据的处理、电压闪变值模型的建立及预测结果的输出与预警，电压闪变值模型采用灰色模型、线性模型和随机时间序列模型自适应加权和优选组合得到预测结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，其特征在于，包
括以下步骤：
S1，建立地铁负荷的概率模型；
S2，进行概率潮流计算；
S3，根据电压的概率分布来进行电压闪变值的计算；
S4，将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。
2.根据权利要求1所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述步骤S1包括地铁牵引负荷的建模，负荷模型的参数求解，参数求解又包括适应度函数的选取。
3.根据权利要求1所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述步骤S2包括采用拟蒙特卡洛采样生成样本，用Nataf变换进行负荷的相关性处理，用半不变量法进行潮流求解，得到供电系统电压的概率分布。
4.根据权利要求1所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述步骤S3包括抽取电压序列，对电压序列进行FFT变换，根据电压波动求取瞬时闪变视感度，最后求取电压闪变瞬时值。
5.根据权利要求1所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述步骤S4包括电压闪变值数据的处理、电压闪变值模型的建立及预测结果的输出与预警,电压闪变值模型采用灰色模型、线性模型和随机时间序列模型自适应加权和优选组合得到预测结果。
6.一种用于轨道交通供电的电压闪变快速评估系统，其特征在于，包
括：
模型建立模块，用于建立地铁负荷的概率模型；
概率潮流计算模块，用于进行概率潮流计算；
电压闪变值计算模块，用于根据电压的概率分布来进行电压闪变值的
计算；
电压闪变值处理模块，用于将所得的电压闪变值进行数据传输与共享，并根据所得数据进行电压闪变值的预测与预警。
7.根据权利要求6所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述模型建立模块用于地铁牵引负荷的建模，负荷模型的参数求解，参数求解又包括适应度函数的选取。
8.根据权利要求6所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述概率潮流计算模块用于采用拟蒙特卡洛采样生成样本，用Nataf变换进行负荷的相关性处理，用半不变量法进行潮流求解，得到供电系统电压的概率分布。
9.根据权利要求6所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述电压闪变值计算模块用于抽取电压序列，对电压序列进行FFT变换，根据电压波动求取瞬时闪变视感度，最后求取电压闪变瞬时值。
10.根据权利要求6所述的用于轨道交通供电的电压闪变快速评估方法，
其特征在于，所述电压闪变值处理模块用于用于电压闪变值数据的处理、电压闪变值模型的建立及预测结果的输出与预警。
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