本發(fā)明涉及一種基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)方法，屬于電力系統(tǒng)分析與計(jì)算領(lǐng)域。

技術(shù)背景

輸電線路參數(shù)的準(zhǔn)確性是各種電網(wǎng)分析計(jì)算軟件的基礎(chǔ)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候，如果不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)辨識(shí)估計(jì)校正，則會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確度和可靠性。在極端的情況下，參數(shù)誤差過大甚至可能導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)不收斂。影響輸電線路參數(shù)的因素有很多，比如地理環(huán)境、溫度、濕度、弧垂、運(yùn)行工況、線路老化等等，由這些因素導(dǎo)致了輸電線路實(shí)際的參數(shù)不斷變化，所以有必要對(duì)輸電線路參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。

目前，隨著省級(jí)電網(wǎng)PMU裝置的全面推廣安裝，保證了量測(cè)量的在線實(shí)時(shí)同步性，除了電壓、電流的幅值以外PMU裝置還能獲取其相位，其數(shù)據(jù)更新速度達(dá)到毫秒級(jí)，為輸電線路參數(shù)的精確辨識(shí)提供更為可靠的數(shù)據(jù)來源，進(jìn)而使得將輸電線路參數(shù)辨識(shí)結(jié)果應(yīng)用于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)、優(yōu)化電網(wǎng)在線分析應(yīng)用計(jì)算結(jié)果成為了可能。由于PMU數(shù)據(jù)可以給出線路兩端電壓相量、電流相量，所以可以用直接法對(duì)輸電線路參數(shù)進(jìn)行單斷面直接計(jì)算求取。但是考慮到電網(wǎng)系統(tǒng)量測(cè)裝置中量測(cè)誤差的普遍存在，直接法并不能消弱量測(cè)誤差對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響，在量測(cè)誤差嚴(yán)重的情況下，其參數(shù)計(jì)算結(jié)果會(huì)大大偏離真實(shí)值。所以有必要研究一種基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)方法，以充分利用PMU量測(cè)數(shù)據(jù)冗余特性，消弱量測(cè)誤差對(duì)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所需解決的技術(shù)問題提供一種基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明為一種基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)方法，包括以下步驟：

步驟1：輸入某時(shí)間段的PMU原始數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)類型包括線路首末端電壓相量量測(cè)數(shù)據(jù)，首末端電流相量量測(cè)數(shù)據(jù)，首末端支路有功、無功量測(cè)數(shù)據(jù)；

步驟2：對(duì)原始PMU量測(cè)數(shù)據(jù)按照初步篩選規(guī)則進(jìn)行篩選；

需要進(jìn)一步說明的是，原始PMU量測(cè)數(shù)據(jù)的初步篩選規(guī)則為：

(1)對(duì)首末端電壓相角差大于20°的PMU斷面進(jìn)行刪除；

(2)對(duì)首末端電流相角差靠近90°的PMU斷面進(jìn)行刪除；

(3)對(duì)與相鄰斷面數(shù)據(jù)相差較大的PMU斷面進(jìn)行刪除；

步驟3：對(duì)篩選后的PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采集出300個(gè)斷面的數(shù)據(jù)；

需要說明的是，PMU的常用的采樣間隔為20ms、40ms等等，故以小時(shí)為單位的時(shí)間段會(huì)有大量的PMU斷面數(shù)據(jù)(斷面數(shù)遠(yuǎn)大于300)，所以采集出300個(gè)斷面的數(shù)據(jù)便于分析計(jì)算。

步驟4：選取狀態(tài)量，對(duì)300各斷面的PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一斷面的單斷面參數(shù)辨識(shí)。

進(jìn)一步，步驟4包括以下步驟：

步驟401：選取的狀態(tài)量有：首端電壓幅值v_i，末端電壓幅值v_j，末端電壓相角θ_j，支路電導(dǎo)g，支路電納b，支路對(duì)地電容y_c。首端電壓相角θ_i為參考相角。所需的PMU量測(cè)量有：首末端電壓幅值量測(cè)U_i,U_j，支路首末端有功量測(cè)P_ij,P_ji，支路首末端無功量測(cè)Q_ij,Q_ji。

步驟402：采用的狀態(tài)估計(jì)方法為加權(quán)最小二乘法(WLS)，其目標(biāo)函數(shù)如下：

J(x)＝[z-h(x)]^TW[z-h(x)] (1)式中：z為量測(cè)量，x為狀態(tài)量，h(x)描述量測(cè)量與狀態(tài)量之間的非線性關(guān)系，W為量測(cè)權(quán)重矩陣。為求解式(1)最小值，先將非線性函數(shù)h(x)進(jìn)行泰勒展開，并忽略二次以上的高階項(xiàng)，可得如下迭代方程：

式中，l為迭代次數(shù)，x^(l)為第l次狀態(tài)量，為第l次狀態(tài)量的修正量，為相應(yīng)的雅可比矩陣。

對(duì)應(yīng)的量測(cè)函數(shù)h(x)為：

步驟403：由于增廣法狀態(tài)估計(jì)的雅可比矩陣容易產(chǎn)生奇異，所以本發(fā)明采用解耦的方法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，即將狀態(tài)量(v_i，v_j，θ_j)與增廣狀態(tài)量(g，b，y_c)分開來計(jì)算。首先對(duì)參數(shù)g，b，y_c進(jìn)行修正，其次對(duì)v_i，v_j，θ_j進(jìn)行修正，交替迭代計(jì)算，此時(shí)收斂判據(jù)為兩者修正量絕對(duì)值的最大值小于10^-5，設(shè)置的最大迭代次數(shù)為100次，超過100次的迭代可以認(rèn)為計(jì)算不收斂。

步驟5：根據(jù)單斷面的辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行第二次篩選工作，剔除無效斷面。此時(shí)篩選依據(jù)為步驟4單斷面狀態(tài)估計(jì)中計(jì)算不收斂的斷面。

步驟6：將步驟5中剔除后的PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行多斷面參數(shù)辨識(shí)。

進(jìn)一步，步驟6包括以下步驟：

步驟601：多斷面參數(shù)辨識(shí)。由于待估計(jì)線路參數(shù)的數(shù)量一定，隨著電網(wǎng)PMU斷面的增多，參數(shù)估計(jì)的冗余度將提高。假定n_p為線路參數(shù)數(shù)量，q為參與估計(jì)的斷面數(shù)量，m為單個(gè)斷面下的量測(cè)數(shù)目，n為電網(wǎng)狀態(tài)量數(shù)目，則該參數(shù)估計(jì)問題的量測(cè)冗余度為：

則當(dāng)q→∞時(shí)，參數(shù)估計(jì)的冗余度接近于

由冗余度越高估計(jì)結(jié)果越可信可知，增加PMU斷面數(shù)據(jù)可以有效提高輸電線路參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在一定程度上減小量測(cè)誤差所帶來的影響。

步驟602：多斷面參數(shù)辨識(shí)所采用的方法與步驟403類似，即將狀態(tài)量(第q個(gè)斷面的首端電壓幅值第q個(gè)斷面的末端電壓幅值第q個(gè)斷面的末端電壓相角)與增廣狀態(tài)量(g，b，y_c)分開來計(jì)算。首先對(duì)參數(shù)g，b，y_c進(jìn)行修正，其次對(duì)進(jìn)行修正，交替迭代計(jì)算，此時(shí)收斂判據(jù)為兩者修正量絕對(duì)值的最大值小于10^-5，設(shè)置的最大迭代次數(shù)為100次，超過100次的迭代可以認(rèn)為計(jì)算不收斂。

步驟7：輸出多斷面的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果，結(jié)束計(jì)算。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：本發(fā)明提出的一種基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)方法，可以充分利用PMU數(shù)據(jù)的冗余的特性，消弱量測(cè)誤差對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響。本發(fā)明首先對(duì)某時(shí)間段的PMU量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，然后基于加權(quán)最小二乘法對(duì)采樣斷面進(jìn)行逐一單斷面辨識(shí)，進(jìn)一步剔除單斷面辨識(shí)中不收斂的無效斷面。然后對(duì)剩下的有效斷面進(jìn)行多斷面參數(shù)辨識(shí)工作，最終給出輸電線路的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果。本發(fā)明能夠有效處理基于PMU的輸電線路參數(shù)辨識(shí)問題，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用方法的實(shí)施流程圖；

圖2為輸電線路的π型等值電路及量測(cè)系統(tǒng)電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和包含不限于此。

一種基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)方法，包括以下步驟：

步驟1：輸入某時(shí)間段的PMU原始數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)類型包括線路首末端電壓相量量測(cè)數(shù)據(jù)，首末端電流相量量測(cè)數(shù)據(jù)，首末端支路有功、無功量測(cè)數(shù)據(jù)；

步驟2：對(duì)原始PMU量測(cè)數(shù)據(jù)按照初步篩選規(guī)則進(jìn)行篩選；

需要進(jìn)一步說明的是，原始PMU量測(cè)數(shù)據(jù)的初步篩選規(guī)則為：

(1)對(duì)首末端電壓相角差大于20°的PMU斷面進(jìn)行刪除；

(2)對(duì)首末端電流相角差靠近90°的PMU斷面進(jìn)行刪除；

(3)對(duì)與相鄰斷面數(shù)據(jù)相差較大的PMU斷面進(jìn)行刪除；

步驟3：對(duì)篩選后的PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采集出300個(gè)斷面的數(shù)據(jù)；

需要說明的是，PMU的常用的采樣間隔為20ms、40ms等等，故以小時(shí)為單位的時(shí)間段會(huì)有大量的PMU斷面數(shù)據(jù)(斷面數(shù)遠(yuǎn)大于300)，所以采集出300個(gè)斷面的數(shù)據(jù)便于分析計(jì)算。

步驟4：選取狀態(tài)量，對(duì)300各斷面的PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一斷面的單斷面參數(shù)辨識(shí)。

進(jìn)一步，步驟4包括以下步驟：

步驟401：選取的狀態(tài)量有：首端電壓幅值v_i，末端電壓幅值v_j，末端電壓相角θ_j，支路電導(dǎo)g，支路電納b，支路對(duì)地電容y_c。首端電壓相角θ_i為參考相角。所需的PMU量測(cè)量有：首末端電壓幅值量測(cè)U_i,U_j，支路首末端有功量測(cè)P_ij,P_ji，支路首末端無功量測(cè)Q_ij,Q_ji。

步驟402：采用的狀態(tài)估計(jì)方法為加權(quán)最小二乘法(WLS)，其目標(biāo)函數(shù)如下：

J(x)＝[z-h(x)]^TW[z-h(x)] (1)

式中：z為量測(cè)量，x為狀態(tài)量，h(x)描述量測(cè)量與狀態(tài)量之間的非線性關(guān)系，W為量測(cè)權(quán)重矩陣。為求解式(1)最小值，先將非線性函數(shù)h(x)進(jìn)行泰勒展開，并忽略二次以上的高階項(xiàng)，可得如下迭代方程：

式中，l為迭代次數(shù)，x^(l)為第l次狀態(tài)量，為第l次狀態(tài)量的修正量，為相應(yīng)的雅可比矩陣。

對(duì)應(yīng)的量測(cè)函數(shù)h(x)為：

步驟403：由于增廣法狀態(tài)估計(jì)的雅可比矩陣容易產(chǎn)生奇異，所以本發(fā)明采用解耦的方法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，即將狀態(tài)量(v_i，v_j，θ_j)與增廣狀態(tài)量(g，b，y_c)分開來計(jì)算。首先對(duì)參數(shù)g，b，y_c進(jìn)行修正，其次對(duì)v_i，v_j，θ_j進(jìn)行修正，交替迭代計(jì)算，此時(shí)收斂判據(jù)為兩者修正量絕對(duì)值的最大值小于10^-5，設(shè)置的最大迭代次數(shù)為100次，超過100次的迭代可以認(rèn)為計(jì)算不收斂。

步驟5：根據(jù)單斷面的辨識(shí)結(jié)果，進(jìn)行第二次篩選工作，剔除無效斷面。此時(shí)篩選依據(jù)為步驟4單斷面狀態(tài)估計(jì)中計(jì)算不收斂的斷面。

步驟6：將步驟5中剔除后的PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行多斷面參數(shù)辨識(shí)。

進(jìn)一步，步驟6包括以下步驟：

步驟601：多斷面參數(shù)辨識(shí)。由于待估計(jì)線路參數(shù)的數(shù)量一定，隨著電網(wǎng)PMU斷面的增多，參數(shù)估計(jì)的冗余度將提高。假定n_p為線路參數(shù)數(shù)量，q為參與估計(jì)的斷面數(shù)量，m為單個(gè)斷面下的量測(cè)數(shù)目，n為電網(wǎng)狀態(tài)量數(shù)目，則該參數(shù)估計(jì)問題的量測(cè)冗余度為：

則當(dāng)q→∞時(shí)，參數(shù)估計(jì)的冗余度接近于

由冗余度越高估計(jì)結(jié)果越可信可知，增加PMU斷面數(shù)據(jù)可以有效提高輸電線路參數(shù)辨識(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在一定程度上減小量測(cè)誤差所帶來的影響。

步驟602：多斷面參數(shù)辨識(shí)所采用的方法與步驟403類似，即將狀態(tài)量(第q個(gè)斷面的首端電壓幅值第q個(gè)斷面的末端電壓幅值第q個(gè)斷面的末端電壓相角)與增廣狀態(tài)量(g，b，y_c)分開來計(jì)算。首先對(duì)參數(shù)g，b，y_c進(jìn)行修正，其次對(duì)進(jìn)行修正，交替迭代計(jì)算，此時(shí)收斂判據(jù)為兩者修正量絕對(duì)值的最大值小于10^-5，設(shè)置的最大迭代次數(shù)為100次，超過100次的迭代可以認(rèn)為計(jì)算不收斂。

步驟7：輸出多斷面的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果，結(jié)束計(jì)算。

實(shí)施例

附圖1為本發(fā)明提出的基于PMU數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)辨識(shí)計(jì)算方法的實(shí)施流程圖。

附圖2為輸電線路的π型等值電路及量測(cè)系統(tǒng)，PMU裝置的量測(cè)主要有線路首末端電壓相量量測(cè)，首末端電流相量量測(cè)，首末端支路有功、無功量測(cè)。

表1輸電線路多斷面參數(shù)辨識(shí)結(jié)果

表1給出了某省網(wǎng)系統(tǒng)中三條線路基于PMU數(shù)據(jù)的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果，其中參考值表示實(shí)際給定的參數(shù)，直接法平均值表示在步驟5篩選完斷面之后用直接法求取的參數(shù)平均值，多斷面參數(shù)辨識(shí)值表示采用本發(fā)明提出的方法計(jì)算的參數(shù)值。其中，線路1為500kV線路，線路2和線路3為220kV線路，收集的PMU數(shù)據(jù)為某一晴天的某一小時(shí)段的數(shù)據(jù)。由表1中展示的結(jié)果可知，相比于直接法，本發(fā)明提出的基于PMU數(shù)據(jù)的參數(shù)辨識(shí)方法的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果更具有合理性。