一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，通過因子表增量修正算法對(duì)量測(cè)量權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；包括：步驟1：依據(jù)電網(wǎng)模型和輸電斷面的數(shù)據(jù)獲取電力系統(tǒng)量測(cè)量方程Ζ的雅可比矩陣H；步驟2：對(duì)雅可比矩陣H進(jìn)行正交變換得到有功迭代上三角矩陣LP和無(wú)功迭代上三角矩陣LQ；步驟3：對(duì)矩陣LP和LQ分別進(jìn)行有功迭代計(jì)算和無(wú)功迭代計(jì)算獲取狀態(tài)量估計(jì)值和量測(cè)量殘差；步驟4：依據(jù)量測(cè)量殘差σ對(duì)量測(cè)量權(quán)重進(jìn)行判斷，若需要進(jìn)行權(quán)重調(diào)整，則采用因子表增量修正法修正所述矩陣LP和LQ并返回步驟3。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法結(jié)合動(dòng)態(tài)調(diào)權(quán)重技術(shù)和因子表增量修正方法，能有有效提高狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性，縮短狀態(tài)估計(jì)計(jì)算時(shí)間。
【專利說明】一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗差狀態(tài)估計(jì)方法，具體涉及一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)電力系統(tǒng)的在線分析計(jì)算，尤 其是狀態(tài)估計(jì)計(jì)算帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。如何提高狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算精度和計(jì)算速度以及快速精 確的計(jì)算出大電網(wǎng)全網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，為其他電網(wǎng)分析應(yīng)用提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)源，已成 為超大規(guī)模電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算亟待解決的技術(shù)問題。
[0003] 目前，抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)方法作為具有較強(qiáng)不良數(shù)據(jù)剔除能力和較高計(jì)算精 度的抗差狀態(tài)估計(jì)算法已經(jīng)成為電力系統(tǒng)研究中廣泛應(yīng)用的狀態(tài)估計(jì)算法?？共钭钚《?狀態(tài)估計(jì)方法較傳統(tǒng)最小二乘法可靈活設(shè)置權(quán)函數(shù)，保證最小二乘的求解形式，同時(shí)在迭 代計(jì)算過程中能夠根據(jù)殘差動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)量測(cè)權(quán)重。但是在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，抗差迭代過程中需要 根據(jù)權(quán)函數(shù)對(duì)加權(quán)雅可比矩陣重新進(jìn)行正交分解，大大降低了計(jì)算效率，限制了抗差最小 二乘狀態(tài)估計(jì)的實(shí)用性；其主要包括下述缺陷：
[0004] ①：加權(quán)最小二乘法由于Ητ『1/2矩陣能夠常數(shù)化，在迭代過程中無(wú)需修改，所以計(jì) 算速度快；而抗差加權(quán)最小二乘法狀態(tài)估計(jì)在迭代過程中會(huì)根據(jù)殘差動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)權(quán)重，需要 重新生成Η ΤΙΓ1/2矩陣并正交分解出L矩陣，增加了計(jì)算的復(fù)雜度，使得狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算時(shí) 間大大增加，尤其當(dāng)計(jì)算規(guī)模較大時(shí)，其計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng)幅度較大，影響了此算法的實(shí)用化進(jìn) 程。
[0005] ②：在每次迭代過程中依據(jù)殘差調(diào)整量測(cè)量的權(quán)重，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)抗差與維持算 法的計(jì)算效率和收斂率的目的。
[0006] 綜上，需要為電力系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估提供一種計(jì)算方法來(lái)提高抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì) 方法的計(jì)算效率和收斂率以有效縮短計(jì)算時(shí)間和提高計(jì)算準(zhǔn)確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法， 所述方法采用抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)算法對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行抗差狀態(tài)估計(jì)，所述方法用因子 表增量修正算法測(cè)量權(quán)重動(dòng)態(tài)調(diào)整；所述方法包括下述步驟：
[0008] 步驟1 :依據(jù)電網(wǎng)模型和輸電斷面的數(shù)據(jù)獲取電力系統(tǒng)量測(cè)量方程ζ的雅可比矩 陣Η;
[0009] 步驟2 :對(duì)所述雅可比矩陣Η進(jìn)行正交變換得到有功迭代上三角矩陣LP和無(wú)功迭 代上三角矩陣LQ ;
[0010] 步驟3 :對(duì)所述矩陣LP和LQ分別進(jìn)行有功迭代計(jì)算和無(wú)功迭代計(jì)算獲取狀態(tài)量估 計(jì)值和量測(cè)量殘差v;以及
[0011] 步驟4 :依據(jù)所述量測(cè)量殘差v對(duì)量測(cè)量權(quán)重進(jìn)行判斷，若需要進(jìn)行權(quán)重調(diào)整，則 采用因子表增量修正法修正所述矩陣LP和LQ并返回步驟3。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟2中采用吉文斯變換法對(duì)所述雅可比矩陣Η進(jìn)行正交變換； [0013] 優(yōu)選的，所述步驟4中采用IGG抗差估計(jì)法依據(jù)所述量測(cè)量殘差ν分別獲取處于 保全區(qū)、降權(quán)區(qū)和淘汰區(qū)的量測(cè)量集合；
[0014] 所述保全區(qū)的量測(cè)量值為正常量測(cè)值，不需進(jìn)行權(quán)重調(diào)整；
[0015] 所述降權(quán)區(qū)的量測(cè)量值為可疑量測(cè)值，依據(jù)所述量測(cè)量值可信度進(jìn)行降權(quán)處理， 并計(jì)算第i個(gè)量測(cè)量值的權(quán)重調(diào)整系數(shù)％ ;
[0016] 所述淘汰區(qū)的量測(cè)量值為不良數(shù)據(jù)；
[0017] 優(yōu)選的，所述IGG抗差估計(jì)法的量測(cè)量殘差閾值包括k1〇和k2〇 ;其中，0<ki < k2，σ為單位權(quán)方差；
[0018] 當(dāng)量測(cè)量殘差|v| Ski σ時(shí)，所述量測(cè)量值為正常量測(cè)值，權(quán)重調(diào)整系數(shù)叫=1 ;
[0019] 當(dāng)k1〇彡|ν|彡k2〇時(shí)，所述量測(cè)量值為可疑量測(cè)值，權(quán)重調(diào)整系數(shù)叫= k! 〇 / | ν | ；
[0020] 當(dāng)|ν|彡k2〇時(shí)，所述量測(cè)值為不良數(shù)據(jù)，權(quán)重調(diào)整系數(shù)叫=ο ;
[0021] 優(yōu)選的，所述步驟4中對(duì)可疑量測(cè)值進(jìn)行權(quán)重調(diào)整包括：
[0022] 在所述矩陣LP和LQ的最后一行后增加 j行修正元素；所述矩陣LP和LQ中新增加 的對(duì)角元素值為（％-1) Xr，；其中，1彡i彡m，1彡j彡m，f1為第i行的對(duì)角元素值，j 為可疑量測(cè)值的個(gè)數(shù)；
[0023] 分別對(duì)所述矩陣1^和LQ中增加的修正元素進(jìn)行有功迭代計(jì)算和無(wú)功迭代計(jì)算，得 到新的狀態(tài)量估計(jì)值和量測(cè)量殘差；
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟4中對(duì)不良數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)重調(diào)整包括：
[0025] 將不良數(shù)據(jù)的權(quán)重置零后，對(duì)所述矩陣LP和LQ重新進(jìn)行迭代計(jì)算，得到新的狀態(tài) 量估計(jì)值和量測(cè)量殘差。
[0026] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是：
[0027] 1、本發(fā)明技術(shù)方案中，采用IGG權(quán)函數(shù)可使Μ估計(jì)具有較高的效率及較強(qiáng)的抗差 能力。將在出現(xiàn)粗差時(shí)，按照殘差大小通過權(quán)函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)權(quán)重，計(jì)算出每次迭代過程中的權(quán) 重修調(diào)整系數(shù)，通過調(diào)整權(quán)重改變目標(biāo)函數(shù)，通過迭代計(jì)算刪除或抑制粗差影響，而在量測(cè) 量殘差不大情況下仍采用基本加權(quán)最小二乘模型，進(jìn)行估計(jì)計(jì)算，這樣既達(dá)到了抗差的目 的，又繼承了基本加權(quán)最小二乘法的優(yōu)良特性，保持了計(jì)算模型的簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和收斂性好等 優(yōu)點(diǎn)；
[0028] 2、本發(fā)明技術(shù)方案中，因子表增量修正法和吉文斯變換，通過增加加權(quán)雅可比矩 陣增量信息行的方式，把權(quán)函數(shù)作用于狀態(tài)估計(jì)目標(biāo)函數(shù)，繼承上次因子表只需對(duì)增量信 息行進(jìn)行分解，在原矩陣L P和LQ的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部修正來(lái)得到新的LP和LQ矩陣，實(shí)現(xiàn)因子 表的快速修正，從而顯著縮短每次迭代計(jì)算的時(shí)間；
[0029] 3、本發(fā)明技術(shù)方案中，通過因子表增量修正法和吉文斯變換在每次正交增量變換 和重復(fù)迭代計(jì)算的時(shí)間很短，僅為十分之一秒級(jí)，且由于快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法去掉了傳 統(tǒng)快速分解法狀態(tài)估計(jì)中較為耗時(shí)的不良數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)功能，因此，快速抗差狀態(tài)估計(jì) 方法的計(jì)算時(shí)間更短。而隨著系統(tǒng)計(jì)算規(guī)模的擴(kuò)大，快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法的計(jì)算時(shí)間呈 線性增長(zhǎng)，計(jì)算速度能夠完全滿足大電網(wǎng)實(shí)時(shí)計(jì)算的需要；
[0030] 4、本發(fā)明提供的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法的軟件開發(fā)可以在傳統(tǒng)的 加權(quán)最小二乘狀態(tài)估計(jì)軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行，程序改造工作量較小，而抗差效果非常明顯；
[0031] 5、本發(fā)明提供的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，在傳統(tǒng)抗差狀態(tài)估計(jì)算法 的基礎(chǔ)上，結(jié)合動(dòng)態(tài)調(diào)權(quán)重技術(shù)和因子表增量修正方法，能有有效提高狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性， 并且縮短狀態(tài)估計(jì)計(jì)算時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0033] 圖1是：本發(fā)明實(shí)施例中一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法流程圖；
[0034] 圖2是：本發(fā)明實(shí)施例中IEEE39節(jié)點(diǎn)算例接線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0036] 抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)方法由于其較強(qiáng)的不良數(shù)據(jù)剔除能力和較高的計(jì)算精度， 被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)研究；抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)的電力系統(tǒng)測(cè)量方程為：
[0037] Z = h (x) +v (1)
[0038] 其中，Z為m維量測(cè)量，x為狀態(tài)量，h為量測(cè)方程向量，v為維量測(cè)殘差；
[0039] 式⑴的Μ估計(jì)為： 芒，V. Ψ(Μ.)
[0040] Χ/,·-- (2) ,：=ι <yf ?,
[0041] 其中，Vi為量測(cè)殘差ν的第i個(gè)分量；
[0042] 〇 i = ( σ 2P廣)1/2 =氏"2#為先驗(yàn)權(quán)，σ為單位權(quán)方差，氏為量測(cè)值權(quán)重；先驗(yàn)權(quán) Pi為在狀態(tài)估計(jì)計(jì)算之前按照量測(cè)類型或者設(shè)備類型對(duì)量測(cè)量權(quán)重進(jìn)行初始化的初始值；
[0043] 屮=Vi/( 〇，（1))，vQi)為已知函數(shù)；
[0044] 1/為IT1/2H矩陣的行矢量；H為mXn階雅可比矩陣，m為量測(cè)量個(gè)數(shù)，n為狀態(tài)量 個(gè)數(shù)，ΙΓ 1/2Η = [I 12，…，lm]T為加權(quán)雅克比矩陣；
[0045] 式⑵的矩陣形式為：
[0046] HTR_1Qv = 0 (3)
[0047] 其中，β = 式⑶的最小二乘解為： ut
[0048] (HTR_1Q(k)H) Δχω = HTR_1Q(k)v(k) (4)
[0049] 抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)中常用的權(quán)函數(shù)包括Huber權(quán)函數(shù)、Hampel權(quán)函數(shù)、 Turkey權(quán)函數(shù)、丹麥權(quán)函數(shù)、IGG權(quán)函數(shù)等，通過選擇合適的權(quán)函數(shù)對(duì)式（4)進(jìn)行求解；抗差 最小二乘狀態(tài)估計(jì)在迭代計(jì)算過程中，根據(jù)權(quán)函數(shù)直接修改量測(cè)值的權(quán)重矩陣R。
[0050] 如圖1所示，本實(shí)施例中電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法的具體步驟為：
[0051] (1)依據(jù)電網(wǎng)模型和輸電斷面的數(shù)據(jù)獲取電力系統(tǒng)量測(cè)量方程z的雅可比矩陣 H〇
[0052] (2)對(duì)雅可比矩陣Η進(jìn)行正交變換得到有功迭代上三角矩陣LP和無(wú)功迭代上三角 矩陣L q。
[0053] (3)對(duì)矩陣LP和LQ分別進(jìn)行有功迭代計(jì)算和無(wú)功迭代計(jì)算獲取狀態(tài)量估計(jì)值和 量測(cè)量殘差；若迭代達(dá)到最大迭代次數(shù)或發(fā)散，則重新進(jìn)行迭代計(jì)算；若迭代收斂，則執(zhí)行 步驟（4);若為其他情況則直接結(jié)束狀態(tài)估計(jì)。
[0054] (4)依據(jù)量測(cè)量殘差v對(duì)量測(cè)量權(quán)重進(jìn)行判斷，若需要進(jìn)行權(quán)重調(diào)整，則采用因子 表增量修正法修正所述矩陣~和1^并返回步驟（3);
[0055] 本實(shí)施例中抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)的權(quán)函數(shù)采用IGG權(quán)函數(shù)；采用IGG抗差估計(jì) 法依據(jù)量測(cè)量殘差v分別獲取處于保全區(qū)、降權(quán)區(qū)和淘汰區(qū)的量測(cè)量集合；保全區(qū)的量測(cè) 量值為正常量測(cè)值，不需要進(jìn)行權(quán)重調(diào)整；降權(quán)區(qū)的量測(cè)量值為可疑量測(cè)值，依據(jù)量測(cè)量值 可信度進(jìn)行降權(quán)處理，并計(jì)算第i個(gè)量測(cè)量值的權(quán)重調(diào)整系數(shù)％ ;淘汰區(qū)的量測(cè)量值為不 良數(shù)據(jù)，即誤差大于3倍標(biāo)準(zhǔn)誤差的量測(cè)值；
[0056] IGG抗差估計(jì)法的量測(cè)量殘差閾值包括& σ和k2 σ ;其中，〇 < < k2, σ為單位 權(quán)方差；權(quán)重調(diào)整系數(shù)ai的取值為：
[0057]

【權(quán)利要求】
1. 一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，所述方法采用抗差最小二乘狀態(tài)估計(jì)算法對(duì) 電力系統(tǒng)進(jìn)行抗差狀態(tài)估計(jì)，其特征在于，所述方法用因子表增量修正算法測(cè)量權(quán)重動(dòng)態(tài) 調(diào)整；所述方法包括下述步驟： 步驟1 :依據(jù)電網(wǎng)模型和輸電斷面的數(shù)據(jù)獲取電力系統(tǒng)量測(cè)量方程Z的雅可比矩陣 H； 步驟2 :對(duì)所述雅可比矩陣Η進(jìn)行正交變換得到有功迭代上三角矩陣LP和無(wú)功迭代上 三角矩陣LQ ; 步驟3 :對(duì)所述矩陣LP和LQ分別進(jìn)行有功迭代計(jì)算和無(wú)功迭代計(jì)算獲取狀態(tài)量估計(jì)值 和量測(cè)量殘差v ; 步驟4 :依據(jù)所述量測(cè)量殘差v對(duì)量測(cè)量權(quán)重進(jìn)行判斷，若需要進(jìn)行權(quán)重調(diào)整，則采用 因子表增量修正法修正所述矩陣LP和LQ并返回步驟3。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2 中采用吉文斯變換法對(duì)所述雅可比矩陣Η進(jìn)行正交變換。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟4 中采用IGG抗差估計(jì)法依據(jù)所述量測(cè)量殘差ν分別獲取處于保全區(qū)、降權(quán)區(qū)和淘汰區(qū)的量 測(cè)量集合； 所述保全區(qū)的量測(cè)量值為正常量測(cè)值，不需進(jìn)行權(quán)重調(diào)整； 所述降權(quán)區(qū)的量測(cè)量值為可疑量測(cè)值，依據(jù)所述量測(cè)量值可信度進(jìn)行降權(quán)處理，并計(jì) 算第i個(gè)量測(cè)量值的權(quán)重調(diào)整系數(shù)％; 所述淘汰區(qū)的量測(cè)量值為不良數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述IGG抗 差估計(jì)法的量測(cè)量殘差閾值包括匕σ和k2 σ ;其中，〇 <匕< k2, σ為單位權(quán)方差； 當(dāng)量測(cè)量殘差|v| < k1〇時(shí)，所述量測(cè)量值為正常量測(cè)值，權(quán)重調(diào)整系數(shù)叫=1 ; 當(dāng)h。彡| ν | < k2。時(shí)，所述量測(cè)量值為可疑量測(cè)值，權(quán)重調(diào)整系數(shù)ai = h。/ | ν | ; 當(dāng)|v| >k2。時(shí)，所述量測(cè)值為不良數(shù)據(jù)，權(quán)重調(diào)整系數(shù)％ = 0。
5. 如權(quán)利要求1或3所述的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟4中對(duì)可疑量測(cè)值進(jìn)行權(quán)重調(diào)整包括： 在所述矩陣LP和LQ的最后一行后增加 j行修正元素；所述矩陣LP和LQ中新增加的對(duì) 角元素值為（％-1) Xr，；其中，1彡i彡m，1彡j彡m，為第i行的對(duì)角元素值，j為可 疑量測(cè)值的個(gè)數(shù)； 分別對(duì)所述矩陣1^和LQ中增加的修正元素進(jìn)行有功迭代計(jì)算和無(wú)功迭代計(jì)算，得到新 的狀態(tài)量估計(jì)值和量測(cè)量殘差。
6. 如權(quán)利要求1或3所述的一種電力系統(tǒng)快速抗差狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟4中對(duì)不良數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)重調(diào)整包括： 將不良數(shù)據(jù)的權(quán)重置零后，對(duì)所述矩陣LP和LQ重新進(jìn)行迭代計(jì)算，得到新的狀態(tài)量估 計(jì)值和量測(cè)量殘差。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104102836SQ201410333797
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】賈育培, 郭子明, 趙昆, 王東升, 陳利杰, 張昊, 鄒昱, 宋磊, 羅雅迪, 閻博, 張印, 李靜, 竇成龍, 徐杰 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司