基于潮流方程灵敏度分析的非ＰＭＵ测点动态过程估计方法技术

本发明专利技术公开了一种根据潮流方程得到的电压相量的灵敏度矩阵，利用安装相量测量单元ＰＭＵ节点的动态实测数据和电力系统数据采集与监控系统ＳＣＡＤＡ数据或状态估计数据，对未安装ＰＭＵ节点的动态过程进行实时估计的方法。该方法利用由潮流雅可比矩阵推出的各节点间电压变化量间的灵敏度关系，通过ＳＣＡＤＡ或状态估计提供的初始值和安装了ＰＭＵ的节点的电压的动态量测可以估计出其它未安装ＰＭＵ节点的电压相量的动态变化过程。电网中电流、功率、频率等其他电气量的动态变化过程由各节点电压相量值和网络参数，根据电路原理求出。该方法有效地解决了在电网ＰＭＵ配置不足的情况下，如何观测非ＰＭＵ测点动态过程的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统广域测量
，特别涉及一种对非PMU测点的量测量的 动态过程进行估计的方法。
技术介绍
为了保证电网安全、稳定运行，需要对电力系统运行状态进行准确而全面的实时 监测。传统的信息采集主要来源于RTU和各种厂站综合自动化装置在线提供的大量静态 和准稳态信息，以及故障录波和保护装置事后提供的大量暂态信息。信息的来源导致数据 采集与监控系统(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)采样间隔为3 5秒，同时SCADA系统只能监测电网的静态特征，不能实时反映电网的动态行为。基于全球 定位系统(GPS)的相量测量单元(Phasor Measurement Unit, PMU)的成功研制，标志着同 步相量测量技术的诞生，同步相量测量单元的采样间隔为5ms 30ms，为电力系统动态行 为的实时监测提供了可能性。但是由于价格和通讯技术上的要求，目前不可能在全网安装 PMU，所以目前的基于PMU的广域测量系统(Wide AreaMeasurement System, WAMS)难以解 决电网的可观测性的全部要求。因此有文献提出了时空综合防御框架的概念，指出应该尽 可能地整合信息源提供的数据构建统一的广域信息平台，这些信息数据源应该包括SCADA 系统采集的静态数据，PMU采集的实时动态数据，故障录波器提供的动态数据以及对预想事 故进行仿真提供的伪量测。如何利用这些混合量测通过数据挖掘获得电网的广域静态和广 域动态信息是目前研究的热点。有文献提出了基于SCADA/PMU的静态状态估计模型，通过 部分节点安装PMU后提高状态估计的精度，这些方法仅仅是利用PMU的量测改善传统状态 估计的精度，不能动态跟踪电网的状态。还有文献结合SCADA系统和部分PMU量测，提出了 一种基于扩展Kalman滤波的动态状态估计方法，该方法虽然采用动态递推状态估计，但是 SCADA系统刷新较慢，所以这种方法也仅仅是一种"静态"估计方法。另有文献提出了一种 基于SCADA/PMU的混合实时状态估计方法，但是该方法需要结合历史数据进行状态量转换 预测再通过潮流计算预报状态，由于运行方式和故障形态的组合爆炸，对历史数据的前期 分析不仅计算量十分庞大，而且也难完全保证预测的精度，并且潮流计算会增加相应的计 算时间，状态运行周期为秒级。以上这些基于PMU的混合状态估计模型都没有从真正意义 上跟踪电网动态行为。 最近有文献提出了真正意义上的对非PMU测点的动态过程进行实时估计的方法， 但是该方法完全不依赖网络参数和电网状态矩阵或潮流方程的信息，而是采用类似于"黑 箱"辨识的方法，仅基于已有的PMU和SCADA的实测数据，不利用网络参数和拓扑信息，对非 PMU量测点的动态过程进行黑箱估计。 本专利技术提出了一种新的基于SCADA/PMU混合量测的实时动态过程估计方法，该方 法区别于基于统计学准则的传统状态估计以及黑箱辨识技术，以稳态时刻的SCADA或静态 状态估计提供的潮流断面值为初始状态，通过研究电网潮流方程各节点间电压相量变化的 函数关系，利用若干已安装PMU的节点的电压相量动态过程量测曲线可以迅速、直接地计算其他未安装PMU节点的对应的电压相量动态过程曲线，这种估计本质上是一种动态过程 计算。由于该方法严格按照潮流分布来决定节点间的电压变化的相互联系以及PMU具有较 高的测量精度，所以在网络参数和状态信息误差小的情况下，这种过程估计可以保证很高 的精度，并能保证未安装PMU的节点可以以PMU装置相应的采样频率进行快速的状态刷新。
技术实现思路
为了在PMU布点不足的情况下，实现对各非PMU量测点的动态过程的实时估计和 监视。本专利技术专利公开了一种根据潮流方程得到的电压相量的灵敏度矩阵，利用安装相量 测量单元节点的动态实测数据和电力系统数据采集与监控系统数据或状态估计数据，对未 安装PMU节点的动态过程进行实时估计的方法。本专利技术具体技术方案如下 该方法利用由潮流雅可比矩阵推出的各节点间电压变化量间的灵敏度关系，通过 SCADA或状态估计提供的初始值，和安装了 PMU的节点的电压相量的动态量测可以估计出 其它未安装PMU节点的电压相量的动态变化过程。电网中电流、功率、频率等其他电气量的 动态变化过程由各节点电压动态变化过程和电网的网络参数求出。具体步骤说明如下 步骤1 :选择需要进行动态过程估计的无相量测量单元PMU的节点i，以及该节点 需要直接进行动态过程估计的物理量Xi，包括该节点的电压幅值Vi和电压相角e,;以及需 要间接进行动态过程的物理量Yi，例如电流、功率、频率等。这里直接动态过程估计是指利 用PMU/SCADA混合量测，根据本专利技术给出的有PMU节点与无PMU节点间电压相量变化量的 灵敏度关系，推算无PMU节点电压幅值或电压相位的过程；而间接动估计，是指利用节点电 压根据电路方程求解其他电气量的过程。在选择需要进行直接动态过程估计的节点时，要 注意考虑有些只能间接进行动态过程估计的电气量，例如线路电流和功率，需要先对线路 两端的节点电压相量进行直接动态过程估计，因此线路两端的节点都需要被选为需要做直 接动态过程估计求节点电压相量的点。 步骤2 :对每一个无相量测量单元PMU节点i选择用于估计其动态过程的有PMU节 点集合Spmu—i :该集合中的相量测量单元PMU节点由节点i所在电气岛中距离节点i电气距 离最近的4 6个有PMU节点组成。 步骤3 :根据当前最新SCADA量测或状态估计结果，计算出当前的潮流雅可比矩 阵，并由潮流雅可比矩阵元素推导出节点集合Spmu—i中各有PMU节点j的量测量变化量与无 PMU节点i的量测量变化量间的灵敏度系数aij，以及节点i与节点j之间的关于该类量测 量(电压幅值或电压相角)的电气距离dij。具体计算方法如下 (1)量测量变化量间的灵敏度系数aij的计算方法以电压幅值变化量间的灵敏度 关系为例。在较小的时间段内，认为同一电气岛(岛中任意两节点有物理电气路径相连)中 两节点i， j间电压的幅值变化是成比例的即A 、 = aij A Vj。式中"(/ 4M/3aFK/3a]， 其中3F/3g是PQ解耦的无功潮流方程A Q = -L A V的雅可比矩阵L的逆矩阵中的元素，下 标i， j对应L矩阵的行列号。由于各个潮流断面时刻节点电压是变化的，因此L及其逆是 变化的。 为了避免在每次潮流变化后重新求解雅可比矩阵L以及其逆，从而满足实时计算 的要求，采用类似快速PQ解耦潮流计算方法中所采用的两个假设(l)线路两端的相角差 不大，而且电导|Gij|远小于电纳|Bij| ;(2)节点无功功率相对应的导纳Qi/V/远小于节点自导纳。此时，无功潮流方程可写成AQ' = AQ/V = B〃 AV，其中B〃是由节点导纳矩阵 的虚部(即电纳)组成，是一个常数对称矩阵，具体计算方法可参见电力系统潮流计算方面 的教科书。在这种假设下，可重新定义 =，其中5F/ S0'是节点电纳矩阵虚部B〃的逆矩阵中元素，V是节点电压幅值，Q'是节点的注入无功功率，下标表示对 应的节点号，因此灵敏度系数aij变成常数，只需要在程序开始时以及网络拓扑结构发生变 化时计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于潮流方程灵敏度分析的非ＰＭＵ测点动态过程估计方法，所述方法利用由潮流雅可比矩阵推出的各节点间电压变化量间的灵敏度关系，通过电力系统数据采集与监控系统ＳＣＡＤＡ或状态估计数据提供的初始值，和安装了相量测量单元ＰＭＵ的节点的电压相量的动态量测估计出其它未安装相量测量单元ＰＭＵ节点的电压相量的动态变化过程；其特征在于，所述基于潮流方程灵敏度分析的非相量测量单元ＰＭＵ测点动态过程实时估计方法包括以下步骤：步骤１：选择需要进行动态过程估计的无相量测量单元ＰＭＵ的节点ｉ，以及该节ａ↓［ｉｊ］和电气距离ｄ↓［ｉｊ］，由有相量测量单元ＰＭＵ节点量测量相对于Ｔ↓［ｋ］时间断面的变化量ΔＸ↓［ｊ］（ｔ）估计出无相量测量单元ＰＭＵ节点的量测量相对于Ｔ↓［ｋ］时间断面的变化量ΔＸ↓［ｉ］（ｔ），Ｔ↓［ｋ］的下标ｋ表示第ｋ次电力系统数据采集与监控系统ＳＣＡＤＡ量测或第ｋ次状态估计，循环变量ｋ为从０开始的整数，ｔ表示相量测量单元ＰＭＵ量测时刻，所使用的估计公式如下：ΔＸ↓［ｉ］（ｔ）＝＊ａ↓［ｉｊ］ΔＸ↓［ｊ］（ｔ）／ｄ↓［ｉｊ］／＊１／ｄ↓［ｉｊ］　　步骤５：根据方程式Ｘ↓［ｉ］（ｔ）＝ΔＸ↓［ｉ］（ｔ）＋Ｘ↓［ｉ］（Ｔ↓［ｋ］），求出该无相量测量单元ＰＭＵ节点的待估计量在各相量测量单元ＰＭＵ量测时刻ｔ的估计值Ｘ↓［ｉ］（ｔ），其中Ｔ↓［ｋ］＜ｔ＜Ｔ↓［ｋ＋１］；　　步骤６：在各相量测量单元ＰＭＵ采样时刻，根据潮流方程即电路方程利用直接动态过程估计得到的各节点的电压相量计算需要的电流、有功功率、无功功率，通过对节点电压的相角进行求导可求得各节点的角速度，并进而得到节点频率；从而实现对各无ＰＭＵ节点ｉ的电气量Ｙｉ的动态变化过程进行间接动态过程估计；　　步骤７：当有新的电力系统数据采集与监控系统ＳＣＡＤＡ量测数据或状态估计结果数据出现时，返回步骤３，进行下一ＰＭＵ量测时段的动态过程估计。点需要直接进行动态过程估计的物理量Ｘ↓［ｉ］，包括该节点的电压幅值Ｖ↓［ｉ］和电压相角θ↓［ｉ］；以及需要间接进行动态过程的物理量Ｙ↓［ｉ］，包括电流、功率、频率；所述直接动态过程估计是指根据有相量测量单元ＰＭＵ节点与无相量测量单元ＰＭＵ节点间电压相量变化量的灵敏度关系，推算无相量测量单元ＰＭＵ节点电压幅值或电压相位的过程；而所述间接动估计，是指利用节点电压，根据电路方程求解其他电气量的过程；步骤２：对每一个无相量测量单元ＰＭＵ节点ｉ选择用于估计其动...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，孙建波，李淼，李大虎，段刚，吴京涛，杨东，孙晓彦，
申请(专利权)人：湖北省电力公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]