基于故障触发的PMU控制方法及系统与流程

基于故障触发的pmu控制方法及系统
技术领域
1.本发明属于电力系统广域测量技术领域，具体涉及一种基于故障触发的pmu控制方法及系统。


背景技术：

2.同步相量测量装置(pmu：phasor measurement unit)是利用全球定位系统(gps)秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元。可用于电力系统的动态监测、系统保护和系统分析和预测等领域。是保障电网安全运行的重要设备。世界范围内已安装使用数百台pmu。现场试验、运行以及应用研究的结果表明：同步相量测量技术在电力系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护、故障定位等方面获得了应用或有应用前景。基于gps时钟的pmu能够测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，通过通信网把数据传到监测主站，监测主站根据不同点的相位幅度，在遭到系统扰动时确定系统如何解列、切机及切负荷，防止事故的进一步扩大甚至电网崩溃。
3.但pmu在数据传输时还是存在数据传输丢包、延时等缺陷。这将导致电网主站无法及时得到与故障状态有关的信息，无法及时作出挽救措施，带来巨大的经济损失。
4.而且我国具有广阔的领土，电力系统广泛分布在不同的地理位置上，其结构特征决定了需要增设大量的pmu。这也将产生海量的数据需要通过通信网络进行传输，给现有的通信网络带来具体的压力。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于故障触发的pmu控制方法及系统，可以减少网络上的通信负担，同时确保系统的稳定性。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
7.一种基于故障触发的pmu控制方法，其包括以下步骤：
8.s1：根据配网pmu采集的信号进行数据建模：
[0009][0010]
其中x(t)、u(t)、ω(t)、y(t)分别为电网的状态向量、控制输入向量、外部干扰和输出向量，a、b、b
ω
为适当维数的系统参数矩阵，c、d为加权矩阵；g(t，x(t))为连续非线性向量函数；t为时间；
[0011]
s2、设置故障触发索引γ
t
，
[0012]
其中，γ
t
＝0表示不满足故障触发条件并且没有将对应pmu测量数据发送至估计器，γ
t
＝1，则表示满足故障触发条件，将对应配网pmu测量数据发送至估计器，为一个随机变量；
[0013]
f(.)表示故障触发函数，其确定在故障时刻估计器可用的信息；故障触发函数为一个高斯核函数，即
[0014]
其中σ为是非奇异正旦加权矩阵，其确定高斯核的形状；y
t
表示pmu在t时刻发送的向量；y
it
表示pmu在it时刻发送的向量，其是最后一个满足故障触发条件的信息；
[0015]
s3、估计器接收的信息表示如下：最终估计器接收到的测量数据为i
t
＝{y1，y2，...y
t-1
，y
t
}。
[0016]
在本发明一实施例中，所述估计器为rmse估计器。
[0017]
在本发明一实施例中，配网pmu通过以太网或互联网与电网主站直接通信连接，不满足故障触发条件时，对应的配网pmu将测量数据进行本地存储；在需要时才由该配网pmu直接将测量的数据发送至电网主站。
[0018]
在本发明一实施例中，还包括s4、电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理，以获得故障信息的估计精度。
[0019]
进一步的，s4包括以下步骤：采用贝叶斯规则获得该信息的后验概率密度函数：p(x
t
|i
t
)；对该密度函数采用狄拉克-德尔塔函数和粒子进行近似处理，最后获得归一化权重通过该归一化权重与一预先设置的阈值进行比对，判断该故障信息是否满足估计精度。
[0020]
本发明还提供了一种基于故障触发的pmu控制系统，其多个包括配网pmu，多个所述配网pmu分别安装于配电网中的各个节点；每个配网pmu均包括一故障触发控制器；所述故障触发控制器用于执行上述的控制方法；配网pmu通过通信网络与估计器进行通信连接。
[0021]
在本发明一实施例中，所述估计器为rmse估计器。
[0022]
在本发明一实施例中，配网pmu通过以太网或互联网与电网主站直接通信连接，不满足故障触发条件时，对应的配网pmu将测量数据进行本地存储；在需要时才由该配网pmu直接将测量的数据发送至电网主站。
[0023]
在本发明一实施例中，所述估计器将接收的数据发送至电网监测主站的服务器；电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理，以获得的该故障信息的估计精度。
[0024]
进一步的，电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理包括以下步骤：采用贝叶斯规则获得后验概率密度函数：p(x
t
|i
t
)；对该密度函数采用狄拉克-德尔塔函数和粒子滤波进行处理，最后获得归一化权重通过将该归一化权重与一预先设置的阈值进行比对，判断该故障信息是否满足估计精度要求。
[0025]
通过本发明所提供的技术方案在保证故障信息的有效传输的情况下，减少了网络通信负担，节省了有限的网络带宽。
[0026]
即使不满足故障触发条件时也能对应的pmu将测量数据进行本地存储。在需要时(例如数据回溯或电网大数据分析时)由配网pmu直接将测量的数据发送至电网主站。保证了配电网数据的完整性。
[0027]
本发明采用的是开环故障触发，进一步降低电网的通信压力。
[0028]
本发明还对最终收到的pmu的故障数据，进行进一步验证，确保故障信息的准确性。
附图说明
[0029]
图1为本发明的主要流程示意图。
[0030]
图2为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
[0031]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0032]
一种基于故障触发的pmu控制方法，其包括以下步骤：s1：根据pmu采集的信号进行数据建模：
[0033][0034]
其中x(t)、u(t)、ω(t)、y(t)分别为电网的状态向量、控制输入向量、外部干扰和输出向量，a、b、b
ω
为适当维数的系统参数矩阵，与电网有关，c、d为加权矩阵；g(t，x(t))为连续非线性向量函数；t为时间；
[0035]
s2、设置故障触发索引γ
t
，
[0036]
其中，γ
t
＝0表示不满足故障触发条件并且没有将对应pmu测量数据发送至估计器，γ
t
＝1，则表示满足故障触发条件，将对应配网pmu测量数据发送至估计器，为一个随机变量；f(.)表示故障触发函数，其确定在无故障时刻估计器可用的信息；y
t
表示pmu在t时刻发送的向量；y
it
表示pmu在it时刻发送的向量，其是最后一个满足触发条件，由估计器接收的信息。
[0037]
在本发明一具体实施例中，所述估计器采用rmse估计器。
[0038]
故障触发函数可以为一个高斯核函数，即其中∑为是非奇异正旦加权矩阵，其确定高斯核的形状。
[0039]
故障触发方法，其通常可以分为具有随机或确定性故障目标的闭环方法和开环方法。在闭环方法中，由于故障触发条件与新采集的信号相关，因此在某些时刻需要从估计器到传感器(pmu)的反馈。由于反馈通信使得该方法成本太高，因此本发明采用的是开环故障触发，进一步降低电网的通信压力。
[0040]
s3、估计器接收的信息表示如下：最终估计器接收到的测量数据为i
t
＝{y1，y2，...y
t-1
，y
t
}；
[0041]
s4、电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理，以获得故障信息的估计精度，确保故障信息的准确性。
[0042]
在本发明一具体实施例中，当不满足故障触发条件时对应的pmu将测量数据进行本地存储。在需要时(例如数据回溯或电网大数据分析时)由配网pmu直接将测量的数据发
送至电网主站。
[0043]
由于本发明的pmu采集的数据只有在满足故障触发条件才会将数据传输至估计器中。这将导致估计器接收的量测信息不完整，给后续的故障信号进一步处理带来不小的挑战。
[0044]
在本发明一具体实施例中，可以由电网监测主站的服务器对估计器接收到的数据进行粒子滤波处理，以获得故障信息估计精度。具体包括以下步骤：
[0045]
采用贝叶斯规则获得后验概率密度函数：p(x
t
|i
t
)；对该密度函数采用狄拉克-德尔塔函数和粒子对其进行近似处理，最后获得归一化权重通过将该归一化权重与一预先设置的阈值进行比对，判断该故障信息是否满足估计精度要求。
[0046]
归一化权重可由以下公式表示：
[0047]
其中n为粒子群总数，分别表示第i、j个粒子的权重。
[0048]
由狄拉克-德尔塔函数求取：
[0049]
本发明的主要流程图参见图1。
[0050]
本发明还提供了一种基于故障触发的pmu控制系统，其多个包括配网pmu，多个所述配网pmu分别安装于配电网中的各个节点；每个配网pmu均包括一故障触发控制器；所述故障触发控制器用于执行上述的控制方法；配网pmu通过通信网络与估计器进行通信连接。
[0051]
在本发明一实施例中，所述估计器为rmse估计器。
[0052]
在本发明一实施例中，配网pmu通过以太网或互联网与电网主站直接通信连接。不满足故障触发条件时，对应的配网pmu将测量数据进行本地存储。在需要时才由配网pmu直接将测量的数据发送至电网主站。这样可以缓解通信网络的压力。
[0053]
在本发明一实施例中，所述估计器将接收的数据发送至电网监测主站的服务器；电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理，以获得该信息的估计精度。
[0054]
进一步的，电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理包括以下步骤：采用贝叶斯规则获得后验概率密度函数：p(x
t
|i
t
)；对该密度函数采用狄拉克-德尔塔函数和粒子滤波进行处理，最后获得归一化权重通过将该归一化权重与一预先设置的阈值进行比对，判断该故障信息是否满足估计精度要求。
[0055]
本发明的主要结构示意图参见图2。
[0056]
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、装置以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0057]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业
技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦写可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0058]
以上对本发明所提供的控制方法及系统进行了详细介绍。本发明中应用了具体实施了例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明申请权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种基于故障触发的pmu控制方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：根据配网pmu采集的信号进行数据建模：其中x(t)、u(t)、ω(t)、y(t)分别为电网的状态向量、控制输入向量、外部干扰和输出向量，a、b、b
ω
为适当维数的系统参数矩阵，c、d为加权矩阵；g(t，x(t))为连续非线性向量函数；t为时间；s2、设置故障触发索引γ
t
，其中，γ
t
＝0表示不满足故障触发条件并且没有将对应的pmu测量数据发送至估计器，γ
t
＝1，则表示满足故障触发条件，将对应的pmu测量数据发送至估计器，为一个随机变量；f(.)表示故障触发函数，其确定在故障时刻估计器可用的信息；故障触发函数为一个高斯核函数，即其中∑为是非奇异正旦加权矩阵，其确定高斯核的形状；y
t
表示pmu在t时刻发送的向量；y
it
表示pmu在it时刻发送的向量，其是最后一个满足故障触发条件的信息；s3、估计器接收的信息表示如下：最终估计器接收到的测量数据为i
t
＝{y1，y2，...y
t-1
，y
t
}。2.根据权利要求1所述的基于故障触发的pmu控制方法，其特征在于：所述估计器为rmse估计器。3.根据权利要求1所述的基于故障触发的pmu控制方法，其特征在于：配网pmu通过以太网或互联网与电网主站直接通信连接，不满足故障触发条件时，对应的配网pmu将测量数据进行本地存储；在需要时才由该配网pmu直接将测量的数据发送至电网主站。4.根据权利要求1所述的基于故障触发的pmu控制方法，其特征在于：还包括s4、电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理，以获得故障信息的估计精度。5.根据权利要求4所述的基于故障触发的pmu控制方法，其特征在于：s4包括以下步骤：采用贝叶斯规则获得后验概率密度函数：p(x
t
|i
t
)；对该密度函数采用狄拉克-德尔塔函数和粒子滤波进行处理，最后获得归一化权重通过将该归一化权重与一预先设置的阈值进行比对，判断该故障信息是否满足估计精度要求。6.一种基于故障触发的pmu控制系统，其特征在于：多个包括配网pmu，多个所述配网pmu分别安装于配电网中的各个节点；每个配网pmu均包括一故障触发控制器；所述故障触发控制器用于执行如权利要求1所述的控制方法；配网pmu通过通信网络与估计器进行通信连接。7.根据权利要求6所述的基于故障触发的pmu控制系统，其特征在于：所述估计器为
rmse估计器。8.根据权利要求6所述的基于故障触发的pmu控制系统，其特征在于：配网pmu通过以太网或互联网与电网主站直接通信连接，不满足故障触发条件时，对应的配网pmu将测量数据进行本地存储；在需要时才由该配网pmu直接将测量的数据发送至电网主站。9.根据权利要求6所述的基于故障触发的pmu控制系统，其特征在于：所述估计器将接收的数据发送至电网监测主站的服务器；电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理，以获得的估计精度。10.根据权利要求9所述的基于故障触发的pmu控制系统，其特征在于：电网监测主站对估计器接收到的数据进行处理包括以下步骤：采用贝叶斯规则获得后验概率密度函数：p(x
t
|i
t
)；对该密度函数采用狄拉克-德尔塔函数和粒子滤波进行处理，最后获得归一化权重通过将该归一化权重与一预先设置的阈值进行比对，判断该故障信息是否满足估计精度要求。

技术总结
本发明提出了一种基于故障触发的PMU控制方法及系统。该方法包括以下步骤：S1：根据配网PMU采集的信号进行数据建模：S2、设置故障触发索引γ


技术研发人员：柳劲松 周敏 刘舒 顾力 李惠民 张新慧 梁栋
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/20