基于电力线载波的低压配电网拓扑结构检错模型

赫嘉楠，牛健，栗磊，刘海涛，梁亚波 ,贠飞然

（1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏银川750011）2.北京新亚盛创电气技术有限公司，北京10000）

0 引言

低压配电网是电力系统的主要组成部分，由于其处于电力系统末端，与用户直接相连，承担着较为重要的供电任务[1-2]，而其中的低压配电网拓扑结构的检错是保障低压配电网正常运行的主要环节[3]，传统的检错方法主要有信号特征分析方法、粒子群检错和寻优方法、自适应参数融合方法和等效电路分析方法等，建立低压配电网拓扑结构的等效电路分析模型，结合低压配电网拓扑结构的参数输出特征进行检错处理，提高低压配电网拓扑结构可靠性。

文献[4]中提出基于Logistic回归的低压配电网拓扑结构检错分析方法，采用时间序列分析方法进行低压配电网拓扑结构的损耗特征分解和信息融合，结合模糊度寻优，实现配电网的拓扑分解和检错处理，但该方法进行低压配电网拓扑结构检错的可靠性不高，时间开销较大。文献[5]中提出基于参数融合分析的配电网检错模型，分析低压配电网拓扑结构的磁链与转矩的解耦参数模型，结合参数耦合辨识，实现低压配电网拓扑结构检错，但该方法进行低压配电网拓扑结构检错的抗干扰性不好。

针对上述问题，本文提出基于电力线载波信号特征分析的低压配电网拓扑结构检错模型。构建低压配电网拓扑结构的电力线载波信号模型，通过配电网拓扑结构特征分析进行检错处理，结合电力线载波的差异性特征量进行电网拓扑结构的故障诊断分析，通过谐振电感和谐振电容的输出特征分布实现低压配电网拓扑结构的检错分析。

1 低压配电网拓扑结构和载波信号模型

1.1 低压配电网拓扑结构特征分析

为了实现低压配电网拓扑结构检错分析，需要首先构建低压配电网拓扑结构的电力线载波信号模型，通过信号检波分析方法进行低压配电网拓扑结构电力线载波特征分析[6]，得到等效电路拓扑结构，如图1所示。

图1 等效电路拓扑结构

由图1可以看出，RST表示复位、初始化,在开机时要用RST信号使电路初始化，电路工作状态出现异常死机时，也要用RST信号使之重新启动。PSEN表示外部程序存储器读选通信号，实现外部ROM单元的读操作。ALE表示“任意的拉格朗日－欧拉自适应网格”，不改变原有网格的拓扑结构（单元和节点的数目和连接关系不会变化），而是在单分析步的求解过程中逐步改善网格的质量。

根据图1的低压配电网拓扑结构模型，进行三移相控制和载波特征分析[7]，引入低压配电网载波的磁链密度参数：

式中:Fm—载波特征量;

r—磁链密度指数。

在能量输入侧，得到低压配电网拓扑结构模型的N个低压配电网拓扑节点的状态特征量，得到低压配电网系统功率密度可以表示为

式中:i—低压配电网拓扑节点的状态特征量；

j—低压配电网系统功率。

当低压配电网拓扑结构的载波分量满足电力输出稳定性时，为随机扰动项，得到三移相控制函数为

分析输入输出侧H 桥开关管的参数特征量Hm，结合级联拓扑结构最优值u分析，得到低压配电网拓扑结构的双端信号特征输出为

根据谐振回路检测和融合滤波分析的方法，进行串补反馈补偿，提高低压配电网拓扑状态融合和检错能力[8-10]。

1.2 电力载波信号特征分析

结合信号增强算法进行载波信号滤波U的增强处理，分析低压配电网拓扑最优结构值e的电导频率分布特征量fi，结合频谱分量检测方法进行低压配电网拓扑结构的分布状态[11]，g(t)代表低压配电网拓扑结构的分布状态指数，得到低压配电网拓扑的能量开销：

计算低压配电网拓扑结构的等效导纳，通过相位差进行功率传输参数分析[12]，得到低压配电网拓扑结构的状态传输模型△w，则不同的工作模式配电网的传输时滞窗口为

式中:b(t)—功率传输参数。

当低压配电网拓扑结构的电力载波能量特征量Etotal=0 时，低压配电网的承受电压y(t)有最小值，此时，低压配电网拓扑结构的谐振回路承受电压为

式中：Q—谐振回路承受电压的稳态特征量；

x(t)—功率谱密度；

r—串联谐振回路的时滞参数，由此构建低压配电网拓扑结构的功率谱密度分布集Sj（j=1，2，…，n）。

提取低压配电网拓扑结构电力载波信号的关联规则特征量[13]，通过各种损耗参数估计，得到回流功率大小为Pi=（Pi1，Pi2，……，PiD），采用局部滤波放大分析的方法，得到低压配电网拓扑结构每个模态的换流参数为

式中:xk—低压配电网拓扑结构的电力载波采样时间序列;

m—低压配电网拓扑结构的载波嵌入维数；

uk—低压配电网拓扑结构损耗的反馈特征量。

根据上述分析，构建低压配电网拓扑结构的电力线载波信号模型，通过信号检波分析方法进行输出电力载波信号增强处理[14]。

2 低压配电网拓扑结构检错优化

2.1 电力线载波的检错特征分析

结合频谱分量检测方法进行低压配电网拓扑结构电力线载波信息融合和有功功率调制，通过配电网拓扑结构特征分析进行检错处理，回流功率为

式中:q—配电网拓扑结构特征量指数;

a(t)—低压配电网拓扑结构检错分析数据点xi和xj之间的相异度;

θ(t)—电力载波模态拓扑特征参数。

在H 桥电流被强迫换流至D5电路中，得到低压配电网拓扑结构错误特征分布的概率密度参数为

式中:B={b1,b2,…,bn}，bn—拓扑结构的第n个错误特征；

Hλ—概率密度指数。

根据电流ip和电压vC的波形分布差异性特征，结合谐振回路参数分析的方法[15]，得到电流自然换流的预测函数为

综上分析，结合低压配电网拓扑结构电力载波的输出差异性进行信息融合，得到低压配电网拓扑结构电力载波信号的增强输出：

式中:ak—低压配电网拓扑结构的比例系数;

br—局部收敛权重。

引入输出电压与输入电压比，得到低压配电网拓扑结构损耗串补度为

式中：a(t)—导纳参数；

c(t)—干扰分量。

定义电力线载波的检错特征为

式中：ci(t)—电力线载波错误信息分布的幅值；

wi(t)—自适应加权。

2.2 电力载波检错输出

建立低压配电网拓扑结构的检错分析和故障诊断模型，通过谐振电感和谐振电容的输出特征分布实现低压配电网拓扑结构的检错分析，得到低压配电网拓扑结构的谐振电容电压为

式中：cn—谐振电容。

在低压配电网拓扑结构电力线载波检测过程中，分析副边H 桥的S6和S7管承载特征，结合谐振电容电压检测分析方法，得到检错输出为

式中:a′与c′—低压配电网拓扑结构电力线载波信号采样的带宽和频谱。

电压增益的增量函数为{x1,x2,…,xn}，特征分布的子空间为

式中：ai—常数。

低压配电网拓扑结构电力线载波信号统计特征量为V，结合输出功率稳定性调节，根据电流表达式：

结合电力线载波的差异性特征量，诊断电网拓扑结构的故障，建立低压配电网拓扑结构的检错分析和故障诊断模型，通过谐振电感和谐振电容的输出特征分布，实现低压配电网拓扑结构的检错分析。

3 仿真测试分析

选择PG&E 的69 节点配电系统进行分析，其主接线和量测配置如图2所示。功率基准值和线电压基准值分别为1 000 kVA 和10 kV。

图2 69 节点配电网接线及量测配置

设定低压配电网拓扑结构的输出功率为1.2 MW，量化电压增益M=12 dB，回流功率为50 kW，在60%、40%、20%负载下进行低压配电网拓扑和电力线载波信号检测，故障持续时间为0.2 s。根据上述参数设定，得到低压配电网拓扑结构的电力线载波信号检测，如图3所示。

图3 低压配电网拓扑结构的电力载波信号检测

以图2 的信号为研究对象，进行低压配电网拓扑结构检错分析，得到差错信号的特征分布根轨迹，如图4所示。

图4 低压配电网拓扑结构的差错根轨迹

分析图4 得知：在功率变化上，Tw和KP2基本一致，特征根变化稳定；在电压方面，BP和KP1保持一致，浮动非常小，在负值内的特征根虚部变化范围在±0.3；0～120×10-3之间时，BP和KP1轨迹基本一致。由此，本文方法能有效实现对低压配电网拓扑结构的检错分析，对差错信息的根轨迹跟踪能力较好，主要原因在于本文方法融合电力线载波信息，通过配电网拓扑结构特征分析进行检错处理，结合电力线载波的差异性特征量，诊断电网拓扑结构的故障，提高轨迹跟踪能力。

测试低压配电网拓扑结构的检错偏差，得到结果如图5所示。

图5 检错偏差分析

分析图5得知，本文方法随着图像数据集的增加而增高，在50个数据集时，数据标幺值上升较快，70个数据集后趋于平稳，收敛性能更强。本文方法进行低压配电网拓扑结构检错分析的偏差较小，标幺值的收敛性较好。主要原因在于本文方法通过谐振电感和谐振电容的输出特征分布，实现低压配电网拓扑结构的检错分析，降低检错分析的偏差。

由于变电站内的主变低压侧的遥测数据既有采样周期为15 min 的功率数据，又有采样周期为1 h的电度量数据，以这两种数据进行比较。由于有功功率和无功功率的数据特性相似，以有功功率的数据为例进行分析,结果见图6。

图6 功率均值相似度分析拟合曲线

从图6 可以看出，各种均值的结果差别较小，其中在采样周期为29 min 时候，功率上升速度增加，随之出现误差，在采样周期为90 min 时候，误差最大，其不同均值的最大差值换算成引用误差仅为0.8 %，该误差可以忽略不计，此外，各均值与曲线的偏差基本一致，在采样周期为70 min 的时候，开始出现较小的偏差，在采样周期90 min时产生最大偏差，偏差为0.9%。从各种均值比较分析中可知，中位数优于几何平均数，几何平均数优于算数平均数，算数平均数优于平方平均数，但是各平均值的相似度的优劣所产生的误差对最后的计算结果的影响几乎可以忽略不计。

4 结 论

低电压配电网的检错稳定性以及可靠性较低，针对此问题，本文进行低压配电网拓扑结构的故障特征分析和运维调度，提高低压配电网拓扑结构的输出稳定性和安全性，提出基于电力线载波信号特征分析的低压配电网拓扑结构检错模型。通过信号检波分析方法进行低压配电网拓扑结构电力线载波特征分析，得到等效电路拓扑结构。根据谐振回路检测和融合滤波分析的方法，进行串补反馈补偿，提高低压配电网拓扑状态融合和检错能力。结合电力线载波的检错特征分析结果，进行检错模型设计。本文方法有效解决了传统系统存在的稳定性低等问题，提高了低压配电网拓扑检错的输出稳定性和收敛性，同时降低了偏差，提升跟踪性能，为电力领域提供有价值的参考依据。