一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方法及系统，涉及电力电子技术领域。本发明专利技术的目的是实现对电力系统中断线位置的实时检测。本发明专利技术从复杂网络角度出发，提出了一种基于有限时间观测器的分布式多线路故障检测算法，用于存在负载随机扰动的交流功率模型进行断线位置定位。本发明专利技术考虑在电网中的每条总线都配备了相量测量装置，各个总线并从其邻居节点接收瞬态数据，这些瞬态数据与观测值一起被用于实时更新观测网络。本发明专利技术设计的有限时间观测器可以使得观测网络在有限时间内收敛到稳定，极大地提高了断线位置定位速度，具有良好的检测速度与可扩展性。具有良好的检测速度与可扩展性。具有良好的检测速度与可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着传感器网络技术的发展，所感应到的信息被广泛地应用于获取动力系统的状态参量，这促进了对于分布式状态观测的研究。与传统的集中式方法相比，分布式观测方法不需要额外的集中式控制器，这种方法不仅可以节省通信成本，而且具有鲁棒性。在分布式状态观测问题中，状态观测器以一定方式进行连接和通讯并同时监测一个动力系统。观测器不掌握彼此之间的通信拓扑信息和个体数量信息，通过对动力系统进行局部状态观测以及邻居观测器之间的信息共享，来最终实现对于动力网络的全局观测。
[0003]复杂网络广泛存在于人类的生产生活中，如电力网络、社交网络、交通网络、神经网络和流行病传播网络等。以电力系统为例，复杂网络中的节点，就是电力系统中的每条总线，复杂网络中的连接线，就是电力系统中的传输线。将电力系统视作一个复杂网络，通过设计对应的观测器，即可以观测到电网每条传输线的拓扑值。传统的电力系统断线检测方法大多是将这个问题建模为一个优化问题，但穷举搜索算法的计算复杂度较高，仅适用于单线或双线断线检测，不适合用于多线路断线检测。而且，这种检测方法并不能保证检测到所有线路停电的位置，检测精度仍需进一步提高。除此外，由于电网中每个节点的负载功率可能会存在随机扰动，这将会进一步影响断线位置检测结果。
[0004]传统的输电线路断路检测方法，主要是依据静态的直流潮流模型对故障线路进行检测，但是由于稳态数据的数据量单一、获取速度较慢以及受工况影响较大，无法满足当今高电压大容量电网的安全运行需求。近年来，随着计算机以及通讯行业的快速发展，传统电网已经逐渐从单层的物理电力网络向信息
‑
物理双层网络的智能电网模式转变，其中信息层具有监控物理电力网络的功能。随着传感器技术的发展，相角测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)被广泛应用于高压输电电网中。PMU采集的数据时标一致，具有实时、准确、可靠等优点，为解决电力系统异常检测与故障诊断提供了强有力的数据支撑。
[0005]总结来说，随着电网规模的不断增大，与日俱增的电网高性能的安全性需求以及智能化电网监测技术的发展，现有的基于直流功率模型的集中式检测方法以及无法满足现在高电压大容量输电网的安全运行需求。针对上述问题，研究如何利用复杂网络理论知识对输电网拓扑模型进行建模分析，并结合输电网动力学暂态特征，实现对于电力系统断线位置的在有限时间内的估计具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方法及系统，其目的在于提升检测电网断线位置的速度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方
法，包括：
[0008]S1.电力系统建模
[0009]101.将实际电网建模为一个有n个节点和m条边的无向图其中表示节点集合，表示输电线路集，表示与第i个节点相连的节点集。和分别表示发电机节点和负载集合，n
g
为发电机节点数量，如果i＝1,2,
…
,n
g
，则节点如果i＝n
g
+1,n
g
+2,...,n，节点
[0010]102.电力系统节点摇摆方程
[0011][0012]其中，θ
i
代表电压相角，V
i
代表电压幅值，D
i
和M
i
分别表示转子阻尼比和转子惯性的倒数，P
g,i
和P
l,i
分别代表发电机输出功率和节点有功功率，P
e,i
代表节点的输出有功功率，
[0013][0014]其中，B
ij
和G
ij
为输电线(i,j)的电导和电纳，即为需要观测的参数。
[0015]103.推导电力系统动力学模型
[0016]结合上述两式，得到电力系统的节点动态方程：
[0017][0018][0019]其中，ω
i
代表频率，和如下所示，
[0020][0021]104.确定负荷扰动模型
[0022]此外，负载节点所需求的有功功率将受到随机扰动。载荷随机扰动表达式如下：
[0023][0024]其中，g(P
l
)＝diag(g1(P
l,1
),...,g
n
(P
l,n
))，B(t)是服从正态分布的随即量，反应了负载有功功率与发电机输出功率的关系。
[0025]S2.设计分布式有限时间观测器
[0026]201.设计观测网络模型
[0027]有限时间观测网络模型设计如下：
[0028][0029][0030]其中，和分别代表θ
i
和ω
i
的估计值，和分别表示拓扑值G
ij
和B
ij
的估计值，和如下：
[0031][0032]其中，和是反馈增益，c是一个值大于0的系数，误差令和是待观测的状态向量，可知观测误差sig(x)和sign(x)定义如下：
[0033]sig(x)
η
＝sign(x)|x|
η
[0034][0035]同理得到功率的观测网络如下：
[0036][0037]其中，和分别代表节点负载功率P
l
和发电机节点输入功率P
g
的估计值，同理可以得到
如下：
[0038][0039]其中，和是反馈增益。
[0040]202.设计拓扑观测器与更新率
[0041][0042][0043][0044]其中，d
*
是一个足够大的常数，0<η<1。和和和是影响观测器收敛速度的任意正常数，ξ1和ξ2是两个可知的正常数，||G
ij
||≤ξ1，||B
ij
||≤ξ2，且满足min{ξ1,ξ2}≥1。
[0045]S3.设计电力系统多线路断线检测算法
[0046]301.线路中断会导致电网拓扑发生变化，那么断路前的节点导纳矩阵Y＝G+jB会由于断路的影响变为了断路后的节点导纳矩阵Y
′
＝G
′
+jB
′
，因此我们需要设计一个高效的观测器来观察电网拓扑检测线路导纳的变化。
[0047]302.按照S2中的内容，基于瞬态数据，针对存在受负载扰动的电力系统，设计分布式有限时间观测网络。
[0048]303.线路中断会导致电网功率流发生变化，由电力系统动力学模型可知，这会进一步导致和产生波动。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限时间观测器的电力系统断线检测方法，其特征在于，将实际电网建模为一个有n个节点和m条边的无向图其中表示节点集合，表示输电线路集，表示与第i个节点相连的节点集，和分别表示发电机节点和负载集合，如果i＝1,2,...,n
g
，n
g
为发电机节点数量，则节点如果i＝n
g
+1,n
g
+2,...,n，节点方法包括：S1.建立电力系统节点摇摆方程和节点动态方程，确定负荷随机扰动；S2.设计有限时间观测网络模型；S3.基于瞬态数据，针对存在受负荷随机扰动的电力系统，代入所述有限时间观测网络模型更新分布式有限时间观测网络，观察观测拓扑值的变化，若电纳的变化值小于设定值，判断线路(i,j)已中断。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电力系统节点摇摆方程为：其中，θ
i
代表电压相角，V
i
代表电压幅值，D
i
和M
i
分别表示转子阻尼比和转子惯性的倒数，P
g,i
和P
l,i
分别代表发电机输出功率和节点有功功率，P
e,i
代表节点的输出有功功率，其中，B
ij
和G
ij
为输电线(i,j)的电导和电纳，即为需要观测的参数；电力系统的节点动态方程为：电力系统的节点动态方程为：其中，ω
i
代表频率，和如下所示，3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，负荷随机扰动表达式如下：
其中，g(P
l
)＝diag(g1(P
l,1
),...,g
n
(P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智伟，陈语，池明，肖江文，王燕舞，叶林涛，刘骁康，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：