CN113609681B - 基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，包括：S1.构建配电网的仿真模型；S2.获取电压暂降监测终端采集到的实测电压暂降信息；S3.根据所述实测电压暂降信息设置所述仿真模型的仿真参数进行短路计算，得到仿真电压暂降幅值；S4.计算所述仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值之间的残差；S5.根据所述残差与设定的阈值判断是否存在偏差，若存在偏差，则执行S6；S6.构建目标函数和网络平衡方程，并计算修正电阻值和修正电抗值；S7.基于所述修正电阻值和修正电抗值计算修正电压暂降幅值。本发明的方法提升了修正精度以及电压暂降计算精度。

Description

基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法
技术领域
本发明涉及供电技术领域，特别是涉及一种基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法。
背景技术
随着大量高端用户的敏感设备接入电网，电压暂降已成为高频的电压扰动事件，当其从故障点向外传播时，电气距离越近的用户电压暂降越严重，即电压暂降幅值越低，而电压暂降幅值的计算则依赖于故障点的幅值以及故障点和用户之间的阻抗值。电网阻抗参数会随着工作条件、环境变化而改变，已有的方法均考虑的使用的阻抗的设计值进行计算，而忽略了电网阻抗参数会随着工作条件、环境变化而改变，因此阻抗实际值与设计值可能存在的一定的误差，由于电网参数错误会严重影响电网的智能化分析与决策。因此，研究有效辨识修正电网阻抗参数以此提高电压暂降幅值计算精度的方法十分重要。
目前关于错误参数识别的研究方法可以归纳为增广状态估计法和量测残差灵敏度分析法两类。增广状态估计法是把待识别的参数代入状态向量中参加状态估计计算，进而达到识别和修正的目的。此类方法尽管简单直观，但是减少了数据冗余度，增加了状态向量的维数，降低了状态估计实时性，甚至出现冗余度不足、不能求解的情况。量测残差灵敏度分析法通过建立残差与参数误差之间的联系来分析参数。此类方法较前一种方法而言不增加状态向量的维数，避免了高维问题，实时性好。而仅仅应用监控与数据采集(SCADA)量测残差的传统方法，灵敏度不高，即测量噪声引起的残差和参数偏差引起的残差在数值上接近，不利于对错误参数的识别和修正。
在参数修正方面，有学者运用了均值思想，提出了基于单个设备的多时段测量残差均值的参数辨识修正方法，通过多时段的样本均值减小测量误差的影响，避免了不同设备之间的测量误差的影响，从而获得更高的参数修正精度。理论上均值辨识在消除测量误差方面具有明显优势，但是在构造均值辨识判据和确定均值样本数量方面有一定的主观因素，主观构造判据的误差会严重影响错误参数的辨识、修正效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，包括：
S1.构建配电网的仿真模型；
S2.获取电压暂降监测终端采集到的实测电压暂降信息；
S3.根据所述实测电压暂降信息设置所述仿真模型的仿真参数进行短路计算，得到仿真电压暂降幅值；
S4.计算所述仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值之间的残差；
S5.根据所述残差与设定的阈值判断是否存在偏差，若存在偏差，则执行S6；
S6.构建目标函数和网络平衡方程，并计算修正电阻值和修正电抗值；
S7.基于所述修正电阻值和修正电抗值计算修正电压暂降幅值。
优选的，所述S2中，获取实测电压暂降信息后，还包括：根据所述实测电压暂降信息确认电压暂降类型，所述电压暂降类型包括短路故障、感应电机启动和变压器投运。
优选的，所述短路计算的公式为：
Figure BDA0003200893870000021
式中，Vj M为仿真模型计算得到的节点j的电压暂降幅值，节点j为敏感用户负荷节点；Vi M为仿真模型计算得到的节点i的电压暂降幅值，节点i为节点j的上游节点；Zij为节点i和节点j之间的阻抗幅值，Zjm为节点j和节点m之间的阻抗幅值，节点m为节点j的下游节点；Rij为节点i和节点j之间的设计电阻值，Xij为节点i和节点j之间的设计电抗值，Rjm为节点j和节点m之间的设计电阻值，Xjm为节点j和节点m之间的设计电抗值。
优选的，所述S5中，残差大于阈值时则认为存在偏差，否则认为不存在偏差。
优选的，所述S5中，所述阈值为节点j的仿真电压暂降幅值和节点j的实测电压暂降幅值中最大值的0.02倍。
优选的，所述目标函数为：
Figure BDA0003200893870000022
式中，F(Rij C,Xij C)为目标函数，Vj为节点j的实测电压暂降幅值。
优选的，所述网络平衡方程为：
Figure BDA0003200893870000023
Figure BDA0003200893870000024
式中，Pij为配电网中节点i流向节点j的有功功率，Qij为配电网中节点i流向节点j的无功功率，Iij为电流幅值，Vi为节点i的电压暂降幅值，Rij C表示节点i与节点j之间的修正电阻值，Xij C表示节点i与节点j之间的修正电抗值。
优选的，所述S7中，基于所述修正电阻值和修正电抗值，进行短路计算修正电压暂降幅值。
优选的，所述S7之后，还包括：
S8.根据修正电压暂降幅值计算电压暂降幅值的计算精度。
优选的，所述电压暂降幅值的计算精度的计算公式为：
Figure BDA0003200893870000031
式中，KVSA％为电压暂降幅值残差百分比，
Figure BDA0003200893870000032
为仿真模型计算得到的节点j的电压暂降向量矢量，
Figure BDA0003200893870000033
为实测节点j的电压暂降向量矢量。
本发明的有益效果是：本发明的方法结合了暂态的短路计算与稳态计算，根据短路计算结果辨识阻抗偏差的参数，其次基于稳态计算修正阻抗参数，最后将修正后的阻抗参数带入至短路计算公式中验证结果并得到电压暂降幅值计算结果，综合暂态计算与稳态计算，提升了阻抗偏差辨识率、阻抗修正精度以及电压暂降计算精度。
附图说明
图1为电压暂降幅值评估方法的一种流程图；
图2为配电网的一种拓扑结构示意图；
图3为电压有效值随时间变化的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1-图3，本发明提供一种基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法；
术语解释：
残差：本实施例中特指电压暂降幅值实测值与仿真模型计算得到的电压暂降幅值的差值。
电压暂降：供电电压有效值快速下降到额定值的90％-10％，持续时间为0.05个周波～1分钟。
如图1所示，基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，包括：
S1.构建配电网的仿真模型。
例如，基于电力系统的变压器、输电线路参数、自动装置、控制设备等系统参数在PSCAD仿真软件中搭建电网模型，点击LINE右键编辑edit parameters，设置线路的稳态频率、长度、电容以及阻抗等参数。基础参数设置如下所示：
三相电压源模型：阻抗类型、稳态频率、幅值；
输电线路参数：线路电压等级、线路绞线类型、单位阻抗、单位电抗；
变压器：容量、变比。
配电网的一种拓扑结构如图2所示，Vj为敏感用户负荷节点j的实测电压暂降幅值，Vi为敏感用户上游节点i的实测电压暂降幅值，节点m为用户下游节点。Pij为节点i流向节点j的实测有功功率，Qij为节点i流向节点j的实测无功功率，Iij为该线路的实测电流幅值，Rij为节点i与节点j之间的设计电阻值，Xij为节点i与节点j之间的设计电抗值，Rij C为节点i与节点j之间调整后的修正电阻值，Xij C为节点i与节点j之间调整后的修正电抗值。
同样的，Ijm为节点j与节点m之间的电流幅值，Pjm为节点j流向节点m的实测有功功率，Qjm为节点j流向节点m的实测无功功率，Rjm为节点j和节点m之间的设计电阻值，Xjm为节点j和节点m之间的设计电抗值，Rjm C为节点j与节点m之间调整后的修正电阻值，Xjm C为节点j与节点m之间调整后的修正电抗值。PDj为节点j流向用户的实测有功功率，QDj为节点j流向用户的实测无功功率。
S2.获取电压暂降监测终端采集到的实测电压暂降信息。
一般的，所述实测电压暂降信息记录了一个周期(0.02秒)内1024个点的三相电压、三相电流。
在一些实施例中，所述S2中，获取实测电压暂降信息后，还包括：根据所述实测电压暂降信息确认电压暂降类型，所述电压暂降类型包括短路故障、感应电机启动和变压器投运，如图3所示。一般的，根据电压暂降类型设置S3中仿真模型的仿真参数，提高参数设置的合理性，进而提高了最终计算结果的准确性。
S3.根据所述实测电压暂降信息设置所述仿真模型的仿真参数进行短路计算，得到仿真电压暂降幅值。
一般的，电压暂降仿真数据设置如下：故障控制：故障类型选择。时间故障继电器：故障发生时刻、故障清除时刻。
节点m为节点j的下游节点，当节点m发生短路故障导致j点发生电压暂降，通过短路计算的电阻分压关系可得到j点电压暂降幅值，计算如下：
所述短路计算的公式为：
Figure BDA0003200893870000051
式中，Vj M为仿真模型计算得到的节点j的电压暂降幅值，节点j为敏感用户负荷节点；Vi M为仿真模型计算得到的节点i的电压暂降幅值，节点i为节点j的上游节点；Zij为节点i和节点j之间的阻抗幅值，Zjm为节点j和节点m之间的阻抗幅值，节点m为节点j的下游节点；Rij为节点i和节点j之间的设计电阻值，Xij为节点i和节点j之间的设计电抗值，Rjm为节点j和节点m之间的设计电阻值，Xjm为节点j和节点m之间的设计电抗值。
S4.计算所述仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值之间的残差。
S5.根据所述残差与设定的阈值判断是否存在偏差，若存在偏差，则执行S6。
电网的阻抗偏差数据具有区域聚集的特性，即如果该支路的参数出现了偏差，则通过阻抗参数计算出的幅值与监测终端记录的幅值差值也会显著偏大，本实施例提出阻抗偏差评价函数从而辨识阻抗偏差参数：
Figure BDA0003200893870000052
式中，i为第i条支路，p为支路数量的上限，△Vj为第i条支路仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值之间的差值，其计算公式如公式三所示；ΛVj为第i条支路残差的阈值，取值如公式四所示。当Kj(△Vj)为0时，则表示该线路的正常；当Kj(△Vj)为1时，则表示该线路存在偏差。
Figure BDA0003200893870000053
公式三表示通过仿真模型计算得到的节点j的仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值得到的残差数据。
Figure BDA0003200893870000054
公式四表示残差的阈值为实测电压暂降幅值与仿真模型计算得到的仿真电压暂降幅值中最大值的0.02倍。
即，本实施例中通过仿真模型计算得到的仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值的残差来判断线路参数是否出现偏差，当残差大于仿真电压暂降幅值和实测电压暂降幅值中最大值的0.02倍的时候，即认为线路中的设计参数与实际参数出现了偏差，需要进一步修正，修正原则如下：
当△Vj大于0时，认为实测电压暂降幅值小于仿真模型计算得到的仿真电压暂降幅值，可能是如下情况：1、节点j的下游支路的实际阻抗参数小于设计阻抗参数；2、上游支路的实际阻抗参数大于设计阻抗参数；3、节点j的下游支路的实际阻抗参数小于设计阻抗参数且上游支路的实际阻抗参数大于设计阻抗参数。
当△Vj小于0时，认为实测电压暂降幅值大于仿真模型计算得到的仿真电压暂降幅值，可能是如下情况：1、节点j的下游支路的实际阻抗参数大于设计阻抗参数；2、上游支路的实际阻抗参数小于设计阻抗参数；3、节点j的下游支路的实际阻抗参数大于设计阻抗参数且上游支路的实际阻抗参数小于设计阻抗参数。
随后将实测电流Iij与仿真模型计算得到的仿真电流Iij M的相位相比较，以上游阻抗值变化为参考：如果Iij的相位滞后于Iij M，则表示实际阻抗对电流阻碍性增强，则电抗值Xij增大；如果Iij的相位超前于Iij M，则表示实际阻抗对电流流通性增强，则电抗值Xij减小；如果Iij的相位等于Iij M，则表示仅仅是电阻值Rij发生了变化。
S6.构建目标函数和网络平衡方程，并计算修正电阻值和修正电抗值。
对上下游支路的阻抗进行修正，建立如下的目标函数：
Figure BDA0003200893870000061
式中，F(Rij C,Xij C)为目标函数，Vj为节点j的实测电压暂降幅值。
根据电网电流、电压、功率等信息建立网络平衡方程关系，公式六表示节点的有功平衡，公式七表示节点的无功平衡：
Figure BDA0003200893870000062
式中，Pij为配电网中节点i流向节点j的有功功率，Rij C表示节点i与节点j之间的修正电阻值，Iij为实测电流，Pjm为节点j流向节点m的有功功率，PD,j为节点j用户使用的有功功率。
Figure BDA0003200893870000063
式中：Qij为配电网中节点i流向节点j的无功功率，Xij C表示节点i与节点j之间的修正电抗值，Iij为实测电流，Qjm为节点j流向节点m的无功功率，QD,j为节点j用户使用的无功功率。
线路的电压降落平衡约束为：
Figure BDA0003200893870000071
视在功率平衡为：
Figure BDA0003200893870000072
式中，Pij为配电网中节点i流向节点j的有功功率，Qij为配电网中节点i流向节点j的无功功率，Iij为电流幅值，Vi为节点i的电压暂降幅值。
通过上述平衡方程以及公式一可以求解得Rij C、Xij C。
S7.基于所述修正电阻值和修正电抗值计算修正电压暂降幅值。
将计算得到的Rij C代替Rij、Xij C代替Xij，然后代入公式一计算阻抗参数修正后的电压暂降幅值Vj M。
在一些实施例中，所述S7之后，还包括：
S8.根据修正电压暂降幅值计算电压暂降幅值的计算精度。
所述电压暂降幅值的计算精度的计算公式为：
Figure BDA0003200893870000073
式中，KVSA％为电压暂降幅值残差百分比，
Figure BDA0003200893870000074
为仿真模型计算得到的节点j的电压暂降向量矢量，
Figure BDA0003200893870000075
为实测节点j的电压暂降向量矢量。
Figure BDA0003200893870000076
式中：KVSA为电压暂降计算精度评价指标。当KVSA％<1％时表示基于修正阻抗参数计算得到的电压暂降幅值精度为优秀(E)；当(1％≤KVSA％<2％)时表示基于修正阻抗参数计算得到的电压暂降幅值精度为合格(Q)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，其特征在于，包括：
S1.构建配电网的仿真模型；
S2.获取电压暂降监测终端采集到的实测电压暂降信息；
S3.根据所述实测电压暂降信息设置所述仿真模型的仿真参数进行短路计算，得到仿真电压暂降幅值；
所述短路计算的公式为：
Figure FDA0003432084470000011
式中，Vj M为仿真模型计算得到的节点j的电压暂降幅值，节点j为敏感用户负荷节点；Vi M为仿真模型计算得到的节点i的电压暂降幅值，节点i为节点j的上游节点；Zij为节点i和节点j之间的阻抗幅值，Zjm为节点j和节点m之间的阻抗幅值，节点m为节点j的下游节点；Rij为节点i和节点j之间的设计电阻值，Xij为节点i和节点j之间的设计电抗值，Rjm为节点j和节点m之间的设计电阻值，Xjm为节点j和节点m之间的设计电抗值；
S4.计算所述仿真电压暂降幅值与实测电压暂降幅值之间的残差；
S5.根据所述残差与设定的阈值判断是否存在偏差，若存在偏差，则执行S6；
S6.构建目标函数和网络平衡方程，并计算修正电阻值和修正电抗值；
所述目标函数为：
Figure FDA0003432084470000012
式中，F(Rij C,Xij C)为目标函数，Vj为节点j的实测电压暂降幅值；
所述网络平衡方程为：
Figure FDA0003432084470000013
Figure FDA0003432084470000014
式中，Pij为配电网中节点i流向节点j的有功功率，Qij为配电网中节点i流向节点j的无功功率，Iij为电流幅值，Vi为节点i的电压暂降幅值，Rij C表示节点i与节点j之间的修正电阻值，Xij C表示节点i与节点j之间的修正电抗值；
S7.基于所述修正电阻值和修正电抗值计算修正电压暂降幅值；
所述S7中，基于所述修正电阻值和修正电抗值，进行短路计算修正电压暂降幅值。
2.根据权利要求1所述的基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，其特征在于，所述S2中，获取实测电压暂降信息后，还包括：根据所述实测电压暂降信息确认电压暂降类型，所述电压暂降类型包括短路故障、感应电机启动和变压器投运。
3.根据权利要求1所述的基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，其特征在于，所述S5中，残差大于阈值时则认为存在偏差，否则认为不存在偏差。
4.根据权利要求3所述的基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，其特征在于，所述S5中，所述阈值为节点j的仿真电压暂降幅值和节点j的实测电压暂降幅值中最大值的0.02倍。
5.根据权利要求1所述的基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，其特征在于，所述S7之后，还包括：
S8.根据修正电压暂降幅值计算电压暂降幅值的计算精度。
6.根据权利要求5所述的基于电能质量实测数据修正的电压暂降幅值评估方法，其特征在于，所述电压暂降幅值的计算精度的计算公式为：
Figure FDA0003432084470000021
式中，KVSA％为电压暂降幅值残差百分比，
Figure FDA0003432084470000022
为仿真模型计算得到的节点j的电压暂降向量矢量，
Figure FDA0003432084470000023
为实测节点j的电压暂降向量矢量。
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