一種基于拓撲分區(qū)的多斷面聯(lián)合參數(shù)估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行管理領域，尤指一種電網穩(wěn)態(tài)模型參數(shù)估計方法。
【背景技術】
[0002] 電網設備運行參數(shù)的維護是自動化運維中重要的一個工作，由于電網穩(wěn)態(tài)參數(shù)的 測試一般需要再停電狀態(tài)下進行，且工作量大，工作時間長。目前電力公司一般并不對所有 電網設備進行參數(shù)的測試，因此有較大一部分設備的參數(shù)是采用設計參數(shù)或典型參數(shù)，其 精度無法得到有效保證。即使有實測參數(shù)，由于測試過程中的人為疏忽或測試原理的不足， 部分測試參數(shù)也可能存在較大誤差。參數(shù)誤差將嚴重影響高級應用軟件的分析結果，導致 分析精度降低，結果不可信，大大影響了高級應用軟件的實用化，甚至可能會誤導調度員做 出錯誤的決策，影響電網的安全穩(wěn)定運行。
[0003] 參數(shù)估計是提高參數(shù)準確性的重要技術手段，在參數(shù)估計方面已經開展了很多理 論技術研宄，現(xiàn)有常見方法包括：殘差靈敏度分析法、擴展最小二乘估計法以及卡爾曼濾波 法?，F(xiàn)有技術在理論研宄方面對參數(shù)估計模型偏于樂觀，對電網基礎數(shù)據(jù)質量問題的影響 考慮不足，不能很好的處理錯誤量測與參數(shù)錯誤混雜在一起的問題在基于單斷面信息時易 受量測數(shù)值不穩(wěn)定影響。參數(shù)估計結果在一段時間內出現(xiàn)變化較大問題，實際應用效果不 理想，理論研宄和實踐脫節(jié)現(xiàn)象比較明顯，因此實際維護中經常采用的試探性參數(shù)修正方 式，存在理論依據(jù)不足、斷面適應性差問題。
[0004] 對于參數(shù)估計問題，若直接將參數(shù)向量作為增廣的狀態(tài)量加入到狀態(tài)估計問題 中，參數(shù)估計問題增加了狀態(tài)向量維數(shù)而量測數(shù)量沒有變化，導致量測冗余度變低。根據(jù)電 網參數(shù)估計的方法及研宄現(xiàn)狀，考慮到參數(shù)在各運行斷面內基本不變，本發(fā)明提供了一種 多斷面聯(lián)合參數(shù)估計方法，該方法在計算中雖然計算量比較大，但是

【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決調度自動化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)維護不精確的穩(wěn)態(tài)，本發(fā)明目的是提供一種基 于最小度搜索拓撲分區(qū)技術將電網進行分區(qū)，基于分區(qū)進行參數(shù)估計的基于拓撲分析的多 斷面聯(lián)合參數(shù)估計方法，提高計算速度，本發(fā)明，減小參數(shù)估計計算規(guī)模，提高計算穩(wěn)定性 以及計算精度，可以很好的應用于參數(shù)的估計，達到了實際應用水平。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方法包括以下步驟：
[0007] 1.根據(jù)電氣聯(lián)結拓撲分析結果對電網進行分區(qū)，將全網模型自動分解形成不同環(huán) 網網絡的多個獨立子區(qū)域，并形成每個區(qū)域的支路、節(jié)點以及公共邊界節(jié)點信息。
[0008] 2.讀取計算模型和量測數(shù)據(jù)，形成狀態(tài)估計計算基礎數(shù)據(jù)；
[0009] 3.采用基于加權最小二乘估計方法進行一次全網狀態(tài)估計計算形成一個新的基 礎數(shù)據(jù)斷面；
[0010] 采用加權最小二乘（WLS)算法的狀態(tài)估計非線性量測方程為：
[0011] z = h (x) +v (1)
[0012] 式中：z為量測向量，x為系統(tǒng)狀態(tài)向量，h為非線性量測函數(shù)方程，v為量測誤差 向量。
[0013] 狀態(tài)估計計算目標函數(shù)為：
[0014] MinJ (x) = (z_h (x)) TfT1 (z_h (x)) (2)
[0015] 記為
[0016]
[0017] 式中：r = z_h (x)為量測殘差向量，R指的是權值對角矩陣。
[0018] 4.進行量測合格率統(tǒng)計，如果量測合格率滿足足夠高，則滿足參數(shù)估計條件，將該 斷面加入新的斷面樣本集，否則該斷面不可用，跳至步驟2重新進行計算。
[0019] 5.采用PQ解耦的拉格朗日乘子方法進行全網參數(shù)錯誤辨識，以標準化拉格朗日 乘子作為參數(shù)可疑程度的量化標準篩選形成可疑參數(shù)集。
[0020] 基于狀態(tài)估計最小二乘目標函數(shù)構造拉格朗日函數(shù)：
[0021]
[0022] 式中：X是拉格朗日乘子向量。當進行支路電抗參數(shù)辨識時，r指的是有功量測殘 差向量，P指的是支路電抗參數(shù)向量；當進行支路電阻參數(shù)辨識時，r指的是無功量測殘差 向量，P指的是支路電阻參數(shù)向量，在狀態(tài)估計計算時假定參數(shù)是準確的，則根據(jù)定義有：
[0023] P = 0 (5)
[0024] 對式⑷求偏導，可得：
[0025]
[0026] 式中：民是量測殘差對參數(shù)的雅可比矩陣，〃為量測殘差對參數(shù)的雅可比矩陣 轉置。
[0027] 則有：
[0028]
[0029] 入即為拉格朗日乘子向量，S = _丑;^
[0030] 對乘子向量進行標準化，構造協(xié)方差矩陣2 :
[0031] 2： = R_1-HG_1Ht (8)
[0032] 式中：H是量測對狀態(tài)量的雅可比矩陣，G = tfRl為信息矩陣。
[0033] 構造乘子的協(xié)方差矩陣A :
[0034] A = S 2 ST (9)
[0035] 乘子向量標準化公式為"：
[0036]
[0037] 式中A i是第i個量測的拉格朗日乘子，<表示第i個量測標準化拉格朗日乘子， A (i, i)為協(xié)方差矩陣A的對角元；
[0038] 求出標準化乘子向量后，對應于最大絕對值所在支路的參數(shù)，就是最可疑的。
[0039] 6.開始參數(shù)估計計算，通過計算分區(qū)信息集分區(qū)節(jié)點信息讀取節(jié)點信息和支路設 備信息。
[0040] 7.以已加入樣本集中數(shù)據(jù)斷面狀態(tài)估計結果為初值，形成關于分區(qū)參數(shù)估計的多 斷面量測向量。
[0041] 對于第i個分區(qū)在t時刻的量測方程Zi，t可簡單描述為：
[0042] zi；t= h(x i；t, yi)+vi；t (9)
[0043] 式中xi;t表示第i分區(qū)在t時刻的狀態(tài)向量，yi表示第i分區(qū)待估計參數(shù)向量，z i;t 表示第i分區(qū)在t時刻的量測向量，vi;t表示第i分區(qū)在t時刻的量測誤差向量，h(x it, y) 表示量測函數(shù)向量。
[0044] 若對T個斷面進行聯(lián)合參數(shù)估計，則形成第i個分區(qū)量測向量表示為：
[0045] z = [zi；1, zi；2, ???, zi；T]T (10)
[0046] 式中T參與參數(shù)估計計算的斷面?zhèn)€數(shù)。
[0047] 8.以多個斷面對應可疑參數(shù)形成計算可疑參數(shù)并集。
[0048] 若對T個斷面進行聯(lián)合參數(shù)估計，則形成第i個分區(qū)可疑參數(shù)并集表示為：
[0049] yi= y i;1U y i;2U …U y i;T (11)
[0050] 式中yi，t表示第i個分區(qū)在t時刻斷面可疑參數(shù)向量。
[0051] 9.利用已形成量測數(shù)據(jù)，基于加權最小二乘法將估計參數(shù)增廣為參數(shù)狀態(tài)量，利 用PQ解耦的增廣狀態(tài)估計算法實現(xiàn)參數(shù)估計。
[0052] 若對T個斷面進行聯(lián)合參數(shù)估計，則參數(shù)估計的聯(lián)合狀態(tài)向量表示為：
[0053] x = [xi；1, xi；2, ???, xi；T, yj1 (12)
[0054] 式中xi;t表示第i個分區(qū)在t時刻斷面狀態(tài)向量。
[0055] 根據(jù)給定量測向量z，狀態(tài)估計目標函數(shù)定義為：
[0056] J (x) = [z-h (x) ]tR_1 [z-h (x) ] (13)
[0057] 在采用采用最小二乘法狀態(tài)估計模型求解，其擴展的PQ解耦迭代式統(tǒng)一寫為：
[0058] HtR_1HA xk+1 = HtR_1 [z-h (xk) ] (14)
[0059] xk+1= xk+Axk+1 (15)
[0060] 式中：xk為第k次迭代時的狀態(tài)向量，h(xk)為第k次迭代的量測函數(shù)向量，H為量 測向量的雅可比矩陣。
[0061] 對于有功迭代，x即相角向量，對于無功迭代，x即為電壓幅值向量。通過有功、無 功交替迭代，最終估計的可疑參數(shù)的估計值。
[0062] 10.判斷是否對所有分區(qū)已全部計算完成，若未完成則跳至步驟5對另一個分區(qū) 進行參數(shù)估計，否則輸出參數(shù)估計結果。
[0063] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在調度系統(tǒng)中對于電網穩(wěn)態(tài)參數(shù)維護不準確情形通過 多斷面聯(lián)合參數(shù)估計，減少量測錯誤對參數(shù)估計的數(shù)據(jù)污染，提高參數(shù)估計精確性，并通過 拓撲分區(qū)技術減小參數(shù)估計計算網絡規(guī)模，提高參數(shù)估計計算速度和數(shù)值穩(wěn)定性，易于參 數(shù)估計在實際系統(tǒng)中應用，本方法彌補了參數(shù)估計在實際系統(tǒng)在線應用易受量測錯誤影響 的不足，解決相關量測和參數(shù)同時錯誤的問題。
【附圖說明】
[0064] 圖1基于拓撲分區(qū)的多斷面聯(lián)合參數(shù)估計計算流程圖；
[0065] 圖2基于分區(qū)信息的多斷面聯(lián)合增廣狀態(tài)估計計算流程圖。
【具體實施方式】
[0066] 為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合
【具體實施方式】，進一步闡述本發(fā)明。
[0067] 如圖1所示給出了基于拓撲分區(qū)的多斷面聯(lián)合參數(shù)估計計算流程，具體包括以下 步驟：
[0068] 1.基于電氣聯(lián)結關系拓撲分析結果對電網進行分區(qū)，將全網模型自動分解形成不 同環(huán)網網絡的多個獨立子區(qū)域，并形成每個區(qū)域的支路、節(jié)點以及公共邊界節(jié)點信息。
[0069] 2.讀取計算模型和量測數(shù)據(jù)，形成狀態(tài)估計計算基礎數(shù)據(jù)；
[0070] 3.采用基于加權最小二乘估計方法進行一次全網狀態(tài)估計計算形成一個新的基 礎數(shù)據(jù)斷面。
[0071] 采用加權最小二乘（WLS)算法的狀態(tài)估計非線性量測方程為：
[0072] z = h (x) +v (1)
[0073] 式中：z為量測向量，x為系統(tǒng)狀態(tài)向量，h為非線性量測函數(shù)方程，v為量測誤差 向量。
[0074] 狀態(tài)估計計算目標函數(shù)為：
[0075] MinJ (x) = (z_h (x)) TfT1 (z_h (x)) (2)
[0076] 記為
[0077]
[0078] 式中：r = z-h(x)為量測殘差向量，R指的是權值對角矩陣。
[0079] 4.進行量測合格率統(tǒng)計，如果量測合格率滿足足夠高，則滿足參數(shù)估計條件，將該 斷面加入新的斷面樣本集，否則該斷面不可用，跳至步驟2重新進行計算。
[0080] 5.采用PQ解耦的拉格朗日乘子方法進行全網參數(shù)錯誤辨識，以標準化拉格朗日 乘子作為參數(shù)可疑程度的量化標準進行篩選形成可疑參數(shù)集，將可疑參數(shù)與分區(qū)建立關聯(lián) 關系。
[0081] 基于狀態(tài)估計最小二乘目標函數(shù)構造拉格朗日函數(shù)：
[0082]
[0083] A十：A定悝愴明H米Tin」星。彐a；仃義蹐電饑麥數(shù)拼識H、」，r佰的是有功量測殘 差向量，P指的是支路電抗參數(shù)向量；當進行支路電阻參數(shù)辨識時，r指的是無功量測殘差 向量，P指的是支路電阻參數(shù)向量，在狀態(tài)估計計算時假定參數(shù)是準確的，則根據(jù)定義有：
[0084] P = 0 (5)
[0085] 對式⑷求偏導，可得：
[0086]
[0087] 式中：民是量測殘差對參數(shù)的雅可比矩陣，〃,(為量測殘差對參數(shù)的雅可比矩陣轉 置。
[0088] 則有：
[0089]
[0090] 入即為拉格朗日乘子向量，5 =尺
[0091] 對乘子向量進行標準化，構造協(xié)方差矩陣2 :
[0092] 2： = R_1-HG_1Ht (8)