一种配电网分布式并行状态估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种配电网分布式并行状态估计方法及装置，所述方法包括：利用拉格朗日松弛技术对配电网进行网络分区；对各子区域进行网络解耦，确定各子区域的边界条件；对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件；本发明专利技术提供的技术方案，通过拉格朗日松弛技术实现网络自动分区，并通过区域间解耦方法实现分区并行计算，从而开发出一套适合配电网特点的、具有较强并行性而任务之间的数据相关性较小的配电网状态估计并行求解算法。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网分布式并行状态估计方法及装置
本专利技术涉及配电网状态估计领域，具体涉及一种配电网分布式并行状态估计方法及装置。
技术介绍
配电网状态估计是能量管理系统和配电管理系统的重要组成部分，可为配电网态势感知、风险分析和运行控制等环节提供基础数据源。作为配电网实时调度和控制的基础，配电网状态估计算法对计算速度有较高的要求。一方面，随着能源危机的加重和环境问题的日益严峻，分布式发电(DistributedGeneration，DG)因其清洁、低碳和成本低廉等优点得到了越来越多的关注。大量DG接入和配电网规模的不断扩大使传统的配电网逐步发展成为复杂有源配电网，状态估计网络规模与量测量数目也随之增大，在现有的计算水平下，传统状态估计算法容易陷入“维数灾难”的困境，难以满足实时性的要求。另一方面，随着并行机与并行计算技术不断发展和成熟，使得并行计算成为解决复杂有源配电网状态估计的有效途径。并行计算是将多任务映射到多处理机中执行或将现实的多维问题映射到具有特定拓扑结构的多处理机上求解的方法。并行算法可以充分发挥机群的优势，以较低的成本和较快的速度完成以往需要超大型计算机来完成的工作，在保证计算精度的前提下显著改善计算速度，满足分析和控制的实时性要求。随着高性能价格比的可扩展集群式计算机及分布式并行程序库的逐步成熟及应用，可通过计算机集群实现配电网状态估计的分布式并行求解。
技术实现思路
本专利技术提供一种配电网分布式并行状态估计方法及装置，其目的是针对配电网系统规模的不断扩大和对在线分析与控制要求的不断提高，采用集中式算法分析计算复杂有源配电网状态估计问题往往存在计算速度慢，计算机内存不足，收敛速度慢等维数灾难问题，通过拉格朗日松弛技术实现网络自动分区，并通过区域间解耦方法实现分区并行计算，从而开发出一套适合配电网特点的、具有较强并行性而任务之间的数据相关性较小的配电网状态估计并行求解算法。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种配电网分布式并行状态估计方法，其改进之处在于，包括：利用拉格朗日松弛技术对配电网进行网络分区；对各子区域进行网络解耦，确定各子区域的边界条件；对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件。优选的，所述利用拉格朗日松弛技术对配电网进行网络分区，包括：a.构建配电网分区的目标函数及其约束条件；b.将所述配电网分区的目标函数及其约束条件转换为拉格朗日函数；c.初始化配电网分区数目N＝Nmin，其中，Nmin为配电网最小分区数目；d.求解所述拉格朗日函数，获取并存储当前分区数目N对应的分区位置结果及拉格朗日函数值；e.判断当前分区数目N是否等于Nmax，其中，Nmax为配电网最大分区数目，若是，则选择分区数目Nmin至Nmax中对应的拉格朗日函数值最小的分区数目所对应的分区位置结果对配电网进行网络分区，若否，则令N＝N+1并返回所述步骤d。进一步的，所述构建配电网分区的目标函数及其约束条件，包括：按下式建立配电网分区的第一目标函数：上式中，N为配电网分区数目，ni为第i个子区域的节点数，i∈[1,n]，F1为配电网分区的第一目标函数值；按下式建立配电网分区的第二目标函数：上式中，F2为配电网分区的第二目标函数值，ξi为第i个子区域的量测冗余度，其中，ξi＝mi/si，mi为第i个子区域的量测量个数，si为第i个子区域的状态量个数；按下式确定配电网分区的目标函数的可观测性约束：上式中，ηi为第i个子区域的可观测性，其中，当ηi＝0时，表示第i个子区域可观测，当ηi＝1时，表示第i个子区域不可观测；按下式确定配电网分区的目标函数的分区数目约束：max(Nmin,NF-2)≤N≤min(Nmax,NF)上式中，NF为配电网理论最大分区数目，其中，nall为配电网总节点数。进一步的，所述将所述配电网分区的目标函数及其约束条件转换为拉格朗日函数，包括：按下式将所述配电网分区的目标函数进行标准化处理：上式中，y＝1,2，Fy'为配电网分区的第y目标函数标准化值，Fymin为配电网分区的第y目标函数标准化值最小值，Fymax配电网分区的第y目标函数标准化值最大值，Fy为配电网分区的第y目标函数值；按下式将标准化处理后的配电网分区的目标函数融合为单目标函数：minF＝ω1·F1'+ω2·F2'上式中，F为单目标函数值，ω1为配电网分区的第一目标函数标准化函数的权重，ω2为配电网分区的第二目标函数标准化函数的权重，其中，ω1和ω2均大于0且ω1+ω2＝1；按下式将所述配电网分区的目标函数及其约束条件转换为拉格朗日函数F(x,y,l,u,z,w)：上式中，x,l和u均为拉格朗日函数原始变量向量；y,z和w均为拉格朗日函数对偶变量向量，g(x)＝N，g＝min(Nmin,NF-2)，其中，ηi为第i个子区域的可观测性，NF为配电网理论最大分区数目。优选的，所述对各子区域进行网络解耦，确定各子区域的边界条件，包括：在第i个子区域的末端分区位置添加虚拟发电机节点ai,2，其中，节点ai,2等效与第i个子区域的末端分区位置相邻的第i+1个子区域的首端分区位置的注入功率；在与第i个子区域的末端分区位置相邻的第i+1个子区域的首端分区位置添加虚拟发电机节点ai+1,1，其中，节点ai+1,1等效第i+1个子区域的平衡节点；在节点ai+1,1与第i+1个子区域中与第i+1个子区域的首端分区位置相连的节点之间添加一条零阻抗虚拟支路；对各子区域的虚拟发电机节点赋值，令第i个子区域的末端分区位置的边界条件Zonei,2＝[PGi,2,QGi,2,VGi,2,θGi,2]，与第i个子区域的末端分区位置相邻的第i+1个子区域的首端分区位置的边界条件Zonei+1,1＝[PGi+1,1,QGi+1,1,-VGi+1,1,-θGi+1,1]；若第i个子区域的末端分区位置处配置量测装置，则PGi,2、QGi,2、VGi,2和θGi,2分别为第i个子区域的末端分区位置处量测装置对应的注入有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角，PGi+1,1、QGi+1,1、VGi+1,1和θGi+1,1分别为第i+1个子区域的首端分区位置处量测装置对应的注入有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角；若第i个子区域的末端分区位置处未配置量测装置，则PGi,2＝0，QGi,2、VGi,2、θGi,2、PGi+1,1和QGi+1,1分别取随机数，VGi+1,1和θGi+1,1分别为电力系统平衡节点的电压幅值和电压相角。优选的，通过能量管理系统或配电管理系统对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件。优选的，在所述对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件之后，包括：判断所述各子区域的边界条件是否满足收敛条件，若满足，则结束操作，若不满足，则调整所述各子区域的边界条件后，重新对各子区域并行进行状态估计，直至所述各子区域的边界条件满足所述收敛条件。进一步的，判断第i个子区域的末端分区位置的边界条件Zonei,2和第i+1个子区域的首端分区位置的边界条件Zonei+1,1是否满足|Zonei,2+Zonei+1,1|＜ε，其中，ε为收敛精度；若满足，则结束操作，若不满足，则分别将第i个子区域和第i+1个子区域的首端分区位置的边界条件与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网分布式并行状态估计方法，其特征在于，所述方法包括：利用拉格朗日松弛技术对配电网进行网络分区；对各子区域进行网络解耦，确定各子区域的边界条件；对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件。

【技术特征摘要】
1.一种配电网分布式并行状态估计方法，其特征在于，所述方法包括：利用拉格朗日松弛技术对配电网进行网络分区；对各子区域进行网络解耦，确定各子区域的边界条件；对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用拉格朗日松弛技术对配电网进行网络分区，包括：a.构建配电网分区的目标函数及其约束条件；b.将所述配电网分区的目标函数及其约束条件转换为拉格朗日函数；c.初始化配电网分区数目N＝Nmin，其中，Nmin为配电网最小分区数目；d.求解所述拉格朗日函数，获取并存储当前分区数目N对应的分区位置结果及拉格朗日函数值；e.判断当前分区数目N是否等于Nmax，其中，Nmax为配电网最大分区数目，若是，则选择分区数目Nmin至Nmax中对应的拉格朗日函数值最小的分区数目所对应的分区位置结果对配电网进行网络分区，若否，则令N＝N+1并返回所述步骤d。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建配电网分区的目标函数及其约束条件，包括：按下式建立配电网分区的第一目标函数：上式中，N为配电网分区数目，ni为第i个子区域的节点数，i∈[1,n]，F1为配电网分区的第一目标函数值；按下式建立配电网分区的第二目标函数：上式中，F2为配电网分区的第二目标函数值，ξi为第i个子区域的量测冗余度，其中，ξi＝mi/si，mi为第i个子区域的量测量个数，si为第i个子区域的状态量个数；按下式确定配电网分区的目标函数的可观测性约束：上式中，ηi为第i个子区域的可观测性，其中，当ηi＝0时，表示第i个子区域可观测，当ηi＝1时，表示第i个子区域不可观测；按下式确定配电网分区的目标函数的分区数目约束：max(Nmin,NF-2)≤N≤min(Nmax,NF)上式中，NF为配电网理论最大分区数目，其中，nall为配电网总节点数。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述配电网分区的目标函数及其约束条件转换为拉格朗日函数，包括：按下式将所述配电网分区的目标函数进行标准化处理：上式中，y＝1,2，Fy'为配电网分区的第y目标函数标准化值，Fymin为配电网分区的第y目标函数标准化值最小值，Fymax配电网分区的第y目标函数标准化值最大值，Fy为配电网分区的第y目标函数值；按下式将标准化处理后的配电网分区的目标函数融合为单目标函数：minF＝ω1·F1'+ω2·F2'上式中，F为单目标函数值，ω1为配电网分区的第一目标函数标准化函数的权重，ω2为配电网分区的第二目标函数标准化函数的权重，其中，ω1和ω2均大于0且ω1+ω2＝1；按下式将所述配电网分区的目标函数及其约束条件转换为拉格朗日函数F(x,y,l,u,z,w)：上式中，x,l和u均为拉格朗日函数原始变量向量；y,z和w均为拉格朗日函数对偶变量向量，g(x)＝N，g＝min(Nmin,NF-2)，其中，ηi为第i个子区域的可观测性，NF为配电网理论最大分区数目。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对各子区域进行网络解耦，确定各子区域的边界条件，包括：在第i个子区域的末端分区位置添加虚拟发电机节点ai,2，其中，节点ai,2等效与第i个子区域的末端分区位置相邻的第i+1个子区域的首端分区位置的注入功率；在与第i个子区域的末端分区位置相邻的第i+1个子区域的首端分区位置添加虚拟发电机节点ai+1,1，其中，节点ai+1,1等效第i+1个子区域的平衡节点；在节点ai+1,1与第i+1个子区域中与第i+1个子区域的首端分区位置相连的节点之间添加一条零阻抗虚拟支路；对各子区域的虚拟发电机节点赋值，令第i个子区域的末端分区位置的边界条件Zonei,2＝[PGi,2,QGi,2,VGi,2,θGi,2]，与第i个子区域的末端分区位置相邻的第i+1个子区域的首端分区位置的边界条件Zonei+1,1＝[PGi+1,1,QGi+1,1,-VGi+1,1,-θGi+1,1]；若第i个子区域的末端分区位置处配置量测装置，则PGi,2、QGi,2、VGi,2和θGi,2分别为第i个子区域的末端分区位置处量测装置对应的注入有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角，PGi+1,1、QGi+1,1、VGi+1,1和θGi+1,1分别为第i+1个子区域的首端分区位置处量测装置对应的注入有功功率、无功功率、电压幅值和电压相角；若第i个子区域的末端分区位置处未配置量测装置，则PGi,2＝0，QGi,2、VGi,2、θGi,2、PGi+1,1和QGi+1,1分别取随机数，VGi+1,1和θGi+1,1分别为电力系统平衡节点的电压幅值和电压相角。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过能量管理系统或配电管理系统对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对各子区域并行进行状态估计，更新所述各子区域的边界条件之后，包括：判断所述各子区域的边界条件是否满足收敛条件，若满足，则结束操作，若不满足，则调整所述各子区域的边界条件后，重新对各子区域并行进行状态估计，直至所述各子区域的边界条件满足所述收敛条件。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，判断第i个子区域的末端分区位置的边界条件Zonei,2和第i+1个子区域的首端分区位置的边界条件Zonei+1,1是否满足|Zonei,2+Zonei+1,1|＜ε，其中，ε为收敛精度；若满足，则结束操作，若不满足，则分别将第i个子区域和第i+1个子区域的首端分区位置的边界条件与其末端分区位置的边界条件互换，重新对各子区域并行进行状态估计，直至所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，刘科研，孟晓丽，贾东梨，何开元，胡丽娟，叶学顺，刁赢龙，董伟杰，唐建岗，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11