一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法技术

本发明专利技术公开了一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法。该方法充分利用PMU量测方程为线性方程的特点，将SCADA量测方程分解为两步线性化方程，并将PMU量测数据中电压幅值平方和相角量测分别添加到两个线性化方程中，从而实现PMU和SCADA混合量测状态估计的非迭代计算。本发明专利技术提供的方法能够有效改善状态估计精度，极大提高状态估计的计算效率，对IEEE标准系统仿真计算，验证了本方法的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法
专利技术涉及一种线性状态估计方法，特别是一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法。
技术介绍
电力系统状态估计(stateestimation,SE)是能量管理系统(energymanagementsysem,EMS)的核心，是其他高级应用的基础。传统状态估计基于数据采集与监控系统(supervisorycontrolanddataacquisition,SCADA)的量测信息，主要包括节点注入功率、支路功率和节点电压幅值。随着全球定位技术的发展，广域量测系统(wideareameasurementsystem,WAMS)中相量测量单元(phasormeasurementunit,PMU)能对电网节点电压相量和支路电流相量进行高精度和严格同步的测量，因而被广泛地应用于电力系统。但是，目前电力系统PMU的量测配置还无法满足对全网实现可观测，因此研究包含PMU和SCADA混合量测的状态估计方法，如何充分利用PMU量测信息特征有重要的价值和意义。PMU量测信息包含节点电压相量量测和支路电流相量量测。对节点电压相量量测的处理方法主要有以下两种：一是如果对状态估计精度要求不高，可以直接将相应PMU量测作为真值，对没有安装PMU量测的节点则进行传统状态估计。此方法除了估计精度偏低之外，也无法有效的检测辨识PMU测点中的坏数据。二是将节点电压相量量测添加到SCADA量测中，赋以较大权重，进行传统状态估计。该方法可有效增加量测冗余，提高状态估计精度，但没有充分利用PMU线性量测方程的优点，与未添加PMU量测状态估计相比，迭代次数几乎不变，迭代时间有所增加。对于支路电流相量量测，由于无法建立直接有效的量测方程，单独考虑支路电流相量量测的状态估计的方法很少，目前主要是将支路电流相量量测转化为等效功率量测或电压相量量测进行状态估计。该方法需要精确计算量测变换产生的传递误差和相应的权重，且在量测变换中会出现一定数量的大误差和大权重，影响状态估计精度和数值稳定性。本文将PMU量测中电压幅值和电压相角分别添加到第一步和第二步线性化方程中，建立PMU和SCADA混合量测下分步状态估计模型，实现状态估计的非迭代求解。仿真结果表明本文方法可有效利用PMU量测方程为线性方程的特点，改善状态估计精度，极大提高状态估计的计算效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是采用分步线性状态估计方法解决计及PMU量测的状态估计计算效率问题。技术方案：本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术为一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法，其特征在于所述方法是在计算机中依次按以下步骤实现的：步骤1：获取电力系统的网络参数；步骤2：获取SCADA遥测数据z和PMU遥测数据；步骤3：程序初始化；步骤4：假设由电力系统网络参数和程序初始化，得到电网共有m条线路，n个节点，设置中间变量y如下：式中：对于任一连接节点i、j(0<i，j<n)的线路ij，对应的K元素为Kij＝ViVjcosθij，对应的L元素为Lij＝ViVjsinθij；对于任一节点i，对应的M元素为Mi＝Vi2；K、L是m维列向量，M是n维列向量，则y是(2m+n)维列向量；其中Vi、Vj是节点i、j的电压幅值，θij是节点i、j之间相角差，即θi-θj。设置中间变量u如下：式中：ln(K2+L2)是将K和L中同一行的元素平方后求和再求自然对数形成的m维列向量，arctan(L/K)是将L和K中同一行元素相除后求反正切函数形成的m维列向量，ln(M)是对M中所有元素分别求自然对数形成的n维列向量，u是(2m+n)维列向量。步骤5：利用中间变量建立包含SCADA量测的分步状态估计模型：z＝Ay+εzu＝f(y)u＝Bx+εy式中：A是根据z和y之间关系所建立的常系数矩阵；B是根据u和x之间关系所建立的常系数矩阵，f(y)是根据u和y之间关系建立的非线性函数向量；εz和εy是满足高斯分布的误差向量。步骤6：将PMU量测中电压幅值平方添加到步骤5中第一个等式，建立如下方程：式中：zp＝V2，Ap是根据zp和y之间关系所建立的常系数矩阵。步骤7：由y获得u，将PMU量测中电压相角量测添加到步骤5中第三个等式，建立如下方程：式中：up＝θ，Bp是根据up和x之间关系所建立的常系数矩阵。步骤8：将求得的变量x中ln(V)部分做以自然数e为底的指数计算，即eln(V)→V，最终得到电网状态量V和θ。作为优化，所述电力系统的网络参数包括输电线路的支路号、首端节点和末端节点编号、串联电阻、串联电抗、并联电纳、变压器变比和漏抗。作为优化，所述程序初始化包括对状态量和修正量赋初值、形成节点导纳矩阵等。有益效果：本专利技术与现有技术相比：传统将PMU节点电压相量量测加入到SCADA量测方程中，对PMU量测赋以较大权重，参与迭代修正方程，求解状态估计问题。此方法能增加状态估计量测冗余，提高估计精度，且原理简单，易于实现，但只将PMU量测添加到SCADA量测中进行传统状态估计，并没有充分利用PMU量测量与状态量的线性关系。本专利技术将PMU量测分步线性化状态估计方程中，建立PMU和SCADA混合量测下分步状态估计模型，实现状态估计的非迭代求解。多个算例仿真结果表明本专利技术提供的方法可有效利用PMU量测方程为线性方程的特点，改善状态估计精度，极大提高状态估计的计算效率。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为本专利技术非变压器线路Π形等值电路图；图3为本专利技术变压器线路Π形等值电路图；图4为本专利技术适于应用的IEEE-14节点系统示意图；图5为本专利技术适于应用的IEEE-57节点系统示意图；图6为本专利技术适于应用的IEEE-118节点系统示意图；图7为本专利技术IEEE-14节点系统仿真结果示意图；图8为本专利技术IEEE-14节点系统仿真结果示意图。具体实施方式如附图1所示分析SCADA数据的量测方程，由电力系统网络参数和程序初始化，得到电网共有m条线路，n个节点。引入中间变量，实现非线性量测方程的分步求解，将传统量测方程分解为如下形式：z＝Ay+εzu＝f(y)u＝Bx+εy式中：y和u为中间变量；z与y为线性关系，系数矩阵为A；u与y为非线性关系，y与x为线性关系，系数矩阵为B；εz和εy为满足高斯分布的误差向量。量测量z所包含的支路功率和节点电压幅值的函数表达式为：式中：i、j为节点序号；gij、bij和yc为线路ij的π型等效电路串联电导、串联电纳和对地电纳，Pij和Qij为线路ij的有功功率和无功功率表；Vi和Vj为节点i、j的电压幅值。为了确保z与y为线性关系，令y为：式中：对于任一连接节点i、j(0<i，j<n)的线路ij，对应的K元素为Kij＝ViVjcosθij，对应的L元素为Lij＝ViVjsinθij；对于任一节点i，对应的M元素为Mi＝Vi2；K、L是m维列向量，M是n维列向量，则y是(2m+n)维列向量；其中Vi、Vj是节点i、j的电压幅值，θij是节点i、j之间相角差，即θi-θj。建立支路功率和节点电压幅值平方与中间变量y的线性量测方程为：节点注入功率等于与之相连支路功率之和，故其与y也为线性关系。电压幅值量测取平方形式，对应量测误差为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法，其特征在于，所述方法是依次按以下步骤实现：步骤1：获取电力系统的网络参数；步骤2：获取遥测数据；步骤3：程序初始化；步骤4：设置中间变量：式中：。

【技术特征摘要】
1.一种计及PMU量测的分步线性状态估计方法，其特征在于，所述方法是依次按以下步骤实现：步骤1：获取电力系统的网络参数；步骤2：获取SCADA遥测数据z和PMU遥测数据；步骤3：程序初始化；步骤4：假设由电力系统网络参数和程序初始化，得到电网共有m条线路，n个节点，设置中间变量y如下：式中：对于任一连接节点i、j(0<i，j<n)的线路ij，对应的K元素为Kij＝ViVjcosθij，对应的L元素为Lij＝ViVjsinθij；对于任一节点i，对应的M元素为Mi＝Vi2；K、L是m维列向量，M是n维列向量，则y是(2m+n)维列向量；其中Vi、Vj是节点i、j的电压幅值，θij是节点i、j之间相角差，即θi-θj。设置中间变量u如下：式中：ln(K2+L2)是将K和L中同一行的元素平方后求和再求自然对数形成的m维列向量，arctan(L/K)是将L和K中同一行元素相除后求反正切函数形成的m维列向量，ln(M)是对M中所有元素分别求自然对数形成的n维列向量，u是(2m+n)维列向量。步骤5：利用中间变量建立包含SCADA量...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，厉超，倪明，余文杰，孙国强，孙永辉，滕德红，缪新民，任宾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32