本發(fā)明涉及一種適用于含分布式電源復(fù)雜配電網(wǎng)的、基于滑?？刂频臅簯B(tài)電壓擾動源容錯性定位方法，屬電氣工程和電能質(zhì)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著電力市場化和電力敏感負(fù)荷的增加，電能質(zhì)量問題引起的經(jīng)濟(jì)損失日益增多，對引起電能質(zhì)量問題的擾動源進(jìn)行定位已成為當(dāng)前國內(nèi)外的研究熱點。暫態(tài)電壓擾動源(Transient Voltage Disturbance Source,TVDS)是造成電能質(zhì)量問題的重要原因，通過電能質(zhì)量監(jiān)測裝置(Power Quality Monitor,PQM)對擾動信號進(jìn)行采集、分析和處理，實現(xiàn)TVDS的智能診斷和精確定位，進(jìn)而幫助快速解決電能質(zhì)量問題和明確責(zé)任，具有重要意義。同時，以新能源為基礎(chǔ)的分布式電源(Distributed Generator,DG)并入配電網(wǎng)已成為必然趨勢。然而，含分布式電源配電網(wǎng)的節(jié)點電壓、功率潮流和擾動信號受到DG并網(wǎng)的影響，使得TVDS的精確定位面臨新的難題。

現(xiàn)有的暫態(tài)電壓擾動源定位方法，存在容錯性較差的局限。其中一些定位方法過于依賴PQM的擾動方向判別的絕對可靠性，無法處理PQM誤判情況；另外一些定位方法雖然考慮了信度問題和DG影響，但無法有效解決“在擾動源位置未知的情況下處理分流能量的難題”。因此，現(xiàn)有的暫態(tài)電壓擾動源定位方法難以滿足含DG復(fù)雜配電網(wǎng)中擾動事件的智能診斷和精確定位需求。目前，已有相關(guān)成果主要集中在電能質(zhì)量的擾動識別、監(jiān)測點配置和擾動定位等幾個研究方面：申請?zhí)枮镃N201510113962.2提出了一種基于不完全S變換的電能擾動識別與定位方法，CN201510223195.0提出了一種基于證據(jù)理論的電能質(zhì)量擾動源定位方法，CN201610304497.5提出了一種基于多證據(jù)融合的電壓暫降源定位方法，CN201510701578.4提出了一種基于改進(jìn)PSO算法的電能質(zhì)量擾動源容錯定位方法，CN201510313399.3和CN2016100117639.X分別提出了一種電能質(zhì)量監(jiān)測點的優(yōu)化配置方法。這些相關(guān)研究均未涉及采用滑?？刂平鉀Q分流能量難題，進(jìn)而實現(xiàn)適用于含分布式電源復(fù)雜配電網(wǎng)的暫態(tài)電壓擾動源定位方法，并具有較高的容錯性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要克服現(xiàn)有暫態(tài)電壓擾動源定位方法無法有效解決由分布式電源DG并網(wǎng)引起的、未知擾動位置情況下求取復(fù)雜配電網(wǎng)分流能量的難題，進(jìn)而實現(xiàn)含分布式電源復(fù)雜配電網(wǎng)中暫態(tài)電壓擾動源TVDS的自動精確定位。提供一種適用于含分布式電源復(fù)雜配電網(wǎng)的、基于滑?？刂频臅簯B(tài)電壓擾動源容錯性定位方法，并具有較高的容錯性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種適用于含分布式電源復(fù)雜配電網(wǎng)的、基于滑模控制的暫態(tài)電壓擾動源容錯性定位方法；所述含分布式電源復(fù)雜配電網(wǎng)是指新能源和分布式發(fā)電技術(shù)背景下的分布式電源接入拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)超過十個節(jié)點的智能配電網(wǎng)，所述滑?？刂剖侵阜蔷€性控制理論中具有滑動模態(tài)的變結(jié)構(gòu)控制方法，所述暫態(tài)電壓擾動源是指屬于電能質(zhì)量擾動事件的、包括電壓暫降和電壓暫升的擾動源。

本發(fā)明所述的基于滑模控制的暫態(tài)電壓擾動源容錯性定位方法，包括以下步驟：

1)定義基于滑?？刂频腡VDS定位中的“切換面S”概念：切換面S是由l個矩陣構(gòu)成的集合；下標(biāo)i表示整數(shù)變量，個數(shù)l表示與系統(tǒng)中所有線路數(shù)相同；其中表示由元素值為±1構(gòu)成的m×1維方向判別矩陣，且滿足式(1)運(yùn)算時矩陣R_l×1中的第i個元素值r_i等于m；其中表示l×m維的結(jié)構(gòu)覆蓋矩陣，其元素值表示線路與PQM的上下游關(guān)系；

2)定義PQM的“信度狀態(tài)矩陣Xⁿ”概念：m×1維的信度狀態(tài)矩陣Xⁿ表示滑?？刂七^程中的第n次狀態(tài)；n表示狀態(tài)變化的次數(shù)；m表示與系統(tǒng)中所有PQM個數(shù)相同的維數(shù)，包括按照虛擬狀態(tài)估計獲得虛擬PQM，使m取值與l相同；Xⁿ的m個元素值分別表示對應(yīng)PQM的信度，其中根據(jù)PQM監(jiān)測到的擾動能量強(qiáng)弱度來取值，的取值范圍為區(qū)間[-1,+1]內(nèi)的實數(shù)，下標(biāo)i表示整數(shù)變量；

3)定義含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的“分流能量ΔE_Fi”相關(guān)概念：定義分流能量ΔE_Fi表示分流網(wǎng)絡(luò)N_Fi吸收的擾動能量值；其中分流網(wǎng)絡(luò)N_Fi表示第i個PQM與暫態(tài)電壓擾動源之間的線路及其分流支路；用Link_(G-DG)表示DG與系統(tǒng)主電源G的聯(lián)接鏈路；用Link_{(F_DG)}表示DG與TVDS的聯(lián)接鏈路；用Bus_{(F_DG)}表示與TVDS直接相連的母線中，DG側(cè)方向的母線；提出含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的分流能量ΔE_Fi與PQM擾動方向判別的影響規(guī)律：當(dāng)TVDS在Link_(G-DG)上，且分流能量ΔE_Fi大于從Bus_{(F_DG)}流向TVDS的能量時，會使得第i個PQM的擾動方向發(fā)生誤判；

4)基于滑?？刂频内吔鼞B(tài)過程；將信度狀態(tài)矩陣Xⁿ與結(jié)構(gòu)覆蓋矩陣按式(2)進(jìn)行矩陣運(yùn)算；

根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的矩陣Rⁿ中最大元素值r_iⁿ的下標(biāo)i進(jìn)行趨近態(tài)控制，使信度狀態(tài)矩陣的取值等于并記錄r_iⁿ的數(shù)值作為初始的綜合信度；

5)設(shè)置滑模估計點Fⁿ；若當(dāng)前信度狀態(tài)矩陣的取值所對應(yīng)線路L_i位于Link_{(G_DG)}，設(shè)置從L_i沿著主電源G方向最近的一條線路為當(dāng)前的滑模估計點Fⁿ，并進(jìn)入步驟6)；若所對應(yīng)線路L_i不在Link_{(G_DG)}上，則跳轉(zhuǎn)到步驟9)；

6)將滑模估計點Fⁿ作為當(dāng)前擾動源的估計位置，按式(3)分別計算m個分流能量校正因子δ_i；

7)根據(jù)對應(yīng)m個PQM的分流能量校正因子δ_i，按式(4)(5)構(gòu)建滑動模態(tài)的控制矩陣C^sw和判斷函數(shù)J；

C^sw＝[δ₁,…δ_i,…δ_m] (4)

8)當(dāng)判斷函數(shù)的值J等于m時，表明已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，跳轉(zhuǎn)到步驟9)；當(dāng)判斷函數(shù)的值J不等于m時，按式(6)更新第n+1次的信度狀態(tài)矩陣Xⁿ⁺¹；

再將得到的Xⁿ⁺¹代入式(7)進(jìn)行矩陣運(yùn)算；

然后根據(jù)所得Rⁿ⁺¹中的最大元素值r_iⁿ⁺¹的下標(biāo)i，使Xⁿ⁺¹滑動到切換面中的下一個并更新綜合信度為r_iⁿ⁺¹；將Xⁿ⁺¹作為新的當(dāng)前信度狀態(tài)矩陣，返回步驟5)進(jìn)行滑動模態(tài)的循環(huán)；

9)輸出處于穩(wěn)態(tài)的信度狀態(tài)矩陣，以及其對應(yīng)的和綜合信度；輸出對應(yīng)的線路L_i作為TVDS容錯性定位結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：1、定義了基于滑?？刂频腡VDS定位中的切換面、信度狀態(tài)矩陣和分流能量概念；2、提出了用滑模估計點和滑動模態(tài)過程解決分流能量難題的方法；3、實現(xiàn)了適用于含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的、基于滑?？刂频臅簯B(tài)電壓擾動源定位方法，并具有較好的容錯性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的具體實施流程圖。

圖2為含DG的IEEE 34節(jié)點復(fù)雜配電網(wǎng)拓?fù)鋱D。

圖3為四種擾動事件的PQM信度分布圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例中基于滑?？刂频腡VDS定位的總體框圖如附圖1所示，本發(fā)明所述的基于滑?？刂频臅簯B(tài)電壓擾動源容錯性定位方法，包括以下步驟：

1)定義基于滑模控制的TVDS定位中的“切換面S”概念：切換面S是由l個矩陣構(gòu)成的集合；下標(biāo)i表示整數(shù)變量，個數(shù)l表示與系統(tǒng)中所有線路數(shù)相同；其中表示由元素值為±1構(gòu)成的m×1維方向判別矩陣，且滿足式(1)運(yùn)算時矩陣R_l×1中的第i個元素值r_i等于m；其中表示l×m維的結(jié)構(gòu)覆蓋矩陣，其元素值表示線路與PQM的上下游關(guān)系；

2)定義PQM的“信度狀態(tài)矩陣Xⁿ”概念：m×1維的信度狀態(tài)矩陣Xⁿ表示滑?？刂七^程中的第n次狀態(tài)；n表示狀態(tài)變化的次數(shù)；m表示與系統(tǒng)中所有PQM個數(shù)相同的維數(shù)，包括按照虛擬狀態(tài)估計獲得虛擬PQM，使m取值與l相同；Xⁿ的m個元素值分別表示對應(yīng)PQM的信度，其中根據(jù)PQM監(jiān)測到的擾動能量強(qiáng)弱度來取值，的取值范圍為區(qū)間[-1,+1]內(nèi)的實數(shù)，下標(biāo)i表示整數(shù)變量；

3)定義含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的“分流能量ΔE_Fi”相關(guān)概念：定義分流能量ΔE_Fi表示分流網(wǎng)絡(luò)N_Fi吸收的擾動能量值；其中分流網(wǎng)絡(luò)N_Fi表示第i個PQM與暫態(tài)電壓擾動源之間的線路及其分流支路；用Link_(G-DG)表示DG與系統(tǒng)主電源G的聯(lián)接鏈路；用Link_{(F_DG)}表示DG與TVDS的聯(lián)接鏈路；用Bus_{(F_DG)}表示與TVDS直接相連的母線中，DG側(cè)方向的母線；提出含DG復(fù)雜配電網(wǎng)的分流能量ΔE_Fi與PQM擾動方向判別的影響規(guī)律：當(dāng)TVDS在Link_(G-DG)上，且分流能量ΔE_Fi大于從Bus_{(F_DG)}流向TVDS的能量時，會使得第i個PQM的擾動方向發(fā)生誤判；

4)基于滑模控制的趨近態(tài)過程；將信度狀態(tài)矩陣Xⁿ與結(jié)構(gòu)覆蓋矩陣按式(2)進(jìn)行矩陣運(yùn)算；根據(jù)得到的運(yùn)算結(jié)果的矩陣Rⁿ中最大元素值r_iⁿ的下標(biāo)i進(jìn)行趨近態(tài)控制，使信度狀態(tài)矩陣的取值等于并記錄r_iⁿ的數(shù)值作為初始的綜合信度；

5)設(shè)置滑模估計點Fⁿ；若當(dāng)前信度狀態(tài)矩陣的取值所對應(yīng)線路L_i位于Link_{(G_DG)}，設(shè)置從L_i沿著主電源G方向最近的一條線路為當(dāng)前的滑模估計點Fⁿ，并進(jìn)入步驟6)；若所對應(yīng)線路L_i不在Link_{(G_DG)}上，則跳轉(zhuǎn)到步驟9)；

6)將滑模估計點Fⁿ作為當(dāng)前擾動源的估計位置，按式(3)分別計算m個分流能量校正因子δ_i；

7)根據(jù)對應(yīng)m個PQM的分流能量校正因子δ_i，按式(4)(5)構(gòu)建滑動模態(tài)的控制矩陣C^sw和判斷函數(shù)J；

8)當(dāng)判斷函數(shù)的值J等于m時，表明已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，跳轉(zhuǎn)到步驟9)；當(dāng)判斷函數(shù)的值J不等于m時，按式(6)更新第n+1次的信度狀態(tài)矩陣Xⁿ⁺¹，將得到的Xⁿ⁺¹代入式(7)進(jìn)行矩陣運(yùn)算，根據(jù)所得Rⁿ⁺¹中的最大元素值r_iⁿ⁺¹的下標(biāo)i，使Xⁿ⁺¹滑動到切換面中的下一個并更新綜合信度為r_iⁿ⁺¹；將Xⁿ⁺¹作為新的當(dāng)前信度狀態(tài)矩陣，返回步驟5)進(jìn)行滑動模態(tài)的循環(huán)；

9)輸出處于穩(wěn)態(tài)的信度狀態(tài)矩陣，以及其對應(yīng)的和綜合信度；輸出對應(yīng)的線路L_i作為TVDS容錯性定位結(jié)果。

下面以圖2所示的含DG的IEEE 34節(jié)點復(fù)雜配電網(wǎng)拓?fù)鋱D為實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的操作過程；額定功率為300kW的新能源DG在Bus 856并網(wǎng)，用MATLAB軟件建模仿真；在擾動持續(xù)時間內(nèi)，在各PQM監(jiān)測到的擾動信號中添加高斯白噪聲來模擬實際系統(tǒng)中的誤差和干擾，并設(shè)置四種不同擾動原因和位置的電壓暫降擾動事件見表1，分別用F₁、F₂、F₃和F₄命名。

表1四種不同電壓暫降擾動事件設(shè)置

四種擾動事件的PQM信度分布如圖3所示，包括布置的PQM和通過虛擬狀態(tài)估計獲得的PQM。當(dāng)各種擾動事件發(fā)生時，均存在部分監(jiān)測點出現(xiàn)擾動方向判別存在誤判情況。一方面，是由于DG接入復(fù)雜配電網(wǎng)的分流能量問題引起的方向誤判；另一方面，是由于部分監(jiān)測點的擾動強(qiáng)度相對較弱，疊加了強(qiáng)度較大的高斯白噪聲干擾引起的方向誤判。四種擾動事件發(fā)生時部分監(jiān)測點出現(xiàn)擾動方向誤判的詳細(xì)信息見表2所示。

表2四種擾動事件中方向誤判信息

根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，按照所提方法的步驟1)，生成系統(tǒng)中的所有線路對應(yīng)的矩陣的集合，作為切換面S；由具有PQM方向判別信息，按照步驟2)構(gòu)成初始的信度狀態(tài)矩陣；按照步驟4)進(jìn)行趨近態(tài)操作；按照步驟5-8)通過設(shè)置滑模估計點和滑動模態(tài)循環(huán)操作，解決分流能量難題；最后輸出TVDS定位結(jié)果。四種不同擾動事件對應(yīng)的、基于滑?？刂频腡VDS定位過程中的關(guān)鍵信息如表3所示。

表3基于滑?？刂频腡VDS定位的關(guān)鍵過程信息

表3中所示的容錯信息表示：通過所提方法的相應(yīng)處理過程，使得四個不同擾動事件對應(yīng)的各監(jiān)測點擾動方向誤判信息得到修正。其中F₁和F₂存在趨近和滑模兩個過程；而F₃和F₄趨近過程結(jié)束后，當(dāng)前狀態(tài)不在Link_{(G_DG)}上，已處于穩(wěn)態(tài)。將表3中的定位結(jié)果與擾動事件位置信息進(jìn)行對比，四次位置均一致。驗證了所提方法能適用于含DG復(fù)雜配電網(wǎng)，并通過滑?？刂朴行Ы鉀Q了在未知擾動源具體位置下求取分流能量的難題，進(jìn)而實現(xiàn)了TVDS的精確定位。

如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的典型實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍，即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。