基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，包括如下步骤：输入节点注入有功功率，无功功率和电压幅值量测序列；根据配电网运行特征建立线性潮流模型，并基于线性回归求解导纳估计阵，得到初始拓扑结构与线路参数估计初值；通过变量间的解耦迭代优化对线路导纳估计值进行修正，输出最终拓扑结构与线路参数辨识结果。本发明专利技术基于智能电表量测，无需获取节点电压的相角量测，在实际配电网中具有良好的适用性；其次可以在准确辨识拓扑结构的同时有效估计运行线路的导纳参数，摆脱了传统辨识方案只能进行拓扑识别的局限性。的局限性。的局限性。

【技术实现步骤摘要】
基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法


[0001]本专利技术属于智能电网配电领域，具体涉及基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法。

技术介绍

[0002]配电网是电力系统中连接发输电与供用电的重要纽带，保证配电网的安全稳定运行是国民经济快速发展的前提。随着分布式光伏、微电网以及电动汽车充电站等新型电源和负荷设备不断接入电网，配电网的复杂度和灵活性大幅增加，拓扑结构改变频繁，线路参数更新滞后。正确的拓扑结构与线路参数信息是配电网进行状态估计与潮流分析的先决条件，是电网生产管理系统实现精准调控的基础。
[0003]高级量测体系的建设使得配电网运行过程中产生的大量电气数据被有效采集与上送，目前配电网中应用的量测设备主要分为同步向量量测装置和智能电表两种。同步向量量测装置通过全球定位系统同时获取高精度的节点注入功率与电压相量量测信息，具有数据传输速度快，同步时间误差小的优势，但由于投资成本较高，同步向量量测装置目前仅安装于重要变电站等一些关键节点处，在配电网中未能实现全面覆盖。智能电表量测设备由于物理成本较低，在配电网中得到了广泛部署，但只能采集节点注入功率与电压幅值数据，无法对节点电压相角进行量测。
[0004]以数据驱动的方式进行配电网拓扑识别与线路参数辨识逐渐成为国内外学者的研究热点，现有的基于智能电表量测设备的拓扑识别技术多为通过分析节点电压幅值间的相关性寻找相邻节点，或者基于状态估计思想，通过求解包含线路开关状态信息的优化模型得到运行拓扑结构，但这些方法无法同时对线路导纳参数进行估计，因而在实际应用中存在一定程度的限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，以解决现阶段拓扑识别方法在实际配电网中适用性不佳，并且无法同时对拓扑结构与线路参数进行辨识的问题。
[0006]技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，包括以下步骤：
[0007]S1、输入配电网中所有节点的注入有功功率，注入无功功率和电压幅值量测序列；
[0008]S2、建立线性潮流模型，并基于线性回归求解导纳估计阵，得到初始拓扑结构与线路参数辨识结果；
[0009]S3、基于解耦迭代优化对线路导纳估计值进行修正，输出最终拓扑结构与线路参数辨识结果。
[0010]进一步地，所述S2中建立线性潮流模型的具体步骤包括如下：
[0011]S2.1.1、节点注入有功功率p，注入无功功率q，电压幅值v和电压相角θ之间满足经
典潮流方程，公式如下：
[0012][0013][0014]其中，i为配电网中的节点编号，i∈{1,2,
…
,N}，N为配电网中的节点总数，G和B分别为配电网导纳矩阵的实部与虚部；
[0015]S2.1.2、实际运行的配电网具备下述特征：
[0016]节点电压幅值通常稳定在标幺值1附近，因此有节点电压变化量Δv
i
为一小量，Δv
i
的公式如下：
[0017]Δv
i
＝v
i
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]支路电压相角差θ
ik
的绝对值几乎不会超过10
°
，也可视为小量，因此有：
[0019]sinθ
ik
≈θ
ik
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]cosθ
ik
≈1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0021]S2.1.3、公式(1)和公式(2)可以分别写为如下公式：
[0022][0023][0024]S2.1.4、通过1+Δv
k
替换节点电压v
k
，结合公式(4)和公式(5)，公式(6)和公式(7)分别变为：
[0025][0026][0027]S2.1.5、由于Δv
k
和θ
ik
均为小量，二者的乘积项变为二阶小量，因此可将其略去，公式(8)和公式(9)分别变为：
[0028][0029][0030]S2.1.6、配电网中节点的并联导纳元素值y
i0
较小，导纳矩阵的对角元素近似等于相应节点所连支路的导纳之和，而导纳矩阵的非对角元素等于相应节点之间支路导纳的负值，所以公式(10)和公式(11)中各有两项值为零，去除零项后的公式分别如下：
[0031][0032][0033]S2.1.7、将公式(12)和公式(13)写成矩阵形式，得到线性潮流模型，公式如下：
[0034][0035]其中，[p/v]＝[p1/v1…
p
N
/v
N
]T
，[q/v]＝[q1/v1…
q
N
/v
N
]T
，[Δv]＝[Δv1…
Δv
N
]T
，[θ]＝[θ1…
θ
N
]T
为包含配电网所有节点量测信息的向量；[]T
表示矩阵转置；
[0036]S2.1.8、由于电压相角相较电压幅值数值较小，公式(14)表示的线性潮流模型可扩展应用于节点电压相角信息未知的场合中。因此公式(14)被进一步简化为如下公式：
[0037][0038][0039]进一步地，所述S2中基于线性回归求解导纳估计阵，得到初始拓扑结构与线路参数辨识结果的具体步骤包括如下：
[0040]S2.2.1、由量测序列计算[P/V]，[Q/V]和[ΔV]，代入公式(15)与公式(16)中，分别得到如下公式：
[0041][0042][0043]其中，[P/V]＝[[p/v]1…
[p/v]M1
]，[Q/V]＝[[q/v]1…
[q/v]M1
]，[ΔV]＝[[Δv]1…
[Δv]M1
]；M1为获取到的量测数量；
[0044]S2.2.2、基于线性回归求得导纳估计阵G
^
和B
^
，公式分别如下：
[0045][0046][0047]S2.2.3、令G
^last
等于当前G
^
；
[0048]S2.2.4、对G
^
和B
^
进行降噪处理；
[0049]S2.2.5、对G
^
和B
^
进行对称化处理得到G
^sym
和B
^sym
，公式分别如下：
[0050][0051][0052]S2.2.6、判断G
^sym
是否等于G
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、输入配电网中所有节点的注入有功功率，注入无功功率和电压幅值量测序列；S2、建立线性潮流模型，并基于线性回归求解导纳估计阵，得到初始拓扑结构与线路参数辨识结果；S3、基于解耦迭代优化对线路导纳估计值进行修正，输出最终拓扑结构与线路参数辨识结果。2.根据权利要求1所述的基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，其特征在于，所述S2中建立线性潮流模型的具体步骤包括如下：S2.1.1、节点注入有功功率p，注入无功功率q，电压幅值v和电压相角θ之间满足经典潮流方程，公式如下：流方程，公式如下：其中，i为配电网中的节点编号，i∈{1,2,
…
,N}，N为配电网中的节点总数，G和B分别为配电网导纳矩阵的实部与虚部；S2.1.2、实际运行的配电网具备下述特征：节点电压幅值通常稳定在标幺值1附近，因此有节点电压变化量Δv
i
为一小量，Δv
i
的公式如下：Δv
i
＝v
i
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)支路电压相角差θ
ik
的绝对值不会超过10
°
，可视为小量，因此有：sinθ
ik
≈θ
ik
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)cosθ
ik
≈1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)S2.1.3、公式(1)和公式(2)可以分别写为如下公式：S2.1.3、公式(1)和公式(2)可以分别写为如下公式：S2.1.4、通过1+Δv
k
替换节点电压v
k
，结合公式(4)和公式(5)，将公式(6)和公式(7)分别变为：别变为：S2.1.5、由于Δv
k
和θ
ik
均为小量，二者的乘积项变为二阶小量，将其略去，公式(8)和公式(9)分别变为：
S2.1.6、配电网中节点的并联导纳元素值y
i0
较小，导纳矩阵的对角元素近似等于相应节点所连支路的导纳之和，而导纳矩阵的非对角元素等于相应节点之间支路导纳的负值，所以公式(10)和公式(11)中各有两项值为零，去除零项后的公式分别如下：所以公式(10)和公式(11)中各有两项值为零，去除零项后的公式分别如下：S2.1.7、将公式(12)和公式(13)写成矩阵形式，得到线性潮流模型，公式如下：其中，[p/v]＝[p1/v1ꢀ…ꢀ
p
N
/v
N
]
T
，[q/v]＝[q1/v1ꢀ…ꢀ
q
N
/v
N
]
T
，[Δv]＝[Δv1ꢀ…ꢀ
Δv
N
]
T
，[θ]＝[θ1ꢀ…ꢀ
θ
N
]
T
为包含配电网所有节点量测信息的向量；[]
T
表示矩阵转置；S2.1.8、由于电压相角相较电压幅值数值较小，公式(14)表示的线性潮流模型可扩展应用于节点电压相角信息未知的场合中，因此公式(14)被进一步简化为如下公式：应用于节点电压相角信息未知的场合中，因此公式(14)被进一步简化为如下公式：3.根据权利要求2所述的基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，其特征在于，所述S2中基于线性回归求解导纳估计阵，得到初始拓扑结构与线路参数辨识结果的具体步骤包括如下：S2.2.1、由量测序列计算[P/V]，[Q/V]和[ΔV]，代入公式(15)与公式(16)中，分别得到如下公式：如下公式：其中，[P/V]＝[[p/v]1…
[p/v]
M1
]，[Q/V]＝[[q/v]1…
[q/v]
M1
]，[ΔV]＝[[Δv]1…
[Δv]
M1
]；M1为获取到的量测数量；S2.2.2、基于线性回归求得导纳估计阵G^和B^，公式分别如下：
S2.2.3、令G^
last
等于当前G^；S2.2.4、对G^和B^进行降噪处理；S2.2.5、对G^和B^进行对称化处理得到G^
sym
和B^
sym
，公式分别如下：，公式分别如下：S2.2.6、判断G^
sym
是否等于G^
last
，若G^
sym
等于G^
last
，则将G^
sym
上三角部分中除对角线元素外的所有非零元素对应的线路编号形成运行线路集合E^，并输出E^，G^
sym
和B^
sym
作为初始拓扑结构与线路参数辨识结果；若G^
sym
不等于G^
last
，则继续执行以下步骤；S2.2.7、令G^
last
和G^等于G^
sym
，B^等于B^
sym
；S2.2.8、基于线性回归更新G^和B^中的非零元素，转到S2.2.4。4.根据权利要求3所述的基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，其特征在于，所述S2.2.4的具体步骤为遍历G^，对于|G^
ik
|/|G^
ii
|＜ω
g
且|G^
ki
|/|G^
kk
|＜ω
g
的元素，有G^
ik
＝B^
ik
＝G^
ki
＝B^
ki
＝0，其中，ω
g
为降噪阈值，公式如下：5.根据权利要求3所述的基于智能电表量测的配电网拓扑结构与线路参数辨识方法，其特征在于，所述S2.2.8中基于线性回归更新G^和B^中的非零元素的具体步骤包括如下：S2.2.8.1、设置行编号i＝1；S2.2.8.2、筛选G^第i行中的非零元素G
ik
，由所有非零元素对应的列编号k生成集合K
i
，K
i
的基记为r<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭，钟健豪，周明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：