- 相關(guān)推薦
有關(guān)EMS的最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)模型
摘 要：當(dāng)前電力系統(tǒng)實(shí)際情況，提出一種新的線路參數(shù)估計(jì)方法，考慮了測(cè)量函數(shù)、電壓降落方程及測(cè)量數(shù)據(jù)約束方程，建立基于能量管理系統(tǒng)(EMS)的最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)模型。該模型采用線路首端功率及兩端電壓幅值的多斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其數(shù)據(jù)可以直接從EMS的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，同時(shí)引入了測(cè)量同步系數(shù)，可以極大的消除測(cè)量誤差以及測(cè)量不同步的影響，符合當(dāng)前電力系統(tǒng)的實(shí)際要求，具有廣闊的應(yīng)用范圍。通過(guò)仿真算例驗(yàn)證了所提模型的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；線路參數(shù)；狀態(tài)估計(jì)；參數(shù)估計(jì)
1．引言
線路參數(shù)是電網(wǎng)模型的重要參數(shù)之一，所有的電網(wǎng)分析計(jì)算都與線路參數(shù)有著密切的關(guān)系。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、保護(hù)整定、穩(wěn)態(tài)潮流分析、故障定位等都依賴于精確的線路參數(shù)。而線路參數(shù)值一般是在投運(yùn)前通過(guò)經(jīng)典公式計(jì)算[1]-[3]或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算[4]得到，我們稱為設(shè)計(jì)值。但是，經(jīng)典計(jì)算公式中的多項(xiàng)物理參數(shù)采用近似處理，且電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)運(yùn)行條件不能完全一致，線路自身也會(huì)局部、緩慢地變化，因此線路參數(shù)的真實(shí)值與設(shè)計(jì)值之間可能存在較大的偏差。參數(shù)不準(zhǔn)確會(huì)影響電網(wǎng)分析計(jì)算的精度，甚至?xí)䦟?dǎo)致與運(yùn)行實(shí)際嚴(yán)重不符的計(jì)算結(jié)果，所以需要根據(jù)已有量測(cè)重新估計(jì)線路參數(shù)。
諸多學(xué)者為解決這一問(wèn)題，相繼提出了一系列估計(jì)方法。采用增廣狀態(tài)估計(jì)法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，可估計(jì)線路參數(shù)及變壓器參數(shù)等。該方法將線路參數(shù)估計(jì)看作是狀態(tài)估計(jì)的增廣，將待估參數(shù)直接作為狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)。由于狀態(tài)變量的增加，也增加了對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)可觀測(cè)性的要求[8]。采用量測(cè)殘差分析法，該方法第一步進(jìn)行常規(guī)的狀態(tài)估計(jì)，第二步再根據(jù)量測(cè)殘差進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。
前面的方法是基于全網(wǎng)的量測(cè)值，一次完成多條線路參數(shù)的估計(jì)。另一種線路參數(shù)估計(jì)的方法是以一條待估計(jì)線路為觀測(cè)對(duì)象，利用線路兩端的量測(cè)值進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。將架空線路模型等效為一個(gè)無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)測(cè)量?jī)啥穗娏麟妷合蛄�，�?jì)算二端口的ABCD參數(shù)。文獻(xiàn)[12]利用兩端電流電壓向量計(jì)算線路的特性阻抗及傳播系數(shù)。利用兩端的向量測(cè)量在線計(jì)算線路阻抗，分別考慮了短線路計(jì)算及長(zhǎng)線路精確計(jì)算。這種計(jì)算方法采用的是某一時(shí)刻線路兩端的向量測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算，要求兩端的測(cè)量完全同步[14]，一般采用同步向量測(cè)量裝置(PMU)提供的數(shù)據(jù)。
上面兩類計(jì)算方法中，前者采用某一個(gè)數(shù)據(jù)斷面進(jìn)行計(jì)算，后者采用一次或者兩次測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算，兩者均對(duì)測(cè)量精度要求極高，一次測(cè)量誤差都會(huì)直接影響計(jì)算結(jié)果。針對(duì)這一問(wèn)題，文獻(xiàn)[15]提出了一種最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)，以一條線路為估計(jì)對(duì)象，利用PMU提供多組電壓電流向量集，計(jì)算線路參數(shù)的最優(yōu)解，減少測(cè)量誤差的影響。但是，廣域相量測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)還不完善，特別是在地級(jí)以下電網(wǎng)均沒(méi)有配置PMU。本文同樣以一條線路為估計(jì)對(duì)象，提出一種新的最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)模型，本模型采用線路首端功率及兩端電壓幅值進(jìn)行計(jì)算，可以直接從能量管理系統(tǒng)(EMS)的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)增加了測(cè)量數(shù)據(jù)約束方程及測(cè)量同步系數(shù)，提高估計(jì)的有效性。本方案符合當(dāng)前電力的實(shí)際要求，適用于具有電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的所有電網(wǎng)。
2．線路量測(cè)系統(tǒng)及等值電路本文以待估計(jì)的線路為觀測(cè)對(duì)象，圖1為待估計(jì)的一條線路，線路兩端連接母線1（首端）及母線2（末端）。建成投運(yùn)的傳輸線路在兩端均會(huì)安裝如圖1所示的量測(cè)系統(tǒng)，其測(cè)量數(shù)據(jù)將被傳送到EMS的數(shù)據(jù)庫(kù)中，傳送的測(cè)量數(shù)據(jù)包括母線電壓幅值及線路的電流幅值、有功、無(wú)功等。
線路量測(cè)系統(tǒng)圖Fig. 1 Measurement system of the line本文考慮的線路參數(shù)模型采用Π型等值電路，如圖2，R、X、B分別為線路的總電阻、總電抗、總電納，圖中的規(guī)定了電流及功率的正方向。
1V21I為線路首端的電壓電流幅值，、2V2I為線路末端得電壓電流幅值，11PjQ+、2PjQ+分別為線路首、末端的支路功率。
1V2V1I2I11PQj+22PQj+B2jB2j圖2：線路等值電路Fig. 2 Equivalent circuit of the line3．?dāng)?shù)據(jù)分析及函數(shù)定義3.1測(cè)量數(shù)據(jù)分析設(shè)、分別為母線1、2的電壓向量，電壓差1V&2V&121VVVjV δ?=Δ+&&，即、1VΔ1Vδ為母線1、2間電壓差的實(shí)部與虛部，以電壓向量為參考軸，我們可以得到以下等式： 1V&221,1,1,2,()iiiVVVVδ?Δ+= (1)式(1)稱為電壓降落方程，式中、分別為量測(cè)系統(tǒng)1、2第i次測(cè)量的母線電壓幅值，、1,iV2,iV1,iVΔ1,iVδ為第i次測(cè)量的電壓差的實(shí)部與虛部。根據(jù)電壓降落與功率的關(guān)系，存在如下的表達(dá)式：
其中：其中1,iP、為線路首端第i次測(cè)量的有功、無(wú)功在理想條件下，測(cè)量系統(tǒng)1、2的測(cè)量數(shù)據(jù)同步時(shí)，即、是同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，式(1)始終成立。但是在實(shí)際運(yùn)行中，線路兩端的測(cè)量數(shù)據(jù)存在時(shí)間差是難免的，在等式(1)- (3)中線路末端的測(cè)量數(shù)據(jù)只用到了電壓幅值，下面將對(duì)V采用一定的處理策略。1,iV2,i2,iV2,iV在正常運(yùn)行時(shí)，的變化是平緩的，并且假設(shè)我們選取的數(shù)據(jù)集是連續(xù)采集的幾組數(shù)據(jù)，其中的變化是單調(diào)的。由于時(shí)間差的關(guān)系，的實(shí)際值可能前偏接近，或者后偏接近，我們用的前后兩次測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)的實(shí)際值，采用代替，稱為線路兩端的測(cè)量同步系數(shù)，取值范圍為(0～1)。
3.2函數(shù)定義式(5)是某一次測(cè)量的電壓降落方程，使用了測(cè)量數(shù)據(jù)集中的一組數(shù)據(jù)，若考查N次電壓降落，就要使用N組測(cè)量數(shù)據(jù)，為討論方便，定義一個(gè)包含N組測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量向量。
5．仿真算例為了說(shuō)明所提最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)模型的有效性，選取廣西荔浦電網(wǎng)的一條新投運(yùn)的35kV運(yùn)行線路進(jìn)行計(jì)算。該線路型號(hào)為L(zhǎng)JG-150/20，長(zhǎng)度16.77km，計(jì)算日的環(huán)境溫度為21-26℃，測(cè)量數(shù)據(jù)集包括7組(N=5)測(cè)量數(shù)據(jù)。表1和表2列出了兩個(gè)算例的測(cè)量數(shù)據(jù)值，表1為讀取的運(yùn)行線路測(cè)量數(shù)據(jù)集，表2是在表1 的基礎(chǔ)上添加了服從正態(tài)分布的測(cè)量誤差。測(cè)量數(shù)據(jù)值及參數(shù)均采用標(biāo)幺值表示。
本算例采用Matlab編程實(shí)現(xiàn)，其參數(shù)估計(jì)的結(jié)果與設(shè)計(jì)值比較如表3所示，第三列為基于表1的估計(jì)值，第四列為基于表2含測(cè)量誤差的估計(jì)值。
從參數(shù)估計(jì)的結(jié)果可以看出，估計(jì)值與設(shè)計(jì)值比較接近，驗(yàn)證了最優(yōu)估計(jì)方案的有效性，線路阻抗的估計(jì)值偏大也反映了環(huán)境溫度對(duì)線路參數(shù)的影響。兩次估計(jì)的結(jié)果基本一致， 說(shuō)明測(cè)量誤差對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響是微小的，驗(yàn)證了本方案的可靠性。
6．結(jié)論
�。�1）本文提出了線路參數(shù)估計(jì)的一種新方案，構(gòu)建最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)模型，采用多斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，降低測(cè)量誤差對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響。
�。�2）采用EMS數(shù)據(jù)庫(kù)中基本的測(cè)量數(shù)據(jù)集進(jìn)行計(jì)算線路參數(shù)，符合當(dāng)前電力系統(tǒng)中的實(shí)際情況，使得本估計(jì)方案具有更廣的適應(yīng)面。
（3）引入了線路兩端測(cè)量同步系數(shù)，解決兩端數(shù)據(jù)采集不同步問(wèn)題，降低測(cè)量不同步對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響。
（4）在最優(yōu)參數(shù)估計(jì)模型中增加了測(cè)量數(shù)據(jù)約束方程，提高了參數(shù)估計(jì)的可靠性。
參考文獻(xiàn)
[1] 何仰贊，溫增銀．電力系統(tǒng)分析(上冊(cè))(第三版)[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002，20-24．
[2] H. W. Dommel。Overhead line parameters from handbook formulas andcomputer programs[J]．
[3] S. M. Chan。Computing overhead line parameters[J]．IEEE Comput. Appl. on Power, 1993, 6(1)：43-45。
[4] S. Kurokawa，J. Pissolato，M. C. Tavares，et al．A new procedure to derive transmission-line parameters: Applications and restrictions[J]．IEEE Trans. on Power Del.，2006，21(1)： 492-498．
[5] ALSAC O，VEMPATI N，STOTT B，et al．Generalized stateestimation[J]．IEEE Trans. on Power Systems，1998，13 (3)： 1069-1075．
[6] Slutsker I W，Clements K A．Real time recursive parameter estimation in energy management systems[J]．IEEE Trans. on Power Systems，1996，11 (3)：1393-1399．
[7] 李凌，基于現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)理論的電力系統(tǒng)加權(quán)非線性L_1范數(shù)狀態(tài)及參數(shù)估計(jì)研究[D]．南寧：廣西大學(xué)，2002．
[8] 卞曉猛，邱家駒，許旭鋒．電力系統(tǒng)靜態(tài)線路參數(shù)啟發(fā)式估計(jì)[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，28(1)：41-46．
【EMS的最優(yōu)線路參數(shù)估計(jì)模型】相關(guān)文章：
審計(jì)風(fēng)險(xiǎn)模型的演進(jìn)及應(yīng)用08-26
食油采購(gòu)加工模型05-11
Home.Net模型/架構(gòu)研究06-01
壓縮遞增年資的數(shù)量模型與分析06-07
企業(yè)績(jī)效管理綜合模型及應(yīng)用分析05-02
數(shù)學(xué)模型方面的論文（精選6篇）05-16
公交車調(diào)度問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型05-11
公路交通事故MIMR救援模型05-11