一种配电网等效波速自适应计算方法

本发明涉及电力系统继电保护与配电网自动化，尤其涉及一种配电网等效波速自适应计算方法。

背景技术：

1、随着分布式电源大规模接入，中压配电网的拓扑结构、线路介质和运行状态呈现更强的不确定性。行波测距、高频阻抗法故障定位以及电缆状态监测均需要以电磁波在线路中的传播速度作为空间测距基准，传播速度误差会直接转化为故障位置或状态感知结果的空间误差。

2、传统波速获取方式通常依赖线缆出厂参数、线路阻抗/导纳模型或专门的主动脉冲注入设备。实际配电网线路受环境温度、线路弧垂、老化程度、架空线与电缆混合敷设方式等因素影响，线路等效波速会发生动态漂移；仅依赖固定参数估计难以反映现场运行状态。主动注入式测量需要额外高频信号源和同步量测设备，增加硬件成本，并可能对含电力电子设备的有源配电网产生附加扰动。

3、另一方面，配电网天然具有大量阻抗不连续特征点，例如主馈线分支连接点、分支线路下级分支连接点和线路末端。该类特征点的几何空间距离通常可由配电网拓扑资料或地理信息资料获得。直挂式逆变器在脉宽调制过程中会自然产生覆盖较宽频段的高频谐波分量，该类内生宽频信号能够作为被动测量激励源，在阻抗不连续特征点处形成反射响应。现有技术尚未充分结合逆变器固有宽频信号、时域阻抗反射规律和配电网特征点空间拓扑对线路等效波速进行自适应求解。

4、因此，需要一种不依赖外加主动脉冲注入、不依赖精确线缆物理参数，并能够随环境和线路状态变化自校准的配电网等效波速计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种配电网等效波速自适应计算方法及系统，用于解决现有波速获取方法依赖精确线路参数和外部主动信号注入设备、难以适应环境因素导致的波速动态漂移、进而影响行波测距和线路状态感知精度的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种配电网等效波速自适应计算方法，包括：s1，获取测量端三相电压采样序列和测量端三相电流采样序列，并由测量端三相电压采样序列和测量端三相电流采样序列构造测量端特定模态电压宽频采样序列与测量端特定模态电流宽频采样序列；s2，将测量端特定模态电压宽频采样序列与测量端特定模态电流宽频采样序列转换为测量点输入阻抗频域响应，并对测量点输入阻抗频域响应执行逆傅里叶变换处理，得到测量点时域阻抗冲激响应函数；s3，基于配电网线路拓扑几何信息构建线路阻抗不连续特征点空间距离集合，并按照候选等效波速调节系数将测量点时域阻抗冲激响应函数映射为候选空间距离反射幅值函数；s4，基于线路阻抗不连续特征点空间距离集合和候选空间距离反射幅值函数构建匹配度函数，对匹配度函数进行区间寻优处理，得到配电网线路最优等效波速。

3、进一步地，步骤 s1，包括：

4、s11，从测量端三相电压采样序列中提取测量端 b 相电压采样序列和测量端 c相电压采样序列，并由测量端 b 相电压采样序列与测量端 c 相电压采样序列作差生成测量端特定模态电压宽频采样序列；

5、s12，从测量端三相电流采样序列中提取测量端 b 相电流采样序列和测量端 c相电流采样序列，并由测量端 b 相电流采样序列与测量端 c 相电流采样序列作差生成测量端特定模态电流宽频采样序列；

6、s13，将测量端特定模态电压宽频采样序列与测量端特定模态电流宽频采样序列组织为特定模态网络宽频量测序列。

7、进一步地，步骤 s2，包括：

8、s21，对测量端特定模态电压宽频采样序列执行傅里叶变换处理，得到测量端特定模态电压频域响应；

9、s22，对测量端特定模态电流宽频采样序列执行傅里叶变换处理，得到测量端特定模态电流频域响应；

10、s23，由测量端特定模态电压频域响应与测量端特定模态电流频域响应的比值生成测量点输入阻抗频域响应；

11、s24，对测量点输入阻抗频域响应执行逆傅里叶变换处理，得到测量点时域阻抗冲激响应函数。

12、进一步地，步骤 s3，包括：

13、s31，按照线路分支连接点、线路末端和下级分支连接点对配电网线路拓扑几何信息进行特征点筛选，形成线路阻抗不连续特征点集合；

14、s32，基于测量点至线路阻抗不连续特征点集合中每个线路阻抗不连续特征点的几何路径长度确定线路阻抗不连续特征点空间距离集合；

15、s33，根据初始参考波速和候选等效波速调节系数确定候选等效波速；

16、s34，对测量点时域阻抗冲激响应函数执行时间轴至空间距离轴的转换处理，得到候选空间距离反射幅值函数。

17、进一步地，步骤 s4，包括：

18、s41，在线路阻抗不连续特征点空间距离集合对应的多个空间距离位置上提取候选空间距离反射幅值函数的反射幅值；

19、s42，对多个空间距离位置对应的反射幅值进行求和处理，形成候选等效波速调节系数对应的匹配度函数值；

20、s43，遍历候选等效波速调节系数搜索区间，得到匹配度函数值序列；

21、s44，基于匹配度函数值序列中的最大匹配度函数值确定配电网线路最优等效波速。

22、进一步地，候选等效波速调节系数搜索区间，包括：

23、候选等效波速调节系数搜索区间根据线路类型、初始参考波速和环境扰动裕度确定，候选等效波速调节系数搜索区间为不大于参考上限且不小于预设下限的连续区间，预设下限按照配电网线路的温度变化、线路弧垂变化和线路结构变化确定。

24、进一步地，测量点输入阻抗频域响应，包括：

25、测量点输入阻抗频域响应由测量端特定模态电压频域响应除以测量端特定模态电流频域响应得到，测量端特定模态电压频域响应和测量端特定模态电流频域响应由直挂式逆变器脉宽调制过程产生的宽频谐波信号激励形成。

26、进一步地，线路阻抗不连续特征点集合，包括：

27、线路阻抗不连续特征点集合包含主馈线分支连接点、分支线路下级分支连接点和线路末端，线路阻抗不连续特征点集合中的每个线路阻抗不连续特征点均配置相对于测量点的几何路径长度。

28、进一步地，配电网线路最优等效波速，包括：

29、配电网线路最优等效波速由初始参考波速与最优等效波速调节系数相乘得到，最优等效波速调节系数为使匹配度函数取得最大值的候选等效波速调节系数。

30、本发明还提供一种用于配电网线路波速在线自适应计算的配电网等效波速自适应计算系统，包括：单端采集单元、模态变换单元、阻抗响应计算单元、拓扑特征点存储单元、空间匹配寻优单元和结果输出单元；单端采集单元与配电网测量端连接并采集测量端三相电压采样序列和测量端三相电流采样序列；模态变换单元与单端采集单元连接并生成测量端特定模态电压宽频采样序列与测量端特定模态电流宽频采样序列；阻抗响应计算单元与模态变换单元连接并生成测量点时域阻抗冲激响应函数；拓扑特征点存储单元保存配电网线路拓扑几何信息和线路阻抗不连续特征点空间距离集合；空间匹配寻优单元分别与阻抗响应计算单元和拓扑特征点存储单元连接，并执行上述配电网等效波速自适应计算方法；结果输出单元与空间匹配寻优单元连接并输出配电网线路最优等效波速。

31、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：第一，利用直挂式逆变器脉宽调制过程产生的内生宽频谐波作为被动量测激励，避免外加主动脉冲注入设备及其对配电网运行状态的附加扰动；第二，将测量点时域阻抗冲激响应与线路阻抗不连续特征点空间距离集合进行匹配寻优，波速获取过程不依赖导线型号、导线材质和精确高频阻抗模型；第三，通过候选等效波速调节系数搜索区间与匹配度函数最大化过程对环境温度、线路弧垂和线路结构变化引起的波速漂移进行自适应补偿；第四，输出的配电网线路最优等效波速可作为行波测距、故障定位和线路状态感知的测距基准，提高复杂多分支拓扑配电网的在线自感知能力。