一种基于配电网运行拓扑的分布式状态估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于配电网运行拓扑的分布式状态估计方法及系统，方法包括：采集配电网节点电压相位量测数据；基于拓扑变化时刻模型和所述电压相位量测数据计算拓扑变化时刻；根据所述电压相位量测数据和拓扑变化时刻识别配电网拓扑结构；根据所述拓扑结构将配电网划分为多个初步子区域；基于均衡优化模型对所述初步子区域进行优化，得到多个子区域；采集实时量测数据；基于子区域之间的重叠节点进行子区域之间的信息交互，并根据所述实时量测数据对子区域进行状态估计，直至状态估计结果同时达到本地收敛与全局收敛；该方法能够通过子区域之间的重叠节点进行信息交互，配电网状态估计效率高，准确性好。准确性好。准确性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于配电网运行拓扑的分布式状态估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及配电网状态估计领域，尤其涉及一种基于配电网运行拓扑的分布式状态估计方法及系统。

技术介绍

[0002]随着智能电网的建设和发展，配电网规模日益庞大，网络拓扑灵活多变，运行工况复杂，给传统状态估计方法的计算效率和可靠性带来了巨大挑战。对于未来的泛在电力物联网，其首要任务是全方位检测配电网的实时运行状态及感知配电网的运行趋势，这就要求配电网状态估计必须有高精度的估计结果。
[0003]配电网通过实时采集量测数据，及时掌握、更新运行拓扑情况，是进行状态估计及后续故障定位、隔离和恢复的基础。以往的研究大多基于配电网数据采集及监视控制系统(supervisory control and data acquisition，SCADA)实时采集的开关遥信数据，并利用矩阵法或搜索法生成实时的运行拓扑。然而，SCADA的遥信数据采集常存在误报和未报的情形，且数据源较为单一，辨识生成的网络拓扑具有较大的不确定性，且SCADA系统的量测数据每次上传速率已经很难满足网络拓扑实时性的要求。随着配电网量测水平的不断提高，微型相量测量单元(Micro Phasor Measurement Unit，μPMU)因其能提供电压相角等带时标的同步信息为配电网拓扑辨识提供了新的思路。
[0004]针对配电网状态估计速度慢以及精度低的问题，提出对配电网分区进行分布式状态估计，以提高估计速度和精度。分布式状态估计不需要集中式的计算中心，仅依赖于本地量测和通信，其计算复杂度低，数值稳定性好，对发展配电网低碳化、智能化运行具有重大意义。近年来，对于配电网的分布式状态估计研究也已经取得了一些成果，重点集中在分区方式和数据交互方式上。部分研究提出根据地理位置或量测表计配置初略地对大规模配电网进行分区，并基于交替方向乘子法和一致性原理进行全局信息交换。
[0005]例如，专利文献CN114389312A公开了一种配电网分布式状态估计方法，通过获取配电网中分布式电源的历史出力时间序列，进行Gram
‑
Charlier级数拟合得到预测误差概率密度函数，对Elman神经网络算法进行改进，得到配电网中分布式电源出力的概率预测模型，并基于社区发现算法和社区合并算法将配电网划分为若干个非重叠的子区域，再基于最小二乘准则对各本地状态估计模型进行分布式求解。
[0006]上述方案可以划分非重叠区域对配电网进行分布式状态估计，但是缺乏对配电系统复杂性的考虑，分区存在过分区和分区规模差距较大的缺点，且缺少子区域之间信息交互的方式改进，不利于达到全局收敛。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于配电网拓扑识别的分布式状态估计方法及系统，通过子区域之间的重叠节点进行信息交互，配电网状态估计效率高，准确性好。
[0008]一种基于配电网拓扑识别的分布式状态估计方法，包括：
[0009]通过量测装置采集配电网节点电压相位量测数据；
[0010]基于拓扑变化时刻模型和所述电压相位量测数据计算拓扑变化时刻；
[0011]根据所述电压相位量测数据和拓扑变化时刻识别配电网拓扑结构；
[0012]根据所述拓扑结构将配电网划分为多个初步子区域；
[0013]基于均衡优化模型对所述初步子区域进行优化，得到多个子区域；
[0014]采集实时量测数据；
[0015]基于子区域之间的重叠节点进行子区域之间的信息交互，并根据所述实时量测数据对子区域进行状态估计，直至状态估计结果同时达到本地收敛与全局收敛。
[0016]进一步地，根据所述电压相位量测数据和拓扑变化时刻识别配电网拓扑结构，包括：
[0017]根据拓扑变化时刻，构建多种可能的拓扑结构；
[0018]根据所述电压相位量测数据和可能的拓扑结构，分别计算得到各个拓扑结构下的相似度值；
[0019]选择相似度值最大的一种拓扑结构作为配电网拓扑结构。
[0020]进一步地，所述相似度值通过如下公式计算：
[0021][0022]其中，J为相似度值，α
i
(t)表示在第i种拓扑结构下的节点电压相位估计向量，α(t)表示t时刻所有节点电压相位量测数据所构成的向量，M为所有可能的拓扑结构数目。
[0023]进一步地，所述拓扑变化时刻模型通过如下公式表示：
[0024][0025]其中，delta(t)为以时间t为变量的1
‑
范数，w为预设的delta(t)函数时间窗，α(t)表示t时刻所有节点电压相位量测数据所构成的向量，α(t
‑
i)表示t
‑
i时刻所有节点电压相位量测数据所构成的向量。
[0026]进一步地，根据所述拓扑结构将配电网划分为多个初步子区域，包括：
[0027]将拓扑结构中的节点作为网络图中的边，将拓扑结构中的边作为网络图中的顶点，构造网络图；
[0028]将网络图中的顶点划分在不同的区域中；
[0029]将网络图中的顶点与相邻顶点合并，并计算顶点的最大化质量函数值，如果合并后所述最大化质量函数值变大则接受合并，如果合并后所述最大化质量函数值不变或者变小则不接受合并，直至网络图不再改变；
[0030]根据最终的网络图，得到多个初步子区域。
[0031]进一步地，所述均衡优化模型通过如下公式表示：
[0032][0033][0034][0035]其中，n为子区域个数，p
i
为第i个子区域的相数，为子区域平均相数，m为划分得到的初步子区域个数，q
j
为第j个初步子区域的相数，x
i,j
为第i行第j列0
‑
1决策变量，s
j
为第j个初步子区域的量测装置个数，w
i
是第i个子区域的节点数量，A
Vi,kVi,t
为邻接矩阵，其取值为0表示V
i,k
和V
i,t
不连通，其取值为1表示V
i,k
和V
i,t
连通。
[0036]进一步地，所述实时量测数据至少包括以下数据中的一种：
[0037]节点电压、支路电流、支路有功功率和支路无功功率；
[0038]所述本地收敛条件为子区域中所有状态量的取值在本次估计和上一次估计之间的差值小于第一阈值，所述全局收敛条件为子区域之间的重叠节点的状态量在本次估计和上一次估计之间的差值小于第二阈值。
[0039]进一步地，基于子区域之间的重叠节点进行子区域之间的信息交互，并根据所述实时量测数据对子区域进行状态估计，直至状态估计结果同时达到本地收敛与全局收敛，包括：
[0040]根据所述实时量测数据，计算等效量测数据；
[0041]以节点电压的实部和虚部为状态量，建立等效量测数据与状态量之间的关系；
[0042]提取两个子区域之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于配电网拓扑识别的分布式状态估计方法，其特征在于，包括：通过量测装置采集配电网节点电压相位量测数据；基于拓扑变化时刻模型和所述电压相位量测数据计算拓扑变化时刻；根据所述电压相位量测数据和拓扑变化时刻识别配电网拓扑结构；根据所述拓扑结构将配电网划分为多个初步子区域；基于均衡优化模型对所述初步子区域进行优化，得到多个子区域；采集实时量测数据；基于子区域之间的重叠节点进行子区域之间的信息交互，并根据所述实时量测数据对子区域进行状态估计，直至状态估计结果同时达到本地收敛与全局收敛。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压相位量测数据和拓扑变化时刻识别配电网拓扑结构，包括：根据拓扑变化时刻，构建多种可能的拓扑结构；根据所述电压相位量测数据和可能的拓扑结构，分别计算得到各个拓扑结构下的相似度值；选择相似度值最大的一种拓扑结构作为配电网拓扑结构。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相似度值通过如下公式计算：其中，J为相似度值，α
i
(t)表示在第i种拓扑结构下的节点电压相位估计向量，α(t)表示t时刻所有节点电压相位量测数据所构成的向量，M为所有可能的拓扑结构数目。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拓扑变化时刻模型通过如下公式表示：其中，delta(t)为以时间t为变量的1
‑
范数，w为预设的delta(t)函数时间窗，α(t)表示t时刻所有节点电压相位量测数据所构成的向量，α(t
‑
i)表示t
‑
i时刻所有节点电压相位量测数据所构成的向量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述拓扑结构将配电网划分为多个初步子区域，包括：将拓扑结构中的节点作为网络图中的边，将拓扑结构中的边作为网络图中的顶点，构造网络图；将网络图中的顶点划分在不同的区域中；将网络图中的顶点与相邻顶点合并，并计算顶点的最大化质量函数值，如果合并后所述最大化质量函数值变大则接受合并，如果合并后所述最大化质量函数值不变或者变小则不接受合并，直至网络图不再改变；根据最终的网络图，得到多个初步子区域。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均衡优化模型通过如下公式表示：
其中，n为子区域个数，p
i
为第i个子区域的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：符瑞，季昆玉，袁栋，贾俊，刘利国，姚建光，张泽，翁蓓蓓，鞠玲，王健，徐兴春，程力涵，钱晖，韩俊，吴昊，郭亮，冯卫东，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司，
类型：发明
国别省市：