新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法

1.本发明属于电力线载波通信技术领域，具体涉及一种新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法。


背景技术：

2.随着电力电子技术、物联网等技术应用于现代电力系统，智能电网将有大量的智能电力设备投入运行，电网中不可避免的将迎来越来越多的高频信号的注入。
3.此外例如暂态量保护、电力线载波通信等也大量使高频宽带信号，某些新型的局部放电故障的检测也需要使用更加高频的信号进行检测。
4.然而，高频信号在电力线中传播中由于“趋肤效应”，在阻抗不连续点会产生折反射，完全不同于工频信号的理论与描述方法。现有科学技术尚未有理论从能量流的角度对这些高频宽带信号进行恰当的描述，严重阻碍了相关科学研究的开展与相关技术的进步需求，因此，该技术源自技术进步的急迫需求有重要的科学意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法，解决了如何为高频宽带信号在电力线中传播的物理行为从能量流的角度进行科学的描述与建模的一部分问题。
6.本发明所采用的技术方案是，
7.新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法，具体包括以下步骤：
8.步骤1：考虑树状拓扑或者树状运行的电网中，任一中间节点的建模；使用点边集合描述宽带信号的目标网络，对节点和边点进行数学描述；
9.步骤2：对步骤1中目标网络的中间节点依据多导体传输线理论进行功率的数学计算与建模，得到功率模型；
10.步骤3：将根节点电压归一化，中间节点的电压由电压差表示，带入步骤2中的功率模型进行线性化化简；
11.步骤4：将步骤3中的功率模型进行矩阵转换并整理，得到电导项与电纳项描述的能量模型，使用图论理论，提取所有节点的电导项与电纳项，然后形成拉普拉斯算子，完成对目标网络能量流的建模。
12.本发明的特点还在于，
13.步骤1中，任一时刻目标网络由树状子网ti(i＝1，2，3
…
)组成，其中 ti的点边集合如下公式(1)：
[0014][0015]
其中，g为当前网络，n为节点集合，e为边集合。
[0016]
步骤2中，对于树ti中为其中任一中间节点a建模，设b0为其母节点， b1，b2，b3…
为
子节点，则中间节点a点功率为：
[0017][0018]
其中，p
b0a
为流入功率，为流出功率。
[0019]
步骤2中，功率包括前向有功功率，反向有功功率和无功功率。
[0020]
步骤2具体采用如下公式(3)：
[0021][0022]
其中，为b点电压的平方，为a点电压平方，γ
l
为不同位置的反射系数。
[0023]
步骤3中，线性化化简包括：通过化简、展开、化简运算可得a点功率如下公式(4)：
[0024][0025]
其中，为b0点电压，γ
l
为功率流入端终端a点反射系数，k＝|γ
l-γ
l*
| 为反射系数的虚部，为a点电压，γ
lb1
为流出功率端的发射端a点反射系数，为线路阻抗；
[0026]
将电压差带入公式(4)，经化简计算可得；
[0027][0028]
其中，r为电阻x为电抗。
[0029]
步骤4中，目标网络能量流的建模具体包括：
[0030]
功率模型中的有功功率如下公式(6)：
[0031][0032]
其中δb，δa分别为b0点电压a电压与发送端电压的归一化差值，hg、 h
β
分别为电导和电纳权重的网络拉普拉斯算子，即如下公式(7)：
[0033]
hg＝m
t
gm,h
β
＝m
t
βm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0034]
其中，m为网络的点边生成矩阵，由描述的网络物理结构组成，描述了该网络的拓扑构成，无功功率如下公式(8)：
[0035][0036]
本发明的有益效果是，本发明新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法，本发
明方法可以描述高频宽带的信号(例如载波通信信号等)在短时刻中某个电网的能量流，还可应用于任何物理上非树状拓扑，但实际以树状结构运行的电网络中，其适用性较强。
具体实施方式
[0037]
下面结合具体实施方式对本发明新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法进行详细说明。
[0038]
新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法，具体包括如下步骤：
[0039]
步骤1：考虑树状拓扑或者树状运行的电网中，任一中间节点的建模；使用点边集合描述宽带信号的目标网络，对节点和边点进行数学描述；
[0040]
步骤2：对步骤1中目标网络的中间节点依据多导体传输线理论进行功率的数学计算与建模，得到功率模型；
[0041]
步骤3：将根节点电压归一化，中间节点的电压由电压差表示，带入步骤2中的功率模型进行线性化化简；
[0042]
步骤4：将步骤3中的功率模型进行矩阵转换并整理，得到电导项与电纳项描述的能量模型，使用图论理论，提取所有节点的电导项与电纳项，然后形成拉普拉斯算子，完成对目标网络能量流的建模。
[0043]
下面通过具体的实施例对本发明新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法进行进一步详细说明；
[0044]
本发明提出新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法，具体按照以下步骤实施：
[0045]
步骤1，考虑树状拓扑或者树状运行的电网中，任一中间节点的建模，等于流入能量加流出能量；
[0046]
步骤2，将典型的电网树状拓扑网络结构，为多个树的集合，其所有的点边集合为：
[0047][0048]
式(1)中，g表示当前网络，n表示节点集合，e表示边集合；对于树ti，设a为其中任一中间节点，b0为其母节点，b1，b2，b3…
为子节点，则a点功率为：
[0049][0050]
式(2)中，p
b0a
为流入功率，为流出功率。
[0051]
步骤3，根据多导体传输线理论，计算节点的输入输出功率分别为
[0052][0053]
式(3)中，为b点电压的平方，为a点电压平方，γ
l
为不同位置的反射系数。
[0054]
步骤4，通过化简-展开-化简运算可得a点功率为：
[0055][0056]
其中，为b0点电压，γ
l
为功率流入端终端a点反射系数，k＝|γ
l-γ
l*
| 为反射系数的虚部，为a点电压，γ
lb1
为流出功率端的发射端a点反射系数，为线路阻抗。
[0057]
步骤5，将电压偏差v
a-1＝δa,v
b0-1＝δ
b0
,v
b1-1＝δ
b1
...带入公式4，经化简计算可得；
[0058][0059]
其中，r为电阻，x为电抗。
[0060]
其中有功功率为：
[0061][0062]
其中δb，δa分别为b0点电压a电压与发送端电压的归一化差值，hg、 h
β
分别为电导和电纳权重的网络拉普拉斯算子，即如下公式(7)：
[0063]
hg＝m
t
gm,h
β
＝m
t
βm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0064]
其中，m为网络的点边生成矩阵，由描述的网络物理结构组成，描述了该网络的拓扑构成：无功功率如下公式(8)；
[0065][0066]
由此就完成了对宽带高频信号的功率流的数学建模，反映了某一时刻中宽带信号在树状电力网络里的能量流动和分布。
[0067]
本发明新型电网中宽带信号能量流模型的建模方法适应性和实用性较强，具有一定的现实意义。