基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法技术

一种基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法：获取配电网网络拓扑连接关系，节点类型，系统基准电压和基准容量；根据拓扑连接关系，得到节点最大的度；获取系统各节点同步相量量测装置当前时刻的有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测值和C组历史量测数据；得到C组功率和电压量测的变化量；计算帽子矩阵，得到各组量测的帽子值，确定各组量测的权重；建立雅可比矩阵的加权最小绝对值估计模型；将加权最小绝对值估计模型转换为线性规划模型；求解线性规划模型，得到雅可比矩阵的鲁棒估计结果；对雅可比矩阵求逆，得到电压功率灵敏度估计结果。本发明专利技术避免了电压量测坏数据的杠杆效应对估计精度的影响，提高了算法的估计精度。

【技术实现步骤摘要】
基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法
本专利技术涉及一种配电网电压功率灵敏度估计方法。特别是涉及一种基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法。
技术介绍
当前，各种以可再生能源利用为目标的分布式发电技术得到飞速发展，分布式电源在给配电网带来新的活力的同时，也使得配电网的运行控制面临着更大的挑战。电压功率灵敏度因其能够准确反映系统中电压与功率的变化关系，在电力系统的运行控制中发挥着极为重要的作用。特别是随着以同步相量量测单元为代表的先进电力装备技术的发展，基于实时量测的电压功率灵敏度的在线估计成为可能，为解决配电网的运行控制问题提供了可靠手段。传统的电压功率灵敏度计算，先通过离线潮流计算求得雅可比矩阵，再通过矩阵求逆得到电压功率灵敏度。采用离线潮流计算电压功率灵敏度由于存在元件参数不准确、信息更新不及时、难以追踪系统运行点及相关拓扑变化等缺陷，通常会有较大的计算误差。通过实时的量测信息，实现系统状态与运行参数的在线估计，能够充分避免上述因素引起的估计误差。特别是，基于同步相量量测装置能够实现有功功率、无功功率、电压相角、电压幅值、系统频率等电气量的高精度同步量测，现已广泛用于输电网的参数估计、状态估计、故障定位和运行控制等多个方面。随着配电网中源网荷不确定性的显著增加，使得其同样需要更加精确的量测以更好的实现各种运行控制与能量管理的目标。与输电网不同，配电网存在节点间相角差更小、节点数众多、线路阻抗比较大等特点，而同步相量量测装置在提高相角量测精度的同时，也逐步实现了小型化和低成本，其在配电网中的应用价值也逐渐凸显出来。虽然同步相量量测装置能够提供更精确的数据量测，但由于数据采集、转换与通信等环节的影响，量测数据中仍然可能含有坏数据，这将极大影响系统状态及参数估计的效果，此时则需要采用更加鲁棒的方法进行估计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够实现电压功率灵敏度参数的精确估计的基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，包括如下步骤：1)获取配电网网络拓扑连接关系，节点类型，系统基准电压和基准容量；根据拓扑连接关系，计算各个节点的度，得到节点最大的度为dmax；2)获取系统各节点同步相量量测装置当前时刻的有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测值和C组历史量测数据，同时保证C＞2(dmax+1)；3)将每一组历史量测都与当前量测做差，得到C组功率和电压量测的变化量；4)根据步骤3)中得到的功率和电压量测变化量，计算帽子矩阵，得到各组量测的帽子值，确定各组量测的权重；5)根据步骤4)得到的各组量测的权重和步骤3)得到的C组功率和电压量测变化量，建立雅可比矩阵的加权最小绝对值估计模型；6)将步骤5)中的加权最小绝对值估计模型转换为线性规划模型；7)求解步骤6)中的线性规划模型，得到雅可比矩阵的鲁棒估计结果；8)对步骤7)中得到的雅可比矩阵求逆，得到电压功率灵敏度估计结果。步骤3)所述得到的C组功率和电压量测的变化量如下：ΔPi[k]＝Pi(k)-Pi(0)、ΔQi[k]＝Qi(k)-Qi(0)、Δθi[k]＝θi(k)-θi(0)和ΔVi[k]＝Vi(k)-Vi(0)，其中，k＝1,2,…,C；Pi(0)、Qi(0)、θi(0)、Vi(0)分别表示节点i当前时刻的有功功率、无功功率、电压相角和电压幅值的量测值；Pi(k)、Qi(k)、θi(k)、Vi(k)分别表示节点i第k组的历史量测值。步骤4)所述的计算帽子矩阵，得到各组量测的帽子值，确定各组量测的权重，具体如下：第m组量测的帽子值表示为帽子矩阵Z的对角元素Zm,m，m＝1,2,…,C，帽子矩阵Z的计算方式如下：Z＝X(XTX)-1XT第m组量测的权重计算方式如下：wm＝1-Zm,m式中，表示电压量测变化量矩阵，Ωi表示网络中与节点i直接相关联节点的集合；Δθj＝[Δθj[1],…,Δθj[C]]T表示节点j的C组电压相角量测变化量组成的列向量，ΔVj＝[ΔVj[1],…,ΔVj[C]]T表示节点j的C组电压幅值量测变化量组成的列向量。步骤5)所述的雅可比矩阵的加权最小绝对值估计模型包括：表示节点i的有功功率变化与节点i相关联节点的电压幅值和相角变化之间关系的参数的估计模型为：min||Wei,P||1式中，i∈Ω，Ω表示系统中所有节点的集合；||·||1表示向量的1范数，W为C维对角矩阵，Wm,m＝wm，为第m组量测的权重；ΔPi＝[ΔPi[1],…,ΔPi[C]]T表示节点i的C组有功功率量测变化量组成的列向量；Hij、Nij分别为雅可比矩阵中表示节点i有功功率变化与节点j电压相角变化和电压幅值变化之间关系的参数；ei,P为C维有功功率残差列向量；Ωi表示网络中与节点i直接相关联节点的集合；表示节点i的无功功率变化与节点i相关联节点的电压幅值和相角变化之间关系的参数的估计模型为：min||Wei,Q||1式中，ΔQi＝[ΔQi[1],…,ΔQi[C]]T表示节点i的C组无功功率量测变化量组成的列向量；Mij、Lij分别为雅可比矩阵中表示节点i无功功率变化与节点j电压相角变化和电压幅值变化之间关系的参数；ei,Q为C维无功功率残差列向量。步骤6)包括：(1)进行如下变量代换：yP＝[Ya,PYb,PYc,PYd,P]TL＝[X–XI-I]bP＝ΔPicT＝[04D12C]式中，D＝|Ωi|，|Ωi|表示集合Ωi中的元素个数，W′为4*D+2*C维对角矩阵，0表示零矩阵；04D为4*D维元素取值为0行向量，12C为2*C维元素取值为1的行向量，I为C维单位矩阵；Hij、Nij分别为雅可比矩阵中表示节点i有功功率变化与节点j电压相角变化和电压幅值变化之间关系的参数；ei,P为C维有功功率残差列向量；Ωi表示网络中与节点i直接相关联节点的集合；ΔPi＝[ΔPi[1],…,ΔPi[C]]T表示节点i的C组有功功率量测变化量组成的列向量；W为C维对角矩阵，Wm,m＝wm，为第m组量测的权重；(2)将表示节点i的有功功率变化与节点i相关联节点的电压幅值和相角变化之间关系的参数的估计模型转换为线性规划模型，表示如下：mincTW′yPs.t.LyP＝bPyP≥0(3)进一步做变量代换：bQ＝ΔQi式中，Mij、Lij分别为雅可比矩阵中表示节点i无功功率变化与节点j电压相角变化和电压幅值变化之间关系的参数；ei,Q为C维无功功率残差列向量；ΔQi＝[ΔQi[1],…,ΔQi[C]]T表示节点i的C组无功功率量测变化量组成的列向量；(4)将表示节点i的无功功率变化与节点i相关联节点的电压幅值和相角变化之间关系的参数的估计模型转换为线性规划模型，表示如下：mincTW′yQs.t.LyQ＝bQyQ≥0。本专利技术的基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，通过配电网中各个节点安装的同步相量量测装置，获取各个节点的有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的历史量测和实时量测，实现电压功率灵敏度参数的估计，避免了元件参数不准确、信息更新不及时、难以追踪系统运行点及相关拓扑变化等问题对估计精度的影响。本专利技术所采用的估计方法，考虑了功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取配电网网络拓扑连接关系，节点类型，系统基准电压和基准容量；根据拓扑连接关系，计算各个节点的度，得到节点最大的度为dmax；2)获取系统各节点同步相量量测装置当前时刻的有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测值和C组历史量测数据，同时保证C＞2(dmax+1)；3)将每一组历史量测都与当前量测做差，得到C组功率和电压量测的变化量；4)根据步骤3)中得到的功率和电压量测变化量，计算帽子矩阵，得到各组量测的帽子值，确定各组量测的权重；5)根据步骤4)得到的各组量测的权重和步骤3)得到的C组功率和电压量测变化量，建立雅可比矩阵的加权最小绝对值估计模型；6)将步骤5)中的加权最小绝对值估计模型转换为线性规划模型；7)求解步骤6)中的线性规划模型，得到雅可比矩阵的鲁棒估计结果；8)对步骤7)中得到的雅可比矩阵求逆，得到电压功率灵敏度估计结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取配电网网络拓扑连接关系，节点类型，系统基准电压和基准容量；根据拓扑连接关系，计算各个节点的度，得到节点最大的度为dmax；2)获取系统各节点同步相量量测装置当前时刻的有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角的量测值和C组历史量测数据，同时保证C＞2(dmax+1)；3)将每一组历史量测都与当前量测做差，得到C组功率和电压量测的变化量；4)根据步骤3)中得到的功率和电压量测变化量，计算帽子矩阵，得到各组量测的帽子值，确定各组量测的权重；5)根据步骤4)得到的各组量测的权重和步骤3)得到的C组功率和电压量测变化量，建立雅可比矩阵的加权最小绝对值估计模型；6)将步骤5)中的加权最小绝对值估计模型转换为线性规划模型；7)求解步骤6)中的线性规划模型，得到雅可比矩阵的鲁棒估计结果；8)对步骤7)中得到的雅可比矩阵求逆，得到电压功率灵敏度估计结果。2.根据权利要求1所述的基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，其特征在于，步骤3)所述得到的C组功率和电压量测的变化量如下：ΔPi[k]＝Pi(k)-Pi(0)、ΔQi[k]＝Qi(k)-Qi(0)、Δθi[k]＝θi(k)-θi(0)和ΔVi[k]＝Vi(k)-Vi(0)，其中，k＝1,2,…,C；Pi(0)、Qi(0)、θi(0)、Vi(0)分别表示节点i当前时刻的有功功率、无功功率、电压相角和电压幅值的量测值；Pi(k)、Qi(k)、θi(k)、Vi(k)分别表示节点i第k组的历史量测值。3.根据权利要求1所述的基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，其特征在于，步骤4)所述的计算帽子矩阵，得到各组量测的帽子值，确定各组量测的权重，具体如下：第m组量测的帽子值表示为帽子矩阵Z的对角元素Zm,m，m＝1,2,…,C，帽子矩阵Z的计算方式如下：Z＝X(XTX)-1XT第m组量测的权重计算方式如下：wm＝1-Zm,m式中，表示电压量测变化量矩阵，Ωi表示网络中与节点i直接相关联节点的集合；Δθj＝[Δθj[1],…,Δθj[C]]T表示节点j的C组电压相角量测变化量组成的列向量，ΔVj＝[ΔVj[1],…,ΔVj[C]]T表示节点j的C组电压幅值量测变化量组成的列向量。4.根据权利要求1所述的基于同步相量量测的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法，其特征在于，步骤5)所述的雅可比矩阵的加权最小绝对值估计模型包括：表示节点i的有功功率变化与节点i相关联节点的电压幅值和相角变化之间关系的参数的估计模型为：min||Wei,P||1式中，i∈Ω，Ω表示系统中所有节点的集合；||·||1表示向量的1范数，W为C维对角矩阵，Wm,m＝wm，为第m组量测的权重；ΔPi＝[ΔPi[1],…,ΔPi[C]]T表示节点i的C组有功功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成山，宿洪智，李鹏，宋关羽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12