基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法
【專利摘要】基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法,屬于電力系統(tǒng)運行和控制【技術領域】。建立子系統(tǒng)本地及協(xié)調層計算模型：將互聯(lián)系統(tǒng)通過聯(lián)絡線劃分為多個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間聯(lián)絡線及其兩端的節(jié)點成為相鄰子系統(tǒng)間的邊界重疊區(qū)域，在其兩端重復建模；建立基于等值網等值量測修正思想的邊界節(jié)點狀態(tài)量不動點迭代格式；基于異步迭代模式的分布式狀態(tài)估計：計算量測標準化殘差，使用估計辨識方法辨識本地壞數據，使用估計辨識結果直接對狀態(tài)估計計算出的本地節(jié)點狀態(tài)量進行修正，并將修正后的邊界節(jié)點狀態(tài)量發(fā)送至協(xié)調層。本發(fā)明解決了現有分布式狀態(tài)估計中靠近邊界地區(qū)中存在壞數據不易辨識的問題，所有的計算步驟易于實現，算法簡單，效率較高。
【專利說明】基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法
【技術領域】
[0001]基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法，屬于電力系統(tǒng)運行和控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]狀態(tài)估計作為近代計算機實時數據處理的手段，它利用實時遠動量測系統(tǒng)提供的冗余信息，以最佳的方法估計電力系統(tǒng)的狀態(tài)變量，為電力系統(tǒng)控制中心的在線潮流、安全監(jiān)視、負荷預計、經濟調度、聯(lián)絡線功率控制等功能建立可靠和精確的實時數據庫系統(tǒng)。在分層調度的體制下，控制中心根據分級分層的管理原則，子系統(tǒng)間除必需的少數遠動信息交換外，絕大部分信息送往各自的地區(qū)控制中心。為了適應這種體制下控制中心功能的實現，電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計就值得進行研究和實用化。分布式狀態(tài)估計是指地理上分散的分區(qū)電網在本地區(qū)獨立狀態(tài)估計的結果通過一定的協(xié)調策略進行協(xié)調計算后，使各地區(qū)的狀態(tài)估計結果與全網整體計算的結果一致的一種計算方法。
[0003]目前，分布式狀態(tài)估計算法主要有以下幾類:(1)分層分區(qū)計算方法。這種方法將互聯(lián)系統(tǒng)劃分兩層，即子系統(tǒng)和邊界系統(tǒng)，第一層各子系統(tǒng)進行獨立狀態(tài)估計，第二層基于第一層估計結果和邊界系統(tǒng)量測量進行邊界系統(tǒng)狀態(tài)估計，并協(xié)調各子系統(tǒng)狀態(tài)得到基于系統(tǒng)公共參考點的估計結果。這種方法有以下缺點:在第一層狀態(tài)估計中，不得不放棄子系統(tǒng)邊界節(jié)點的注入功率量測和進入或流出邊界節(jié)點的聯(lián)絡線功率量測。實際上，這些點一般都是聯(lián)合電力系統(tǒng)的交界點，這里量測配置密集，精度也較高。放棄這些量測量將直接影響到子系統(tǒng)特別是邊界節(jié)點狀態(tài)的估計精度，繼而又影響第二層狀態(tài)估計，造成聯(lián)絡線潮流估計的誤差；在第二層，狀態(tài)估計的精度主要地由聯(lián)絡線潮流量測來決定。實際上邊界系統(tǒng)是由許多小孤立系統(tǒng)組成，其中最簡單的，也是最常見的孤立系統(tǒng)是單支路雙節(jié)點系統(tǒng)。因此聯(lián)絡線量測的數量和質量將嚴重影響狀態(tài)估計值和聯(lián)絡線潮流的精度。(2)等式約束優(yōu)化方法。這種方法將分布式狀態(tài)估計轉變?yōu)橐粋€具有等式約束的優(yōu)化問題，等式約束條件為各子網重疊區(qū)域內節(jié)點的狀態(tài)量相等，約束條件基于拉格朗日公式，以全系統(tǒng)各區(qū)域量測誤差的平方和最小為最終目標。該方法以全網量測誤差平方和為目標的做法破壞了電力系統(tǒng)本地狀態(tài)估計的獨立性，在量測條件不好時，狀態(tài)估計結果與實際電網運行狀態(tài)相差比較大。(3)分解協(xié)調計算方法。這種方法將地理上分散的電網通過網間的聯(lián)絡線進行拆分，形成子網，子網之間聯(lián)絡線在各子系統(tǒng)內重復建模。各個子系統(tǒng)進行獨立狀態(tài)估計，然后將估計結果通過一定的協(xié)調策略進行協(xié)調后再下發(fā)給各個子網，子網重新進行狀態(tài)估計，重復上述過程，直至計算收斂，計算收斂條件為各子系統(tǒng)重疊區(qū)域狀態(tài)估計結果相等。這種方法的難點在于子系統(tǒng)間的協(xié)調策略的選擇不同會影響計算收斂速度，目前基于外網等值和邊界靈敏度分析的研究比較多，但對于影響計算收斂速度并未給出相應的理論說明，只是根據一些經驗公式。而且在邊界地區(qū)存在壞數據時，檢測和辨識困難，嚴重影響本地的狀態(tài)估計結果，進而影響整個分布式計算的收斂效果和計算速度。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是:針對電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的分布式狀態(tài)估計算法存在的實用化缺陷，提出了一種基于異步迭代模式的實用化分布式狀態(tài)估計方法，用于提高分布式狀態(tài)估計計算效率和檢測辨識靠近邊界地區(qū)的壞數據。具體方案包括以下步驟:
[0005]I)建立子系統(tǒng)結構及協(xié)調層。其具體過程為:
[0006]a)建立子系統(tǒng)分布式計算的系統(tǒng)結構:參與分布式狀態(tài)估計計算的是各地區(qū)控制中心的EMS/DTS系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間通過聯(lián)絡線進行互聯(lián)，相互獨立。對與子系統(tǒng)Si，其外部網絡細節(jié)盡管存在，但不在本子系統(tǒng)控制中心的監(jiān)控范圍內，因此，在研究該子系統(tǒng)時，可以將外網的細節(jié)用等值模型代替。為了保證分布式計算的計算結果正確，當參與計算的子系統(tǒng)較多時，需要有一個協(xié)調層來協(xié)調各個子系統(tǒng)的計算，同時管理各子系統(tǒng)間的數據通訊。
[0007]圖1中以三個子系統(tǒng)為例Si (i = A, B, C)描述了這種結構(圖1是分布式狀態(tài)估計系統(tǒng)結構示意圖)。如圖1所示，子系統(tǒng)Si (i = A, B, C)通過聯(lián)絡線Iab、1AC；、Ibc互聯(lián)。每個子系統(tǒng)有自己的控制中心，各子系統(tǒng)Si (i =A，B，C)與協(xié)調層M之間通過廣域網進行數據交換，在圖1中用虛線箭頭表示。子系統(tǒng)之間的聯(lián)絡線1AB、1AC、1B。用實線表示，聯(lián)絡線的兩個端節(jié)點分別位于不同的子系統(tǒng)。)
[0008]對于η個子系統(tǒng)互聯(lián)構成的網絡，子系統(tǒng)與協(xié)調層結構與此相同。
[0009]b)建立子系統(tǒng)計算模型:對于子系統(tǒng)Si,將互聯(lián)系統(tǒng)劃為內部節(jié)點集1、外部節(jié)點集E和邊界節(jié)點集B，其中邊界節(jié)點集是指子系統(tǒng)之間的聯(lián)絡線兩端節(jié)點的集合，靠近內網一側的為內邊界節(jié)點B1，靠近外網一側的為外邊界節(jié)點Be，外網等值即是將外部系統(tǒng)等值到該子系統(tǒng)的外邊界節(jié)點，形成如圖2所示的分布式計算的子系統(tǒng)模型(圖2是子系統(tǒng)的狀態(tài)估計計算模型示意圖)。分布式狀態(tài)估計在計算時，由于外網數據龐大，直接進行外網等值在實際上并不可行，因此先進行內網等值，即將各子系統(tǒng)等值到其內邊界節(jié)點。用線性方程描述的子系統(tǒng)狀態(tài)方程表示如下:
[0010]
【權利要求】
1.基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法，其特征在于，該方法步驟如下: 1)建立子系統(tǒng)計算系統(tǒng)結構及協(xié)調層； a)建立分布式計算系統(tǒng)結構:參與分布式狀態(tài)估計計算的是各地區(qū)控制中心的EMS/DTS系統(tǒng)，子系統(tǒng)通過聯(lián)絡線進行互聯(lián)，構成互聯(lián)大系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間相互獨立；對與子系統(tǒng)Si，其外部網絡細節(jié)盡管存在，但不在本子系統(tǒng)控制中心的監(jiān)控范圍內，因此，在研究該子系統(tǒng)時，將外網的細節(jié)用等值模型代替；同時，為了保證分布式計算的結果正確，當參與計算的子系統(tǒng)較多時，需要建立一個協(xié)調層來協(xié)調各個子系統(tǒng)的計算，同時管理各子系統(tǒng)間的數據通訊； b)建立子系統(tǒng)計算模型:對于子系統(tǒng)Si,互聯(lián)系統(tǒng)通過聯(lián)絡線拆分被劃為內部節(jié)點集1、外部節(jié)點集E和邊界節(jié)點集B ;在子系SSi中建立本地網絡狀態(tài)方程，子系統(tǒng)使用擴展ward等值方法，將內網部分等值到內邊界節(jié)點，并將等值信息送至協(xié)調層；協(xié)調層根據所有子系統(tǒng)的內網等值信息計算出各子系統(tǒng)的外網等值信息，發(fā)送給各子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)建立本地計算模型； c)建立協(xié)調層計算模型:建立虛擬的協(xié)調層M，在協(xié)調層M中對各子系統(tǒng)間聯(lián)絡線進行詳細建模；協(xié)調層負責接收所有子系統(tǒng)的內網等值信息，在此基礎上計算各子系統(tǒng)對應的外網等值參數，并下發(fā)給各子系統(tǒng)； 2)建立基于等值網等值量測修正思想的邊界節(jié)點狀態(tài)量不動點迭代格式； a)構造邊界節(jié)點狀態(tài)量的不動點迭 代格式:參與分布式狀態(tài)估計的各非目標子系統(tǒng)本地估計時，采用經修正后的內網實際量測信息，目標子系統(tǒng)采用本地內網量測原值，各子系統(tǒng)的外網采用擴展ward等值模型，等值網上的所有等值量測由異步迭代過程中的邊界節(jié)點狀態(tài)量和等值網參數計算得出；因此當目標子系統(tǒng)內網量測數據不變時，將子系統(tǒng)本地估計結果看作外網等值模型上的所有等值量測集合的隱函數，而等值量測是由經合并后的本地上一次狀態(tài)估計出的邊界節(jié)點狀態(tài)量計算而來；基于此構造出關于邊界節(jié)點狀態(tài)量的不動點迭代格式； b)計算子系統(tǒng)合并參數:子系統(tǒng)計算不動點迭代方程中所需的信息矩陣逆矩陣信息，發(fā)送至協(xié)調層，協(xié)調層向子系統(tǒng)轉發(fā)相鄰子系統(tǒng)的信息逆矩陣對角元素信息；子系統(tǒng)根據本地和相鄰子系統(tǒng)信息逆矩陣的對角元素信息，計算本地邊界地區(qū)不動點迭代方程中的合并參數；子系統(tǒng)根據計算的合并參數信息，建立邊界節(jié)點狀態(tài)量不動點迭代格式； 3)采用異步迭代模式進行分布式狀態(tài)估計； a)相角合并:子系統(tǒng)向協(xié)調層發(fā)送本地邊界節(jié)點狀態(tài)量，同時協(xié)調層向各子系統(tǒng)轉發(fā)與其相鄰子系統(tǒng)邊界節(jié)點的狀態(tài)量；各子系統(tǒng)分別采用本網參考節(jié)點，對相鄰子系統(tǒng)傳送過來的邊界節(jié)點相角按照相角合并原則進行修正； 所述相角合并原則指的是以目標子系統(tǒng)的相角為參考相角，將其他子系統(tǒng)送過來的相角采用與參考相角差平均值的方法進行修正； b)檢測子系統(tǒng)收斂情況:子系統(tǒng)在完成相角修正后，檢測本地與相鄰子系統(tǒng)相同邊界節(jié)點狀態(tài)量之間是否滿足計算收斂條件，如果滿足，則分布式狀態(tài)估計的外層迭代過程完成，計算結束，子系統(tǒng)輸出本地各節(jié)點狀態(tài)量信息，如不滿足收斂條件，則繼續(xù)進行下述計算；這里的收斂條件是指相鄰子系統(tǒng)的相同邊界節(jié)點狀態(tài)量差值在規(guī)定精度范圍內，相角精度為10_3rad，幅值精度為10_3 ； c)子系統(tǒng)狀態(tài)估計:子系統(tǒng)根據合并參數信息、本地和相鄰子系統(tǒng)邊界節(jié)點的電壓幅值相角，計算本地邊界區(qū)域新的節(jié)點狀態(tài)量，采用邊界節(jié)點狀態(tài)量和外網等值參數信息進行等值網量測計算，獲得經外網修正后等值網量測信息；子系統(tǒng)使用本地網絡參數、內網量測信息、外網等值參數信息、等值網量測信息及量測權重信息進行本地狀態(tài)估計計算； 4)壞數據辨識； 子系統(tǒng)根據計算出的節(jié)點狀態(tài)量進行本網壞數據的檢測，若不存在壞數據轉步驟3)，進行下一輪節(jié)點狀態(tài)量的分解協(xié)調計算；若存在，按標準化殘差rN幅值大小順序初步將本地量測分為可疑量測集和正常量測集，使用估計辨識方法辨識本地壞數據。
2.根據權利要求1所述的基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法，其特征在于，由于子系統(tǒng)靠近邊界地區(qū)量測冗余度較低，使得靠近邊界地區(qū)的壞數據辨識比較困難，因此在辨識過程中將外網等值量測強制為非壞數據，這樣既增加了邊界區(qū)域的量測冗余度，使本地信息矩陣對角元素得到增強，又間接利用了外網的量測信息，提高了辨識能力，再經邊界節(jié)點狀態(tài)量計算公式的反復迭代，循環(huán)借用外網信息，就可通過邊界節(jié)點狀態(tài)量的交換和修正，逐步將靠近邊界地區(qū)壞數據逐一辨識出來；子系統(tǒng)本地估計辨識完成后，使用估計辨識結果直接對狀態(tài)估計計算出的本地節(jié)點狀態(tài)量進行修正，不必等待相鄰子系統(tǒng)計算完成，直接將邊界各節(jié)點狀態(tài)量上送至協(xié)調層，轉入步驟3)進行新一輪迭代修正；在辨識過程中，如果檢測到目標子系統(tǒng)邊界區(qū)域壞數據異常增多，為避免目標子系統(tǒng)的狀態(tài)估計結果受邊界估計誤差的影響，將目標子系統(tǒng)外網邊界量測設置為關鍵量測，以保證本地狀態(tài)估計的精 確度。
3.根據權利要求1所述的基于異步迭代模式的電力系統(tǒng)分布式狀態(tài)估計計算方法，其特征在于，所述子系統(tǒng)為三個子系統(tǒng)，Si (i = A, B, C)； 1)子系統(tǒng)Si(i= A，B，C)通過聯(lián)絡線1AB、1AC、1BC互聯(lián)，每個子系統(tǒng)有自己的控制中心，各子系統(tǒng)SiQ = A，B，C)與協(xié)調層M之間通過廣域網進行數據交換；子系統(tǒng)之間的聯(lián)絡線的兩個端節(jié)點分別位于不同的子系統(tǒng)；子系統(tǒng)SiQ = A, B, C)將內網等值結果發(fā)送至協(xié)調層，協(xié)調層進行等值計算，返回給各子系統(tǒng)外網等值結果； 2)建立基于等值量測信息的邊界節(jié)點狀態(tài)量不動點迭代格式； 3)子系統(tǒng)SiQ=A，B，C)根據邊界節(jié)點狀態(tài)量的不動點迭代格式計算本地等值網量測信息，并使用解耦的加權最小二乘法進行本地狀態(tài)估計，并計算合并參數，本地狀態(tài)估計結束后從協(xié)調層獲取相鄰子系統(tǒng)邊界地區(qū)的節(jié)點狀態(tài)量，進行相角修正，子系統(tǒng)在完成相角修正后，檢測本地與相鄰子系統(tǒng)相同邊界節(jié)點狀態(tài)量之間是否滿足計算收斂條件，如果滿足，則分布式狀態(tài)估計的外層迭代過程完成，計算結束，子系統(tǒng)輸出本地各節(jié)點狀態(tài)量信息，如不滿足收斂條件，則進行邊界節(jié)點狀態(tài)量的合并，采用更新的等值網量測則繼續(xù)進行本地狀態(tài)估計計算修正直至滿足系統(tǒng)收斂條件； 4)系統(tǒng)計算收斂后，子系統(tǒng)Si(i = A, B, C)進行本地壞數據辨識，辨識過程中將等值量測信息強制為非壞數據。
【文檔編號】G05B13/04GK103454917SQ201310259914
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權日:2013年6月26日
【發(fā)明者】張海波, 易文飛 申請人:華北電力大學