一種基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于電力系統電壓類噪聲信號的節點電壓相互影響因子辨識方法，屬于電力系統穩定分析評估領域。首先明確電壓相互影響因子的應用條件和適用對象：電壓相互影響因子主要用于衡量多直流系統中各直流系統之間的相互影響作用，基于系統穩態或暫穩態過程；對系統進行線性簡化，建立多送出直流系統節點電壓靈敏度辨識模型；采集電力系統中各節點電壓信號，進行信號濾波、限幅、去趨勢等處理，得到節點電壓類噪聲信號；采用多元線性化逐步回歸的方法辨識得到直流線路換流母線電壓間的相互影響因子。本發明方法可以用于監測系統間的相互作用強度，為系統局部穩定程度提供判據，有效提高電力系統穩定風險預測效率，降低實地試驗的成本。
【專利說明】-種基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法，屬于電力 系統穩定分析評估領域。

【背景技術】
[0002] 隨著我國高壓直流工程的不斷建設，已經出現了多了交直流互聯大電網，對于多 直流系統而言，其落點緊密、電氣距離近，各直流系統間具有強耦合特征。與純交流系統或 者單直流系統相比，多直流系統的穩定程度不僅與本直流系統電網結構、控制方式等有關， 也受到與相鄰其它直流系統影響，因此多直流系統間的相互作用特性對整個交直流系統的 安全穩定有很大的影響，合理有效的評價多直流系統間的相互作用對于今后交直流大電網 前期規劃和穩定運行意義重大
[0003] 目前，用來衡量多直流系統中各直流之間相互影響作用的指標主要有直流線路之 間的等值耦合阻抗、節點電壓相互作用系數、多饋入交互作用因子（MIIF)三種，第一種指 標根據已知系統的網絡結構和參數進行離線計算得到；第二種指標基于潮流模型推導得 出節點電壓之間的相對變化關系；第三種指標則基于系統實際運行方式進行擾動實驗，或 換流母線實地投切電抗或仿真實驗設置節點電壓跌落，獲得各直流系統之間的交互作用因 子。
[0004] 上述三種方法，在一定的條件下得到的系統電壓交互作用評價指標具有一致性， 但同時也存在很多差異：第一種方法對系統模型數據依賴性強，對于規模巨大的實際系統， 進行拓撲分析任務量巨大，多用于規劃中系統穩定性的初步評估，應用性不強。此外，該方 法主要考慮系統間的電氣距離和聯接關系，欠缺考慮系統中的控制方式和調節設備的影 響；第二種方法基于實際系統和運行方式，擾動實驗求得的評價指標包含了系統中復雜的 電氣關系，貼近實際，但擾動過程需要慎重，可能會對系統的正常運行產生干擾。第三種方 法，克服了第二種方法的缺點，但是這種方法需要先得到該時段系統的網架結構和運行數 據，再建立交直流潮流計算模型，該方法對電網的結構依賴度較強。同時，上述三種方法均 難以做到系統相互影響程度的實時評估和監測，因此需要一種對系統模型依賴度較小，分 析過程相對較簡單且可以實現在線評估目的電壓相互影響因子在線辨識方法。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提出一種基于電力系統類噪聲的電壓相互作用因子在線辨識方 法，以評估多直流線路換流母線之間相互的相互影響作用的同時，克服現有方法操作繁瑣 難以實現在線實時監測的問題。
[0006] 本發明提出的基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法，包括以下步 驟：
[0007] (1)以電力系統的直流換流母線作為測試節點，以與該測試節點的連接阻抗值標 幺值在〇到〇. 1之間的母線作為待辨識節點，利用以下方法，分別得到測試節點和待辨識節 點的電壓類噪聲信號：
[0008] (1?1)利用電力系統中直流換流站的相位測量系統，分別實時采集電力系統中 測試節點和待辨識節點的電壓，設定一個寬度為的矩形采樣窗，從采樣的0時刻到At 時刻，完成第一時段的采樣后，對在線采樣長度為At的信號序列進行靈敏度辨識，從采樣 Λt時刻到3 △t/2時刻，完成第二時段的采樣后，對在線采樣長度為△t/2的信號序列與第 一采樣時段的后Λt/2長度的信號序列組成新的信號序列，進行靈敏度辨識，重復上述過 程，得到電力系統測試節點和待辨識節點的電壓信號序列。
[0009] (1?2)采用去趨勢方法，去除上述步驟（1?1)的電壓信號序列中的基頻分量， 分別得到測試節點和待辨識節點的電壓的類噪聲信號；
[0010] ⑵計算上述（1?2)得到的待辨識節點的類噪聲信號與測試節點的類噪聲信 號之間的相關系數，根據該相關系數，對待辨識節點與測試節點的相關度進行判斷，若相關 系數值在0. 00至±0. 30之間，則判定測試節點與待辨識節點為微相關，若相關系數值在 ±0. 30至±0. 50之間，則判定測試節點與待辨識節點為實相關，若相關系數值在±0. 50至 ±0. 80之間，則判定測試節點與待辨識節點之間為顯著相關，若相關系數計算在±0. 80至 ± 1. 00之間，則判定測試節點與待辨識節點為高度相關；
[0011] (3)采用多元線性回歸的方法，根據上述步驟（2)中測量節點與待辨識節點的相 關度，建立一個節點電壓相互影響因子的在線辨識模型如下：
[0012] ΔUm= U1+β2^U2+L+βjΔUj+L+βΝΔUn
[0013] 其中，i為待辨識節點序號，i= 1，2, 3LN，AUm為測量節點的電壓類噪聲信號， AUpΛU2、AUi和ΛUn分別為電力系統中各待辨識節點電壓類噪聲信號，I為第i個待 辨識節點與測量節點之間的電壓相互作用因子，Pi的取值方法為：根據上述步驟（2)得到 的相關度，若第i個待辨識節點與測量節點為微相關或實相關，則βi為〇,若第i個待辨識 節點與測量節點為顯著相關或高相關，則采用逐步回歸的方法，計算得到βi;
[0014] (4)采用自動檢測的方法，對步驟（3)得到的待辨識節點與測量節點之間的電壓 相互作用因子進行可靠性檢測，檢測方法如下：
[0015] 首先將可靠電壓相互影響因子記為QM，在Atlri時刻到Atn時刻，重復步驟（1)? 步驟（3)，得到電壓相互影響因子仏，在Atn時刻到Atn+1時刻，重復步驟⑴?步驟（3)， 得到電壓相互影響因子QN+1，將Qn與QN+1進行判斷，若IQN_QN+11〈10%XQn成立，則判定在 △tn時刻到Δtn+1時刻的電壓相互影響因子QN+1為不可靠，并使該時段內的Qn作為可靠電 壓相互影響因子Qm;若|QN+1-QnI彡10%XQn，則判定在Atn到Atn+1時段內的電壓相互影 響因子QN+1為可靠，并使該時段內的QN+1為可靠電壓相互影響因子Qm ;
[0016] (5)在Λtn+1時刻到Λtn+2時刻，重復步驟（1)?步驟（3)，得到電壓相互影響因 子Qn+2，將Qn+2 與上一時段的Qm進行判斷，若 |Qn+2-QmI〈10%xqm，或Iqn+2-qm| 彡 10%XQm, 且IQn+「QnI彡10 %XQn，則判定該時間段的Qn+2為可靠電壓相互影響因子Qm，若 Qn+2_QmI> 10%XQm，且lQN+1_QNl〈l〇%XQn，則判定該時間段的QN+2為不可靠，使該時間段 的QN+2等于上述QN+1，并將QN+1作為Λtn+1到Λtn+2時段的可靠電壓相互影響因子Qm;
[0017] (6)以步驟（4)、步驟（5)中得到的Qm分別作為第一階段內三個時段的節點電壓 相互影響因子的在線辨識結果；
[0018] (7)重復步驟（6)，依次得到各辨識階段的節點電壓相互影響因子的在線辨識結 果，形成節點電壓相互影響因子曲線。
[0019] 本發明提出的基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法，其優點是：
[0020] 本發明方法可以根據電力系統中本來就存在的類噪聲信號，不需要干擾試驗，就 可以方便快捷的辨識得到電力系統多直流換流母線之間的相互影響因子。本發明方法可以 用于監測系統間的相互作用強度，為系統局部穩定程度提供判據，有效提高電力系統穩定 風險預測效率，降低實地試驗的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明方法中涉及的線性逐步回歸方法流程圖。
[0022] 圖2是本發明方法中涉及的節點電壓相互影響因子可靠性檢測流程圖。
[0023] 圖3是本發明方法得到的節點電壓相互影響因子在線辨識結果示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 本發明提出的基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法，包括以下步 驟：
[0025] (1)以電力系統的直流換流母線作為測試節點，以與該測試節點的連接阻抗值標 幺值在〇. 1到〇. 5之間的母線作為待辨識節點，利用以下方法，分別得到測試節點和待辨識 節點的電壓類噪聲信號：
[0026] (1?1)利用電力系統中直流換流站的相位測量系統，分別實時采集電力系統中 測試節點和待辨識節點的電壓，選擇采樣窗在線移動和實時遞歸算法來實現分段采樣實時 監測，設定一個寬度為At的矩形采樣窗，從采樣的0時刻到At時刻，完成第一時段的采 樣后，對在線采樣長度為△t的信號序列進行靈敏度辨識，從采樣△t時刻到3 △t/2時刻， 完成第二時段的采樣后，對在線采樣長度為的信號序列與第一采樣時段的后At/2 長度的信號序列組成新的信號序列，進行靈敏度辨識，重復上述過程，得到電力系統測試節 點和待辨識節點的電壓信號序列；使電力系統的節點電壓相互影響因子在線辨識時間間隔 縮短為At/2,辨識速度加快；
[0027] (1?2)采用去趨勢方法，去除上述步驟（1?1)的電壓信號序列中的基頻分量， 分別得到測試節點和待辨識節點的電壓的類噪聲信號；實際電力系統中存在較大慣性，電 網高頻振蕩信號較少，因此類噪聲信號主要分量集中于低頻段。同時，根據國內外學者研究 結果，電力系統動態信息主要由低頻信號呈現，與高頻分量關系不大。因此，需要對采集到 的類噪聲信號進行去趨勢、濾波和限幅等預處理，以保證采集信號的有效性。
[0028] (2)節點電壓相互影響因子對象主要是針對直流換流母線之間的相互作用的，在 辨識過程中還會涉及到周圍鄰近的交流母線，實際系統中，直流換流母線可能周圍節點眾 多，均作為對該節點影響的節點參與靈敏度辨識計算量較大，影響在線辨識的速度，有必要 對該節點與周圍節點進行相關度分析，篩選出對其影響作用較強的節點，參與電壓相互作 用因子的辨識過程。計算上述（1?2)得到的待辨識節點的類噪聲信號與測試節點的類噪 聲信號之間的相關系數，根據該相關系數，對待辨識節點與測試節點的相關度進行判斷，若 相關系數值在〇. 〇〇至±0. 30之間，則判定測試節點與待辨識節點為微相關，若相關系數值 在±0. 30至±0. 50之間，則判定測試節點與待辨識節點為實相關，若相關系數值在±0. 50 至±0. 80之間，則判定測試節點與待辨識節點之間為顯著相關，若相關系數計算在±0. 80 至± 1. 00之間，則判定測試節點與待辨識節點為高度相關；
[0029] (3)采用多元線性回歸的方法，根據上述步驟⑵中測量節點與待辨識節點的相 關度，建立一個節點電壓相互影響因子的在線辨識模型如下：
[0030] ΔUm = U1+β2^U2+L+βjΔUj+L+βΝΔUn
[0031] 其中，i為待辨識節點序號，i= 1，2, 3LN，AUm為測量節點的電壓類噪聲信號， ΛΛU2、ΛUi和ΛUn分別為電力系統中各待辨識節點電壓類噪聲信號，βi為第i個待辨 識節點與測量節點之間的電壓相互作用因子，表示測量節點電壓類噪聲信號相對于待辨識 節點i電壓類噪聲信號的靈敏程度。βi的取值方法為：根據上述步驟（2)得到的相關度， 若第i個待辨識節點與測量節點為微相關或實相關，則βi為〇,若第i個待辨識節點與測 量節點為顯著相關或高相關，則采用逐步回歸的方法，計算得到βi，計算過程如圖1所示；
[0032] (4)在電力系統網架結構未發生突變或暫態故障前提下，假設在每一個電壓信號 采樣周期和電壓相互影響因子相關系數計算的時段內，電力系統中各節點電壓影響因子不 變。
[0033] 采用自動檢測的方法，對步驟（3)得到的待辨識節點與測量節點之間的電壓相互 作用因子進行可靠性檢測，檢測方法如圖2所示，具體描述如下：
[0034] 設每個測試節點和待辨識節點的電壓類噪聲信號和每個電壓相互影響因子相關 度計算的周期內的待辨識節點與測量節點之間的電壓相互作用因子不變，利用步驟（3) 的計算方法，首先將可靠電壓相互影響因子記為QM，在Atlri時刻到Atn時刻，重復步驟 (1)?步驟（3)，得到電壓相互影響因子％，在Atn時刻到Atn+1時刻，重復步驟（1)?步驟 ⑶，得到電壓相互影響因子QN+1，將Qn與QN+1進行判斷，若IQN_QN+11〈10%XQn成立，則判定 在Atn時刻到Atn+1時刻的電壓相互影響因子QN+1為不可靠，并使該時段內的％作為可靠 電壓相互影響因子Qm;若|QN+1-QnI彡10%XQn，則判定在Atn到Atn+1時段內的電壓相互 影響因子QN+1為可靠，并使該時段內的QN+1為可靠電壓相互影響因子Qm ;
[0035](5)在Λtn+1時刻到Λtn+2時刻，重復步驟（1)?步驟（3)，得到電壓相互影響因 子Qn+2，將Qn+2 與上一時段的Qm進行判斷，若 |Qn+2-QmI〈10%xqm，或Iqn+2-qm| 彡 10%XQm, 且IQn+「QnI彡10 %XQn，則判定該時間段的Qn+2為可靠電壓相互影響因子Qm，若 Qn+2_QmI> 10%XQm，且lQN+1_QNl〈l〇%XQn，則判定該時間段的QN+2為不可靠，使該時間段 的QN+2等于上述QN+1，并將QN+1作為Λtn+1到Λtn+2時段的可靠電壓相互影響因子Qm ;
[0036] (6)以步驟（4)、步驟（5)中得到的Qm分別作為第一階段內三個時段的節點電壓 相互影響因子的在線辨識結果；
[0037] (7)重復步驟（6)，依次得到各辨時段的節點電壓相互影響因子的在線辨識結果， 形成節點電壓相互影響因子曲線，如圖3所示，便于在線實時監測節點電壓之間的相互作 用關系。
[0038] 在實際電力系統中，由于投切電容、負荷波動等情況時刻存在，因此電力系統測量 結果中包含有種類繁多的信號量，這些信號量既有反映系統穩定運行狀態的穩態量，也有 類似噪聲的波動量，稱為類噪聲信號。類噪聲信號包含很多系統的動態信息，可以用來反映 系統的某些特性。本發明方法就是利用系統節點電壓類噪聲信號可以反映系統各母線之間 電壓相對變化關系這一特性，對采集得到的電壓類噪聲信號進行處理，保留其中有效頻段 信息，為下面的辨識過程準備數據。
[0039]本發明方法涉及的節點電壓相互影響因子，表征的是穩態或暫穩態系統的狀態。 根據系統動態靈敏度辨識方法，仿照多饋入交互因子的定義，用節點電壓間的關系來表征 節點間的相互作用關系，選取所研究節點的電壓值作為狀態變量，選取該節點附近母線的 電壓值作為該狀態量的作用變量，局部網絡中其余節點電壓對研究節點的電壓影響近似用 線性關系描述。在系統運行過程中，任取一段時間At，由于系統電壓在平衡點附近小幅波 動，可以近似認為電力系統運行方式不變，因此電壓相互影響因子在觀測的數據集內保持 不變。建立待辨識節點電壓與周圍測量節點電壓之間的關系模型，如下式：

【權利要求】
1. 一種基于類噪聲的節點電壓相互影響因子的在線辨識方法，其特征在于該方法包括 以下步驟： (1) 以電力系統的直流換流母線作為測試節點，以與該測試節點的連接阻抗值標幺值 在0到0. 1之間的母線作為待辨識節點，利用以下方法，分別得到測試節點和待辨識節點的 電壓類噪聲信號： (1?1)利用電力系統中直流換流站的相位測量系統，分別實時采集電力系統中測試 節點和待辨識節點的電壓，設定一個寬度為At的矩形采樣窗，從采樣的0時刻到At時 亥IJ，完成第一時段的采樣后，對在線采樣長度為At的信號序列進行靈敏度辨識，從采樣 A t時刻到3 △ t/2時刻，完成第二時段的采樣后，對在線采樣長度為△ t/2的信號序列與第 一采樣時段的后A t/2長度的信號序列組成新的信號序列，進行靈敏度辨識，重復上述過 程，得到電力系統測試節點和待辨識節點的電壓信號序列。 (1?2)采用去趨勢方法，去除上述步驟（1?1)的電壓信號序列中的基頻分量，分別 得到測試節點和待辨識節點的電壓的類噪聲信號； (2) 計算上述（1?2)得到的待辨識節點的類噪聲信號與測試節點的類噪聲信號之間 的相關系數，根據該相關系數，對待辨識節點與測試節點的相關度進行判斷，若相關系數值 在0. 00至±0. 30之間，則判定測試節點與待辨識節點為微相關，若相關系數值在±0. 30 至±0. 50之間，則判定測試節點與待辨識節點為實相關，若相關系數值在±0. 50至±0. 80 之間，則判定測試節點與待辨識節點之間為顯著相關，若相關系數計算在±0. 80至± 1. 00 之間，則判定測試節點與待辨識節點為高度相關； (3) 采用多元線性回歸的方法，根據上述步驟（2)中測量節點與待辨識節點的相關度， 建立一個節點電壓相互影響因子的在線辨識模型如下： A Um = i A1^+ 3 2 A U2+L+ 3 i A 1^+1^+ 3 N A UN 其中，i為待辨識節點序號，i = 1，2, 3L N，AUm為測量節點的電壓類噪聲信號，AUp A U2、A仏和A UN分別為電力系統中各待辨識節點電壓類噪聲信號，0 i為第i個待辨識節 點與測量節點之間的電壓相互作用因子，Pi的取值方法為：根據上述步驟（2)得到的相關 度，若第i個待辨識節點與測量節點為微相關或實相關，則0 i為〇,若第i個待辨識節點與 測量節點為顯著相關或高相關，則采用逐步回歸的方法，計算得到3 i ; (4) 采用自動檢測的方法，對步驟（3)得到的待辨識節點與測量節點之間的電壓相互 作用因子進行可靠性檢測，檢測方法如下： 首先將可靠電壓相互影響因子記為QM，在A tn_i時刻到A tn時刻，重復步驟（1)?步 驟（3)，得到電壓相互影響因子仏，在Atn時刻到Atn+1時刻，重復步驟⑴?步驟（3)，得 至IJ電壓相互影響因子QN+1，將QN%QN+1進行判斷，若|Q N_QN+1|〈l〇% XQN成立，則判定在Atn時刻到△ tn+1時刻的電壓相互影響因子QN+1為不可靠，并使該時段內的QN作為可靠電壓相 互影響因子QM;若|QN+1_QN|彡10% XQN，則判定在八、到Atn+1時段內的電壓相互影響因 子QN+1為可靠，并使該時段內的QN+1為可靠電壓相互影響因子QM; (5) 在Atn+1時刻到Atn+2時刻，重復步驟⑴?步驟（3)，得到電壓相互影響因子 qn+2，將qn+2與上一時段的qm進行判斷，若 Iqn+2-qm|〈io% xqm，或 |qn+2-qm| > 10% xqm， 且IQn+「QnI彡10 % xqn，則判定該時間段的qn+2為可靠電壓相互影響因子qm，若 QN+2-QMl > 10% XQM，且|qn+1-qn|〈10% xqn，則判定該時間段的qn+2為不可靠，使該時間段 的QN+2等于上述QN+1，并將QN+1作為A tn+1到A tn+2時段的可靠電壓相互影響因子QM ; (6) 以步驟（4)、步驟（5)中得到的QM分別作為第一階段內三個時段的節點電壓相互 影響因子的在線辨識結果； (7) 重復步驟（6)，依次得到各辨識階段的節點電壓相互影響因子的在線辨識結果，形 成節點電壓相互影響因子曲線。
【文檔編號】H02J3/36GK104332984SQ201410589038
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】梁劍, 王印峰, 高峰, 陸超, 田蓓, 趙曉東 申請人:國網寧夏電力公司電力科學研究院, 清華大學