一种配电网参数校验方法及系统与流程

1.本发明属于配电网技术领域，尤其涉及一种配电网参数校验方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.在配电网参数计算及校验方面，配电网参数存在缺失、有误，或者准确性有待验证的问题。目前已经开展的治理和校验工作主要集中在设备层面上，具体方法是按照一定的逻辑规则将设备台账和图模相关信息进行查询、分析和对比，这种方法比较直观，不涉及复杂的电力系统分析计算，适合于发现台账和图模中的设备缺失或设备不对应等问题，但无法准确的计算出每个线路段的具体电气参数，无法解决目前存在的电气参数缺失的问题，更无法精准的进行参数的校验，新型电力系统发展面临一系列挑战：
4.(1)配电网拓扑是动态的、且实时变动，并且电网拓扑逐渐复杂化，造成参数计算不准确；
5.(2)在配电网台账中缺少参数，包括线路长度、阻抗、甚至缺少分段线路的型号；
6.(3)利用传统的方式进行参数计算，不仅耗时而且计算量大；
7.(4)目前在参数计算过程中，都必须考虑量测参数的幅值及相角，必须保证是在同一角度上，为此要安装同步设备在变压器上，为此增加了设备成本。


技术实现要素：

8.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种配电网参数校验方法及系统，不仅简化了电网模型不必要的元素，加快了参数校验速度，而且在仅考虑幅值的情况下，在简化后的电网模型中进行线路参数的计算，解决了量测数据采集不同步的问题。
9.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.本发明的第一个方面提供一种配电网参数校验方法，其包括：
11.获取电网模型并进行简化，得到线路潮流模型；
12.获取变压器低压侧或高压侧的电压和功率，并将低压侧的电压和功率折算到高压侧；
13.在线路潮流模型中，如果拓扑类型是两个变压器之间没有公共交点，则基于每个变压器的电压和功率，采用单端计算方法，计算出线路段的阻抗；如果拓扑类型是两个变压器之间有公共交点，则基于两个变压器的电压和功率，采用双端计算方法，计算出线路段的阻抗；
14.基于线路段的阻抗，结合每段线路下的单位阻抗，计算出线路段的长度；
15.基于线路段的阻抗和长度，对台账中已有参数进行校验。
16.进一步地，对电网模型进行简化的方法包括：如果电网模型中两配变之间或配变与主变之间串联的馈线段数量超过1条，则将串联的各个馈线段合并为1条馈线段。
17.进一步地，对电网模型进行简化的方法包括：仅保留电网模型中的电源、高压母线、配电变压器、开关和馈线。
18.进一步地，对电网模型进行简化的方法包括：对于电网模型中的每种开关设备，若存在串接的情况，仅保留一个，开关设备的开断状态为串接的开关设备开断的并集。
19.进一步地，对于获取的变压器低压侧或高压侧的电压和功率，若存在缺失数据，则采用差值平均的方法进行补齐修正。
20.进一步地，将变压器低压侧的电压和功率，分别加上变压器的内部电压和功率的损耗，得到变压器高压侧的电压和功率。
21.进一步地，在单端计算方法中，线路段的首端电压与末端电压之间的关系为：
[0022]v0
＝1+iz
[0023]
其中，v0为首端电压，v1为末端电压，i为电流，z为阻抗。
[0024]
本发明的第二个方面提供一种配电网参数校验系统，其包括：
[0025]
模型简化模块，其被配置为：获取电网模型并进行简化，得到线路潮流模型；
[0026]
折算模块，其被配置为：获取变压器低压侧或高压侧的电压和功率，并将低压侧的电压和功率折算到高压侧；
[0027]
阻抗计算模块，其被配置为：在线路潮流模型中，如果拓扑类型是两个变压器之间没有公共交点，则基于每个变压器的电压和功率，采用单端计算方法，计算出线路段的阻抗；如果拓扑类型是两个变压器之间有公共交点，则基于两个变压器的电压和功率，采用双端计算方法，计算出线路段的阻抗；
[0028]
长度计算模块，其被配置为：基于线路段的阻抗，结合每段线路下的单位阻抗，计算出线路段的长度；
[0029]
校验模块，其被配置为：基于线路段的阻抗和长度，对台账中已有参数进行校验。
[0030]
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种配电网参数校验方法中的步骤。
[0031]
本发明的第四个方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种配电网参数校验方法中的步骤。
[0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0033]
本发明提供了一种配电网参数校验方法，其提出单端和双端算法，在仅考虑幅值的情况下进行线路参数的计算，计算出线路的电阻、电抗及长度，只考虑幅值，解决了量测数据采集不同步的问题。
[0034]
本发明提供了一种配电网参数校验方法，其以配网cim模型为基础，进行cim模型的简化，简化了不必要的元素，快速生成线路潮流模型，为参数计算提供基础，加快了参数计算速度，进而加快了参数校验速度。
[0035]
本发明提供了一种配电网参数校验方法，其由后向前递推的计算方式，减少了算法的计算工作量。
附图说明
[0036]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0037]
图1是本发明实施例一的两个变压器之间没有公共交点的线路的示意图；
[0038]
图2是本发明实施例一的两个变压器之间有公共交点的线路的示意图；
[0039]
图3是本发明实施例一的双曲线的示意图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0041]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0042]
实施例一
[0043]
本实施例提供了一种配电网参数校验方法，综合分析各线路的情况，以配网公共信息(cim)模型为基础，进行cim模型的简化，简化了不必要的元素，快速生成线路潮流模型，为参数计算提供基础；基于潮流模型和配变量测值，准确计算配网线路电气参数，包括线路的电阻、电抗以及长度；对台账中已有参数进行校验，并对台账中缺失参数进行补充。提出单端和双端算法，在仅考虑幅值的情况下进行线路参数的计算，计算出线路的电阻、电抗及长度，只考虑幅值，解决了量测数据采集不同步的问题；由后向前递推的计算方式，减少了算法的计算工作量。具体包括如下步骤：
[0044]
步骤1、实时获取电网模型(cim模型)，在iec61970cim的基础上对cim拓扑模型进行解析和简化，得到只有中压线变站的简化潮流模型，为配电网拓扑辨识模型及线路参数的计算等提供了数据基础。
[0045]
其中，电网模型简化的具体步骤为：
[0046]
(1)合并串联的馈线段：如果原拓扑(cim模型)中两配变之间、配变与主变之间串联的馈线段数量超过1条，则将串联的各个馈线段合并为1条馈线段，合并串联的馈线段可以在不改变原拓扑连接关系的情况下减少拓扑规模；
[0047]
(2)去除冗余的电气设备：仅保留cim模型中的电源、高压母线、配电变压器、开关和馈线这五种对拓扑结构有影响的物理设备；
[0048]
(3)删去多余的开关设备：原拓扑中串接的各种开关设备仅保留其中的一个(即对于电网模型中的每种开关设备，若存在串接的情况，仅保留一个)，开关设备的开断状态为串接开关设备开断的并集；拓扑辨识仅关注配变之间的连接关系，与配变内部的状态无关。
[0049]
步骤2、获取来自于配变侧的量测数据。
[0050]
步骤201、获取配变低压侧的量测数据，并将配变低压侧数据折算到高压侧，具体实现步骤：
[0051]
(1)获取变压器的基础参数信息(包括变压器的型号、容量sn、变压器的档位tap)。
[0052]
(2)根据计及变压器的内部损耗，计算出变压器内部的损耗(即电压损耗与功率损耗)，将获取的量测数据，包括变压器低压侧的电压u1和功率(有功功率p、无功功率q)，分别加上变压器的内部电压和功率损耗δu和δs，即得到变压器高压侧的电压和功率，计算步骤如下：
[0053]
u2＝δu+u1
[0054]
s2＝δs+s1
[0055][0056][0057]
其中，u2为高压侧电压，u1为低压侧电压，s2为高压侧功率，s1为低压侧功率，r和x分别为变压器的内部电阻与电抗，为功率因数角，δu和δs分别为变压器的内部电压和功率损耗，p和q分别为低压侧的有功功率和无功功率，i表示电流，j表示复数的虚部。
[0058]
步骤202、获取配变高压侧的量测数据有功功率p、无功功率q以及电压u；此时不用进行电压、有功功率、无功功率的折算。
[0059]
步骤3、对所获得的量测数据进行筛选评估，对异常、缺失的量测数据进行处理。
[0060]
首先对电压进行评估，按照标准用户端电压在198～235.4v范围内算正常，超过或低于这个范围的属于异常数据，将异常电压进行去除，由于在一个配变下所有用户的电压应是相等的，所以直接将不良数据去除，不影响计算。
[0061]
对功率的筛选，功率由于用户的用电量不同，其功率也不相同，判断功率是否异常，根据每家用户的用电量判断获取到的量侧功率是否正常，将异常的量测值去除。
[0062]
对于缺失数据采用差值平均的方法进行补齐修正。
[0063]
步骤4、基于潮流模型及配变量测值进行参数计算。
[0064]
根据简化后的拓扑模型及取到的量测数据结合单端计算方法或双端计算方法，从变压器末端开始从后向前推逐级逐段的计算出各个线路段的电阻、电抗以及线路段的长度。
[0065]
步骤401、单端计算方法：在潮流模型中，如果拓扑类型是两个变压器之间没有公共交点，知道每个变压器的电压、有功功率、无功功率，则采用单端计算方法，计算出线路段的阻抗，再根据每段线路下的单位阻抗，计算出此线路段的长度，以此向前推。
[0066]
以图1所示的简单分支线路为例，单端参数计算是在已知一条分支线路首端电压(v0)和末端有功、无功、电压(p1、q1、v1)的情况下根据假设条件来求解线路电气参数的方法。在计算过程中以v1为参考点，功率因数角为θ，假设阻抗角为α，从而根据已知与假设的条件来进行求解。需要说明的是，单端参数计算是利用了变压器高压侧的数据。
[0067]
根据基本的电力计算公式：
[0068]
s＝p1+jq1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0069]
s＝u1i
*
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0070]
由(1)(2)两式联立可以得到电流的计算公式：
[0071][0072]
根据线路中电压损耗的基本原理，列写出图1线路中首末两端电压之间的关系：
[0073]v0
＝v1+iz
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0074]
求解式(4)，关于未知参数z的一元二次方程，得出阻抗z。
[0075]
步骤402、双端计算方法：在潮流模型中，如果拓扑类型是两个变压器之间有公共交点，知道每个变压器的末端有功功率p1和p2、末端无功功率q1和q2、末端电压v1和v2，则
采用双端计算方法，计算出线路段的阻抗，再根据每段线路下的单位阻抗，计算出此线路段的长度，以此向前推。
[0076]
以图2所示的简单分支线路为例，双端参数计算是指利用具有一个公共交点的两条分支线路各自的有功、无功和电压来求解该两条分支线路电气参数的方法。
[0077]
在计算过程中以v1、v2为参考点，两条分支线路的功率因数角为θ1、θ2，假设两条分支线路的阻抗角为α1、α2，从而根据已知与假设的条件来求解出这段线路的电气参数。
[0078]
根据基本的电力计算公式：
[0079]
s＝p+jq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0080]
s＝ui
*
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0081]
由(5)(6)两式联立可以得到电流的计算公式：
[0082][0083]
即可得到关于z的方程：
[0084][0085][0086]
选两个不同的时刻带入上述方程(8)和(9)，最终形成(10)-(11)式的二元二次方程组：
[0087][0088][0089]
其中，v为参考点电压、s为公式(7)中电流取实部，功率因数角为θ1、θ2，假设阻抗角为α1、α2，z1和z2分别为两条分支线路的阻抗。
[0090]
此时求解关于未知参数z1、z2的二元二次方程组，即式(8)和(9)。在进行双端计算时，由于是解一个二元二次方程组，所以要选择两个时刻的量测数据进行求解。
[0091]
通过利用牛顿拉夫逊法对函数进行求解，牛顿
‑‑
拉夫逊法(简称牛顿法)在数学上是求解非线性代数方程式的有效方法。其要点是把非线性方程式的求解过程变成反复地对相应的线性方程式进行求解的过程。即通常所称的逐次线性化过程。
[0092]
在待求量z1、z2的某一个初始估计值z
1(0)
、z
2(0)
附近，将式(8)和(9)展开成泰勒级数并略去二阶及以上的高阶项，得到如下的经线性化的方程组：
[0093]fj
(z
1(0)
,
2(0)
)+f
′j(z
1(0)
)δz
1(0)
+f
′j(z
2(0)
)δz
2(0)
＝0 j＝1、2
[0094]
其中，fj对应的为fj。
[0095]
上式称之为牛顿法的修正方程式。由此可以求得第一次迭代的修正量：
[0096]
δz
i(0)
＝-[f
′j(z
i(0)
)]-1fj
(z
i(0)
)i＝1、2 j＝1、2
[0097]
将δz
i(0)
和z
i(0)
相加，得到变量的第一次改进值z
i(1)
。接着就从z
i(1)
出发，重复上述计算过程。因此从一定的初值z
i(0)
出发，应用牛顿法求解的迭代格式为：
[0098]f′j(z
i(k)
)δz
i(k)
＝-fj(z
i(k)
)
[0099]zi(k+1)
＝z
i(k)
+δz
i(k)
[0100]
其中，f
′j(zi)是函数fj(zi)对于变量zi的一阶偏导数矩阵,即k为迭代次数。
[0101]
有上式可见，牛顿法当初始估计值z
i(0)
和方程的精确解足够接近时，收敛速度非常快，具有平方收敛特性。
[0102]
如图3所示，通过以上不断迭代，直到收敛，来得到待求电气参数的值，将所负值舍去，就得到要求的未知参数的阻抗值，即双曲线的交点就为所求解。
[0103]
步骤5、基于步骤4得到的线路的电阻、电抗以及长度，对台账中已有参数进行校验，并对台账中缺失参数进行补充。
[0104]
实施例二
[0105]
本实施例提供了一种配电网参数校验系统，其具体包括：
[0106]
模型简化模块，其被配置为：获取电网模型并进行简化，得到线路潮流模型；
[0107]
折算模块，其被配置为：获取变压器低压侧或高压侧的电压和功率，并将低压侧的电压和功率折算到高压侧；
[0108]
阻抗计算模块，其被配置为：在线路潮流模型中，如果拓扑类型是两个变压器之间没有公共交点，则基于每个变压器的电压和功率，采用单端计算方法，计算出线路段的阻抗；如果拓扑类型是两个变压器之间有公共交点，则基于两个变压器的电压和功率，采用双端计算方法，计算出线路段的阻抗；
[0109]
长度计算模块，其被配置为：基于线路段的阻抗，结合每段线路下的单位阻抗，计算出线路段的长度；
[0110]
校验模块，其被配置为：基于线路段的阻抗和长度，对台账中已有参数进行校验。
[0111]
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
[0112]
实施例三
[0113]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的一种配电网参数校验方法中的步骤。
[0114]
实施例四
[0115]
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的一种配电网参数校验方法中的步骤。
[0116]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0117]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0118]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0119]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0120]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法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，可包括如上述各方法的实施例的流程。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 accessmemory，ram)等。
[0121]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。