一种基于PMU类噪声数据的在线负荷建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PMU实测类噪声信号的在线辨识负荷参数的方法。类噪声信号是由电力系统小扰动引起的响应信号，该信号时时存在并可以被PMU装置记录下来，从而为负荷的在线参数辨识提供数据源。为了使类噪声信号可以精确的辨识负荷参数，该方法对PMU记录的类噪声信号进行预处理，并提出将负荷的状态空间模型作为待辨识模型，并从参数可辨识度的角度对参数进行了优化。最后，该方法将负荷参数辨识问题转化为非线性最优化问题，采用基因算法对该问题求解。本发明专利技术已经应用于重庆电网，结果表明辨识算法耗时短，参数辨识结果准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PMU类噪声数据的在线负荷建模方法
本专利技术涉及一种在线辨识负荷参数的方法，尤其是涉及一种基于PMU类噪声数据的在线辨识负荷参数方法。
技术介绍
负荷是电力系统的重要组成部分，负荷模型的准确性对电网的稳定性分析影响很大。但是由于负荷具有复杂性，时变性等特点，负荷建模始终是电力系统的重大难题之一。目前，负荷建模一共有两大类方法，分别是统计综合法以及总体测辨法。统计综合法的基本思想是先将负荷分类，并确定每类负荷的平均特性，然后统计各类负荷所占有的比例，最后综合得出总体的负荷模型,但是这类方法存在着统计工作费时费力等缺点。随着相量测量单元装置(PMU)的广泛应用，基于实测数据的总体测辨法得到了许多学者的重视。总体测辨法的基本思想是先确定负荷模型的结构，再由现场采集的数据辨识出负荷模型的参数，确定负荷的模型。因为负荷本质上是一个非线性系统，对非线性系统辨识时，往往要求输入激励波动较大。在总体测辨法中，要求负荷的输入信号电压幅值波动在10％左右，如负荷节点变压器器分接头动作等。但是这种波动并不是每时每刻都存在，因此这种方法不能在线建立负荷模型。
技术实现思路
为解决上述问题，本文专利技术提出了一种基于PMU类噪声数据的在线辨识负荷参数的方法。本专利技术的技术方案采用如下步骤：1)对PMU装置记录的类噪声数据进行预处理：2)建立负荷待辨识模型：3)确定负荷待辨识参数集；4)将负荷参数辨识问题转化为非线性最优化问题，并用基因算法求解。每10分钟辨识一次负荷参数，实现在线负荷建模。上述技术方案中，所述的步骤1)对PMU装置记录的类噪声进行预处理。U(1),...,U(N)为PMU测量总长度为N的负荷电压幅值序列，P(1),...,P(N)为PMU测量总长度为N的负荷有功功率序列，Q(1),...,Q(N)为PMU测量总长度为N的无功功率序列。经过预处理得到以下时间序列ΔU(1),...,ΔU(N)，ΔP(1),…,ΔP(N)，ΔQ(1),…,ΔQ(N)，上述时间序列的每一项ΔU(k),ΔP(k),ΔQ(k)采用以下公式：ΔU(k)＝U(k)-U0ΔP(k)＝P(k)-P0ΔQ(k)＝Q(k)-Q0其中U0是负荷运行在平衡点时的电压幅值，P0是负荷运行在平衡点时的有功功率，Q0是负荷运行在平衡点时的无功功率。采用以下公式确定：所述的步骤2)建立负荷待辨识模型：采用负荷的状态空间模型作为待辨识模型，采用以下公式：y＝Cx+Du其中，x为负荷状态变量，x＝[ΔExΔEyΔs]，ΔEx,ΔEy,Δs分别表示x轴暂态电动势偏差量，y轴暂态电动势偏差量，转差率偏差量。u为负荷状态空间模型输入变量，u＝ΔU，ΔU表示负荷节点电压幅值偏差量。y为负荷状态空间模型输出变量，y＝[ΔPΔQ]，ΔP,ΔQ表示有功功率偏差量和无功功率偏差量。其中A,B,C,D如下所示：其中X表示转子稳态电抗，X′表示暂态电抗，T′d0表示转子回路时间常数，s0表示负荷处于平衡点时转差率的稳态值，f0表示电力系统基波频率，Ey0表示负荷处于平衡点时y轴暂态电动势的稳态值，Ex0表示负荷处于平衡点时x轴暂态电动势的稳态值，U0表示负荷运行在平衡点时的负荷节点电压幅值，在数据预处理时已经确定，Tj表示转子惯性时间常数，分别表示恒阻抗负荷在节点总有功功率，总无功功率的占比。所述的步骤3)确定负荷待辨识参数集，从可辨识性的角度优化了待辨识的负荷参数，如下所示：上式中，X表示转子稳态电抗，X′表示暂态电抗，T′d0表示转子回路时间常数，Tj表示转子惯性时间常数，Ex0表示负荷处于平衡点时x轴暂态电动势的稳态值，Ey0表示负荷处于平衡点时y轴暂态电动势的稳态值，s0表示负荷处于平衡点时转差率的稳态值，分别表示恒阻抗负荷在节点总有功功率，总无功功率的占比。其中，静态负荷中恒功率负荷参数和没有出现在上述待辨识参数中，这是因为上述参数实际上是两个没有确定的常数，而常数的偏导为0，上述两个参数是不可辨识的。此外，静态负荷中恒电流负荷参数和没有出现在上述待辨识参数中，这是因为这两个参数可辨识性远远低于恒阻抗负荷参数和因此不辨识这两个参数。所述的步骤4)负荷参数辨识问题转化为非线性最优化问题，并用基因算法求解。每10分钟辨识一次负荷参数，实现在线负荷建模。目标函数采用以下公式：其中，和分别表示有功功率的相对误差和无功功率的相对误差，如下所示：通过基因算法对目标函数求解，得到负荷模型参数。每10分钟辨识一次负荷参数，实现在线负荷建模。本专利技术的有益效果是：本专利技术旨在用PMU记录类噪声数据，在线辨识负荷模型参数，因此可以在线建立负荷模型，为电网的在线稳定分析提供有效依据。附图说明图1负荷辨识流程图；图2负荷节点电压幅值波动图；图3负荷有功功率对比图；图4负荷无功功率对比图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术方法包括以下步骤：1)对PMU装置记录的类噪声数据进行预处理：2)建立负荷待辨识模型：3)确定负荷待辨识参数集；4)负荷参数辨识问题转化为非线性最优化问题，并用基因算法求解。每10分钟辨识一次负荷参数，实现在线负荷建模。所述的步骤1)对PMU装置记录的类噪声数据进行预处理，具体如下：采用PMU装置记录的类噪声作为数据源辨识负荷参数，首先需要对PMU记录的类噪声数据进行预处理。U(1),...,U(N)为PMU测量总长度为N的负荷电压幅值序列，P(1),...,P(N)为PMU测量总长度为N的负荷有功功率序列，Q(1),...,Q(N)为PMU测量总长度为N的无功功率序列。经过预处理得到以下时间序列ΔU(1),...,ΔU(N)，ΔP(1),...,ΔP(N)，ΔQ(1),...,ΔQ(N)，上述时间序列的每一项ΔU(k)，ΔP(k)和ΔQ(k)采用以下公式：ΔU(k)＝U(k)-U0ΔP(k)＝P(k)-P0ΔQ(k)＝Q(k)-Q0其中U0是负荷运行在平衡点时的电压幅值，P0是负荷运行在平衡点时的有功功率，Q0是负荷运行在平衡点时的无功功率。采用以下公式确定：所述的步骤2)建立负荷待辨识模型，具体描述如下：采用负荷的状态空间模型作为待辨识模型，采用以下公式：y＝Cx+Du其中，x为负荷状态变量，x＝[ΔExΔEyΔs]，ΔEx,ΔEy,Δs分别表示x轴暂态电动势偏差量，y轴暂态电动势偏差量，转差率偏差量。u为负荷状态空间模型输入变量，u＝ΔU，ΔU表示负荷节点电压幅值偏差量。y为负荷状态空间模型输出变量，y＝[ΔPΔQ]，ΔP,ΔQ表示有功功率偏差量和无功功率偏差量。其中A,B,C,D如下所示：其中X表示转子稳态电抗，X′表示暂态电抗，T′d0表示转子回路时间常数，s0表示负荷处于平衡点时转差率的稳态值，f0表示电力系统基波频率，Ey0表示负荷处于平衡点时y轴暂态电动势的稳态值，Ex0表示负荷处于平衡点时x轴暂态电动势的稳态值，U0表示负荷运行在平衡点时的负荷节点电压幅值，在数据预处理时已经确定，Tj表示转子惯性时间常数，分别表示恒阻抗负荷在节点总有功功率，总无功功率的占比。所述的步骤3)确定负荷待辨识参数集，具体描述如下：从可辨识性的角度优化了待辨识的负荷参数，如下所示：上式中，X表示转子稳态电抗，X′表示暂态电抗，T′d0表示转子回路时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PMU实测的类噪声数据的在线辨识负荷参数的方法，其特征在于包括以下步骤：1)对PMU装置记录的类噪声数据进行预处理：2)建立负荷待辨识模型：3)确定负荷待辨识参数集；4)将负荷参数辨识问题转化为非线性最优化问题，并用基因算法求解，每10分钟辨识一次负荷参数，实现在线负荷建模。

【技术特征摘要】
1.一种基于PMU实测的类噪声数据的在线辨识负荷参数的方法，其特征在于包括以下步骤：1)对PMU装置记录的类噪声数据进行预处理：2)建立负荷待辨识模型：3)确定负荷待辨识参数集；4)将负荷参数辨识问题转化为非线性最优化问题，并用基因算法求解，每10分钟辨识一次负荷参数，实现在线负荷建模。2.根据权利要求1所述的基于PMU实测的类噪声数据的在线辨识负荷参数的方法，其特征在于：所述的对PMU装置记录的类噪声进行预处理，采用以下公式，确定负荷运行在平衡点时的电压幅值U0，有功功率P0，以及无功功率Q0：其中，U(1),...,U(N)为PMU测量总长度为N的负荷电压幅值序列，P(1),...,P(N)为PMU测量总长度为N的负荷有功功率序列，Q(1),...,Q(N)为PMU测量总长度为N的无功功率序列。此外，根据上述变量，可以确定适用于辨识负荷状态空间模型的相应的时间序列ΔU(1),...,ΔU(N)，ΔP(1),...,ΔP(N)，ΔQ(1),...,ΔQ(N)。其中ΔU(k),ΔP(k),ΔQ(k)，采用以下公式ΔU(k)＝U(k)-U0ΔP(k)＝P(k)-P0ΔQ(k)＝Q(k)-Q03.根据权利要求1所述的基于PMU实测的类噪声数据的在线辨识负荷参数的方法，其特征在于：所述的步骤2)采用负荷的状态空间模型作为负荷待辨识模型，采用以下公式：y＝Cx+Du其中，x为负荷状态变量，x＝[ΔExΔEyΔs]，ΔEx,ΔEy,Δs分别表示x轴暂态电动势偏差量，y轴暂态电动势偏差量，转差率偏差量。u为负荷状态空间模型输入变量，u＝ΔU，ΔU表示负荷节点电压幅值偏差量。y为负荷状态空间模型输出变量，y＝[ΔPΔQ]，ΔP,ΔQ表示有功功率偏差量和无功功率偏差量。其中A,B,C,D如下所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：冯丽，汪震，史成钢，李尚远，张同尊，甘德强，陈涛，刘欣宇，古济铭，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网重庆市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11