一种中压配电网线路参数估计方法及装置与流程

1.本发明涉及配电网线路参数估计技术领域，尤其涉及一种中压配电网线路参数估计方法及装置。


背景技术：

2.中压配电网是供电系统连接用户的纽带，也是城市基础设施建设的重要组成部分。随着经济快速发展，为了满足用户侧迅速增长的负荷需求，中压配电网的规模和结构越发庞大复杂，并且光伏等分布式电源接入的随机性、分散性等现象导致了潮流分布日益复杂多变，需要监控的对象越来越多，未来中压配电网将向着分布式协同控制的方向发展，即在关键配电环网点配置具备智能决策能力的配电终端，通过相邻智能终端之间的交互式通信交换监测和判断信息，以分区自治和协同的方式实现中压配电网的各种控制、保护和调节功能。
3.而基于智能终端的分布式控制与决策通常需要用到中压配电网的线路参数等相关信息。受外部环境的影响，中压配电网在实际运行中，其线路参数会产生一定变化，如果一直以线路出厂的初始参数和线路距离为参考，就难以准确评估线路运行状态，从而导致分布式控制或决策出现偏差。因此，需要定时准确地估计中压配电网的线路参数。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种中压配电网线路参数估计方法及装置，能够定时根据本地潮流数据和相邻智能终端的潮流数据，准确地估计中压配电网的线路参数。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本发明一实施例提供一种中压配电网线路参数估计方法，适用于所述中压配电网任一供电区段上配置的智能终端，所述方法包括：
6.在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取所述智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据；
7.基于所述智能终端和所述相邻智能终端之间的线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型；
8.根据所述本地潮流数据和所述异地潮流数据，求解所述线路参数估计模型，得到所述线路的线路参数估计值。
9.进一步地，所述在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取所述智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据，包括：
10.在每一所述预设周期内，采集所述智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为所述本地潮流数据；
11.在每一所述预设周期内，基于所述中压配电网的拓扑结构，确定所述智能终端的相邻智能终端，并获取所述相邻智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为所述异地潮流数据。
12.进一步地，所述线路参数估计模型为：
[0013][0014]
其中，r为所述线路的电阻，x为所述线路的电抗，bc为所述线路的等效对地电容；p1为所述线路首端的有功功率，q1为所述线路首端的无功功率；p2为所述线路末端的有功功率，q2为所述线路末端的无功功率；u1为所述线路首端的电压，u2为所述线路末端的电压。
[0015]
进一步地，所述根据所述本地潮流数据和所述异地潮流数据，求解所述线路参数估计模型，得到所述线路的线路参数估计值，具体为：
[0016]
根据所述本地潮流数据和所述异地潮流数据，采用牛顿迭代法求解所述线路参数估计模型，直至在估计误差小于预设误差时，得到所述线路的线路参数估计值。
[0017]
进一步地，所述估计误差为：
[0018][0019]
其中，r
(i 1)
为第i 1次迭代求得的所述线路的电阻，r(i)为第i次迭代求得的所述线路的电阻；x
(i 1)
为第i 1次迭代求得的所述线路的电抗，x(i)为第i次迭代求得的所述线路的电抗；b
c(i 1)
为第i 1次迭代求得的所述线路的电抗，b
c(i)
为第i次迭代求得的所述线路的电抗。
[0020]
第二方面，本发明一实施例提供一种中压配电网线路参数估计装置，适用于所述中压配电网任一供电区段上配置的智能终端，所述装置包括：
[0021]
数据采集模块，用于在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取所述智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据；
[0022]
模型构建模块，用于基于所述智能终端和所述相邻智能终端之间的线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型；
[0023]
参数估计模块，用于根据所述本地潮流数据和所述异地潮流数据，求解所述线路参数估计模型，得到所述线路的线路参数估计值。
[0024]
进一步地，所述数据采集模块，包括：
[0025]
本地潮流数据采集单元，用于在每一所述预设周期内，采集所述智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为所述本地潮流数据；
[0026]
异地潮流数据采集单元，用于在每一所述预设周期内，基于所述中压配电网的拓
扑结构，确定所述智能终端的相邻智能终端，并获取所述相邻智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为所述异地潮流数据。
[0027]
进一步地，所述线路参数估计模型为：
[0028][0029]
其中，r为所述线路的电阻，x为所述线路的电抗，bc为所述线路的等效对地电容；p1为所述线路首端的有功功率，q1为所述线路首端的无功功率；p2为所述线路末端的有功功率，q2为所述线路末端的无功功率；u1为所述线路首端的电压，u2为所述线路末端的电压。
[0030]
进一步地，所述参数估计模块，具体用于根据所述本地潮流数据和所述异地潮流数据，采用牛顿迭代法求解所述线路参数估计模型，直至在估计误差小于预设误差时，得到所述线路的线路参数估计值。
[0031]
进一步地，所述估计误差为：
[0032][0033]
其中，r
(i 1)
为第i 1次迭代求得的所述线路的电阻，r(i)为第i次迭代求得的所述线路的电阻；x
(i 1)
为第i 1次迭代求得的所述线路的电抗，x(i)为第i次迭代求得的所述线路的电抗；b
c(i 1)
为第i 1次迭代求得的所述线路的电抗，b
c(i)
为第i次迭代求得的所述线路的电抗。
[0034]
相比于现有技术，本发明的实施例，具有如下有益效果：
[0035]
通过在中压配电网的每一供电区段上均配置一个智能终端，由智能终端在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据；基于智能终端和相邻智能终端之间的线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型；根据本地潮流数据和异地潮流数据，求解线路参数估计模型，得到线路的线路参数估计值，能够定时根据本地潮流数据和相邻智能终端的潮流数据，准确地估计中压配电网的线路参数。
附图说明
[0036]
图1为本发明第一实施例中的一种中压配电网线路参数估计方法的流程示意图；
[0037]
图2为本发明第一实施例中示例的三回馈线互联的中压配电网的结构示意图；
[0038]
图3为本发明第一实施例中示例的相邻的智能终端sam与智能终端san之间的线路的π型等效电路的示意图；
[0039]
图4为本发明第一实施例中示例的相邻的智能终端sam与智能终端san之间的线路两端电压的相量图；
[0040]
图5为本发明第一实施例中示例的单回馈线的13节点的10kv配电网的结构示意图；
[0041]
图6为本发明第二实施例中的一种中压配电网线路参数估计装置的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
需要说明的是，文中的步骤编号，仅为了方便具体实施例的解释，不作为限定步骤执行先后顺序的作用。本实施例提供的方法可以由相关的终端设备执行，且下文均以中压配电网任一供电区段上配置的智能终端作为执行主体为例进行说明。
[0044]
如图1所示，第一实施例提供一种中压配电网线路参数估计方法，适用于中压配电网任一供电区段上配置的智能终端，所述方法包括步骤s1～s3：
[0045]
s1、在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据；
[0046]
s2、基于智能终端和相邻智能终端之间的线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型；
[0047]
s3、根据本地潮流数据和异地潮流数据，求解线路参数估计模型，得到线路的线路参数估计值。
[0048]
需要说明的是，中压配电网的每一供电区段上均配置有一个智能终端，每一智能终端监测其所在供电区段的潮流数据。
[0049]
作为示例性地，在步骤s1中，智能终端在每一预设周期内，采集本地潮流数据，包括智能终端所在供电区段的母线电压、各个配电线路的有功功率和无功功率，并与其相邻的智能终端，即相邻智能终端进行交互通信，获取相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据，包括相邻智能终端所在供电区段的母线电压、相邻智能终端所在供电区段中与智能终端所在供电区段中的配电线路相连的配电线路的有功功率和无功功率。
[0050]
在步骤s2中，将智能终端和相邻智能终端之间的线路等效为π型等效电路，基于该线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型。
[0051]
在步骤s3中，根据本地潮流数据和异地潮流数据，确定智能终端和相邻智能终端之间的线路两端的潮流数据，将该线路两端的潮流数据输入线路参数估计模型，求解线路参数估计模型，得到线路的线路参数估计值。
[0052]
本实施例能够定时根据本地潮流数据和相邻智能终端的潮流数据，准确地估计中压配电网的线路参数。
[0053]
在优选的实施例当中，所述在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取智能终
端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据，包括：在每一预设周期内，采集智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为本地潮流数据；在每一预设周期内，基于中压配电网的拓扑结构，确定智能终端的相邻智能终端，并获取相邻智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为异地潮流数据。
[0054]
作为示例性地，假设中压配电网为三回馈线互联的中压配电网，其拓扑结构如图2所示。
[0055]
可以理解的是，存在拓扑互联的中压线路称为一个馈线组。当馈线组内发生任意故障时，故障段的下游负荷和分布式电源均可以经过联络开关转由其它馈线供电。
[0056]
在中压配电网的每一供电区段上均配置一个智能终端，每个智能终端负责一个可隔离区段的监控，一般以一个环网点为单位配置智能终端。
[0057]
智能终端分为两类，一类是变电站侧馈线出线处的智能终端，标识为st，每回馈线变电站出线侧的终端有一个唯一编号，如图2中的st1、st2、st3；另一类是中压配电网每一供电区段对应的智能终端，记为sa，如图2中的sa1、sa2、sa3、sa4、sa5、sa6、sa7。
[0058]
中压配电网每一供电区段上配置的智能终端，即sa会对其所在供电区段的环网点母线电压和各个配电线路电流进行定时采样，并计算各个配电线路有功功率和无功功率的大小、方向。
[0059]
在每个预设周期内，每个sa对其所在供电区段的母线电压和流经配电线路的电流进行采样，计算工频有效值，并计算出流经配电线路的有功功率和无功功率的大小、方向，得到本地潮流数据。
[0060]
以图2中的sa1为例，sa1采集其所在供电区段的母线电压，以及k1、k2、k3所在配电线路的电流，并计算各个电流的工频有效值，分别根据母线电压和k1、k2、k3所在配电线路的电流的工频有效值，计算出k1、k2、k3所在配电线路的有功功率和无功功率的大小、方向，得到本地潮流数据。
[0061]
具体地，在每一预设周期，sa1的测量量包括：环网母线电压基波有效值v(sa1)；流经配电线路的电流基波有效值i(sa1-k1)、i(sa1-k2)、i(sa1-k3)；配电线路有功功率p(sa1-k1)、p(sa1-k2),p(sa1-k3)，功率方向流入母线为正，流出为负；配电线路无功功率q(sa1-k1)、q(sa1-k2)、q(sa1-k3)，功率方向流入母线为正，流出为负。
[0062]
在识别中压配电网的拓扑结构得到各sa的上下游关系后，每个sa将本地测量的电压基波有效值和计算得到的流经配电线路的有功功率、无功功率发送给相邻的上下游sa，并接收相邻的上下游sa向其发送的相关潮流数据。
[0063]
以sa1为例，sa1在测量得到环网母线电压基波有效值v(sa1)，配电线路有功功率p(sa1-k1)、p(sa1-k2)、p(sa1-k3)，配电线路无功功率q(sa1-k1)、q(sa1-k2)、q(sa1-k3)后，将v(sa1)、p(sa1-k1)、q(sa1-k1)发送给上游的sa2，将v(sa1)、p(sa1-k2)、q(sa1-k2)发送给下游的sa4，将v(sa1)、p(sa1-k3)、q(sa1-k3)发送给下游的sa6。
[0064]
此时，sa1除了发送相应的潮流数据给相邻的sa，还接收上游sa2发送的v(sa2)、p(sa2-k2)、q(sa2-k2)，下游sa4发送的v(sa4)、p(sa4-k2)、q(sa4-k2)，以及下游sa6发送的v(sa6)、p(sa6-k3)、q(sa6-k3)。
[0065]
在优选的实施例当中，线路参数估计模型为：
[0066][0067]
其中，r为线路的电阻，x为线路的电抗，bc为线路的等效对地电容；p1为线路首端的有功功率，q1为线路首端的无功功率；p2为线路末端的有功功率，q2为线路末端的无功功率；u1为线路首端的电压，u2为线路末端的电压。
[0068]
作为示例性地，对于处在本sa上游的线路，线路末端的功率为本sa所测量的功率，线路首端的功率为上游sa所测量的功率的负值；对于处在本sa下游的线路，线路首端的功率为本sa所测量的功率的负值，线路末端的功率为下游sa所测量功率的负值。比如，对于介于sa2与sa1的线路而言，线路首端的有功功率为-p(sa2-k2)，无功功率为-q(sa2-k2)；线路末端的有功功率为p(sa1-k1)，无功功率为q(sa1-k1)。
[0069]
设相邻的智能终端sam与智能终端san之间的线路首端的功率为p1 jq1，线路末端的功率为p2 jq2，线路首端的电压为u1，线路末端的电压为u2，线路的电阻为r，线路的电抗为x，线路的等效对地电容为bc，则相邻的智能终端sam与智能终端san之间的线路的π型等效电路如图3所示。
[0070]
该线路两端电压的相量图如图4所示，为待测线路首端、末端的电压相量，分别为的电压降纵分量，分别为的电压降横分量，ψ为电压相量的夹角。
[0071]
设u1，u2分别为的有效值，δu1，δu2分别为的有效值，δu1，δu2分别为的有效值。
[0072]
由电压降落公式可得：
[0073][0074]
[0075][0076][0077]
设两端电压相角差为ψ，则有：
[0078]
δu1＝u
1-u2cosψ
ꢀꢀ
(6)；
[0079]
δu2＝u1cosψ-u2ꢀꢀ
(7)；
[0080]
δu1＝u2sinψ
ꢀꢀ
(8)；
[0081]
δu2＝u1sinψ
ꢀꢀ
(9)；
[0082]
结合公式(2)到(8)，并利用三角公式sin2ψ cos2ψ＝1，可得：
[0083][0084][0085]
分别消去正弦余弦可得：
[0086][0087][0088]
因此可构造三元二次方程组作为线路参数估计的方程组，即线路参数估计模型：
[0089][0090]
式(1)中，r为线路的电阻，x为线路的电抗，bc为线路的等效对地电容；p1为线路首端的有功功率，q1为线路首端的无功功率；p2为线路末端的有功功率，q2为线路末端的无功
功率；u1为线路首端的电压，u2为线路末端的电压。
[0091]
在优选的实施例当中，所述根据本地潮流数据和异地潮流数据，求解线路参数估计模型，得到线路的线路参数估计值，具体为：根据本地潮流数据和异地潮流数据，采用牛顿迭代法求解线路参数估计模型，直至在估计误差小于预设误差时，得到线路的线路参数估计值。
[0092]
在优选的实施例当中，估计误差为：
[0093][0094]
其中，r
(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电阻，r(i)为第i次迭代求得的线路的电阻；x
(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电抗，x(i)为第i次迭代求得的线路的电抗；b
c(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电抗，b
c(i)
为第i次迭代求得的线路的电抗。
[0095]
作为示例性地，对于求解线路参数估计模型，有求解解析解和数值解两种方法，求解式(1)的三元二次方程组的解析解是复杂的，所以可以采用牛顿迭代法求解式(1)的三元二次方程组。
[0096]
式(1)的三元二次方程组的待求解变量为r，x，bc/2，即：
[0097][0098][0099][0100]
则有：
[0101]
[0102][0103][0104]
因此有雅可比矩阵j，即：
[0105][0106]
设进行牛顿迭代法的初值为第i次迭代的值为则有：
[0107][0108][0109]
式(14)中，r
(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电阻，r(i)为第i次迭代求得的线路的电阻；x
(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电抗，x(i)为第i次迭代求得的线路的电抗；b
c(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电抗，b
c(i)
为第i次迭代求得的线路的电抗。
[0110]
根据上述推导过程，可知采用牛顿迭代法求解线路参数估计模型的过程为：智能终端读取线路两端的功率和电压基波有效值后，给定待求解的线路阻抗与等效对地电容的初值后，利用式(22)迭代求解待求解变量，并比较该次迭代求解值与上一次迭代求解值的差值平方和，即在每次迭代后求解式(14)的ε值，若ε值大于等于给定的预设误差，则进行下一次迭代求解式(22)，若ε值小于给定的预设误差，则停止迭代，得到当前周期的变量估计值，也就是该线路的线路参数估计值。
[0111]
其中，对于初值的选取，在没有线路参数估计的历史值参考的情况下，可以根据线路配置的基本参数得到一个大概的线路阻抗的估计值作为线路电阻和电抗的初始值，而线路对地电容的初始值可以设为0；在有历史值参考的情况下，用上一时段得出的线路参数估计值作为变量初值以进行本时段的线路参数估计。
[0112]
本实施例采用牛顿迭代法求解线路参数估计模型，能够简化线路参数估计模型的求解过程，有利于提高中压配电网线路参数估计效率。
[0113]
为了更清楚地说明第一实施例提供的一种中压配电网线路参数估计方法，以如图5所示的一个单回馈线的13节点的10kv配电网作为算例验证该方法的正确性。其中，图5中的节点3接有一台250kw的光伏电源。
[0114]
线路参数实际值与估计值对比表如表1所示。
[0115]
表1实际值与估计值对比表
[0116][0117]
该方法只需要量测待测线路两端的功率大小、方向和电压的幅值，减少了量测的复杂性。且实验结果证明，其最大相对误差的绝对值不超过0.1％，该方法可以准确地估计线路的π型等效线路。因此，该方法可以为基于智能终端的分布式控制与决策提供准确的线路参数。
[0118]
基于与第一实施例相同的发明构思，第二实施例提供如图6所示的一种中压配电网线路参数估计装置，适用于中压配电网任一供电区段上配置的智能终端，所述装置包括：数据采集模块21，用于在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据；模型构建模块22，用于基于智能终端和相邻智能终端之间的线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型；参数估计模块23，用于根据本地潮流数据和异地潮流数据，求解线路参数估计模型，得到线路的线路参数估计值。
[0119]
在优选的实施例当中，数据采集模块21，包括：本地潮流数据采集单元，用于在每一预设周期内，采集智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为本地潮流数据；异地潮流数据采集单元，用于在每一预设周期内，基于中压配电网的拓扑结构，确定智能终端的相邻智能终端，并获取相邻智能终端所在供电区段的母线电压和各个配电线路的有功功率、无功功率作为异地潮流数据。
[0120]
在优选的实施例当中，线路参数估计模型为：
[0121]
[0122]
其中，r为线路的电阻，x为线路的电抗，bc为线路的等效对地电容；p1为线路首端的有功功率，q1为线路首端的无功功率；p2为线路末端的有功功率，q2为线路末端的无功功率；u1为线路首端的电压，u2为线路末端的电压。
[0123]
在优选的实施例当中，参数估计模块23，具体用于根据本地潮流数据和异地潮流数据，采用牛顿迭代法求解线路参数估计模型，直至在估计误差小于预设误差时，得到线路的线路参数估计值。
[0124]
在优选的实施例当中，估计误差为：
[0125][0126]
其中，r
(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电阻，r(i)为第i次迭代求得的线路的电阻；x
(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电抗，x(i)为第i次迭代求得的线路的电抗；b
c(i 1)
为第i 1次迭代求得的线路的电抗，b
c(i)
为第i次迭代求得的线路的电抗。
[0127]
综上所述，实施本发明的实施例，具有如下有益效果：
[0128]
通过在中压配电网的每一供电区段上均配置一个智能终端，由智能终端在每一预设周期内，采集本地潮流数据，并获取智能终端的相邻智能终端采集的潮流数据作为异地潮流数据；基于智能终端和相邻智能终端之间的线路的π型等效电路，构建线路参数估计模型；根据本地潮流数据和异地潮流数据，求解线路参数估计模型，得到线路的线路参数估计值，能够定时根据本地潮流数据和相邻智能终端的潮流数据，准确地估计中压配电网的线路参数。
[0129]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
[0130]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。