一种支持大规模电流量测的配电网状态估计方法技术

本发明专利技术涉及一种支持大规模电流量测的配网抗差状态估计方法，属于电力系统调度自动化领域。该方法包括：以支路首端功率和支路电流幅值平方作为待求变量，根据实际电网的电网模型和实时测量数据建立新的指数型目标函数的状态估计模型。采用拉格朗日乘子法估计出支路首端功率和支路电流幅值，从而计算出线路、变压器、发电机、负荷等设备的有功和无功。本发明专利技术可以对支路电流幅值量测、支路功率量测、节点电压量测和注入功率量测直接建立量测方程，不需要进行量测转换，不会引入量测转换误差，实现方便，计算效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于电力系统调度 自动化与电网仿真

技术介绍
配电网不同于输电网，其量测冗余度不足，只在馈线根部有电压幅值和功率量测， 在馈线开关上一般只采集电流幅值量测。针对配电网的量测配置特点，已有不少文献对配 网状态估计进行了研究，根据状态量选取的不同，配网状态估计方法可以分为(1)以节点电压为状态量的方法Lu, C. N. ,Teng J. H, Liu,W. -H E.Distribution System State Estimation. IEEE Trans on Power System,1995,10(1) :229_240 禾口 Whei—Min Lin, Jen-Hao Teng.State Estimation for Distribution Systems with Zero-Injection Constraints. IEEE Trans on Power System, 1996,11 (1) :518_524提出此方法。该类方法利用量测变换，将功率、电流 幅值和电压幅值变换成等效的节点注入复电流量测、支路复电流量测和节点复电压量测， 从而实现量测雅克比矩阵常数化。但量测变换后得到的等效量测并非真实量测，同时电压 和电流幅值量测的权重转换为复电压和复电流量测的权重存在不等价的问题，从而影响估 计精度。(2)以支路复电流为状态量的方法MesutE.Baran, Artherff. Kelly. A Branch-Current Based state Estimation Method for Distribution Systems. IEEE Transaction on Power Systems,1995,10(1) 483-491提出此方法。该类方法忽略了电压量测，将虚拟的负荷功率量测和支路一端的功率 量测转换为相应的负荷复电流量测和支路复电流量测，转换中需要预先给定节点复电压。 而且，支路电流幅值量测对应的量测雅克比矩阵元素是非常数项。对于存在电压量测和大 量支路电流幅值量测的情况，该方法估计效果不好。(3)支路功率的状态估计方法孙宏斌，张伯明，相年德.基于支路功率的配电状态估计方法.电力系统自动化， 1998,22(8) :12-16提出此方法。该方法适用于系统只存在少量实时功率量测的情况，把状 态估计问题巧妙地转换成潮流匹配问题，但是没有给出考虑电压和电流量测的处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，利用配网 中大量存在的电流量测来提高负荷伪量测的精度。直接利用电压幅值量测、功率量测和电 流量测，无需进行量测转换，且能够处理辐射电网、弱环网以及电缆线充电电容等情况。本专利技术提出的支持大规模电流量测的配电网状态估计方法，包括以下步骤(1)建立一个基于指数型目标函数的配电网状态估计模型maxJ(X) = ^]exp(—^-(z, —/ζ,(X))2)i κ"s. t C(X)=O上式中，Zi是配电网电气量的实时测量值，包括配电网中线路或变压器的有功功 率和无功功率、母线的电压幅值、发电机的有功功率和无功功率、负荷的有功功率和无功功 率以及支路电流量测，Rii是各实时测量值的方差，h (X)是各实时测量值的测量表达式，其 中的X是配电网的状态变量，包括所有配电网支路首端的有功功率和无功功率以及配电网 支路上的电流幅值的平方，定义支路电流幅值的平方IluI2 = Au, C(X)是等式约束方程；定义，上述母线电压幅值的平方IviI2 = Bi,配电网支路电阻和电抗分别为R^Xij, 定义(.)m为相应电气量的量测值，PyQi分别为配电网节点注入有功和无功功率，P^Qij分 别为配电网支路的首端有功功率和无功功率，i为首端节点，j为末端节点，根据上述定义，得到上述实时测量方程h (X)分别为支路电流幅值量测方程(Aij)"1 = Aij，支路首端功率量测方程(Pij)"1 = Pij，(Qij)"1 = Qij，支路末端功率量测方程(Pij)"1 = Pi^AijRij, (Qji)"1 = Qi^AijXij,节点注入功率量测方程，iej(^r=Σβ> -Σ4Λ -Σδ,-^τψ-，ieiI^iΛβΛ€) 其中，i e j、1 e j表示与节点j相连的节点，Xcu.为节点j的电容器和充电电容 的电抗值， 节点电压平方的量测方程(晃广二(PLli-A0R11Y+(QLii-AuX^f 根据上述定义，得到上述等式约束方程C(X)分别为 节点j电压约束方程0 =(Plu-A^RiiY+ (Qlu-AliX^ (Pli1)1 HQLil)2A.,Ah其中1表示与节点j相连的节点，对于所有与节点j直接相连的下游支路都含有 该电压约束方程；(2)采用拉格朗日乘子法，对上述状态估计模型进行求解，包括以下步骤(2-1)设置状态估计模型中的状态变量X的初始值，该初始值根据配电网负荷的 伪量测通过潮流计算得到；(2-2)设置迭代次数计数器k，k = 0 ； (2-3)对迭代变量Xk+1根据下式进行修正HTWσCH Ct 0Ax -λHTW(Z-h(xk))-C(Xw)其中，H是mXn的量测雅可比矩阵，m是配电网电气量的实时测量值的个数，η是5配电网状态变量X的个数，Δχ = Xk+1-Xk,辟(X) WOO是mXm的对角阵，其中对角元为W,7(X) = 2-R..K,iC = ·^^是pXn维的量测雅可比矩阵，ρ是等式约束方程C(X)的个数；(2-4)分别判断不等式I I ΔΧω| |2彡彡ξ 2是否同时成立，若不成 立，则使k = k+l，并转到步骤(2-3)，若成立，则输出状态变量，其中I1* ξ2的取值范围 为 ΙΟ—5-1(Γ6。上述状态估计方法中，当配电网为环状网时，上述步骤(1)的建立配电网状态估 计模型时，选择配电网环路中的一条支路为连支，将该连枝支路的任意一端作为分裂节点， 其中，s为分裂节点号，r为与之相连的上游节点号，t为与之相连的下游节点号，则还有分裂节点的电压量测方程为 从r ={Prx ~ΑΜ人)24,分 裂节点 电压 约束方 程为0 _ (p, - AAs f + (α, - ArsXrs )2 (Pls - AlsRls )2 + (Q, - AuXk f Λ,A...分裂节点功率量测方程为(Ps)m = Prs-ArsRrs+Pts-AtsR-rs rs rs 1 ts ts ts 2(Q、r = Q,-ArsXrs+Qlx -AlsXls Jp^-aM +(Q,-A^,)2AX....Xcs为节点S的电容器和充电电容的电抗值。本专利技术提出的，是一个基于配电 网支路电流量测的量测方程，能直接处理电流量测，具有以下优点1、适用于以支路电流幅值量测为主的配电网状态估计，与以往的支路电流状态估 计方法相比，没有量测转换的问题，使状态估计更加正确。2、本专利技术状态估计方法，能有效处理包含环路的配电网的状态估计问题，对于充 电电容支路也能处理，因此适用各种类型的配电网，使用范围更广。3、本专利技术状态估计方法采用指数型目标函数进行状态估计，对于局部量测冗余足 够的情况，具有抗差能力，不需要内置额外的坏数据辨识程序，因此估计过程更加简练。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持大规模电流量测的配电网状态估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（１）建立一个基于指数型目标函数的配电网状态估计模型：ｍａｘＪ（Ｘ）＝＊ｅｘｐ（－１／Ｒ↓［ｉｉ］（ｚ↓［ｉ］－ｈ↓［ｉ］（Ｘ））↑［２］）ｓ．ｔｃ（Ｘ）＝０上式中，Ｚ↓［ｉ］是配电网电气量的实时测量值，包括配电网中线路或变压器的有功功率和无功功率、母线的电压幅值、发电机的有功功率和无功功率、负荷的有功功率和无功功率以及支路电流量测，Ｒ↓［ｉｉ］是各实时测量值的方差，ｈ↓［ｉ］（Ｘ）是各实时测量值的测量表达式，其中的Ｘ是配电网的状态变量，包括所有配电网支路首端的有功功率和无功功率以及配电网支路上的电流幅值的平方，定义支路电流幅值的平方｜Ｉ↓［ｉｊ］｜↑［２］＝Ａ↓［ｉｊ］，ｃ（Ｘ）是等式约束方程；定义，上述母线电压幅值的平方｜Ｖ↓［ｉ］｜↑［２］＝Ｂ↓［ｉ］，配电网支路电阻和电抗分别为Ｒ↓［ｉｊ］、Ｘ↓［ｉｊ］，定义（．）↑［ｍ］为相应电气量的量测值，Ｐ↓［ｉ］、Ｑ↓［ｉ］分别为配电网节点注入有功和无功功率，Ｐ↓［ｉｊ］、Ｑ↓［ｉｊ］分别为配电网支路的首端有功功率和无功功率，ｉ为首端节点，ｊ为末端节点，根据上述定义，得到上述实时测量方程ｈ↓［ｉ］（Ｘ）分别为：支路电流幅值量测方程：（Ａ↓［ｉｊ］）↑［ｍ］＝Ａ↓［ｉｊ］，支路首端功率量测方程：（Ｐ↓［ｉｊ］）↑［ｍ］＝Ｐ↓［ｉｊ］，（Ｑ↓［ｉｊ］）↑［ｍ］＝Ｑ↓［ｉｊ］，支路末端功率量测方程：（Ｐ↓［ｊｉ］）↑［ｍ］＝Ｐ↓［ｉｊ］＋Ａ↓［ｉｊ］Ｒ↓［ｉｊ］，（Ｑ↓［ｊｉ］）↑［ｍ］＝Ｑ↓［ｉｊ］＋Ａ↓［ｉｊ］Ｘ↓［ｉｊ］，节点注入功率量测方程：（Ｐ↓［ｊ］）↑［ｍ］＝＊Ｐ↓［ｉｊ］－＊Ａ↓［ｉｊ］Ｒ↓［ｉｊ］－＊Ｐ↓［ｊｋ］，（Ｑ↓［ｊ］）↑［ｍ］＝＊Ｑ↓［ｉｊ］－＊Ａ↓［ｉｊ］Ｘ↓［ｉｊ］－＊Ｑ↓［ｊｌ］－Ｐ↓［ｊｌ］↑［２］＋Ｑ↓［ｊｌ］↑［２］／Ａ↓［ｊｌ］Ｘ↓［ｃｊ］，其中，ｉ∈ｊ、ｌ∈ｊ表示与节点ｊ相连的节点，Ｘ↓［ｃｊ］为节点ｊ的电容器和充电电容的电抗值，节点电压平方的量测方程：（Ｂ↓［ｊ］）↑［ｍ］＝（Ｐ↓［Ｌｉｊ］－Ａ↓［ｉｊ］Ｒ↓［ｉｊ］）↑［２］＋（Ｑ↓［Ｌｉｊ］－Ａ↓［ｉｊ］Ｘ↓［ｉｊ］）↑［２］／Ａ↓［ｉｊ］根据上述定义，得到上述等式约束方程ｃ（Ｘ）分别为：节点ｊ电压约束方程：０＝（Ｐ↓［Ｌｉｊ］－Ａ↓［ｉｊ］Ｒ↓［ｉｊ］）↑［２］＋（Ｑ↓［Ｌｉｊ］－Ａ↓［ｉｊ］Ｘ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文传，张伯明，孙宏斌，巨云涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]