考慮分布式電源并網(wǎng)的電能質(zhì)量擾動(dòng)源容錯(cuò)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在分布式電源并網(wǎng)、高斯噪聲、測(cè)量誤差等因素影響下，仍具有較 強(qiáng)容錯(cuò)能力的電能質(zhì)量擾動(dòng)源自動(dòng)定位方法，屬電氣工程和電能質(zhì)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今世界的能源危機(jī)與生態(tài)環(huán)境問題，使得可再生能源已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā) 展的關(guān)鍵。但是，隨著越來越多的分布式電源（Distributed Generators, DGs)接入配電 網(wǎng)，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓、功率潮流方向等產(chǎn)生一定影響，特別是將使得現(xiàn)有擾動(dòng)源定位算 法失效。而現(xiàn)實(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力能源的高度依賴性，以及精密電子產(chǎn)品和重大負(fù)荷的 不斷增加，使得電能質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失與日倶增。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀（Power Quality Monitor，PQM)的應(yīng)用和發(fā)展，是電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位的重要硬件基礎(chǔ)。擾動(dòng)源的準(zhǔn)確定位 有助于快速解決電能質(zhì)量問題，降低經(jīng)濟(jì)損失和明確事件責(zé)任，具有重要意義。
[0003] 現(xiàn)有配電網(wǎng)電能質(zhì)量擾動(dòng)源的定位方法過于依賴PQM的擾動(dòng)方向判別的絕對(duì)可 靠性，除了 DGs并網(wǎng)影響外，還存在信號(hào)較弱、距離過遠(yuǎn)、高斯噪聲和測(cè)量誤差等因素影響。 擾動(dòng)源本身強(qiáng)度、PQM與擾動(dòng)源的相對(duì)位置和分流支路等情況都會(huì)影響擾動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱度，而 在實(shí)際中測(cè)量誤差、高斯噪聲和負(fù)荷波動(dòng)等干擾因素又是客觀存在的。當(dāng)過弱的擾動(dòng)信號(hào) 碰上較強(qiáng)的干擾時(shí)，會(huì)使PQM對(duì)擾動(dòng)能量的正負(fù)判斷錯(cuò)誤，產(chǎn)生PQM的方向誤判。另一方 面，由儲(chǔ)能元件、無功負(fù)荷等原因引起的擾動(dòng)功率不斷正負(fù)極性變化，將引起擾動(dòng)能量AE 積分過程中非單調(diào)波動(dòng)，從而產(chǎn)生方向誤判。目前，已有相關(guān)成果主要集中在電能質(zhì)量的在 線監(jiān)測(cè)、擾動(dòng)識(shí)別、綜合評(píng)估和矩陣算法定位等幾個(gè)研究方面：申請(qǐng)?zhí)枮?01410740831. 2、 201510035092. U201310664699. 7、200810061254· 9 和 201510097288. 3 等發(fā)明專利申請(qǐng)書 分別提出了采用自適應(yīng)多分辨率廣義S變換的電能質(zhì)量擾動(dòng)識(shí)別方法、一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)、一種基于灰色理論的電能質(zhì)量綜合評(píng)估方法、一種配電網(wǎng)電能質(zhì)量擾動(dòng)源自動(dòng)定位 方法和一種電能質(zhì)量擾動(dòng)源定位系統(tǒng)及定位方法，其中這兩種定位方法都是基于矩陣算法 原理且不具備容錯(cuò)性。這些相關(guān)研究均未能充分考慮DGs并網(wǎng)等因素對(duì)擾動(dòng)方向判定的影 響，且均未涉及在這些情況下用改進(jìn)粒子群算法（Particle Swarm Optimization, PS0)實(shí) 現(xiàn)具有容錯(cuò)性的電能質(zhì)量擾動(dòng)源自動(dòng)定位。本發(fā)明專利針對(duì)DGs并網(wǎng)影響、PQM的信度、改 進(jìn)PS0算法和擾動(dòng)源定位進(jìn)行研究，分析并提出了 DGs并網(wǎng)的兩條影響規(guī)律，構(gòu)建了兩種新 的信度函數(shù)，并建立了改進(jìn)的PS0模型及其評(píng)價(jià)函數(shù)，最后通過快速迭代尋最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)了 一種能適用于DGs并網(wǎng)且具有較高容錯(cuò)性的電能質(zhì)量擾動(dòng)源自動(dòng)精確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有擾動(dòng)源定位技術(shù)易受DGs并網(wǎng)、距離位置、 信號(hào)強(qiáng)弱、高斯噪聲和監(jiān)測(cè)誤差等因素影響而導(dǎo)致定位準(zhǔn)確率大幅度降低的缺點(diǎn)，提供一 種基于改進(jìn)PS0算法的電能質(zhì)量擾動(dòng)源容錯(cuò)定位方法，能在DGs并網(wǎng)且部分PQM擾動(dòng)方向 誤判情況下，仍具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力和較高的定位準(zhǔn)確率。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于改進(jìn)PS0算法的、考慮分布式電源并網(wǎng)的、并具有容錯(cuò)能力的電能質(zhì)量 擾動(dòng)源定位方法，所述分布式電源并網(wǎng)是指新能源開發(fā)利用和分布式發(fā)電技術(shù)背景下的分 布式電源接入配電網(wǎng)，所述電能質(zhì)量擾動(dòng)源是指存在于配電網(wǎng)中的各類引起電能質(zhì)量問題 的擾動(dòng)事件源，所述容錯(cuò)能力是指部分PQM發(fā)生擾動(dòng)方向誤判的情況下仍能準(zhǔn)確定位。
[0007] 所述容錯(cuò)定位方法，包括以下步驟：
[0008] 1)對(duì)"分布式電源DGs并網(wǎng)對(duì)方向判定的影響規(guī)律"的相關(guān)概念進(jìn)行定義。命名 ，為某個(gè)分布式電源（DG)并網(wǎng)母線與主電源（G)的聯(lián)接鏈路；命名Bus(FD(；)，為與 擾動(dòng)源（F)直接相連的母線中，DG側(cè)方向的母線；命名link(DSF)，為DGs與擾動(dòng)源聯(lián)接鏈 路。對(duì)應(yīng)各個(gè)PQM或DG，根據(jù)配電網(wǎng)潮流方向?qū)⒄麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為與其相應(yīng)的上游與下 游。定義"分流網(wǎng)絡(luò)"，為對(duì)應(yīng)的PQM與擾動(dòng)源之間的線路及其分流支路。母線Bus的上下 游劃分方法與DG相同。定義Bus的所有出線支路，為與Bus直接相連接的所有下游線路， 但不包含上游進(jìn)線。虛擬PQM，是根據(jù)實(shí)際PQM數(shù)據(jù)按照電氣原理狀態(tài)估計(jì)得到，用于替代 一部分實(shí)際PQM來降低監(jiān)測(cè)成本。
[0009] 2)提出DGs并網(wǎng)對(duì)PQM擾動(dòng)方向判定的兩條影響規(guī)律。第一影響規(guī)律：當(dāng)擾動(dòng)源 在link(s D(；)±，存在"分流網(wǎng)絡(luò)"且其吸收的擾動(dòng)能量大于擾動(dòng)源F從Bus (F DS)吸收的能量 時(shí)，會(huì)引起link(DSF)上的PQM擾動(dòng)方向誤判。第二影響規(guī)律：當(dāng)擾動(dòng)源在DG的上游，會(huì)使 位于DG下游的PQM監(jiān)測(cè)到的擾動(dòng)信號(hào)被削弱；當(dāng)擾動(dòng)源在DG的下游，會(huì)使非link(DS F)上 的PQM監(jiān)測(cè)到的擾動(dòng)信號(hào)被削弱。
[0010] 3)定義PQM的"信度"概念：表征具有模糊特性的PQM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可信任程度。構(gòu) 建了兩種新的信度函數(shù)：監(jiān)測(cè)信度和局部信度。監(jiān)測(cè)信度（Cl)是指由單個(gè)PQM監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得 出擾動(dòng)源所在區(qū)域方向判定信息的可信程度；局部信度（<")是指由某線路及其末端母線 上相連的PQM構(gòu)成的局部小范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出的擾動(dòng)源判定信息的可信程度。
[0011] 4)針對(duì)除DGs "規(guī)律一"之外的因素來構(gòu)建監(jiān)測(cè)信度Cl，分為三塊內(nèi)容：監(jiān)測(cè)信度 的正負(fù)符號(hào)sgn(Cl)、強(qiáng)弱度系數(shù)a i和波動(dòng)修正系數(shù)β i。下標(biāo)i表示對(duì)應(yīng)于第i個(gè)PQM。
[0012] 定義擾動(dòng)能量終值.4￡7氣為在擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間Tf內(nèi)對(duì)擾動(dòng)功率積分的最終值。定義 擾動(dòng)能量的峰峰值為在擾動(dòng)能量的積分過程中，擾動(dòng)功率的最大值^,^-與最小值 A￡；mm之差。
[0013] 用符號(hào)函數(shù)Sgn求終值A(chǔ)￡,end的正負(fù)符號(hào)，來確定監(jiān)測(cè)信度的符號(hào)sgn( Cl)。
[0015] 當(dāng)監(jiān)測(cè)信度q的符號(hào)sgn(Ci)為+1，表征方向判定為下游；若其符號(hào)為-1，表征方 向判定為下游；當(dāng)其取臨界值〇時(shí)，表征第i個(gè)PQM方向判定無效。
[0016] 定義強(qiáng)度系數(shù)^，用以表征各種因素引起的各PQM擾動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱度差異，對(duì)其 擾動(dòng)方向判定可靠性的置信程度影響。強(qiáng)弱度系數(shù)<^由/^^與擾動(dòng)能量終值最大者 (Δ￡=)進(jìn)行運(yùn)算得到，如下
[0018] 定義擾動(dòng)信號(hào)的波動(dòng)修正系數(shù)β i，來表征擾動(dòng)信號(hào)的波動(dòng)情況和穩(wěn)定性。對(duì)終值 與峰峰值Δ￡廣的絕對(duì)值，作比值運(yùn)算，得波動(dòng)修正系數(shù)β 1<3
[0019] 進(jìn)行置信融合得監(jiān)測(cè)信度Cl，如下
[0021] 5)為解決DG并網(wǎng)第一影響規(guī)律引起的誤判問題，構(gòu)造局部信度（cf )。定義局 部擾動(dòng)特征值，為擾動(dòng)能量終值減去該線路的有功損耗變化AEU，并減去該Bus 的所有出線支路的擾動(dòng)能量總和ΣΔ^Μ?B
[0023]由于負(fù)載線路沒有末端母線，所以無法直接計(jì)算負(fù)載線路的局部信度。設(shè)負(fù)載 線路數(shù)量為S條，所有線路上的實(shí)際PQM和虛擬PQM的總數(shù)為m。對(duì)站廣和其中的最大 者^=的絕對(duì)值作比值，得到局部特征比值·,并求出（m-δ)個(gè)ΧΓ中剔除最大者 (&==])后的均值μ。分段處理得到局部信度，，如下
[0026] 當(dāng)擾動(dòng)源位于linl^ D(3上時(shí)，局部信度er可用于判定線路Q上是否存在擾動(dòng)源 F〇
[0027] 6)構(gòu)建粒子群模型及其評(píng)價(jià)函數(shù)。為適應(yīng)所提容錯(cuò)性定位方法，將矩陣作為PS0 算法的粒子，建立新的粒子群優(yōu)化模型如下：
[0028] 定義粒子矩陣是具有速度屬性的一個(gè)維數(shù)為（mXl)的矩陣。設(shè)立第η個(gè)粒子矩 陣為Χη，其速度為νη，其元素值xnj取值為+1或-1，來表征對(duì)應(yīng)第j個(gè)PQM的上下游方向判 定結(jié)果。下標(biāo)變量j取值從1至m。k為迭代次數(shù)，第η個(gè)粒子矩陣到目前為止（第k次迭 代后取值）找到它自身的最優(yōu)位置稱為該粒子的個(gè)體極值矩陣，元素值為而所 有粒子矩陣中的最優(yōu)位置記為全局極值矩陣Gt,，元素值為gf.,.。設(shè)置搜索空間限制條件： 令F位于線段Q時(shí)對(duì)應(yīng)的方向判別矩陣為D u。1的矩陣元素值與X n的矩陣元素值個(gè)數(shù) 相同，而1^的元素值取值為F位于線段L i時(shí)所有PQM的上下游方向判定正確的取值（+1 或-1)。將1^作為粒子矩陣在搜索空間中允許的位置狀態(tài)。設(shè)置速度Vn為整數(shù)。所有參 數(shù)的上標(biāo)（