一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法及系统，其中方法包括：按预设的时间间隔，采集多端口的电压相量和电流相量；基于采集的电压相量和电流相量，获取每个端口的相邻时刻的电压相量差与电流相量差；判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，当判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差都满足预设差值时，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵；基于所述导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统分析和控制技术领域 ，更具体地，涉及一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法及系统。

背景技术

戴维南等值参数是评估系统电压稳定支撑强度的重要参数，其可以对大电网等值成阻抗和电压源的简单的形式。应用基于该等值参数构建的短路比、阻抗模等指标，可以对大电网实现快速的电压稳定分析，因而得到广泛应用。

戴维南等值参数可通过全网数据和本地测量获得。由于电网运行方式的多变、故障的不确定性，全网数据难以实时获得，因此基于全网数据计算戴维南等值参数的方法难以用于电网的实时监测和控制。基于相量测量单元的广域测量系统可以实时监测系统电气量，为电力系统实时监测和控制提供了基础。而基于本地测量的方法，根据多个时刻的测量数据进行等值参数的估计，具有速度快、易于实时计算的优势，因而得到了广泛关注。

目前对于戴维南等值参数的实时估计仅限于单端口网络，即待等值电网与其余电网连接仅为单个节点。而实际电网中，新能源送出、分层直流馈入等工况与交流系统的连接为多端口，而其中两端口的连接方式是较为常见的一种。

现有技术方案仅适用于电力系统在小扰动情况下的单端口戴维南等值参数的实时估计，其通过本地测量装置，采集多个时刻的电压、电流相量，假设系统戴维南等值电势变化很小可以忽略，然后根据单端口戴维南等值电路关系估计系统戴维南等值参数。

因此，需要一种技术，以实现基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计。

发明内容

本发明技术方案提供一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法及系统，以解决如何通过本地测量数据实现大扰动后多端口戴维南等值参数的实时估计。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法，所述方法包括：

按预设的时间间隔，采集多端口的电压相量和电流相量；基于采集的电压相量和电流相量，获取每个端口的相邻时刻的电压相量差与电流相量差；

判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，当判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差都满足预设差值时，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵；

基于所述导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值。

优选地，所述判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，包括：

判断每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值是否大于0.02pu，当每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值都大于0.02pu时，判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差满足预设差值。

优选地，还包括：端口数量为两个。

优选地，所述筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，包括：

根据筛选出的满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳方程：

其中，

优选地，所述筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，包括：

设定观察窗口为m个采样时刻，在滑动的时间窗口的m个采样时刻内，根据筛选出的电压相量差、对应时刻的电流相量差以及所述导纳方程生成导纳估计矩阵：

式中，k、i和j分别代表：在当前n时刻到n-m+1时刻窗口内，筛选出的电压相量差对应的测量时刻；

将所述导纳估计矩阵简写为：

式中，

优选地，所述基于所述导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值，包括：

基于最小二乘法求解

式中，T代表所述导纳估计矩阵的转置；

将

式中，

式中，

基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计系统，所述系统包括：

获取单元，用于按预设的时间间隔，采集多端口的电压相量和电流相量；基于采集的电压相量和电流相量，获取每个端口的相邻时刻的电压相量差与电流相量差；

建立单元，用于判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，当判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差都满足预设差值时，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵；

执行单元，用于基于所述导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值。

优选地，所述建立单元，用于判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，具体用于：

判断每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值是否大于0.02pu，当每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值都大于0.02pu时，判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差满足预设差值。

优选地，还包括：端口数量为两个。

优选地，所述建立单元，用于筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，具体用于：

根据筛选出的满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳方程：

其中，

优选地，所述建立单元，用于筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，具体用于：

设定观察窗口为m个采样时刻，在滑动的时间窗口的m个采样时刻内，根据筛选出的电压相量差、对应时刻的电流相量差以及所述导纳方程生成导纳估计矩阵：

式中，k、i和j分别代表：在当前n时刻到n-m+1时刻窗口内，筛选出的电压相量差对应的测量时刻；

将所述导纳估计矩阵简写为：

式中，

优选地，所述执行单元，用于基于所述导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值，具体用于：

基于最小二乘法求解

式中，T代表所述导纳估计矩阵的转置；

将

式中，

式中，

基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述任一项基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器；其中，

所述存储器，用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述任一项基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法。

本发明技术方案提供了一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法及系统，其中方法包括：按预设的时间间隔，采集多端口的电压相量和电流相量；基于采集的电压相量和电流相量，获取每个端口的相邻时刻的电压相量差与电流相量差；判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，当判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差都满足预设差值时，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵；基于所述导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值。本发明技术方案通过对电压测量数据的筛选，可以消除大扰动后系统侧电势变化对参数估计的影响，实现大扰动下的等值参数准确估计。本发明技术方案旨在通过本地测量数据实现大扰动后两端口戴维南等值参数的实时估计，为实现待研究网络的实时稳定评估和控制提供重要支撑。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的两端口戴维南等值示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的电网简化系统结构示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的测量电压相量幅值变化示意图；以及

图5为根据本发明优选实施方式的基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法流程图。由于系统发生大扰动时，系统侧多个时刻的戴维南等值电势变化不可忽略，造成现有方案在应用于大扰动时出现参数估计误差较大。现有方案仅限于单端口的参数估计问题，不适用于多端口戴维南等值参数估计。本发明通过对电压测量数据的筛选，可以消除大扰动后系统侧电势变化对参数估计的影响，实现大扰动下的等值参数准确估计。此外，本发明方案基于两端口网络进行等值建模，研究对象扩展到了两端口网络，与实际电网工况更为接近，应用场景更为广泛。

本发明公开了一种基于本地测量的适用于大扰动的两端口戴维南等值参数估计方法。所述方法包括三个步骤：基于电压阈值的数据筛选，基于筛选后的数据形成导纳估计矩阵，基于最小二乘法求解导纳的估计值。

如图1所示，本发明提供一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法，方法包括：

步骤101：按预设的时间间隔，采集多端口的电压相量和电流相量；基于采集的电压相量和电流相量，获取每个端口的相邻时刻的电压相量差与电流相量差；优选地，还包括：端口数量为两个。

步骤102：判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，当判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差都满足预设差值时，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵；

优选地，判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，包括：

判断每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值是否大于0.02pu，当每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值都大于0.02pu时，判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差满足预设差值。

优选地，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，包括：

根据筛选出的满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳方程：

其中，

优选地，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，包括：

设定观察窗口为m个采样时刻，在滑动的时间窗口的m个采样时刻内，根据筛选出的电压相量差、对应时刻的电流相量差以及导纳方程生成导纳估计矩阵：

式中，k、i和j分别代表：在当前n时刻到n-m+1时刻窗口内，筛选出的电压相量差对应的测量时刻；

将导纳估计矩阵简写为：

式中，

本发明首先基于电压阈值的数据筛选。本发明在两端口的母线上安装相量测量单元，如图2所示，采集电压相量

式中，

式中

本发明基于筛选后的数据形成导纳估计矩阵。

设定观察窗口为m个采样时刻，在滑动的时间窗口m内，满足步骤1的测量数据形成以下方程：

式中，k、i和j代表：在当前n时刻到n-m+1时刻窗口内，满足步骤1的数据对应的测量时刻。将式（3）简写为

式中，

步骤103：基于导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值。

优选地，基于导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值，包括：

基于最小二乘法求解

式中，T代表所述导纳估计矩阵的转置；

将

式中，

式中，

本发明基于最小二乘法求解导纳的估计值，根据式（4），基于最小二乘法求解的估计值为：

式中，T代表矩阵的转置。将带入n时刻的式（6），可求得n时刻的电势

式中，

式中，

本发明通过对电压测量数据的筛选，可以消除大扰动后系统侧电势变化对参数估计的影响，实现大扰动下的等值参数准确估计。本发明方案基于两端口网络进行等值建模，研究对象扩展到了两端口网络，与实际电网工况更为接近，应用场景更为广泛。

本发明能够基于本地测量实现大电网的两端口戴维南等值参数的实时估计，进而实现待研究区域的实时稳定分析和控制。图2为基于实际电网简化的仿真系统，采用该系统验证所提方法的有效性。

如图3所示，拟对待等值部分进行两端口戴维南等值。测量装置在母线G1和G2处，采样间隔为10 ms，采集电压相量和待等值网络流入该母线的电流相量。0.2 s，直流DC发生连续两次换相失败，持续0.4s，图4为测量装置得到的电压相量的幅值变化，根据电压阈值选择测量数据，根据上述步骤进行阻抗计算。

本发明的阻抗值估计结果如表1所示，表中还给出了根据全网系统参数计算得到的等值阻抗值。基于本地实时测量的数据计算的Z

表1 阻抗估计有效性验证（基准容量1000MVA，单位pu）

注：阻抗等于导纳的倒数

图5为根据本发明优选实施方式的基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计系统结构图。如图5所示，本发明提供一种基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计系统，系统包括：

获取单元501，用于按预设的时间间隔，采集多端口的电压相量和电流相量；基于采集的电压相量和电流相量，获取每个端口的相邻时刻的电压相量差与电流相量差；优选地，还包括：端口数量为两个。

建立单元502，用于判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，当判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差都满足预设差值时，筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵；

优选地，建立单元502，用于判断多个端口在同一相邻时刻的电压相量差是否满足预设差值，具体用于：

判断每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值是否大于0.02pu，当每个端口的相邻时刻的电压相量差的幅值都大于0.02pu时，判断出相邻时刻的每个端口的电压相量差满足预设差值。

优选地，建立单元502，用于筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，具体用于：

根据筛选出的满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳方程：

其中，

优选地，建立单元502，用于筛选出满足预设差值的电压相量差以及对应时刻的电流相量差，建立导纳估计矩阵，具体用于：

设定观察窗口为m个采样时刻，在滑动的时间窗口的m个采样时刻内，根据筛选出的电压相量差、对应时刻的电流相量差以及所述导纳方程生成导纳估计矩阵：

式中，k、i和j分别代表：在当前n时刻到n-m+1时刻窗口内，筛选出的电压相量差对应的测量时刻；

将所述导纳估计矩阵简写为：

式中，

执行单元503，用于基于导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值。

优选地，执行单元503，用于基于导纳估计矩阵计算戴维南等值参数的估计值，具体用于：

基于最小二乘法求解

式中，T代表所述导纳估计矩阵的转置；

将

式中，

式中，

本发明优选实施方式的基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计系统500与本发明优选实施方式的基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法100相对应，在此不再进行赘述。

本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序用于执行上述任一项基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，电子设备包括：处理器和存储器；其中，

存储器，用于存储处理器可执行指令的存储器；

处理器，用于从存储器中读取可执行指令，并执行指令以实现上述任一项基于本地测量的多端口戴维南等值参数估计方法。

本发明优选实施方式的一种基于构网型变流器的直驱风电系统控制系统与本发明另一优选实施方式的一种基于构网型变流器的直驱风电系统控制方法相对应，在此不再进行赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。