專利名稱：基于pmu量測數(shù)據(jù)的電力線路參數(shù)的辨識與估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)線路參數(shù)辨識與估計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于 PMU(PhasorMeasurement Unit，相量測量單元)量測數(shù)據(jù)的電力系統(tǒng)中線路參數(shù)的辨識與估計方法。
背景技術(shù)：
電力線路及變壓器等電網(wǎng)設(shè)備的參數(shù)是電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這些參數(shù)的準確性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行中各種計算和分析的準確性，特別是會對電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的精度以及狀態(tài)估計基礎(chǔ)上的故障分析、穩(wěn)定性分析以及在線控制與決策等高級應(yīng)用的有效性產(chǎn)生重要影響。因此，掌握準確的電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)，對于保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重大意義。實際系統(tǒng)中，絕大多數(shù)線路和變壓器的參數(shù)都使用設(shè)計值或設(shè)備投運前的實測值。由于實際運行條件與設(shè)計運行條件之間的差異，或者由于運行條件變化或設(shè)備老化導致設(shè)備參數(shù)不斷緩慢變化等原因，電網(wǎng)設(shè)備的真實參數(shù)與使用參數(shù)之間往往存在很大差異，即設(shè)備的使用參數(shù)存在很大誤差，或者說設(shè)備的使用參數(shù)為錯誤參數(shù)。因此，有必要對電網(wǎng)設(shè)備的錯誤參數(shù)進行辨識，并在此基礎(chǔ)上估計設(shè)備的真實參數(shù)，從而提高電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性?，F(xiàn)有的電力線路參數(shù)辨識與估計方法分為兩大類一是基于單一時段量測數(shù)據(jù)的多個設(shè)備參數(shù)的辨識與估計方法，二是基于多個時段量測數(shù)據(jù)的單個設(shè)備參數(shù)的辨識與估計方法。其中，基于單一時段量測數(shù)據(jù)的多個設(shè)備參數(shù)的辨識與估計方法，主要有增廣狀態(tài)估計法和殘差靈敏度法等。這類方法均以同一個時段的量測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過將設(shè)備參數(shù)與節(jié)點電壓相量一起構(gòu)成增廣狀態(tài)量進行狀態(tài)估計(增廣狀態(tài)估計法)，或者通過量測殘差與設(shè)備參數(shù)的關(guān)系對設(shè)備參數(shù)進行修正(殘差靈敏度法)。這類方法的一個主要問題是，參數(shù)辨識與估計過程中涉及的設(shè)備多、量測信息量大，特別是當有多個設(shè)備的多個參數(shù)需要進行辨識與估計時，由于參數(shù)誤差之間的相互影響以及參數(shù)誤差和量測誤差之間的相互影響，不能保證參數(shù)辨識與估計的精度。現(xiàn)有基于多個時段量測數(shù)據(jù)的單個設(shè)備參數(shù)的辨識與估計方法，以多個時段的量測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，能夠避免不同設(shè)備參數(shù)之間的相互影響，并能夠減少量測誤差對參數(shù)估計精度的影響。如2008年第32卷第5期《電力系統(tǒng)自動化》中“基于WAMS/SCADA混合量測的電網(wǎng)參數(shù)辨識與估計”一文，公開的方法是首先由線路兩端多個時段的量測量來計算線路的相對殘差指標(稱為D指標)，再根據(jù)D指標的數(shù)值大小來判斷含有錯誤參數(shù)的線路， 最后應(yīng)用遺傳算法求解使D指標最小的線路參數(shù)。該方法所采用的D指標的定義為多個時段線路相對量測誤差的平均值，其中線路相對量測誤差為線路某一端(例如末端)電壓和電流的計算值(即由另一端(首端)的電壓和電流以及線路參數(shù)，根據(jù)電路定律求得的計算值)相對于其量測值的誤差的平方和。該方法的缺點是一方面，D指標不能區(qū)分參數(shù)錯誤和量測錯誤，當量測值很小時D指標還存在數(shù)值穩(wěn)定性問題，另一方面，計算D指標時需要人工設(shè)置適當?shù)臅r段數(shù)，不同時段數(shù)對應(yīng)的D指標在數(shù)值上相差很大，從而導致利用D指標的數(shù)值來判斷是否有錯誤參數(shù)時出現(xiàn)誤判或漏判。再如2010年第34卷第1期《電力系統(tǒng)自動化》中“基于PMU實測數(shù)據(jù)的輸電線路參數(shù)在線估計方法” 一文，公開的方法是根據(jù)線路參數(shù)與兩端電流電壓的解析關(guān)系，利用多時段的PMU實測數(shù)據(jù)，求解各時段線路參數(shù)的估計值，并取多個時段估計值的均值作為參數(shù)估計的結(jié)果。該方法的主要缺點是，同樣需要人工設(shè)置時段數(shù)，而不同時段數(shù)對應(yīng)的參數(shù)估計值在數(shù)值上相差較大，從而導致參數(shù)估計的結(jié)果不穩(wěn)定。此外，該方法的另一個缺點是，不對錯誤參數(shù)進行辨識而直接進行估計， 因而會出現(xiàn)對正確參數(shù)進行估計的情況，造成計算資源和機時的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的基于多個時段量測數(shù)據(jù)的單個設(shè)備參數(shù)辨識與估計方法的不足，提供一種基于PMU量測數(shù)據(jù)的電力線路參數(shù)的辨識與估計方法。本方法能夠有效消除隨機量測誤差對辨識與估計結(jié)果的影響，所采用辨識指標的辨識度高，數(shù)值穩(wěn)定性好，在辨識的基礎(chǔ)上對錯誤參數(shù)進行估計，能避免對正確線路參數(shù)進行不必要的估計。實現(xiàn)本發(fā)明目的之技術(shù)方案是一種基于PMU量測數(shù)據(jù)的電力線路參數(shù)的辨識與估計方法，利用計算機，通過程序，首先輸入被辨識與估計線路的基本數(shù)據(jù)，然后根據(jù)該線路兩端的多個時段的相量測量單元(PMU)量測數(shù)據(jù)，先辨識該線路的錯誤參數(shù)，再估計該線路的正確參數(shù)，得出線路正確參數(shù)的估計值及、Z和I。其具體方法步驟如下(1)輸入基本數(shù)據(jù)首先輸入被辨識與估計線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、標么值殘差指標(T指標)的門檻值T。及收斂精度。其中，該線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括線路電阻R、電抗X和電納B的參考值(即線路參數(shù)的使用值)、線路的額定電壓Ub、功率基準&以及線路兩端多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)；收斂精度包括參數(shù)辨識收斂精度ei和參數(shù)估計收斂精度％。(2)辨識線路的錯誤參數(shù)第(1)步完成后，基于線路兩端多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)和基本的電流電壓關(guān)系， 辨識該線路的錯誤參數(shù)，即先初始化循環(huán)變量k，并令k = 1 ；后讀取第k個時段線路兩端的PMU量測數(shù)據(jù)線路首端電壓的幅值和相角，線路末端電壓的幅值和相角，線路首端電流的幅值和相角以及線路末端電流的幅值和相角(電流的參考方向以流入線路為正)；再基于線路兩端的PMU量測數(shù)據(jù)和基本的電流電壓關(guān)系，計算線路的T指標，其計算步驟如下1)計算第k個時段線路兩端的電壓和電流相量首先根據(jù)線路兩端第k個時段的PMU量測數(shù)據(jù)，計算第k個時段線路兩端的電壓和電流相量，計算公式為Om = ume^ ,u2{k) = U2ikfie^ Jm = Ilitfid^ ’im = I2ikfjs^(1)式中 >1( )、υιω和θ 1(k)分別為第k個時段線路首端電壓相量、首端電壓幅值和首端電壓相角；&2w、％(k)和θ20 分別為第k個時段線路末端電壓相量、末端電壓幅值和末端電壓相角；、I1(k)和d1(k)分別為第k個時段線路首端電流相量、首端電流幅值和首端電流相角石w、I2(k)和d2(k)分別為第k個時段線路末端電流相量、末端電流幅值和末端電流相角。2)計算第k個時段線路末端電壓和電流相量的計算值第(2)——1)步完成后，根據(jù)線路參數(shù)的參考值，計算第k個時段線路末端電壓和
電流相量的計算值，計算公式為 ZF
W
,刺
T'
'2⑷
2
+ 1
-Z
ZY
F(f+1) -It+1I
K)
'1㈨
(2) 式中歡⑷和為第k個時段線路首端電壓和電流相量的量測值；f/“和為第
k個時段線路末端電壓和電流相量的計算值；Z = R+jX為線路串聯(lián)阻抗的參考值；Y = JB 為線路對地導納的參考值，線路電導忽略不計。3)計算第k個時段線路末端電壓和電流相量的殘差第(2)-式為
2)步完成后，計算第k個時段線路末端電壓和電流相量的殘差，計算公 Ru[k)=U'm -U2(k),Rl{k)
⑶ 式中仏⑷和、}為第k個時段線路末端電壓和電流相量的量測值；巧⑷和/;)為第k個時段線路末端電壓和電流相量的計算值和Ι ιω為第k個時段線路末端電壓和電流相量的殘差。
4)計算線路的標么值殘差
第(2)——3)步完成后，計算第k個時段線路的標么值殘差，計算公式如下
(4) J
^( ) HRm) Rc(Rm) lm(R‘
(5)
(t) 一 UbUbIbIb式中隊、Sb和L分別為基準電壓、基準功率和基準電流；Re (Ruao)和h(Ru(k))為電壓殘差I(lǐng)W)的實部和虛部；Re (R100)和Im(RI(k))為電流殘差RI(k)的實部和虛部；T(k)為第k個時段線路的標么值殘差。5)計算線路標么值殘差的均值第(2)——4)步完成后，計算包括第k個時段在內(nèi)的前N個時段的線路標么值殘差的均值，計算公式為 T
Γα-
II"
(6)式中Ν為總的時段數(shù)；T(k)為第k個時段線路的標么值殘差；J為前N個時段線路標么值殘差的均值。然后計算線路標么值殘差均值f的方差系數(shù)Il1，計算公式為
權(quán)利要求
1. 一種基于PMU量測數(shù)據(jù)的電力線路參數(shù)的辨識與估計方法，利用計算機，通過程序進行計算，其特征在于具體的方法步驟如下(1)輸入基本數(shù)據(jù)首先輸入被辨識與估計線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、標么值殘差指標的門檻值T。及收斂精度，其中，該線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括線路電阻R、電抗X和電納B的參考值、線路的額定電壓Ub、功率基準&以及線路兩端多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)；收斂精度包括參數(shù)辨識收斂精度ei和參數(shù)估計收斂精度％；(2)辨識線路的錯誤參數(shù)第(1)步完成后，基于線路兩端多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)和基本的電流電壓關(guān)系，辨識該線路的錯誤參數(shù)，即先初始化循環(huán)變量k，并令k = 1 ；后讀取第k個時段線路兩端的PMU量測數(shù)據(jù)線路首端電壓的幅值和相角，線路末端電壓的幅值和相角，線路首端電流的幅值和相角以及線路末端電流的幅值和相角，電流的參考方向以流入線路為正；再基于線路兩端的PMU量測數(shù)據(jù)和基本的電流電壓關(guān)系，計算線路的T指標，其計算步驟如下1)計算第k個時段線路兩端的電壓和電流相量首先根據(jù)線路兩端第k個時段的PMU量測數(shù)據(jù)，計算第k個時段線路兩端的電壓和電流相量，計算公式為
全文摘要
一種基于PMU量測數(shù)據(jù)的電力線路參數(shù)的辨識與估計方法，屬于電力系統(tǒng)線路參數(shù)辨識與估計技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用計算機，通過程序，首先輸入被辨識與估計線路的基本數(shù)據(jù)，然后根據(jù)該線路兩端的多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)，先辨識該線路的錯誤參數(shù)，再估計該線路的正確參數(shù)，得出線路正確參數(shù)的估計值。本發(fā)明利用線路兩端多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)構(gòu)造基于均值的辨識指標和參數(shù)估計方法，并用方差系數(shù)作為收斂精度判據(jù)，方法簡單，辨識效果好，估計精度高，計算速度快，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于兩端安裝有PMU的電力線路集中參數(shù)的辨識與估計，特別適用于中等長度高壓和超高壓輸電線路參數(shù)的辨識與估計。
文檔編號G01R27/08GK102175922SQ20111002499
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者余娟, 宋林滔, 趙雪騫, 趙霞, 陳俊, 顏偉 申請人:重慶大學