一种电网中运行状态的动态估计方法技术

本发明专利技术公布了一种电网中运行状态的动态估计方法，构建量测装置的原始采集信号与动态估计程序的量测输入量之间的对应关系，并形成向量表达式，根据实际量测配置组成全部量测数据下的各个子集，利用原始采集信号的统计特性数值，将其中每一个元素的统计信息分作两种表达式，并分别与其余各元素按照相应的对应关系构成各量测输入量子集中的元素，采用两类比例因子作为系数，将各元素按照一定的比例系数进行累积，从而求得各量测输入量的统计特性数值，并构成修正量测误差协方差矩阵。本发明专利技术在滤波步中将修正协方差阵代替原先的方差对角阵，可以较好地提升电网动态状态估计的精度，并且易于与已有的状态估计软件相结合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电网中运行状态的动态估计方法，属于电力系统运行和控制

技术介绍
当今电力系统逐步向着超大规模系统发展，针对目前的大电网运行状态的实时监测要求，要实现系统的准确预估、经济调度及风险预控等在线功能，仅仅凭借系统当前工况下的信息是无法完全做到的，更须要获得符合系统正确的运行趋势的预测数据。电网运行状态的动态估计是在时序上计及了状态连续变化的准稳态估计方法，兼有状态预测及状态滤波的功能。考虑到电力系统自身的动态特性，系统状态量的变化呈现连续变化的趋势，相比于静态状态估计已有的功能，动态状态估计还可以对系统运行状态进行准确的预测，因此更加符合电力系统本身的特性，也足以见得动态状态估计在现代电力系统运行监测及控制中的重要性。随着各类高精度测量装置将丰富的高精度相量测量信息提供到电网控制中心，调度人员能够越来越准确地了解系统的运行状态及动态特性，同时，现代电力系统需要对实时运行趋势进行准确预报，并将预测信息提供给系统安全评估及预防控制等在线功能，因此，动态状态估计对于电力规划、设计和运行人员而言有着越来越重要的作用。动态估计程序采用卡尔曼滤波理论，该理论主要针对电网的状态方程以及量测方程中噪声进行处理。在现阶段程序的设计中，这两部分的噪声都假设为相互独立的白噪声。显而易见，实际量测系统中在量测装置采集、传输信号的过程中，噪声误差并非高斯白噪声。在通过远程终端装置(Remote Terminal Unit,RTU)以及相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)采集的测量信号经过设备自身处理，并传输给电网调度控制中心作为状态估计量测输入量的这一转化过程中，量测噪声误差已产生了一定程度的改变，并将影响到能量管理系统(Energy Management System,EMS)中各种高级应用软件的分析结果。这种误差改变的影响可以用系统噪声之间的关联程度来表示。系统噪声的关联程度主要包括两大类：①不同性质的测量设备各自测量噪声相互的关联程度；②同一时刻下过程噪声与测量噪声相互的关联程度；③相邻时刻间过程噪声与测量噪声相互的关联程度。以简单的线性系统为例，该系统模型包含了两个测量设备，则这类系统噪声的相关性可表示为： x ( k + 1 ) = F ( k + 1 , k ) x ( k ) + ω ( k ) z i ( k ) = H i ( k ) x ( k ) + v i ( k ) , i = 1 , 2 ]]>式中，z1(k)为第i(i＝1,2)个测量设备的量测值。不同性质的测量设备各自测量噪声相互的关联程度是指量测误差v1(k)与v2(k)之间具有关联性，在它们的数学模型中可表示为：两个量测量的误差协方差矩阵不为零，其表达式可写为： E { v 1 ( k ) v 2 T ( k )本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网中运行状态的动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)读取EMS中的电网拓扑数据，按照各厂站、各母线中量测量之间的电气关联性形成各独立的子量测集；2)在各子量测集中，对于动态估计方法中的各类量测输入量，根据其相应的原始采集信号建立两者间的函数表达式，具体如下：2‑1)针对远程终端装置的量测数据，将各单相电压幅值、节点及支路的各单相电流幅值、节点及支路电流量的各单相电压‑电流相角差三种原始采集信号与各节点的电压幅值、支路有功与无功功率、节点有功与无功功率五种量测输入量建立函数表达式；2‑2)针对相量测量单元的量测数据，将各单相电压相量的原始采集信号与该节点电压幅值与相角量测输入量建立关联式，将各单相电流相量的原始采集信号与相应的连接节点电压幅值与相角量测输入量建立函数表达式；3)根据步骤2)中建立的所有函数表达式，形成相应的向量形式，并将向量中的量测输入量都用原始采集信号各参量进行表示；原始采集信号集与量测输入量用向量表示为：a=[a1,...,al,...,aη]Tb=[b1,...,bρ,...,bν]T---(6)]]>其中，a为原始采集信号向量，b为量测输入量向量，al和bρ分别为向量a和b中的元素，η和ν分别为a和b的维数；相应的，远程终端装置中原始采集信号集与量测输入量各自的向量集合分别为：aSCADA=[Uif,Iif,θif,Iijf,...,Iin′′f,θijf,...,θin′′f]TbSCADA=[Ui,Pi,Qj,Pij,...,Pin′′,Qij,...,Qin′′]T---(8)]]>其中，aSCADA表示远程终端装置的原始采集信号向量，bSCADA表示远程终端装置的关联量测量向量，f＝A,B,C为i节点各单相电压幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点的各单相电流幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点j支路的各单相电流幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点电流量的各单相电压‑电流相角差原始采集信号，f＝A,B,C为i节点j支路电流量的各单相电压‑电流相角差原始采集信号，Ui表示i节点的电压幅值量测输入量，Pi表示i节点的有功功率量测输入量，Qi表示i节点的无功功率量测输入量，Pij为i节点j支路的有功功率量测输入量，Qij为i节点j支路的无功功率量测输入量，n″为与各节点直接相联的节点个数；相量测量单元中原始采集信号集与量测输入量各自的向量集合分别为：aPMU=[U·if,I·ijf,...,I·in′f]TbPMU=[Ui,θi,Uj,...,Un′,θj,...,θn′]T---(7)]]>其中，aPMU表示相量测量单元的原始采集信号向量，bPMU表示相量测量单元的关联量测量向量，f＝A,B,C为i节点各单相电压相量原始采集信号，f＝A,B,C为i节点j支路的各单相电流相量原始采集信号，Ui表示i节点的电压幅值量测输入量，θi为i节点的电压相角量测输入量，j为与相量测量单元中测量点直接相连的节点，Uj表示与相量测量单元中测量点直接相连的节点j的电压幅值量测输入量，θj为与相量测量单元中测量点直接相连的节点j的电压相角量测输入量，n′为与相量测量单元中测量点直接相连的节点个数；将向量中的量测输入量都用原始采集信号各参量进行表示如下：CPMU(·)=[CUi(·),Cθi(·),CUj(·),...,CUn′(·),...,Cθj(·),...,Cθn′(·)]T---(10)]]>CSCADA(·)=[CUi(·),CPi(·),CQj(·),CPij(·),...,CPin′′(·),...,CQij(·),...,CQin′′(·)]T---(11)]]>CPMU(·)为bPMU的非线性状态转移函数，CSCADA(·)为cSCADA的非线性...

【技术特征摘要】
1.一种电网中运行状态的动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)读取EMS中的电网拓扑数据，按照各厂站、各母线中量测量之间的电气关联性形成各独立的子量测集；2)在各子量测集中，对于动态估计方法中的各类量测输入量，根据其相应的原始采集信号建立两者间的函数表达式，具体如下：2-1)针对远程终端装置的量测数据，将各单相电压幅值、节点及支路的各单相电流幅值、节点及支路电流量的各单相电压-电流相角差三种原始采集信号与各节点的电压幅值、支路有功与无功功率、节点有功与无功功率五种量测输入量建立函数表达式；2-2)针对相量测量单元的量测数据，将各单相电压相量的原始采集信号与该节点电压幅值与相角量测输入量建立关联式，将各单相电流相量的原始采集信号与相应的连接节点电压幅值与相角量测输入量建立函数表达式；3)根据步骤2)中建立的所有函数表达式，形成相应的向量形式，并将向量中的量测输入量都用原始采集信号各参量进行表示；原始采集信号集与量测输入量用向量表示为： a = [ a 1 , ... , a l , ... , a η ] T b = [ b 1 , ... , b ρ , ... , b ν ] T - - - ( 6 ) ]]>其中，a为原始采集信号向量，b为量测输入量向量，al和bρ分别为向量a和b中的元素，η和ν分别为a和b的维数；相应的，远程终端装置中原始采集信号集与量测输入量各自的向量集合分别为： a S C A D A = [ U i f , I i f , θ i f , I i j f , ... , I in ′ ′ f , θ i j f , ... , θ in ′ ′ f ] T b S C A D A = [ U i , P i , Q j , P i j , ... , P in ′ ′ , Q i j , ... , Q in ′ ′ ] T - - - ( 8 ) ]]>其中，aSCADA表示远程终端装置的原始采集信号向量，bSCADA表示远程终端装置的关联量测量向量，f＝A,B,C为i节点各单相电压幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点的各单相电流幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点j支路的各单相电流幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点电流量的各单相电压-电流相角差原始采集信号，f＝A,B,C为i节点j支路电流量的各单相电压-电流相角差原始采集信号，Ui表示i节点的电压幅值量测输入量，Pi表示i节点的有功功率量测输入量，Qi表示i节点的无功功率量测输入量，Pij为i节点j支路的有功功率量测输入量，Qij为i节点j支路的无功功率量测输入量，n″为与各节点直接相联的节点个数；相量测量单元中原始采集信号集与量测输入量各自的向量集合分别为： a P M U = [ U · i f , I · i j f , ... , I · in ′ f ] T b P M U = [ U i , θ i , U j , ... , U n ′ , ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆子刚，卢树峰，杨世海，黄奇峰，王忠东，吴桥，徐敏锐，陈刚，赵双双，李志新，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32