一种基于分层求解的配电网状态估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分层求解的配电网状态估计方法，包括：1)基于配电网的网络拓扑结构和量测点配置情况进行分层分区，形成子分区集合，确定树形支路之间的电流、电压关系；2)在子分区集合中从树根开始遍历抽取一子分区，并在子分区集合中删除抽取的子分区；3)基于SCADA和AMI量测数据，对抽取的子分区进行混合量测信息基于时间尺度分层求解的状态估计；4)重复步骤2)和步骤3)，判断子分区集合是否为空，如果是，将当前时刻各分区估计结果整合并输出；否则，执行步骤2)。本发明专利技术依托增加的AMI实时量测数据提高了状态估计的冗余度，通过AMI与SCADA量测数据的混合策略实现对配电网的分层状态估计，可提高配电网三相状态估计的精度。

A state estimation method for distribution network based on layered solution

The invention discloses a method to estimate the state of distribution network based on layered solutions include: 1) network topology and weight distribution network based on measuring point configuration of the hierarchical partition, forming a sub partition set to determine the relationship between current and voltage between the tree branch; 2) in sub partitions in the set traversal starting from the root extract a sub division, and in the sub partition set delete selected sub partitions; 3) data SCADA and AMI volume based on the extraction of sub partitions mixed measurement information in time scale hierarchical solution based on the state estimation; 4) repeat step 2 and step 3), judge) subpartitions whether the collection is empty. If it is, the current regional integration and output estimation results; otherwise, step 2). The invention improves the redundancy of state estimation by increasing the real-time data of AMI, and realizes the hierarchical state estimation of distribution network through the mixed strategy of AMI and SCADA measurement data, which improves the accuracy of three-phase state estimation of distribution network.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层求解的配电网状态估计方法
本专利技术涉及配电网领域，尤其涉及一种基于分层求解的配电网状态估计方法。
技术介绍
随着智能电网以及信息、通信等技术的发展，配电网可以通过配电自动化系统获得SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，数据采集与监控)数据，通过高级量测系统(AdvancedMeteringInfrastructure，AMI)获得用户的实时用电数据，结合电网地理信息系统(GeographicInformationSystem)、管理信息系统(ManagementInformationSystem)等提供的网络数据，为配电系统运行的可测、可观、可控的实现提供了基础。国内外对配电网状态估计主要依赖于SCADA数据开展研究[1]。由于配电网三相不平衡问题，如针对当前配电网量测信息不足，采用基于脉冲神经网络伪量测建模的配电网三相状态估计，将实时和部分历史支路功率量测输入进行伪量测建模，由高斯混合模型生成相应的量测误差进行基于加权最小二乘法(WeightedLeastSquares，WLS)的配电网三相状态估计[2]。或以节点电压为状态量，基于预测残差的配电网三相抗差状态估计方法，利用了配电网中各种类型的量测，通过对节点电压和支路电流的相位变换，以及对电流幅值量测进行的等效量测变换，实现了整个雅可比矩阵的常数化[3]。电力系统发展促使分布式电源和电动汽车等柔性设备在配电网中更广泛的使用，使得配电网运行范围变化幅度扩大，潮流双向流动频繁，导致复杂有源配电网在进行状态估计时不可避免的出现计算速度较慢、迭代次数较多且计算精度较低等问题。配电网的节点规模日趋庞大，地级配电网的规模达到上万个，同时分布式电源、电动汽车等柔性源荷及其控制器等动态元件的类型日趋复杂，采用传统的整体状态估计方法进行配电网三相不平衡负荷情况下的状态估计求解，所涉及的非线性方程组计算量与维数相比呈超线性增长，导致状态估计在计算速度和求解精度之间无法同时获得提高，限制了在线快速状态估计的推广实践。AMI系统带来的新的实时量测数据为状态估计提供更多量测冗余，受到科研工作者的关注。如文献[4]提出了考虑AMI量测特性的综合利用SCADA和AMI量测数据进行配电网状态估计的方法，运用SCADA数据修正下游节点的AMI数据，以解决AMI数据的延迟和周期问题。如何依托配电网自身网络结构特点，并充分利用配电系统可以获得的新型数据(如AMI量测系统数据)，通过恰当的分层、并行求解等方式，有效提高状态估计的计算速度和精度，减少配电网三相状态估计时由于元件电阻电抗比值(R/X)小对状态估计有功无功分解方法的影响，成为配电网状态估计必须解决的问题。
技术实现思路
本专利技术考虑现有配电网状态估计技术中的不足，提出一种基于分层求解的配电网状态估计方法，该方法依托配电网的辐射型网络结构特点和SCADA、以及AMI量测点配置情况进行分区，并以配电自动化的SCADA量测数据为基础，融合可获得的AMI实时量测数据，通过网络分层、AMI与SCADA量测数据混合策略实现配电网的快速三相状态估计，详见下文描述：一种基于分层求解的配电网状态估计方法，所述配电网状态估计方法包括以下步骤：1)基于配电网的网络拓扑结构和量测点配置情况进行分层分区，形成子分区集合，确定树形支路之间的电流、电压关系；2)在子分区集合中从树根开始遍历抽取一子分区，并在子分区集合中删除抽取的子分区；3)基于SCADA和AMI量测数据，对抽取的子分区进行混合量测信息基于时间尺度分层求解的状态估计；4)重复步骤2)和步骤3)，判断子分区集合是否为空，如果是，将当前时刻各分区估计结果整合并输出；否则，执行步骤2)。其中，所述基于SCADA和AMI量测数据，对抽取的子分区进行混合量测信息基于时间尺度分层求解的状态估计具体为：以某一AMI和SCADA数据同时到达的时刻为起始时刻，进行数据融合，并基于AMI和SCADA全量测信息进行降维状态估计；结合AMI量测信息，以及获得的状态估计结果，进行下一次SCADA到来时刻的负荷预测，即伪量测负荷信息；将获得的伪量测负荷信息与SCADA全量测信息相结合，进行该时刻的混合状态估计。其中，所述基于AMI和SCADA全量测信息进行降维状态估计、以及将获得的伪量测负荷信息与SCADA全量测信息相结合，进行该时刻的混合状态估计具体为：由配电网三相量测向量和状态估计的量测函数计算得到残差；形成零注入节点约束，获得目标函数；由雅克比矩阵，计算获得信息矩阵和自由矢量；求取状态修正量，并选取其中绝对值最大者；若达到收敛标准、和/或最大迭代次数，则状态估计结束；将正确的状态估计结果传输至数据库中。其中，当进行降维状态估计时，量测信息仅包括SCADA量测点实时量测信息。其中，当进行混合状态估计时，量测信息包括：SCADA量测点实时量测信息、与求得的AMI量测点的伪量测负荷信息。进一步地，采用深度优先搜索方法遍历抽取一子分区。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：(1)本专利技术利用配电网辐射状或树形网络结构的特点，采用网络分区的方式将配电网整体的高维方程拆分到多个低维的子系统当中；(2)在进行三相快速状态估计时，适当简化分布式电源、电动汽车等柔性源荷及其控制器等特征，通过分层、并行求解等方式，有效提高状态估计的计算速度，减少了迭代次数，为快速配电网运行控制提供支持；(3)本专利技术依托增加的AMI实时量测数据提高了状态估计的冗余度，通过AMI与SCADA量测数据的混合策略实现对配电网的分层状态估计，可提高配电网三相状态估计的精度；(4)与已有配电网整体状态估计相比，本方法具有计算速度快、计算精度高和鲁棒性强的优势。附图说明图1为本专利技术提供的基于分层求解的配电网状态估计方法的流程图；图2为本专利技术提供的配电网状态估计的多层树分层结构模型示意图；图3为实施例3提供的配电网基于量测信息的网络分层示意图；图4为实施例3提供的配电网典型支路的接线图；图5为实施例3提供的三相支路的电气参数的示意图；图6为本专利技术提供的基于SCADA和AMI的混合状态估计的时间进度的示意图；图7为本专利技术提供的子分区的状态估计求解过程的示意图；图8为实施例3提供的改进的IEEE123节点配电系统结构和分区图；图9为实施例3提供的基于状态估计误差大小排序的三相误差情况的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1本专利技术实施例的目的是考虑现有配电网状态估计技术中的不足，提出一种基于分层求解的配电网状态估计方法，该方法依托配电网的辐射型网络结构特点、SCADA及AMI量测点配置情况进行分区，以配电网自动化的SCADA量测数据为基础，融合可获得的AMI实时量测数据，并通过网络分层、AMI及SCADA混合策略实现配电网的快速运行状态估计，参见图1，详见下文描述：101：初始化：读取配电网初始数据，包括：网络拓扑结构和量测点配置情况等；其中，该步骤为本领域技术人员所公知，本专利技术实施例对此不做赘述。102：基于配电网的网络拓扑结构和量测点配置情况进行分层分区，形成子分区集合S，确定树形支路之间的电流、电压关系；具体实现时，当在线运行状态估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分层求解的配电网状态估计方法，其特征在于，所述配电网状态估计方法包括以下步骤：1)基于配电网的网络拓扑结构和量测点配置情况进行分层分区，形成子分区集合，确定树形支路之间的电流、电压关系；2)在子分区集合中从树根开始遍历抽取一子分区，并在子分区集合中删除抽取的子分区；3)基于SCADA和AMI量测数据，对抽取的子分区进行混合量测信息基于时间尺度分层求解的状态估计；4)重复步骤2)和步骤3)，判断子分区集合是否为空，如果是，将当前时刻各分区估计结果整合并输出；否则，执行步骤2)。

【技术特征摘要】
1.一种基于分层求解的配电网状态估计方法，其特征在于，所述配电网状态估计方法包括以下步骤：1)基于配电网的网络拓扑结构和量测点配置情况进行分层分区，形成子分区集合，确定树形支路之间的电流、电压关系；2)在子分区集合中从树根开始遍历抽取一子分区，并在子分区集合中删除抽取的子分区；3)基于SCADA和AMI量测数据，对抽取的子分区进行混合量测信息基于时间尺度分层求解的状态估计；4)重复步骤2)和步骤3)，判断子分区集合是否为空，如果是，将当前时刻各分区估计结果整合并输出；否则，执行步骤2)。2.根据权利要求1所述的一种基于分层求解的配电网状态估计方法，其特征在于，所述基于SCADA和AMI量测数据，对抽取的子分区进行混合量测信息基于时间尺度分层求解的状态估计具体为：以某一AMI和SCADA数据同时到达的时刻为起始时刻，进行数据融合，并基于AMI和SCADA全量测信息进行降维状态估计；结合AMI量测信息，以及获得的状态估计结果，进行下一次SCADA到来时刻的负荷预测，即伪量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥玉，王晟晨，于力，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12