一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法技术

本发明专利技术公开一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，方法包括以下步骤：首先，在拓扑匹配阶段，考虑配电网中所有开关的全部开闭状态生成备选拓扑结构集，基于各开关支路上电压幅值曲线的计算值与实际值之间的差异，在备选拓扑结构集中确定最佳匹配拓扑结构；其次，在参数估计阶段，利用基于老化特性的固定步长迭代算法，并结合特殊牛顿迭代算法，估计最佳匹配拓扑结构的支路参数实际值；最后，在支路老化评估阶段，通过比较支路参数的估计值与理论铭牌值之间的偏差，评估各支路的老化程度。本发明专利技术评估方法实现了配电网支路的老化程度评估，识别了严重老化支路的具体位置，为供电企业制定具有针对性的降损改造方案提供了指导意见。

A branch aging evaluation method of distribution network based on topology matching and parameter estimation

【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法
本专利技术涉及一种配电网设备评估
，具体是一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法。
技术介绍
目前，高损耗老化设备的比例不断增加是导致配电网线损问题日趋严重的重要原因之一，电力设备的老化对配电网的负面影响会随着时间的推移而逐渐显现，一旦设备老化过于严重，将会影响配电网的安全稳定运行，也会给配电网的经济效益带来巨大损失。因此，对配电网的电力设备进行老化评估是十分必要的。现有电力设备老化方面的研究主要集中在设备老化建模和老化影响因素探索上，仅针对单个电力设备进行老化评估，未能在实际配电网中定位老化设备所在支路以及评估各支路的老化程度。准确的配电网拓扑结构和支路实际参数是定位配电网老化设备所在支路以及准确评估其老化程度的重要前提。但是在配电网的实际运行中，供电企业往往通过改变配电网的拓扑结构，以优化配电网的运行方式，这就给获取准确的拓扑信息带来了很大的困难。因此，如何准确地评估配电网支路的老化程度是供电企业亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，通过拓扑匹配筛选出最符合实际量测数据的配电网拓扑结构，考虑了配电网拓扑结构在实际配电网运行中的不确定性；利用基于老化特性的固定步长迭代算法，结合特殊牛顿迭代算法，更新配电网支路的实际参数，并与支路参数理论值进行比较，量化评估各支路的老化程度。评估方法需要获取配电网各负荷节点的电压幅值、有功功率和无功功率数据，无需电压相角数据，且在实际量测数据存在量测误差的情况下也具有鲁棒性，能够辨识老化严重的配电网支路，为供电企业制定具有针对性的降损改造方案提供理论指导。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，所述评估方法包括以下步骤：步骤一：考虑配电网所有开关支路的开闭状态，构建配电网备选拓扑结构集；步骤二：基于配电网电力设备铭牌值和实际量测数据，通过比较电压幅值的计算值与实际值之间的差异，筛选出最佳匹配拓扑结构；步骤三：通过基于老化特性的固定步长迭代算法，估计步骤二中最佳匹配拓扑结构的支路参数；步骤四：基于步骤三中的支路参数估计结果，采用特殊牛顿迭代算法进一步更新支路参数；步骤五：将步骤四中的支路参数估计结果与支路参数理论值进行比较，评估配电网各支路的老化程度。进一步的，所述步骤一内容为假设配电网含有个Nb节点，开关支路集合为Γ，实际配电网拓扑为Ω，考虑分段开关和联络开关的全部开闭状态及其所有组合情况，根绝辐射状运行原则筛选出NGT种备选的配电网拓扑结构。进一步的，所述步骤二包括以下步骤：S2.1、基于配电网电力设备铭牌值，配电网实际量测数据包括时间范围T内的电压幅值数据Va＝{Vta,t＝1,...,T}，有功功率数据Pa＝{Pta,t＝1,...,T}以及无功功率数据Qa＝{Qta,t＝1,...,T}，计算配电网各支路的理论参数值Φ(包括电导和电纳)；S2.2、针对步骤一中所有的配电网备选拓扑结构Ωn(n＝1,...,NGT)，基于S2.1中的配电网各支路理论参数值Φ、有功功率数据Pa、无功功率数据Qa，通过潮流计算得到每种配电网备选拓扑结构的电压幅值计算值S2.3、针对步骤一中所有的配电网备选拓扑结构Ωn(n＝1,...,NGT)，通过寻找开关支路处电压幅值的计算值与实际值Va之间的最小偏差，计算配电网备选拓扑结构Ωn与实际拓扑结构Ω之间的相似匹配度ρ，从而筛选出最符合实际量测数据的最佳匹配拓扑结构Ω'，相似匹配度ρ和最佳匹配拓扑结构Ω'的计算公式为：Ω'＝Ωargmax(ρ)其中，T为时间范围；Nn为第n种备选拓扑结构Ωn中闭合的开关支路数量；Ψn为第n种备选拓扑结构Ωn中闭合状态的开关支路集合；ΨH,n和ΨE,n分别代表Ψn的首、尾节点集合；为时间t时ΨH,n中第k个节点的电压幅值计算值；为时间t时ΨE,n中第k个节点的电压幅值计算值；为时间t时ΨH,n中第k个节点的电压幅值实际值；为时间t时ΨE,n中第k个节点的电压幅值实际值；Ωargmax(ρ)为最大相似匹配度ρ所对应的备选拓扑结构。进一步的，所述步骤三包括以下步骤：设分别为最佳匹配拓扑结构Ω'中第条支路的电导、电纳、电阻、电抗参数的理论值，设分别为最佳匹配拓扑结构Ω'中第条支路的电导、电纳、电阻、电抗参数的实际值，假设第条支路的理论阻抗值与实际阻抗值满足且(为常数，)；S3.1、设定支路电导和电纳参数的迭代步长和和的计算公式为：其中，α和β分别为支路电导和电纳参数的迭代步长系数；和为每条支路电导和电纳参数值的迭代方向：若则若且则若且则S3.2、根据S3.1中对应的和更新和更新后的支路电导和电纳的计算公式为：S3.3、基于最佳匹配拓扑结构Ω'，更新后的支路电导和电纳Pa以及Qa，利用潮流计算得到所有节点上的电压幅值计算值数据Vc，计算公式为：其中，f(·)为潮流计算，为t时刻的电压幅值计算值数据；Pta和Qta为t时刻的有功功率及无功功率数据实际值；S3.4、计算所有节点处的电压幅值实际值与计算值之间的偏差之和ΔV，计算公式为：其中，Nl为最佳匹配拓扑结构Ω'中的节点个数，和分别为t时刻第b个节点的电压幅值计算值和实际值数据；S3.5、比较S3.4中的ΔV与预设的阈值σ，若ΔV小于σ，此时对应的支路电导和电纳参数值为最终估计值；否则，则返回S3.2。进一步的，所述步骤五通过计算支路参数的电导偏差量以及电纳偏差量并将二者相加作为支路的老化程度值以量化评估最佳匹配拓扑结构Ω'中每条支路的老化严重程度，和的计算公式为：其中，和分别为步骤四的支路参数估计结果。本专利技术的有益效果：1、本专利技术评估方法通过拓扑匹配筛选出最符合实际量测数据的配电网拓扑结构，考虑了配电网拓扑结构在实际配电网运行中的不确定性；利用基于老化特性的固定步长迭代算法，结合特殊牛顿迭代算法，更新配电网支路的实际参数，并与支路参数理论值进行比较，量化评估各支路的老化程度；2、本专利技术评估方法需要获取配电网各负荷节点的电压幅值、有功功率和无功功率数据，无需电压相角数据，且在实际量测数据存在量测误差的情况下也具有鲁棒性，能够辨识老化严重的配电网支路，为供电企业制定具有针对性的降损改造方案提供理论指导。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是本专利技术评估方法的流程图；图2是本专利技术改进的IEEE123节点系统的拓扑结构示意图；图3是本专利技术备选拓扑结构的相似匹配度示意图；图4是本专利技术配电网支路老化评估示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：/n步骤一：考虑配电网所有开关支路的开闭状态，构建配电网备选拓扑结构集；/n步骤二：基于配电网电力设备铭牌值和实际量测数据，通过比较电压幅值的计算值与实际值之间的差异，筛选出最佳匹配拓扑结构；/n步骤三：通过基于老化特性的固定步长迭代算法，估计步骤二中最佳匹配拓扑结构的支路参数；/n步骤四：基于步骤三中的支路参数估计结果，采用特殊牛顿迭代算法进一步更新支路参数；/n步骤五：将步骤四中的支路参数估计结果与支路参数理论值进行比较，评估配电网各支路的老化程度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：
步骤一：考虑配电网所有开关支路的开闭状态，构建配电网备选拓扑结构集；
步骤二：基于配电网电力设备铭牌值和实际量测数据，通过比较电压幅值的计算值与实际值之间的差异，筛选出最佳匹配拓扑结构；
步骤三：通过基于老化特性的固定步长迭代算法，估计步骤二中最佳匹配拓扑结构的支路参数；
步骤四：基于步骤三中的支路参数估计结果，采用特殊牛顿迭代算法进一步更新支路参数；
步骤五：将步骤四中的支路参数估计结果与支路参数理论值进行比较，评估配电网各支路的老化程度。


2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，其特征在于，所述步骤一内容为假设配电网含有个Nb节点，开关支路集合为Γ，实际配电网拓扑为Ω，考虑分段开关和联络开关的全部开闭状态及其所有组合情况，根绝辐射状运行原则筛选出NGT种备选的配电网拓扑结构。


3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑匹配和参数估计的配电网支路老化评估方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：
S2.1、基于配电网电力设备铭牌值，配电网实际量测数据包括时间范围T内的电压幅值数据Va＝{Vta,t＝1,...,T}，有功功率数据Pa＝{Pta,t＝1,...,T}以及无功功率数据Qa＝{Qta,t＝1,...,T}，计算配电网各支路的理论参数值Φ(包括电导和电纳)；
S2.2、针对步骤一中所有的配电网备选拓扑结构Ωn(n＝1,...,NGT)，基于S2.1中的配电网各支路理论参数值Φ、有功功率数据Pa、无功功率数据Qa，通过潮流计算得到每种配电网备选拓扑结构的电压幅值计算值
S2.3、针对步骤一中所有的配电网备选拓扑结构Ωn(n＝1,...,NGT)，通过寻找开关支路处电压幅值的计算值与实际值Va之间的最小偏差，计算配电网备选拓扑结构Ωn与实际拓扑结构Ω之间的相似匹配度ρ，从而筛选出最符合实际量测数据的最佳匹配拓扑结构Ω'，相似匹配度ρ和最佳匹配拓扑结构Ω'的计算公式为：



Ω'＝Ωargmax(ρ)
其中，T为时间范围；Nn为第n种备选拓扑结构Ωn中闭合的开关支路数量；Ψn为第n种备选拓扑结构Ωn中闭合状态的开关支路集合；ΨH,n和ΨE,n分别代表Ψn的首、尾节点集合；为时间t时ΨH,n中第k个节点的电压幅值计算值；为...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙寰，陈畅，顾伟，谢吉华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32