复杂电能质量扰动事件区段定位方法研究
复杂电能质量扰动事件区段定位方法研究
1.项目背景
现代电网电能质量严重恶化，因电能质量造成的损失巨大，对电能质量进行有效监测和治理已刻不容缓。2014年12月，国家电网公司电能质量在线监测系统建成投运，全面应用于公司总部、27家省(市)公司、2家直属单位及328家地市级公司。电能质量监测规模不断扩大，但电能质量分析技术的发展严重滞后，缺乏高级分析功能，不能全面深度展示电网污染程度、污染类型、污染来源和传播过程，不能为污染综合治理、划清污染责任、实现按质定价提供有效的高级技术支撑。
复杂电网环境下，多个具有因果时空关联关系的基本事件组成的事件序列构成复杂电能质量扰动事件。与单一扰动事件相比，复杂扰动事件在发展过程中不仅包含时空中多个关联事件，还可能存在多个扰动事件源。这些复杂情况给扰动事件源定位、电能质量扰动事件综合诊断等电能质量分析相关研究，带来了诸多挑战。
2.论文所解决的问题及意义
扰动事件源定位是电能质量分析的核心工作之一。为解决现有矩阵算法和优化方法不能实现多扰动源定位的问题，本文利用Petri网善于对具有并发、同步以及不确定性等关系的离散系统进行建模的特点，用网图方式简洁、直观地表示扰动源位置与监测状态之间的关系，通过对比各可疑支路的可信度量化结果来实现复杂扰动事件源的区段定位。本文工作可以为事件责任划分、污染治理提供依据，为理清复杂扰动的发生演绎过程、实现复杂扰动事件的综合诊断奠定基础。
3.论文重点内容
1）复杂电能质量扰动事件区段定位框架。
在分时段扰动方向判别的基础上，本文通过构建可疑区段Petri网模型进行扰动事件源区段定位，定位框架如图1所示。
图1复杂扰动事件源定位框架
2）分时段单测点扰动方向判别。
对监测终端的某一段扰动信号而言，不同时段中扰动事件的数目可能不同，引发这些事件发生的事件源的数目也可能不同。根据扰动事件检测结果对扰动信号进行时段划分，然后再分时段进行单测点扰动方向判别和多测点扰动事件源区段定位。
根据式(1)求取由扰动叠加源产生的扰动功率，通过扰动能量的极性判断扰动源相对于监测点的位置。
(1)
3）基于测度加权模糊Petri网的区段定位。
可疑支路确定方法：根据网络拓扑结构建立系统稳态运行时的功率传输通路表，图2所示辐射型配电系统的功率传输通路表如表1所示。扰动情况下，各测点扰动功率的流向与扰动源位置有关，并且与稳态运行时的功率传输方向不同。沿功率传输方向，搜索每条功率传输通路中第一个扰动能量为正或最后一个扰动能量为负的支路，获取可疑扰动事件源支路。
图2典型配电系统拓扑结构
表1功率传输通路表
测度加权模糊Petri网定义：将测度概念引入命题的初始逻辑状态表示中，定义测度加权模糊Petri网十元组如式(2)所示。
(2)
建立扰动事件源Petri网定位模型：分别建立前向库所和后向库所到变迁结点t1和t2的映射，建立t1和t2到虚拟库所Z1和Z2的映射，最后建立Z1和Z2到元件库所L的映射。以图2支路L5为可疑支路为例，建立加权模糊Petri网如图3所示。
图3支路L5的测度加权模糊Petri网
状态测度提取方法：用状态测度表示各监测装置扰动方向可信度值，如式(3)所示。
(3)
式中：为强度测度，是所有监测点之间进行横向比较，从扰动强弱层面度量扰动方向可信度；为比值测度，是考查每个监测点自身，从扰动能量终值极性可靠性层面度量扰动方向可信度。
对于前向库所的强度测度，在满足该库所对应测点的扰动能量终值为负值的前提下，计算方法如式(4)所示；前向库所和后向库所的比值测度计算方法分别如式(5)、(6)所示。
(4)
(5)
(6)
Petri网参数确定方法：设置权值时，需考虑测点扰动信息的准确性，准确性高的测点对应输入弧权值越大，在定位过程中所起的作用也越大。为此，降低虚拟监测点对应库所的输入弧权值。
4）仿真验证。
算例1：图2所示电路，支路L5的F1点在0.08s发生单相接地短路故障，0.2s发展为两相接地短路，0.3s继电保护装置动作，断路器切除故障，0.7s重合闸装置重合于永久性故障，0.77s切除永久性故障。假设MSLD1、MSLD2、MSLD3、MSLD4、MSLD6、MSLD7、MSLD8和ML7是虚拟监测点，其余为实际监测点。表2给出了各监测点各时段的扰动方向判别结果，并与传统功率能量法(DEP)进行了对比，其中红色箭头部分表示采用DEP方法获得了错误的判别结果。
表2各时段扰动方向判别结果
结合表2结果，确定时段1、2和4的可疑支路均为L5。对支路L5构建测度加权模糊Petri网定位模型，通过Petri网矩阵推理获得1、2和4这3个时段扰动事件源在支路L5的可信度分别为0.774、0.902和0.812。
算例2：该算例主要验证在事件发展过程中存在中间扰动事件源的情况。图2中，将负荷SLD5分别设置为两种情况，第一种为普通负荷，第二种为容量是480kW的感应电动机负荷。仿真设置：0.08s线路L4的F2点发生三相短路故障，0.16s继电保护动作切除故障，0.55s重合闸成功，故障线路恢复供电。表3给出了本文方法的定位结果，并与矩阵算法进行了对比分析，验证了当存在两个扰动源时，本文方法能够准确定位。
表3本文方法与其他方法的比较
算例3：该算例针对扰动方向判决结果有误情况进行扰动事件源定位的容错性校验。仿真设置：在算例1基础上，假设时段1测点MSLD7和测点MSLD3的扰动方向判别结果误判为“↓”，其余测点扰动方向判别结果准确无误。此时，存在3个可疑扰动事件源，分别为SLD3、SLD7和L5。在测度值和依次取0.3、0.5和0.75三种情况下，采用测度加权模糊Petri网定位的结果如表4所示。
表4不同测度值情况下的定位结果
4.结论
在分时段扰动方向判别的基础上，采用测度加权模糊Petri网解决了现有方法不能实现多源复杂扰动事件定位的问题，定位过程充分考虑了测点扰动信息的准确性，定位结果具有较强的容错性能，能够为复杂扰动事件综合诊断提供依据。（董海艳, 贾清泉, 王宁, 石磊磊, 于浩）
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