基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法及装置与流程

1.本发明涉及变压器正序参数辨识技术领域，具体涉及基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法及装置。


背景技术：

2.变压器正序参数的准确性，直接关系到电力系统各种计算和分析结果的准确性和可信度。在实际运行环境变化、变压器的分接头位置变化等信息不同，导致变压器参数有偏差。
3.基于iec61850标准的智能变电站的发展，变电站内各间隔的数字采样保持严格同步。而现有的变压器正序参数主要通过铭牌理论值获取，考虑到实际运行中的参数及变比存在一定差异；不能有效地跟踪了实际运行情况下的参数变化性，存在变压器正序参数计算的误差较大，准确性不高等问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是现有的变压器正序参数主要通过铭牌理论值获取，考虑到实际运行中的参数及变比存在一定差异；不能有效地跟踪了实际运行情况下的参数变化性，存在变压器正序参数计算的误差较大等问题。
5.本发明目的在于提供基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法及装置，在智能变电站的高度发展背景下，利用变压器电流变化的前后故障录波数据，当变压器电流发生变化时，利用各侧的电压、电流进行变压器等值正序参数计算。该方法充分利用不同运行工况下采样数据的冗余性，对变压器正序参数进行了辨识计算；本发明能克服铭牌计算参数的误差较大，又能减小变压器分接头变化导致的参数不一致，具备良好的实用性。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.第一方面，本发明提供了基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法，该方法包括：
8.建立变压器γ型等值模型，根据变压器运行中的扰动数据(扰动前后变压器参数不发生变化)，对所述变压器γ型等值模型进行变形处理，得到基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型；
9.对变压器两侧数据进行解耦，并利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数，所述变压器正序参数包括变压器正序电阻、电抗、电导、电纳。
10.工作原理是：现有的变压器正序参数主要通过铭牌理论值获取，考虑到实际运行中的参数及变比存在一定差异；不能有效地跟踪了实际运行情况下的参数变化性，存在变压器正序参数计算的误差较大等问题；本发明设计了基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法，主要利用变压器电流变化的前后故障录波数据实现同步，当变压器电流发生变化时，利用各侧的电压、电流进行变压器等值正序参数计算。具体步骤为：首先，建立变
压器γ型等值模型，根据变压器运行中的扰动数据(扰动前后变压器参数不发生变化)，对所述变压器γ型等值模型进行变形处理，得到基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型；其次，对变压器两侧数据进行解耦，并利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数。
11.本发明针对目前变压器参数获取的不确定性与获取方法局限性，本发明提出利用电流变化的录波数据，进行变压器正序参数在线计算。该方法充分利用不同运行工况下采样数据的冗余性，对变压器正序参数进行了辨识计算。能克服铭牌计算参数的误差较大，又能减小变压器分接头变化导致的参数不一致，具备良好的实用性。
12.进一步地，所述的基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型的公式为：
[0013][0014][0015]
式中，k表示变压器变比；z
t
和y
t
分别表示变压器等值短路阻抗、激磁导纳；g
t
和b
t
为激磁导纳的实部与虚部，即g
t
为电导，b
t
为电纳；r
t
和x
t
为短路阻抗的实部与虚部，即r
t
为电阻，x
t
为电抗；表示扰动前后的变压器两侧的电压电流向量，即表示扰动前的变压器高压侧的电压向量，表示扰动后的变压器高压侧的电压向量；表示扰动前的变压器低压侧的电压向量，表示扰动后的变压器低压侧的电压向量；表示扰动前的变压器高压侧的电流向量，表示扰动后的变压器高压侧的电流向量；表示扰动前的变压器低压侧的电流向量，表示扰动后的变压器低压侧的电流向量。
[0016]
进一步地，所述的对变压器两侧数据进行解耦，即对公式(3)进行实部、虚部解耦，得到以下公式：
[0017][0018]
式中，k表示变压器变比。
[0019]
进一步地，所述的利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数；包括：
[0020]
步骤a：根据公式(5)得到四个方程，量测电流的实部与虚部；
[0021]
步骤b：采用矩阵方程ax＝β的加权最小二乘解为：x＝(a
t
r-1
a)-1at
r-1
β，求解得到公
式(3)中的电导g
t
、电纳b
t
和变压器变比k；
[0022]
步骤c：根据得到的电导g
t
、电纳b
t
和变压器变比k，采用公式(4)，求解得到电阻r
t
、电抗x
t
。
[0023]
进一步地，所述的变压器运行中的扰动数据是基于变电站10kv线路故障跳闸变压器电流变化的故障录波数据。
[0024]
第二方面，本发明提供了基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识装置，该装置支持所述的基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法，该装置包括：
[0025]
变压器γ型等值模型构建单元，用于建立变压器γ型等值模型；
[0026]
基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型构建单元，用于根据变压器运行中的扰动数据(扰动前后变压器参数不发生变化)，对所述变压器γ型等值模型进行变形处理，得到基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型；
[0027]
加权最小二乘求解单元，用于对变压器两侧数据进行解耦，并利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数，所述变压器正序参数包括变压器正序电阻、电抗、电导、电纳。
[0028]
进一步地，所述的基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型的公式为：
[0029][0030][0031]
式中，k表示变压器变比；z
t
和y
t
分别表示变压器等值短路阻抗、激磁导纳；g
t
和b
t
为激磁导纳的实部与虚部，即g
t
为电导，b
t
为电纳；r
t
和x
t
为短路阻抗的实部与虚部，即r
t
为电阻，x
t
为电抗；表示扰动前后的变压器两侧的电压电流向量，即表示扰动前的变压器高压侧的电压向量，表示扰动后的变压器高压侧的电压向量；表示扰动前的变压器低压侧的电压向量，表示扰动后的变压器低压侧的电压向量；表示扰动前的变压器高压侧的电流向量，表示扰动后的变压器高压侧的电流向量；表示扰动前的变压器低压侧的电流向量，表示扰动后的变压器低压侧的电流向量。
[0032]
进一步地，所述的变压器运行中的扰动数据是基于变电站10kv线路故障跳闸变压器电流变化的故障录波数据。
[0033]
第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法。
[0034]
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法。
[0035]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0036]
本发明针对目前变压器参数获取的不确定性与获取方法局限性，本发明提出利用电流变化的录波数据，进行变压器正序参数在线计算。该方法充分利用不同运行工况下采样数据的冗余性，对变压器正序参数进行了辨识计算。能克服铭牌计算参数的误差较大，又能减小变压器分接头变化导致的参数不一致，具备良好的实用性。
附图说明
[0037]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0038]
图1为本发明基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法流程图。
[0039]
图2为本发明实施例的变压器γ型等值模型图。
[0040]
图3为本发明实施例实际故障录波数据电阻辨识结果图。
[0041]
图4为本发明实施例实际故障录波数据电抗辨识结果图。
[0042]
图5为本发明实施例实际故障录波数据电导辨识结果图。
[0043]
图6为本发明实施例实际故障录波数据电纳辨识结果图。
[0044]
图7为本发明基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识装置结构图。
具体实施方式
[0045]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0046]
实施例1
[0047]
如图1至图6所示，本发明基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法，如图1所示，该方法包括：
[0048]
建立变压器γ型等值模型，根据变压器运行中的扰动数据(扰动前后变压器参数不发生变化)，对所述变压器γ型等值模型进行变形处理，得到基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型；
[0049]
对变压器两侧数据进行解耦，并利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数，所述变压器正序参数包括变压器正序电阻、电抗、电导、电纳。
[0050]
具体实施步骤如下：
[0051]
图2所示的γ型等值电路为两圈变压器正序等值模型，其中：k表示变压器变比，z
t
和y
t
分别表示等值短路阻抗和激磁导纳。该模型是广泛使用于电网计算的变压器模型，然而实际工作中，z
t
和y
t
参数获取一般有两个途径，一是设计铭牌参数，二是离线实验，这两种参数获取的缺点是不能够真实反映出已经运行的变压器特性，往往存在较大的误差。本发明提出一种利用运行中的扰动数据在线计算变压器参数，具备计算精度高、能够反映真实运行环境的特性。
[0052]
在实际运行中，由图2的数学模型，可知两侧电压电流满足：
[0053][0054][0055]
其中，分别是两圈变压器高低侧的电压与电流向量，即表示两圈变压器高压侧的电压向量，表示两圈变压器低压侧的电压向量；表示两圈变压器高压侧的电流向量，表示两圈变压器低压侧的电流向量；同时电压、电流向量可以写成实部和虚部，即u
mr
ju
mi
,u
nr
ju
ni
,i
mr
ji
mi
,i
nr
ji
ni
。其中，i
mr
,i
nr
,i
mi
,i
ni
,u
mr
,u
nr
,u
mi
,u
ni
分别代表变压器两侧电流相量的实部与虚部；
[0056]
当变压器正常运行时将满足方程(1)和(2)；若变压器外部出现扰动故障时，也会满足方程(1)和(2)，即扰动前后变压器参数将不发生变化。
[0057][0058][0059]
式(3)和式(4)中，k表示变压器变比；z
t
和y
t
分别表示变压器等值短路阻抗、激磁导纳；g
t
和b
t
为激磁导纳的实部与虚部，即g
t
为电导，b
t
为电纳；r
t
和x
t
为短路阻抗的实部与虚部，即r
t
为电阻，x
t
为电抗；表示扰动前后的变压器两侧的电压电流向量，即表示扰动前的变压器高压侧的电压向量，表示扰动后的变压器高压侧的电压向量；表示扰动前的变压器低压侧的电压向量，表示扰动后的变压器低压侧的电压向量；表示扰动前的变压器高压侧的电流向量，表示扰动后的变压器高压侧的电流向量；表示扰动前的变压器低压侧的电流向量，表示扰动后的变压器低压侧的电流向量。
[0060]
对公式(3)进行实部虚部解耦，得到公式(5)，如下：
[0061][0062]
ax＝β
ꢀꢀꢀ
(6)
[0063]
根据公式(5)得到四个方程，在此情况下则是三个未知数四个方程，量测电流的实部与虚部：
[0064]
则矩阵方程ax＝β的加权最小二乘解为：
[0065]
x＝(a
t
r-1
a)-1at
r-1
β
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0066]
根据公式(7)求解得到公式(3)中的电导g
t
、电纳b
t
和变压器变比k；
[0067]
把得到的电导g
t
、电纳b
t
和变压器变比k代入公式(4)，求解得到电阻r
t
、电抗x
t
。
[0068]
另外，关于加权最小二乘中的权重(r)取值，则电流向量在电网实际测量中是幅值和相位出现的展开见公式(8)因此考虑两方面的误差。
[0069][0070]
那么通过公式(8)获取电流实部、虚部间接测量误差传递公式：
[0071][0072]
式中，是电流实部、虚部的间接测量误差测量方差。公式(7)方差对角阵为
[0073]
工作原理是：本发明设计了基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法，主要利用变压器电流变化的前后故障录波数据实现同步，当变压器电流发生变化时，利用各侧的电压、电流进行变压器等值正序参数计算。具体步骤为：首先，建立变压器γ型等值模型，根据变压器运行中的扰动数据(扰动前后变压器参数不发生变化)，对所述变压器γ型等值模型进行变形处理，得到基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型；其次，对变压器两侧数据进行解耦，并利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数。
[0074]
本发明针对目前变压器参数获取的不确定性与获取方法局限性，本发明提出利用电流变化的录波数据，进行变压器正序参数在线计算。该方法充分利用不同运行工况下采样数据的冗余性，对变压器正序参数进行了辨识计算。能克服铭牌计算参数的误差较大，又能减小变压器分接头变化导致的参数不一致，具备良好的实用性。
[0075]
具体实施时，对于某变电站的变压器进行正序在线参数计算，利用该变电站10kv线路故障跳闸变压器电流变化的故障录波数据记录。利用扰动后数据电阻电抗电纳辨识结果如图3至图6所示。
[0076]
由此可见，基于录波数据的变压器正序电阻、电抗、电导、电纳等参数辨识结果能够模拟反映出实际运行电压下的变压器特性参数，更加符合实际情况。
[0077]
因此，本发明利用电流变化前后的故障录波数据，通过变压器型γ型等值模型，对变压器正序参数进行了跟踪辨识计算，能够实现在实际运行环境、不同分接头情况下，变压器正序参数的在线获取，对电网故障计算、潮流计算等提供了更加符合实际运行情况的参数，对电网安全稳定运行和经济调度有重要意义。
[0078]
实施例2
[0079]
如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识装置，该装置支持实施例1所述的基于电流变化录波数据的变压器正序参数辨识方法，该装置包括：
[0080]
变压器γ型等值模型构建单元，用于建立变压器γ型等值模型；
[0081]
基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型构建单元，用于根据变压器运行中的扰动数据(扰动前后变压器参数不发生变化)，对所述变压器γ型等值模型进行变形处理，得到基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型；
[0082]
加权最小二乘求解单元，用于对变压器两侧数据进行解耦，并利用电流变化前后的数据对变压器变比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数，所述变压器正序参数包括变压器正序电阻、电抗、电导、电纳。
[0083]
为了进一步的对本实施例进行说明，所述的基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型的公式为：
[0084][0085][0086]
式中，k表示变压器变比；z
t
和y
t
分别表示变压器等值短路阻抗、激磁导纳；g
t
和b
t
为激磁导纳的实部与虚部，即g
t
为电导，b
t
为电纳；r
t
和x
t
为短路阻抗的实部与虚部，即r
t
为电阻，x
t
为电抗；表示扰动前后的变压器两侧的电压电流向量，即表示扰动前的变压器高压侧的电压向量，表示扰动后的变压器高压侧的电压向量；表示扰动前的变压器低压侧的电压向量，表示扰动后的变压器低压侧的电压向量；表示扰动前的变压器高压侧的电流向量，表示扰动后的变压器高压侧的电流向量；表示扰动前的变压器低压侧的电流向量，表示扰动后的变压器低压侧的电流向量。
[0087]
为了进一步的对本实施例进行说明，所述的对变压器两侧数据进行解耦，即对公式(3)进行实部、虚部解耦，得到以下公式：
[0088][0089]
式中，k表示变压器变比。
[0090]
为了进一步的对本实施例进行说明，所述的利用电流变化前后的数据对变压器变
比、激磁导纳对所述基于电流变化录波数据的变压器正序等值模型进行加权最小二乘求解，计算得到变压器正序参数；包括：
[0091]
根据公式(5)得到四个方程，量测电流的实部与虚部；
[0092]
采用矩阵方程ax＝β的加权最小二乘解为：x＝(a
t
r-1
a)-1at
r-1
β，求解得到公式(3)中的电导g
t
、电纳b
t
和变压器变比k；
[0093]
根据得到的电导g
t
、电纳b
t
和变压器变比k，采用公式(4)，求解得到电阻r
t
、电抗x
t
。
[0094]
为了进一步的对本实施例进行说明，所述的变压器运行中的扰动数据是基于变电站10kv线路故障跳闸变压器电流变化的故障录波数据。
[0095]
本发明装置利用电流变化前后的故障录波数据，通过变压器型γ型等值模型，对变压器正序参数进行了跟踪辨识计算，能够实现在实际运行环境、不同分接头情况下，变压器正序参数的在线获取，对电网故障计算、潮流计算等提供了更加符合实际运行情况的参数，对电网安全稳定运行和经济调度有重要意义。
[0096]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0097]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0098]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0099]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0100]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。