本發(fā)明涉及一種基于等價輸入干擾法的電力系統(tǒng)故障判斷方法，更確切的說，涉及一種直接利用電力系統(tǒng)中基本電氣量進行故障判斷的方法。
背景技術：
：電力系統(tǒng)故障診斷是電力系統(tǒng)維持穩(wěn)定性的重要技術，快速、準確的判斷出系統(tǒng)中存在的故障是后一步對故障做出相應處理的基礎，也即故障診斷的要求。目前電力系統(tǒng)故障診斷主要有專家知識系統(tǒng)、Petri網、遺傳算法、多代理技術等等一些相應方法，它們主要依賴于系統(tǒng)中保護裝置和斷路器的信息，有兩個主要缺陷：1)、在傳感器故障的情況下，由于得不到完備的信息，會嚴重影響故障診斷的準確性；2)、在以上方法研究中，需要對系統(tǒng)全網進行建模，而當網絡規(guī)模較大時，系統(tǒng)模型參數將變得巨大，診斷時間變長且精度下降。由此可見，現(xiàn)有技術還存在一定的不足。技術實現(xiàn)要素：有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術中電力系統(tǒng)故障診斷長且精度低的技術問題，本發(fā)明提出一種基于等價輸入干擾法的電力系統(tǒng)故障判斷方法，只依靠電力系統(tǒng)中基本電氣量便能進行故障診斷的等價輸入干擾分層故障診斷方法，對電力系統(tǒng)故障診斷的提高有重要意義。本發(fā)明通過以下技術手段解決上述問題：一種基于等價輸入干擾法的電力系統(tǒng)故障判斷方法，包括如下步驟：S1、對整個電力系統(tǒng)進行合理分層，并在每層的基礎上劃分群，群又劃分子群，計算每個群的等價功率；S2、構建每個群的等價輸入干擾觀測器；S3、求出群的等價輸入干擾閾值；S4、從第一層開始，逐層往下觀測群的等價輸入干擾觀測器的變化情況，若出現(xiàn)其值在某時間段超出等價輸入干擾閾值的情況，可判斷出現(xiàn)故障，往下檢測到最底子群，即確定了故障的具體節(jié)點，實現(xiàn)對故障的位置判斷，若未出現(xiàn)超出閾值的情況，則繼續(xù)監(jiān)測，對未出現(xiàn)超出閾值的群，其子群不必再檢測。進一步地，還包括：S5、對最后確定故障的最小子群，取其狀態(tài)變量進行觀測，并對其進行相應的微分算法處理，確定電流相位和幅值是否發(fā)生故障，實現(xiàn)對故障的類型判斷。進一步地，步驟S1中，對整個電力系統(tǒng)進行分層由網絡拓撲結構及各節(jié)點的邏輯關系確定，群的等價功率通過前推回代法潮流計算實現(xiàn)。進一步地，步驟S2中，等價輸入干擾觀測器參數計算如下：Aj(k)=-r1(k)+R1(k)Lf1(k)+Lh1(k)Bj(k)=1Lf1(k)+Lh1(k)]]>Cj(k)=R1(k)-Lh1(k)(r1(k)+R1(k))Lf1(k)+Lh1(k)Dj(k)=Lh1(k)Lf1(k)+Lh1(k)---(1)]]>其中，和是第k層j群所表示節(jié)點到其上一個節(jié)點之間線路的等效電阻和電抗，和是該群所等效的電阻和電抗；進一步地，步驟S2中，等價輸入干擾觀測器增益值由二次型指標最優(yōu)化來確定。進一步地，步驟S2中，等價輸入干擾觀測器增益值由二次型指標最優(yōu)化來確定，具體如下：為確定等價輸入干擾觀測器增益值K,性能指標函數采用二次型函數，也即用誤差平方的積分J=∫0∞e2(t)dt=∫0∞[yr(t)-y(t)]dt---(2)]]>來評價系統(tǒng)控制品質的好壞，由于控制量受約束，在被積函數中考慮增加一個與控制功率有關的懲罰項，重寫其性能指標函數為J=∫0∞[k1e2(t)+k2e2(t)]dt---(3)]]>無限時間定常狀態(tài)調節(jié)器：設線性定常受控系統(tǒng)的狀態(tài)方程以及二次型性能指標分別為x·(t)=Ax(t)+Bu(t)x(0)=x0]]>J=∫0∞[xT(t)Qx(t)+uT(t)Ru(t)]dt---(4)]]>J=∫0∞[xT(t)Qx(t)+uT(t)Ru(t)]dt]]>式中：x(t)是n維的狀態(tài)變量，u(t)是p維的控制向量，A、B、Q和R則是具有適當維數的常數矩陣；而加權矩陣R＝RT＞0,Q＝QT＞0或Q＝QT≥0，并且{A，D}完全可觀測，這其中D是使DDT＝Q成立的任意矩陣，從容許控制中確定一個最優(yōu)控制u*(t)，以使性能指標達到最??；在Matlab中，使用函數lqr()求解無限時間定常狀態(tài)調節(jié)器問題，即[K,P,E]＝lqr(A,B,Q,R)(5)只要輸入線性受控系統(tǒng)狀態(tài)方程的系數矩陣A、B和二次型性能指標的加權矩陣Q、R，便可求得最優(yōu)輸出調節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣K,即等價輸入干擾觀測器增益值K。進一步地，步驟S3中，等價輸入干擾閾值利用電力系統(tǒng)負荷曲線的最大數值通過等價輸入干擾觀測器的輸出值確定。進一步地，步驟S5中，微分算法包括對等價輸入干擾觀測器波形峰值進行微分處理，電流幅值通過負載的最大最小值來計算，電流相位通過功率因數來計算。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明基于等價輸入干擾法的電力系統(tǒng)故障判斷方法將一個大的電力系統(tǒng)網絡，分為多級多層，通過逐層展開的方式，對故障進行診斷和定位，本發(fā)明的故障診斷技術直接運用電力系統(tǒng)中的直接電氣量進行模型構建，避免了傳統(tǒng)相應故障診斷方法基于保護裝置和斷路器信息所造成的缺陷，故障診斷準確，診斷時間短并且精度高。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是用于說明具體實施方式所用IEEE33節(jié)點配電網絡的結構圖；圖2是本發(fā)明基于等價輸入干擾法的電力系統(tǒng)故障判斷方法的流程圖；圖3是IEEE33網絡分層模型圖；圖4是等價輸入干擾觀測器結構圖。具體實施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面將結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。需要指出的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例為說明本發(fā)明的具體實施細節(jié)，以IEEE33節(jié)點配電網絡(如圖1所示)為例，來說明本發(fā)明具體進行故障診斷的過程。如圖2所示，一種基于等價輸入干擾法的電力系統(tǒng)故障判斷方法，包括如下步驟：S1、對整個電力系統(tǒng)進行合理分層，并在每層的基礎上劃分群，群又劃分子群，如圖3所示，計算每個群的等價功率；對整個電力系統(tǒng)進行分層由網絡拓撲結構及各節(jié)點的邏輯關系確定，群的等價功率通過前推回代法潮流計算實現(xiàn)；S2、構建每個群的等價輸入干擾觀測器如圖4所示；等價輸入干擾觀測器參數計算如下：Aj(k)=-r1(k)+R1(k)Lf1(k)+Lh1(k)Bj(k)=1Lf1(k)+Lh1(k)]]>Cj(k)=R1(k)-Lh1(k)(r1(k)+R1(k))Lf1(k)+Lh1(k)Dj(k)=Lh1(k)Lf1(k)+Lh1(k)---(1)]]>其中，和是第k層j群所表示節(jié)點到其上一個節(jié)點之間線路的等效電阻和電抗，和是該群所等效的電阻和電抗；等價輸入干擾觀測器增益值由二次型指標最優(yōu)化來確定，具體如下：為確定等價輸入干擾觀測器增益值K,在該系統(tǒng)中，性能指標函數采用二次型函數，也即用誤差平方的積分J=∫0∞e2(t)dt=∫0∞[yr(t)-y(t)]dt---(2)]]>來評價系統(tǒng)控制品質的好壞，由于控制量受約束，在被積函數中考慮增加一個與控制功率有關的懲罰項，重寫其性能指標函數為J=∫0∞[k1e2(t)+k2e2(t)]dt---(3)]]>在實際工程中，一個最優(yōu)調節(jié)系統(tǒng)應當漸進穩(wěn)定，并且其暫態(tài)品質應當是優(yōu)良的，反饋增益矩陣也是定常的，由此才能構成一個定常的反饋系統(tǒng)，而無限時間定常狀態(tài)調節(jié)器問題所提供的最有控制系統(tǒng)已經被證明就是這么一個系統(tǒng)；無限時間定常狀態(tài)調節(jié)器：設線性定常受控系統(tǒng)的狀態(tài)方程以及二次型性能指標分別為x·(t)=Ax(t)+Bu(t)x(0)=x0]]>J=∫0∞[xT(t)Qx(t)+uT(t)Ru(t)]dt---(4)]]>J=∫0∞[xT(t)Qx(t)+uT(t)Ru(t)]dt]]>式中：x(t)是n維的狀態(tài)變量，u(t)是p維的控制向量，A、B、Q和R則是具有適當維數的常數矩陣；而加權矩陣R＝RT＞0,Q＝QT＞0或Q＝QT≥0，并且{A，D}完全可觀測，這其中D是使DDT＝Q成立的任意矩陣，我們的目標是從容許控制中確定一個最優(yōu)控制u*(t)，以使性能指標達到最?。辉贛atlab中，使用函數lqr()求解無限時間定常狀態(tài)調節(jié)器問題，即[K,P,E]＝lqr(A,B,Q,R)(5)只要輸入線性受控系統(tǒng)狀態(tài)方程的系數矩陣A、B和二次型性能指標的加權矩陣Q、R，便可求得最優(yōu)輸出調節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣K,即等價輸入干擾觀測器增益值K；S3、求出群的等價輸入干擾閾值；等價輸入干擾閾值利用電力系統(tǒng)負荷曲線的最大數值通過等價輸入干擾觀測器的輸出值確定；S4、從第一層開始，逐層往下觀測群的等價輸入干擾觀測器的變化情況，若出現(xiàn)其值在某時間段超出等價輸入干擾閾值的情況，可判斷出現(xiàn)故障，往下檢測到最底子群，即確定了故障的具體節(jié)點，實現(xiàn)對故障的位置判斷，若未出現(xiàn)超出閾值的情況，則繼續(xù)監(jiān)測，對未出現(xiàn)超出閾值的群，其子群不必再檢測；S5、對最后確定故障的最小子群，取其狀態(tài)變量進行觀測，并對其進行相應的微分算法處理，確定電流相位和幅值是否發(fā)生故障，實現(xiàn)對故障的類型判斷；微分算法包括對狀態(tài)觀測器波形峰值進行微分處理，電流幅值通過負載的最大最小值來計算，電流相位通過功率因數來計算。本發(fā)明提供一種不依賴于電力系統(tǒng)中保護裝置和斷路器信息的故障診斷方法，主要由等價輸入干擾法提構建觀測器進行故障判斷。等價輸入干擾法是現(xiàn)代控制領域的一種新的熱門技術，在控制系統(tǒng)中運用廣泛。等價輸入干擾法旨在說明在經典反饋系統(tǒng)中存在一個等價輸入干擾，能與原干擾對系統(tǒng)產生的輸出有一致的效果，并通過對該等價輸入干擾的抑制來使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。本發(fā)明將電力系統(tǒng)視為經典的控制系統(tǒng)，而將電力系統(tǒng)中的故障等價為控制系統(tǒng)中的干擾，從而由等價輸入干擾方法中的等價輸入干擾來估測干擾，也即判斷故障。由于電力系統(tǒng)網絡的復雜性，對整個電力系統(tǒng)網絡進行完整的建模存在困難，本發(fā)明提出了一種基于分層分布式思想的電力系統(tǒng)故障診斷模型，而故障判斷正是基于該模型。根據本發(fā)明，將一個大的電力系統(tǒng)網絡，分為多級多層，通過逐層展開的方式，對故障進行診斷和定位。這其中包括系統(tǒng)中節(jié)點參數的計算、觀測器增益的確定、等價輸入干擾閾值的確定等等一系列的程序，本發(fā)明的故障診斷技術直接運用電力系統(tǒng)中的直接電氣量進行模型構建，避免了傳統(tǒng)相應故障診斷方法基于保護裝置和斷路器信息所造成的缺陷，故障診斷準確，診斷時間短并且精度高。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3