一种基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法与流程

本发明涉及电力系统安全领域，特别涉及一种基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法。

背景技术：

一直以来山火是导致电网线路跳闸的原因之一，尤其是在南方某些省份，山火发生频率较高，常导致电网线路跳闸。分析山火导致线路跳闸的原因主要有以下几个方面：1、火焰的高温导致输电线路附近空气密度变小，导致绝缘水平下降；2、火焰中的电荷导致输电线路附近电场发生畸变；3、山火产生的悬浮颗粒导致的触发放电。以上综合因素导致输电线路相与相之间或相与地之间的空气绝缘被破坏，经历由一个量变到质变的过程，最终导致输电线路对地或相间放电跳闸。因此，在上述山火导致线路跳闸的量变到质变过程中，通过监测线路参数变化，是可能为线路的运行提供短期乃至早期山火预警。相比较传统的基于卫星遥感技术的线路山火预警，基于线路参数异常的线路山火预警具有定位准(能准确定位到某一条线路)且能快速实时评估山火对于线路影响程度的特点。传统的基于卫星遥感技术的线路山火预警，虽然能监测大范围内的山火情况，但依赖于卫星遥感技术的分辨率、卫星数据的实时性以及线路山火的定位算法准确性，因此，基于线路参数异常的山火预警能作为传统山火预警的补充。

技术实现要素：

针对山火频发导致电网线路跳闸这一现状，本发明提出一种基于WAMS 线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法，包括以下步骤：

步骤1：对基于WAMS的电网线路进行参数动态辨识，建立线路集中参数模型，并根据线路两端安装并联电抗的情况来分别计算线路阻抗和线路对地导纳；

步骤2：根据步骤1中得到的线路对地导纳，得到相应的电纳参数，并构建动态辨识的线路电纳参数时间序列和对应的时间点，设置动态辨识的电纳参数越限值，当满足越限条件的次数超过预设值时，发出该线路山火预警信号。

所述的一种基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法，其特征在于，所述的步骤1的具体执行步骤为：

先取线路两端不含线路并联高抗的线路集中参数模型，令线路两端的电压和电流相量分别为待求参数为线路阻抗以及线路对地导纳建立线路两端电流电压关系：

则有：

对于线路一端安装了并联电抗的模型，则在安装并联电抗一端分流后实际的电流为：

其中为并联高抗的参数，则有：

对于线路两端安装了并联电抗的模型，则计算两端的实际电流：

其中和分别为两端并联高抗的参数，则有

所述的一种基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法，所述的步骤2的具体执行步骤为：

步骤2.1：将步骤1中计算得的线路对地导纳参数表示为复数形式：

其中复数形式中的虚部B为电纳参数，实部G为电导参数；

构建动态辨识的线路电纳参数时间序列：

B_set＝{B₁，B₂，…} (13)

以及对应的时间点

T_set＝{T₁，T₂，…} (14)

当|B_i|＞|B_normal|*(1+k) (15)

则动态辨识的电纳参数越限，其中B_normal为该线路电纳的正常值，k为参数越限门限值百分数；

步骤2.2：设置一个线路电纳参数越限统计计数器C，初始值为0；

步骤2.3：对动态辨识的线路电纳参数进行越限检查，当B_i满足公式(15)的越限条件，则计数器C加1；如果

C≥C_warning (16)

则输出该线路山火预警信号，C_warning为设置的参数异常次数预警限值。

所述的一种基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警方法，为了屏蔽线路电纳参数B_i对应时间点T_i开始S秒内线路电纳参数越限检查，避免重复计数，还包括以下步骤：

步骤3：设置

T_start＝T_i+S (17)

当时间点T_j满足T_start＜T_j≤T_start+S，对时间动态辨识的线路电纳参数B_j进行越限检查，如果未发现越限动态辨识的线路电纳参数，则计数器C减1，并将T_start的数值修改为T_start+S，并回到步骤3继续执行；如果发现越限动态辨识的线路电纳参数B_j，则跳转步骤2.3。

本发明的技术效果在于，通过对大量山火情况的分析，发现山火导致线路跳闸最终都是由于山火破坏了线路相与相之间以及相与地之间的绝缘，导致线路相间或相与地之间短路跳闸，而随着电网广域同步相量测量系统(Wide Area Measurement System，WAMS)的广泛应用，由同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)组成测量装置，由于采用全球定位系统(GPS)或北斗定位系统对时，使得PMU在电网不同地点采集具有同步时间标签的电流电压相量(幅值和相角)之间具备了物理意义联系。运用上述同步测量相量不仅可以实时获取电力系统动态信息，还可以动态辨识线路、变压器等设备的参数。同时在分析中发现，线路的电纳参数对于线路放电是十分敏感的。因此，本发明提出基于WAMS的线路参数动态辨识，并通过监测所辨识的线路对地电纳参数的异常达到线路山火预警的目的。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为输电线路集中参数π形等效模型；

图2为一端并联高抗的输电线路集中参数π形等效模型；

图3为两端并联高抗的输电线路集中参数π形等效模型；

图4为本发明的流程示意图。

具体实施方式

本实施例包括以下步骤：

步骤1：基于WAMS的电网线路参数动态辨识

步骤1.1：建立线路集中参数模型。常见的高压线路有三种拓扑结构，分别是线路两端不含线路并联高抗、线路一端并联高抗以及线路两端并联高抗，参看附图1。选取线路两端不含线路并联高抗模型(附图1)为例，WAMS的测量装置PMU安装在线路的两端，可以直接同步测量线路两端的电压和电流相量，分别为待求的参数为线路阻抗以及线路对地导纳建立线路两端电流电压关系：

步骤1.2：计算线路动态参数线路阻抗和线路对地导纳

(3)和(4)中为PMU在线路两端同步的测量值，因此阻抗和线路对地导纳可以由(3)和(4)直接计算得到。

步骤1.3：对于线路一端安装了并联电抗情况进行公式的修正。线路一段安装了并联电抗线路拓扑结构参看附图2。以送端安装了并联高抗为例(受端安装并联高抗的例子类似)，由于PMU测量的送端电流中一部分流经高抗，因此需要计算分流后实际注入受端线路的电流:

其中为并联高抗的参数，因此(3)和(4)修改为:

步骤1.4：对于线路两端安装了并联电抗情况进行公式的修正。线路两端安装了并联电抗线路拓扑结构参看附图3。若线路两端都装有并联高抗，则均需要计算送端实际注入线路和受端线路实际接收的电流：

和分别为送、受端并联高抗的参数，因此(3)和(4)修改为:

步骤2：监测线路对地电纳参数的动态辨识值，并对异常参数进行预警。

步骤2.1:将步骤1中计算得的线路导纳参数可表示为复数形式：

上述复数形式中的虚部B为电纳参数。经过分析和案例验证，电纳参数对于线路放电十分敏感，无论是恶劣天气下的线路电晕放电还是山火等其他原因引起的线路放电都将引起电纳参数的突变。而山火导致电网线路跳闸最主要的原因也是因为温升、产生带电烟尘颗粒以及火焰产生的电场畸变等导致的线路放电，最终引起线路相间或相与地间的短路跳闸，是一个量变到质变的过程。因此选取动态辨识的电纳参数作为线路山火预警的监测的对象是最为合适的。

步骤2.2：构建动态辨识的线路电纳参数时间序列：

B_set＝{B₁，B₂，…} (13)

以及对应的时间点

T_set＝{T₁，T₂，…} (14)

当|B_i|＞|B_normal|*(1+k) (15)

认为动态辨识的电纳参数越限，其中B_normal为该线路电纳的正常值，k为参数越限门限值百分数，一般可取50％。

步骤2.3：设置一个线路电纳参数越限统计计数器C，初始值为0。

步骤2.4：对动态辨识的线路电纳参数进行越限检查，当B_i满足(15)越限条件，计数器C加1。

如果C≥C_warning (16)

则输出该线路山火预警信号，C_warning为设置的参数异常次数预警限值，例如可以取C_warning数值为10。

屏蔽线路电纳参数B_i对应时间点T_i开始S秒内线路电纳参数越限检查，避免重复计数，S一般可以取5秒，并设置

T_start＝T_i+S (17)

步骤2.5：当时间点T_j满足T_start＜T_j≤T_start+S，对时间动态辨识的线路电纳参数B_j进行越限检查，如果未发现越限动态辨识的线路电纳参数，则计数器C 减1(如果C>1)，并将T_start的数值修改为T_start+S，对于时间点T_j+1重新开始步骤2.5；如果发现越限动态辨识的线路电纳参数B_j，则跳转步骤2.4。

通过上述步骤，完成基于WAMS线路参数动态辨识的电网线路山火预警，相关流程图见附图2。