CN113705145B - 一种π型传输线模型参数的在线自校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种π型传输线模型参数的在线自校正方法，包括，根据PMU装置的采样频率设定自校正计算程序的启动频率，得到固定触发时刻；判断当前时刻是否为固定触发时刻，若是，则启动自校正计算程序，从PMU装置中读入固定触发时刻传输线三相电压电流的测量数据集合；根据实时测量数据集合求解节点导纳方程，将其作为校正后固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值；根据实时测量数据集合求解节点阻抗方程，将其作为校正后固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳阻抗值；完成传输线π型等效模型参数的一次在线校正，同步固定触发时刻下的实际线路和数字孪生模型。本发明始终保持数字空间模型参数与实际线路参数之间的高度同步。
Description
技术领域
本发明涉及π型传输线模型仿真模拟的技术领域，尤其涉及一种π型传输线模型参数的在线自校正方法。
背景技术
准确建立传输线路模型是对电力系统进行仿真模拟的基础，考虑到环境、温度等不可控因素对传输线路阻抗和导纳参数的影响，实际线路参数可能会随机发生变化，为了满足精确仿真模拟的要求，就需要对传输线路模型的参数进行校正。现有的参数校正方法大多将参数校正过程建模为优化问题，给定参数的变化范围与实际测量的波形，通过多次运行仿真模型，基于随机优化算法反演出仿真数据与实测数据误差最小的参数组合。
而对于传输线路的π型等效电路模型，需要考虑对地电容和相间电容等多个关键参数，若考虑其随机因素，利用高斯混合模型来表征如此高维的随机变量的联合概率分布难度较大，同时待优化参数过多，也会导致参数构成的状态空间过大，无法对空间进行有效搜索，得到的参数组合往往是仿真与实测数据距离的极小值点，此时高灵敏度参数的些微误差就会导致低灵敏度参数极大偏离精确值；此外，还需要多次运行仿真模型来不断搜索优化，算法的时效得不到保障。
而数字孪生技术的兴起，为仿真模型的参数校正提供了一种新的研究思路，与仅采用微分代数方程描述运行机理的传统知识驱动建模方法不同的是，数字孪生模型不是一组恒定不变的数学方程式，而是一个参数时变、持续更新的进化模型。构建传输线路的数字孪生模型可以实现数字空间模型与实际线路之间的双向同步，进而在全生命周期内增强对实际线路的感知和分析。
虽然目前学者们针对传统仿真模型的参数校正开展了大量的研究，但优化算法复杂，时效性差，不擅长处理参数较多的场景，尚缺乏对实际线路与仿真模型参数之间的同步校正策略；为填补传输线仿真模型参数的实时在线自校正方法的空白，本发明所提出的一种π型传输线模型参数的在线自校正方法，根据实际传输线路的实时量测数据，通过求解节点导纳和节点阻抗矩阵，来对π型传输线模型的多个关键参数进行持续的在线校正，始终保持数字空间模型参数与实际线路参数之间的高度同步。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种π型传输线模型参数的在线自校正方法，能够解决实际线路与仿真模型参数之间的同步校正策略难题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，根据PMU装置的采样频率设定自校正计算程序的启动频率，得到固定触发时刻；判断当前时刻是否为所述固定触发时刻，若是，则启动所述自校正计算程序，从所述PMU装置中读入所述固定触发时刻传输线三相电压电流的测量数据集合；根据实时测量数据集合求解节点导纳方程，将其作为校正后所述固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值；根据实时测量数据集合求解节点阻抗方程，将其作为校正后所述固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳阻抗值；完成传输线π型等效模型参数的一次在线校正，同步所述固定触发时刻下的实际线路和数字孪生模型。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：包括，采用PMU作为系统量测装置，在实际传输线路的首末端和中段均安装PMU装置；所述PMU装置分别用于测量传输线路首端电压信号ui(t)、电流信号ii(t)的幅值Uim(t)、Iim(t)和相角δi(t)、αi(t)；末端电压信号uj(t)、电流信号ij(t)的幅值Ujm(t)、Ijm(t)和相角δj(t)、αj(t)；以及线路中段电流信号im(t)的幅值Imm(t)和相角αm(t)。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：传输线的电压、电流信号参照PMU的国际标准的规定进行表示，包括，
其中，Um(t)、Im(t)分别为电压的实时幅值、电流信号的实时幅值，f(t)为存在波动的电网实时频率，δ0为电压信号初始相位，α0为电流信号初始相位。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：包括，
所述PMU装置基于全球标准时间进行计算得到同步相位，在任意采样时刻t下，传输线电压、电流测量信号表示为如上的相量形式。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：包括，启动传输线数字孪生模型自校正计算程序，获取电压电流测量数据集合M；采用固定频率启动的方式在线触发传输线数字孪生模型自校正计算程序；将自校正计算程序启动频率设定为PMU装置采样频率fs＝NfN的k倍，则触发时间间隔ΔT为：
其中，N是一个工频周期内的采样点数。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：包括，
当在任意启动时刻t＝nΔT触发自校正计算程序后，从PMU装置中读入该时刻下传输线三相电压和电流的测量数据集合M。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：包括，根据实时测量数据集合M在线校正π型等效电路的导纳参数，得到节点导纳方程；求解所述节点导纳方程，计算出Cx值，将其作为校正后nΔT时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值。
作为本发明所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的一种优选方案，其中：包括，根据实时测量数据集合M在线校正π型等效电路的阻抗参数，得到节点阻抗方程；求解所述节点阻抗方程，计算出Zx值，将其作为校正后nΔT时刻传输线数字孪生模型的阻抗参数值。
本发明的有益效果：本发明方法采用固定频率启动的方式来在线触发传输线数字孪生模型自校正计算程序，根据实际传输线路的实时量测数据，通过求解节点导纳和节点阻抗矩阵，来不断校正数字空间模型中π型等效电路的三相导纳和阻抗参数；只要PMU装置量测结果准确，无论实际传输线路的参数如何发生，总能将变化反馈给传输线路的数字孪生模型，并通过实时在线计算对变化的参数进行自校正，始终保持数字空间模型参数与实际线路参数之间的高度同步。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1为本发明一个实施例所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的PMU装置安装示意图；
图3为本发明一个实施例所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法的传输线的三相π型等效电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，提供了一种π型传输线模型参数的在线自校正方法，包括：
S1：根据PMU装置的采样频率设定自校正计算程序的启动频率，得到固定触发时刻。
S2：判断当前时刻是否为固定触发时刻，若是，则启动自校正计算程序，从PMU装置中读入固定触发时刻传输线三相电压电流的测量数据集合。
S3：根据实时测量数据集合求解节点导纳方程，将其作为校正后固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值。
S4：根据实时测量数据集合求解节点阻抗方程，将其作为校正后固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳阻抗值。
S5：完成传输线π型等效模型参数的一次在线校正，同步固定触发时刻下的实际线路和数字孪生模型。
进一步的，构建传输线路的数字孪生模型采用知识和数据共同驱动的建模方法，知识驱动模型仍采用经典的π型等效电路来模拟，考虑到环境、温度等不可控因素对传输线路阻抗和导纳参数的影响，实际线路参数可能会发生变化，为了满足精确模拟的要求，就需要将参数变动反馈到数字空间中来重构数字孪生模型，因此，需要引入系统量测数据来不断的对π型等效模型参数进行自校正，来实现实际线路与数字空间模型之间的同步，进而保证系统仿真模拟的精度。
具体的，采用PMU作为系统量测装置，在实际传输线路的首末端和中段均安装PMU装置；PMU装置分别用于测量传输线路首端电压信号ui(t)、电流信号ii(t)的幅值Uim(t)、Iim(t)和相角δi(t)、αi(t)；末端电压信号uj(t)、电流信号ij(t)的幅值Ujm(t)、Ijm(t)和相角δj(t)、αj(t)；以及线路中段电流信号im(t)的幅值Imm(t)和相角αm(t)。
传输线的电压、电流信号参照PMU的国际标准的规定进行表示，包括，
其中，Um(t)、Im(t)分别为电压的实时幅值、电流信号的实时幅值，f(t)为存在波动的电网实时频率，δ0为电压信号初始相位，α0为电流信号初始相位。
PMU装置基于全球标准时间进行计算得到同步相位，在任意采样时刻t下，传输线电压、电流测量信号表示为如上的相量形式。
启动传输线数字孪生模型自校正计算程序，获取电压电流测量数据集合M；
采用固定频率启动的方式在线触发传输线数字孪生模型自校正计算程序；
将自校正计算程序启动频率设定为PMU装置采样频率fs＝NfN的k倍，则触发时间间隔ΔT为：
其中，N是一个工频周期内的采样点数；
当在任意启动时刻t＝nΔT触发自校正计算程序后，从PMU装置中读入该时刻下传输线三相电压和电流的测量数据集合M。
实施例2
参照图2和图3，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的，提供了一种π型传输线模型参数的在线自校正方法的参数求解方法，包括：
参照图2，考虑到实时量测是对物理实体进行分析控制的前提，需要在实际线路中布置众多量测装置，来支持传输线路数字孪生模型的构建，考虑当电网频率出现波动时，同步相量测量装置(phase measurement unit，PMU)为了提高离散傅里叶算法的精度，采用电网频率跟踪算法来不断测量电网的实时频率，因此PMU装置可以实现对电压、电流信号相位、幅值、频率的测量。
参照图3，根据实时测量数据集合M(nΔT)来在线校正π型等效电路的导纳参数，需要校正的导纳参数包括三相对地电容Caa、Cbb、Ccc和相间电容Cab、Cac、Cbc。
根据基尔霍夫电流定律，传输线中段三相电流可表示为：
同理传输线末端三相电流可表示为：
整理后得到节点导纳方程：
UY(n△T)CX(n△T)＝IY(n△T)
其中：
求解上述节点导纳方程即可计算出Cx(nΔT)，将其作为校正后nΔT时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值。
根据实时测量数据集合M来在线校正π型等效电路的阻抗参数，需要校正的阻抗参数包括各相阻抗同理根据基尔霍夫电流定律，传输线中段三相电流也可表示为：
整理后得到节点阻抗方程：
IZ(n△T)ZX(n△T)＝UZ(n△T)
其中：
求解上述节点阻抗方程即可计算出Zx(nΔT)，将其作为校正后nΔT时刻传输线数字孪生模型的阻抗参数值。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：包括，
根据PMU装置的采样频率设定自校正计算程序的启动频率，得到固定触发时刻；启动传输线数字孪生模型自校正计算程序，获取电压电流测量数据集合M；采用固定频率启动的方式在线触发传输线数字孪生模型自校正计算程序；
将自校正计算程序启动频率设定为PMU装置采样频率fs＝NfN的k倍，则触发时间间隔ΔT为：
其中，N是一个工频周期内的采样点数；
判断当前时刻是否为所述固定触发时刻，若是，则启动所述自校正计算程序，从所述PMU装置中读入所述固定触发时刻传输线三相电压电流的测量数据集合；
根据实时测量数据集合求解节点导纳方程，将其作为校正后所述固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值；
根据实时测量数据集合求解节点阻抗方程，将其作为校正后所述固定触发时刻传输线数字孪生模型的导纳阻抗值；
完成传输线π型等效模型参数的一次在线校正，同步所述固定触发时刻下的实际线路和数字孪生模型。
2.根据权利要求1所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：包括，
采用PMU作为系统量测装置，在实际传输线路的首末端和中段均安装PMU装置；
所述PMU装置分别用于测量传输线路首端电压信号ui(t)、电流信号ii(t)的幅值Uim(t)、Iim(t)和相角δi(t)、αi(t)；
末端电压信号uj(t)、电流信号ij(t)的幅值Ujm(t)、Ijm(t)和相角δj(t)、αj(t)；
以及线路中段电流信号im(t)的幅值Imm(t)和相角αm(t)。
3.根据权利要求2所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：传输线的电压、电流信号参照PMU的国际标准的规定进行表示，包括，
其中，Um(t)、Im(t)分别为电压的实时幅值、电流信号的实时幅值，f(t)为存在波动的电网实时频率，δ0为电压信号初始相位，α0为电流信号初始相位。
4.根据权利要求2或3所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：包括，
所述PMU装置基于全球标准时间进行计算得到同步相位，在任意采样时刻t下，传输线电压、电流测量信号表示为如上的相量形式。
5.根据权利要求4所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：包括，
当在任意启动时刻t＝nΔT触发自校正计算程序后，从PMU装置中读入该时刻下传输线三相电压和电流的测量数据集合M。
6.根据权利要求5所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：包括，
根据实时测量数据集合M在线校正π型等效电路的导纳参数，得到节点导纳方程；
求解所述节点导纳方程，计算出Cx值，将其作为校正后nΔT时刻传输线数字孪生模型的导纳参数值；
所述节点导纳方程表示为：
UY(nΔT)CX(nΔT)＝IY(nΔT)
其中，
7.根据权利要求6所述的π型传输线模型参数的在线自校正方法，其特征在于：包括，
根据实时测量数据集合M在线校正π型等效电路的阻抗参数，得到节点阻抗方程；
求解所述节点阻抗方程，计算出Zx值，将其作为校正后nΔT时刻传输线数字孪生模型的阻抗参数值；
所述节点阻抗方程表示为：
IZ(nΔT)ZX(nΔT)＝UZ(nΔT)
其中：
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