变电站调度中心单线图模数图一致性测试模型构建研究

邓大为，刘沛林，朱文，何超林 ，夏伟

（1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510620；2.南方电网有限责任公司，广东 广州 510623；3.南方电网数字电网研究院，广东 广州 510555）

随着智能变电站调度技术的发展，变电站调度中心的智能规划要求越来越高，需要构建变电站调度中心单线图模数图一致性测试模型。结合变电站调度中心单线图模数图分布，进行变电站调度中心的优化控制，提高变电站调度和自适应控制能力。结合人工智能控制技术和参数优化估计模型，管理和测试变电站调度中心单线图模数图一致性，通过虚拟模型构造的方法，建立变电站调度中心单线图模数图一致性控制参数约束模型，实现变电站调度中心的优化管理，相关的变电站调度中心单线图模数图一致性测试技术研究受到人们的极大关注[1]。

传统方法中，对变电站调度中心单线图模数图一致性控制和测试的方法主要有基于模糊PID的变电站调度中心单线图模数图控制测试方法、虚拟控制方法以及误差补偿调节的变电站调度中心单线图模数图一致性测试方法等[2-3]。通过分析变电站调度中心单线图模数图的电压和功率因素参数，通过参数优化评估方法，实现变电站调度中心单线图模数图一致性测试。但该方法进行变电站调度中心单线图模数图一致性测试的可靠性不好、准确性不高。

针对上述问题，本文提出基于电网等效惯量特征分析的变电站调度中心单线图模数图一致性测试优化方法，首先分析变电站调度中心单线图的电力控制参数，分析单线图模数图一致性的离散估计值，以等值机组惯量以及负荷为测试参数，然后进行单线图模数图一致性测试的控制律设计，最后进行仿真测试分析。实验测试结果表明所提方法能够有效提高变电站调度中心单线图模数图一致性测试能力。

1 变电站调度中心单线图模参数分析

1.1 粒子群算法

为实现变电站调度中心单线图模数图一致性测试模型的构建，首先需构建电压动态平衡模型，采用动态响应特征和等效电感摄动分析方法[4]，得到变电站调度中心单线图模参数的输入端为netj（j为变电站调度中心单线图模参数），通过模糊加权控制的方法，得到变电站调度中心单线图模的自适应加权系数为x1，x2，…，xn，其中n为单线图模的数量。在变电站调度中心单线图模模糊信息权重为w1j，w2j，…，wnj，采用参数摄动和电流环闭环控制的方法，得到电压前馈解耦函数为

式中：s(f)为线调整权数值；a为模糊加权控制参数。

进行变电站调度中心单线图模特征分解和信息融合，采用灵敏度加权的方法，融合变电站调度中心单线图模参数，对变电站调度中心单线图模传动参数进行信息融合[5]，根据参数摄动情况进行变电站调度中心单线图模数图一致性回归分析，得到检测统计量为

式中：w＇(n0)为n0时刻变电站调度中心的采样电流；η＇为电压前馈参数。

设计自适应律，根据电压前馈解耦模型，得到变电站调度中心单线图模参数调度函数为

通过求直流侧电压，得到电力控制函数为

分析变电站调度中心单线图的电力控制参数，通过系统辨识模型参数识别的方法[6]，得到电流残差分布权值ωij(i=1,2;j=1,2,3)，变电站调度中心状态分布权值ωj(j=1,2,3)，异相两个开关管电容输入矢量设定为x，得到系统辨识模型参数为

式中：β为三相电流残差电压；E为三相电流残差分量。

1.2 变电站调度中心单线图模特征分析

通过系统辨识模型参数识别的方法，进行变电站调度中心单线图模特征分解和信息融合[7]，分析单线图模数图一致性特征参数，得到磁密度为

式中：Fm为三相电流的状态残差；Ag为区间滑模观测参数；δ为绕组参数；is为异相两个开关管电流矢量。

分析各虚拟负荷与变电站调度参数之间的偏差为

式中：μr1和μr2为联络线r1，r2变电站调度中心单线长度；l为对偶变量；d为模型参数。

设置单线长度μr1和μr2为1，则得到虚拟负荷为

式中：ki为联络线惩罚系数；kβ为跨距系数。

得到变电站调度中心单线图模数图一致性估计值为

将虚拟负荷作为已知参数，增加联络线惩罚参数，得到负荷之比，由此得到变电站调度中心单线图模特征分析模型，根据特征辨识结果，进行变电站调度中心单线图模数图一致性分析[8]。

2 变电站调度中心单线图模数图一致性测试优化

2.1 单线图模数图一致性控制

分析单线图模数图一致性的离散估计值，以等值机组惯量以及负荷为测试参数，设计单线图模数图一致性测试的控制律[9-11]，采用功率平衡约束的方法，得到均衡参数为

式中：wt为等值机组惯量数值；n(v)为负荷测试参数。

进一步分析变电站调度中心单线图模数图一致的平衡状态方程为

式中：l(r)为变电站调度中心单线图模数图测试所得总的均衡参数。

通过联络线约束的方法进行变电站调度中心单线图模数图一致性反馈调节，功率平衡约束的负载阻抗Zr、中线阻抗Zs及端线阻抗Zp，可通过如下公式计算得出：

式中：ud为直流参考电压；eu为变电站调度中心单线图模能量分布；Ac为变电站调度中心单线图模控制的可靠性分布参数；Zi为变电站电子设备阻抗。

通过Neumann方法得到变电站调度中心单线图模控制约束参数μ0=4π×10-7，采用电压-无功-电流三环串级控制的方法，得到系统耦合系数，其中L11，L12分别为初级、次级电感值，M为互感系数。R为端电阻，变电站调度中心单线阻抗[12]表示为

式中：ρ为变电站调度中心单线图模分布的电阻率。

采用变电站调度中心单线图模数图的稳态功率P=VI，系统电压波动转矩为

通过功率增量分析的方法，进行变电站调度中心单线图模的等效电路控制[13-14]，单线图模数图一致性控制的增强模型为

式中：φ为控制性能参数。

综上分析，得到单线图模数图一致性测试模型，进行电压波动调节。

2.2 变电站调度中心单线图一致性测试

构建单线图模数图一致性检测模型[15-16]，得到变电站调度中心单线输出的基准值为

式中：Lq为有功功率的波动；UJ为变电站调度中心的直流偏置电压；UE为变电站调度中心的高压侧电压。

采用无功平抑电压波动控制的方法，得到稳态电压为

式中：Ls为变电站调度中心的谐波电流；Lv为变电站调度中心的负荷波动；LE为微分参数。

采用无功控制平抑电压的联合控制策略，得到变电站调度中心单线图模联合控制输出为

式中：yi为第i通道的电流分量相互耦合参数；fi为动态耦合参数；bj为电流各次频率分量，通过联合耦合控制的方法，进行测量噪声分析，得到互耦参数为bx。

变电站调度中心单线图模一致性测试的优化输出矩阵为

式中：ξ为谐波分量。

综上分析，实现变电站调度中心单线图模数图一致性测试。

3 实验结果与分析

设计仿真实验验证本文方法在实现变电站调度中心单线图模数图一致性测试中的应用性能。假设变电站调度中心单线图模参数分布值为25 kW，电压前馈解耦系数为0.34，网侧等效电感15 mH，整流器电流环闭环系数为0.24，网侧电流为200 A，根据上述参数设定，进行变电站调度中心单线图的一致性参数辨识，得到参数解析结果如图1所示，其中ΔU，ΔP分别为电压、功率波动；φ为功率因数角。

图1 变电站调度中心单线图的一致性参数解析结果Fig.1 Analysis results of consistency parameters of substation dispatching center single line diagram

根据参数解析结果，进行变电站调度中心单线图一致性测试，得到变电站调度中心单线图测试收敛曲线如图2所示。

图2 变电站调度中心单线图测试收敛曲线Fig.2 Convergence curves of single line diagram test in substation dispatching center

分析图2可知，本文方法能有效实现变电站调度中心单线图模一致性测试，得到负荷扰动有效值降低12.21%，说明抗扰动能力较好。

为进一步验证所提方法的变电站调度中心单线图模数图一致性测试模型的有效性，将文献[2]方法以及文献[3]方法作为对照组，对不同方法的变电站调度中心单线图模数图一致性测试精度进行对比，结果如图3所示。

图3 不同方法单线模数图一致性测试精度对比Fig.3 Comparison of accuracy of single line modulus diagram consistency test by different methods

由图3可知，在60次实验迭代过程中，不同方法的单线图模数图一致性测试精度存在较大差异。所提方法的精度可保持在80%以上，相比之下，传统方法的单线图模数图一致性测试精度在20%～60%之间。以上数据表明，所提方法的应用性能优于传统方法。

4 结论

结合变电站调度中心单线图模数图分布，进行变电站调度中心的优化控制，提高变电站调度和自适应控制能力。本文提出基于电网等效惯量特征分析的变电站调度中心单线图模数图一致性测试优化方法。研究得知，所设计变电站调度中心单线图的一致性测试模型的参数解析性能较好，自适应控制能力较好，具有很好的大扰动抑制能力，为相关领域研究提供可靠依据。