[发明专利]一种基于证据理论的电能质量扰动源定位方法

摘要

一种基于证据融合理论的电能质量扰动源定位方法，包括确定系统覆盖矩阵AL×N及依据扰动功率和扰动能量两种判据实现的方向判定矩阵Bv,N×1；构建表征扰动方向判定结果各影响因素的可信度函数；基于D‑S证据理论对两种不同判据各自获得的不确定扰动方向判定信息进行融合处理；基于融合后的扰动方向判定矩阵和矩阵算法进行电能质量扰动源定位决策；基于多证据源间的一致性指标进行电能质量扰动源定位结果的可信度评估。

主权项

一种基于证据融合理论的电能质量扰动源定位方法，电能质量扰动源简称PQDS，包括如下步骤：步骤1、确定系统覆盖矩阵AL×N及方向判定矩阵Bv,N×1；在含有L条线段、N个电能质量监测装置的配电网络中，电能质量监测装置简称PQM，分别构建用以表征所有线路与PQM位置关系的覆盖矩阵AL×N，以及用以表征系统中某位置发生扰动事件时所有监测点PQM依据扰动功率和扰动能量这两种不同扰动方向判据实现的扰动方向判定结果的方向矩阵Bv,N×1，扰动功率简称DP，扰动能量简称DE；其中，v＝1表示依据扰动功率判据；v＝2表示依据扰动能量判据；AL×N和Bv,N×1中各元素aji和bv,i的赋值原则如式(1)、(2)所示；步骤2、构建表征扰动方向判定结果各影响因素的可信度函数；定义PQM方向判定信息“可信度”概念，分别构建表征多种可信度分项函数指标，用以描述扰动信号强弱、扰动电流特征、分布式电源接入以及虚拟PQM状态估计误差各种因素在不同情景下对扰动方向判定结果可信度的影响程度，从而实现各监测点方向判定过程及结果的模糊量化；步骤201，构建表征扰动信号强弱的方向判定可信度函数；扰动信号特征量的强弱程度，可由监测点所测得的扰动信号特征量与系统稳定时信号特征量的相对比值来体现；据此，构建表征扰动强弱的方向判定可信度γi：γi=0,0<|Δev(i)Ev(i)|<0.01|Δev(i)Ev(i)|,0.01≤|Δev(i)Ev(i)|≤1---(3)]]>式中，Ev(i)表示系统稳定时第i个监测点的信号特征量；Δev(i)表示PQMi扰动信号特征量；v＝1表示取特征量为扰动功率DP；v＝2表示取特征量为扰动能量DE；步骤202，构建表征扰动电流特征的方向判定可信度函数；不平衡扰动源引起的扰动在影响系统三相平衡度的同时，还会存在一定的零序电流，其幅值大小与该PQM相对于扰动点的位置密切相关：若扰动点位于PQM的后向区域，则检测到的零序电流幅值较大；若扰动点位于PQM的前向区域，则零序电流较小；据此，构建表征不平衡扰动时扰动电流特征的方向判定可信度Si：Si=1/2,bi=1,0<βi≤0.011-e-βi-a,bi=1,βi>0.011/2,bi=-1,βi>0.011~0.9,bi=-1,0<βi≤0.01---(4)]]>其中，式中，I0(i)为监测点i的零序电流均方根值；bi表示PQMi处的扰动方向判定结果；βi为I0(i)与系统中所有监测点I0(i)平均值的比值；a为常量，为使得Si在[1～0.9]区间内取2.2～2.5；步骤203，构建表征扰动能量波动特征的方向判定可信度函数；扰动源定位时，DE波动特征从某种程度上间接反映了该点扰动方向误判的可能性；拟定以下扰动方向判定原则：若DE波形初始峰值与最终值符号不同或者DE符号时刻变化，则该监测点扰动方向判定结果可信度降低；据此，构建表征扰动能量波动特征的方向判定结果可信度θi：θi=1,sgn(DE0(i))sgn(DER(i))=1σ,sgn(DE0(i))sgn(DER(i))=-1---(5)]]>式中，σ为可信度值，取值范围为0.5～0.75；DE0(i)为第i个监测点DE波形初始峰值；DER(i)为第i个监测点DE终值；sgn为符号函数；步骤204，构建表征虚拟PQM点状态估计误差的方向判定可信度函数；由于状态估计误差引入，虚拟PQM点的扰动方向判定可信度可能降低；据此，构建表征虚拟PQM点的方向判定结果可信度ξi：ξi=1,0<di≤11-[f(di)+f(-di)],di>1---(6)]]>其中，式中，Ui为置信度u对应的不确定度；x1、x2为虚拟PQM测点i依据测点z1、z2的状态估计结果；为其对应的量测函数；di为其相对偏移量；f(di)为其对应的构造函数；步骤3、基于证据融合理论的PQDS自动定位；D‑S证据理论具有处理不确定信息的能力，基于D‑S证据理论的PQDS定位，组合依据扰动功率和扰动能量这两种不同判据各自获得的不确定扰动方向判定信息，使得扰动源定位更准确、可信；步骤301，构建目标识别框架；设目标配电网有N个PQM，给每个PQM配置一个编号形成由数组gi构成的识别框架Θ：Θ＝{gi|i＝1,2,3,...,N}           (7)步骤302，构建基本信度分配函数；从γi、Si、θi及ξi多个角度综合考虑，构建综合的可信度函数；考虑两点：由于在定位由不平衡扰动源引起的扰动时Si才能参与信度配置，此时Si、θi可能出现交集造成重复的概率下降，因此对Si、θi进行平均概率处理，以避免信度急速减小；为避免出现γi大于1的情况，采用最小值函数处理方式；据此，构建综合可信度函数W(i)：W(i)=Si+θi2ξi*min{γi,1},μ≥0.04θiξi*min{γi,1},μ<0.04---(8)]]>式中，min为最小值函数；μ为电压不平衡度系数，因系统正常电压不平衡度范围为2％～4％，取μ＝0.04为界点；按照基本信度分配函数定义，将W(i)归一化后得到新的可信度函数w(i)；则基本信度分配函数m(gi)：步骤303，扰动方向判定可信度组合；采用扰动功率和扰动能量两种方向判据，一种方向判定判据对应一个基本信度函数分配，分别定义两种情景下的基本信度分配函数mv，以及对应两组方向矩阵Bv,N×1；这样，得到两组具有符号特性的扰动方向基本信度分配值m1(O)、m2(Γ)：m1(O):m1(g1)b1,1,m1(g2)b1,2,...,m1(gN)b1,Nm2(Γ):m2(g1)b2,1,m2(g2)b2,2,...,m2(gN)b2,N---(10)]]>式中，焦元O,Γ∈Θ；bv,i为两组方向矩阵Bv,N×1的组成元素；mv(gi)表示两种情景下PQMi的方向判定可信度；由于融合数据带有符号特性，传统D‑S证据组合规则失效；依据经典组合公式，改进后的组合规则遵循以下关系：其中，式中，m(P)为融合后的基本信度分配函数，其焦元P∈Θ；Kτ为冲突因子；步骤4、扰动源定位决策；定义融合后的扰动方向判定矩阵为MN×1，其组成元素为m(P)，通过矩阵乘法运算得到基于证据融合的扰动定位矩阵C’L×1：C’L×1＝AL×N*MN×1       (12)矩阵C’L×1中的各元素值c’j蕴含着系统PQDS位置信息，其唯一最大值元素c’jm＝max{c’j,j＝1,2,…,L}对应的PQM所在线路Ljm即为目标配电网中的PQDS所在线段；步骤5、扰动源定位结果的可信度评估；为评估扰动源定位结果的可信程度，提出基于多证据源间的一致性指标进行某次定位结果的可靠性评价；设{y1,y2,...,yN}为O、Γ相同焦元组成的集合,O(yk)、Γ(yk)为其对应的基本信度值，则评价函数Hi,j：Hi,j=exp{Σk=1N[-(O(yk)-Γ(yk))2]}---(13)]]>依据评价函数Hi,j，可按照如下规则进行扰动源定位结果的可信度评估：Hi,j越大，则表示该次扰动源定位结果可信度高；相反，Hi,j越小，则定位结果可信度越低，且当Hi,j≤0.7时，则认为定位结果可信度不高。