一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分解；子網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量初始化；循環(huán)迭代求解；計(jì)算約束條件等效量測(cè)權(quán)重；求解子網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變量；判斷是否滿足收斂條件，若滿足則完成迭代并輸出配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果；否則迭代次數(shù)自增1并轉(zhuǎn)循環(huán)迭代求解。本發(fā)明提升了狀態(tài)估計(jì)算法的適用性，能夠?qū)Ω笠?guī)模的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分解，降低了節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的數(shù)據(jù)規(guī)模，減少了存儲(chǔ)空間需求及計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)其計(jì)算速度較直接計(jì)算更加效率。
【專利說(shuō)明】一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種估計(jì)方法，具體涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)（Distribution State Estimation,DSE)是一種利用測(cè)量數(shù)據(jù)的 相關(guān)性和冗余度，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用數(shù)學(xué)處理的方法來(lái)對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)、擬合、糾 錯(cuò)處理，以提高數(shù)據(jù)的可靠性與完整性，有效獲得配電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的方法。
[0003] 配電網(wǎng)中分布式電源的接入、不對(duì)稱線路和不平衡負(fù)荷，會(huì)引起潮流的三相不平 衡；配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)需要考慮三相不平衡情況。一些文獻(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的量測(cè)變換、性 能提升進(jìn)行了研究，具有重要的意義，但都沒(méi)有進(jìn)行三相不平衡實(shí)驗(yàn)分析。一些文獻(xiàn)假設(shè)電 壓相角在較小范圍內(nèi)變化，采用坐標(biāo)變換使得雅克比矩陣常數(shù)化，具有較快的計(jì)算速度，但 僅適用于三相不平衡度較小的輕負(fù)荷系統(tǒng)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中將支路首端功率和支路電流幅值的 平方作為狀態(tài)變量，簡(jiǎn)化了量測(cè)方程，避免了量測(cè)變換，是一種適用以支路電流幅值量測(cè)為 主的狀態(tài)估計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是三相不平衡系統(tǒng)，文中展示了算法性能，但沒(méi)有給出狀態(tài)估 計(jì)結(jié)果。隨著配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，配電網(wǎng)三相不平衡狀態(tài)估計(jì)還需要進(jìn)一步深入 地研究。配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)帶來(lái)巨大的計(jì)算壓力，給算法精度、速度、可靠性、收斂性、適應(yīng)性 帶來(lái)挑戰(zhàn)。
[0004] 配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大、三相不平衡計(jì)算需求、組成設(shè)備的復(fù)雜化，使得配電網(wǎng)狀 態(tài)估計(jì)方法面臨著失效風(fēng)險(xiǎn)。許懷玉（F. C.Schweppe)等人于1970年提出的最小二乘狀態(tài) 估計(jì)算法對(duì)于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小的配電系統(tǒng)，具有收斂性能好、估計(jì)質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，常作為各種 狀態(tài)估計(jì)算法的比較基準(zhǔn)。但對(duì)于大規(guī)模配電網(wǎng)，如IEEE 123配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)算例，經(jīng)典的加 權(quán)最小二乘法不能正確收斂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì) 方法，提升了狀態(tài)估計(jì)算法的適用性，能夠?qū)Ω笠?guī)模的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分 解，降低了節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的數(shù)據(jù)規(guī)模，減少了存儲(chǔ)空間需求及計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò) 其計(jì)算速度較直接計(jì)算更加效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007]本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，所述方法包括以下步驟：
[0008] 步驟1:將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分解；
[0009] 步驟2 :子網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量初始化；
[0010] 步驟3:循環(huán)迭代求解；
[0011] 步驟4 :計(jì)算約束條件等效量測(cè)權(quán)重；
[0012] 步驟5 :求解子網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變量；
[0013]步驟6 :判斷是否滿足收斂條件，若滿足則完成迭代并輸出配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果； 否則迭代次數(shù)自增1并轉(zhuǎn)步驟3。
[0014] 所述步驟1包括以下步驟：
[0015] 步驟1-1 :基于節(jié)點(diǎn)分裂法將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分解為多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)絡(luò)中的根網(wǎng)絡(luò) 在配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的位置接近平衡節(jié)點(diǎn)，葉網(wǎng)絡(luò)在配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的位置遠(yuǎn)離平衡節(jié)點(diǎn)；
[0016] 步驟1-2 :為葉網(wǎng)絡(luò)添加理想調(diào)壓器，理想調(diào)壓器一端連接分裂節(jié)點(diǎn)，另一端連接 無(wú)窮大電源；
[0017] 葉網(wǎng)絡(luò)在根網(wǎng)絡(luò)中被等效為點(diǎn)負(fù)荷，點(diǎn)負(fù)荷的復(fù)功率為Sld = _(P+iQ)，其中P和Q 分別為葉網(wǎng)絡(luò)中無(wú)窮大電源輸出的有功功率和無(wú)功功率；根網(wǎng)絡(luò)在葉網(wǎng)絡(luò)中被無(wú)窮大電源 與理想調(diào)壓器的混合模型替代，葉網(wǎng)絡(luò)中分裂節(jié)點(diǎn)的電壓幅值等于根網(wǎng)絡(luò)中分裂節(jié)點(diǎn)的電 壓幅值。
[0018] 所述步驟2包括以下步驟：
[0019] 步驟2-1 :設(shè)節(jié)點(diǎn)注入電流矩陣IN = 0,求解第一非齊次線性方程組，有：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟： 步驟1 :將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分解； 步驟2 :子網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量初始化； 步驟3 :循環(huán)迭代求解； 步驟4 :計(jì)算約束條件等效量測(cè)權(quán)重； 步驟5 :求解子網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變量； 步驟6 :判斷是否滿足收斂條件，若滿足則完成迭代并輸出配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果；否則 迭代次數(shù)自增1并轉(zhuǎn)步驟3。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于：所述步 驟1包括以下步驟： 步驟1-1 :基于節(jié)點(diǎn)分裂法將配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)分解為多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)絡(luò)中的根網(wǎng)絡(luò)在配 電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的位置接近平衡節(jié)點(diǎn)，葉網(wǎng)絡(luò)在配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的位置遠(yuǎn)離平衡節(jié)點(diǎn)； 步驟1-2 :為葉網(wǎng)絡(luò)添加理想調(diào)壓器，理想調(diào)壓器一端連接分裂節(jié)點(diǎn)，另一端連接無(wú)窮 大電源； 葉網(wǎng)絡(luò)在根網(wǎng)絡(luò)中被等效為點(diǎn)負(fù)荷，點(diǎn)負(fù)荷的復(fù)功率為Sld = -(Ρ+iQ)，其中P和Q分 別為葉網(wǎng)絡(luò)中無(wú)窮大電源輸出的有功功率和無(wú)功功率；根網(wǎng)絡(luò)在葉網(wǎng)絡(luò)中被無(wú)窮大電源與 理想調(diào)壓器的混合模型替代，葉網(wǎng)絡(luò)中分裂節(jié)點(diǎn)的電壓幅值等于根網(wǎng)絡(luò)中分裂節(jié)點(diǎn)的電壓 幅值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于：所述步 驟2包括以下步驟： 步驟2-1 :設(shè)節(jié)點(diǎn)注入電流矩陣IN = 0,求解第一非齊次線性方程組，有：
其中，Yn為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，VN為節(jié)點(diǎn)電壓矩陣；V。為平衡節(jié)點(diǎn)連接矩陣，Vs為已知的平 衡節(jié)點(diǎn)電壓矩陣，D。為理想調(diào)壓器連接矩陣，Iv為平衡節(jié)點(diǎn)的注入電流矩陣，ID為流過(guò)理想 調(diào)壓器的電流矩陣； 對(duì)于節(jié)點(diǎn)編號(hào)為mb的第pb個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)，其平衡節(jié)點(diǎn)連接矩陣滿足V。(mb，p b) = 1，其它 元素為〇 ;對(duì)于連接在支路的第&個(gè)理想調(diào)壓器，nv、為支路兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)， 設(shè)理想調(diào)壓器變比為t，其理想調(diào)壓器連接矩陣Α(πν， Ρ?) =1，其它元素為 〇 ； 步驟2-2 :初始化負(fù)荷電流矩陣L = 0,理想調(diào)壓器變比矩陣t的所有元素為1，于是即 可得出子網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量初始值x(c0 = [Vn，Iv，ID，Iu t]T。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于：所述步 驟4中，葉網(wǎng)絡(luò)中等效無(wú)窮大電源的有功、無(wú)功功率在根網(wǎng)絡(luò)中被等效為PQ負(fù)荷量測(cè)，根網(wǎng) 絡(luò)分裂節(jié)點(diǎn)的電壓幅值在葉網(wǎng)絡(luò)中被等效為分裂節(jié)點(diǎn)電壓幅值，約束條件等效量測(cè)權(quán)重表 示為：
其中
為約束條件等效量測(cè)權(quán)重，為等效量測(cè)的誤差方差，ms為子網(wǎng)絡(luò)s的量測(cè) 數(shù)量，第i個(gè)量測(cè)的誤差服從正態(tài)分布為第i個(gè)量測(cè)的誤差方差，Jexp為期望目 標(biāo)函數(shù)值，J(x)為當(dāng)前的目標(biāo)函數(shù)值，Jexp和J(x)分別表示為： Jexp = C (ms_ns)
其中，c為正比例系數(shù)，取值為1 ;ns為子網(wǎng)絡(luò)s的狀態(tài)變量數(shù)量；z為量測(cè)向量，h為量 測(cè)狀態(tài)函數(shù)，R為量測(cè)誤差方差陣：
對(duì)于量測(cè)狀態(tài)函數(shù)h，連接在節(jié)點(diǎn)1?上的第Pi個(gè)等效負(fù)荷的狀態(tài)函數(shù)表示為：
其中，
為該等效負(fù)荷量測(cè)的有功功率和無(wú)功功率，
分別為節(jié)點(diǎn)1% 的節(jié)點(diǎn)電壓的實(shí)部和虛部，和分別為流經(jīng)該等效負(fù)荷電流的實(shí)部和虛部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于：所述步 驟5中，通過(guò)第二非齊次線性方程組求解子網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變量修正量Ax(k)，得出下一次迭代 中子網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變量x (k+1) = x(k)+Ax(k);第二非齊次線性方程組表示為： 其中，k為迭代次數(shù)，為第
k次迭代中的狀態(tài)變量，量測(cè)誤差r = z-h(X(k)) ;λ為增 廣拉格朗日系數(shù)矩陣，α為常數(shù)；c(x(k))為潮流等式約束函數(shù)，且 c(x(k)) = 0 ;C(x(k))為潮 流等式約束函數(shù)C(x(k))的雅可比矩陣函數(shù)，F(xiàn)(x(k))為量測(cè)狀態(tài)函數(shù)h的雅可比矩陣函數(shù)； C(x(k))表示為：
其中，[) ' 為第k次迭代中理想調(diào)壓器連接矩陣，\為等效負(fù)荷連接矩陣； 對(duì)于等效負(fù)荷，其等效負(fù)荷連接矩陣\滿足\ (mi，Pl) = 1，其它元素為0 ;Tf為節(jié)點(diǎn) 注入電流等式約束對(duì)理想調(diào)壓器分接頭位置模型的雅可比矩陣，對(duì)于理想調(diào)壓器，T廣的 非零元素ΤΓ〇?,.，Λ) = -?，/以為第k次迭代中ID的第個(gè)元素，即流經(jīng)第個(gè)理想調(diào)壓 器的電流；Tf為理想調(diào)壓器電壓等式約束對(duì)理想調(diào)壓器分接頭位置模型的雅可比矩陣， Tf >的非零元素f (凡,凡.}=-, 為第k次迭代中Vn的第πν個(gè)元素，即節(jié)點(diǎn)叫的電 壓值； F(x(k))表示為：
其中，為等效負(fù)荷功率量測(cè)偏差對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的雅可比矩陣，其中等效負(fù)荷功率量 測(cè)偏差對(duì)其所在節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓的雅可比矩陣元素的實(shí)數(shù)表現(xiàn)形式為叫）*等效 負(fù)荷功率量測(cè)偏差對(duì)其它節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓的雅可比矩陣元素為〇 ; Dit為等效負(fù)荷功率量測(cè)偏差表達(dá)式對(duì)負(fù)荷電流的雅可比矩陣，其中等效負(fù)荷功率量 測(cè)偏差表達(dá)式對(duì)流經(jīng)自身的電流的雅可比矩陣元素的實(shí)數(shù)表現(xiàn)形式為D^(A，A)，等效負(fù) 荷功率量測(cè)偏差表達(dá)式對(duì)流經(jīng)其它負(fù)荷的電流的雅可比矩陣元素為〇 ; €：思為等效調(diào)壓器電壓幅值量測(cè)偏差對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的雅可比矩陣，其中等效調(diào)壓器電壓 幅值量測(cè)偏差對(duì)其所在節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓的雅可比矩陣元素的實(shí)數(shù)表現(xiàn)形式為 等效調(diào)壓器電壓幅值量測(cè)偏差對(duì)其它節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓的雅可比矩陣元素為ο; 為連接在節(jié)點(diǎn)％上的節(jié)點(diǎn)電壓，且滿足丨C
〇和分別為 節(jié)點(diǎn)1?的節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)部和虛部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)分解的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于：所述步 驟6中，若滿足收斂條件πμΧ(||χ= - s或k > kmax，則完成迭代并輸出結(jié)果；否則設(shè) 置迭代次數(shù)k=k+i,并轉(zhuǎn)步驟3; 為第k次迭代中所有約束條件的等效量測(cè)值,c為 第k-l次迭代中所有約束條件的等效量測(cè)值，ε為收斂標(biāo)準(zhǔn)，取值范圍為1(Γ6< ε <1(Γ4; kmax為最大迭代次數(shù)限值。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK104300536SQ201410584928
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】何開(kāi)元, 劉科研, 孟曉麗, 盛萬(wàn)興, 胡麗娟, 賈東梨, 刁贏龍, 葉學(xué)順, 周峰, 戴唯 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院