專利名稱：：一種支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化與電網(wǎng)仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：配電網(wǎng)不同于輸電網(wǎng)，其量測冗余度不足，只在饋線根部有電壓幅值和功率量測，在饋線開關(guān)上一般只采集電流幅值量測。針對配電網(wǎng)的量測配置特點，已有不少文獻(xiàn)對配網(wǎng)狀態(tài)估計進(jìn)行了研究，根據(jù)狀態(tài)量選取的不同，配網(wǎng)狀態(tài)估計方法可以分為(1)以節(jié)點電壓為狀態(tài)量的方法Lu,C.N.,TengJ.H,Liu,W.-HE.DistributionSystemStateEstimation.IEEETransonPowerSystem,1995,10(1):229_240禾口Whei—MinLin,Jen-HaoTeng.StateEstimationforDistributionSystemswithZero-InjectionConstraints.IEEETransonPowerSystem,1996,11(1):518_524提出此方法。該類方法利用量測變換，將功率、電流幅值和電壓幅值變換成等效的節(jié)點注入復(fù)電流量測、支路復(fù)電流量測和節(jié)點復(fù)電壓量測，從而實現(xiàn)量測雅克比矩陣常數(shù)化。但量測變換后得到的等效量測并非真實量測，同時電壓和電流幅值量測的權(quán)重轉(zhuǎn)換為復(fù)電壓和復(fù)電流量測的權(quán)重存在不等價的問題，從而影響估計精度。(2)以支路復(fù)電流為狀態(tài)量的方法MesutE.Baran,Artherff.Kelly.ABranch-CurrentBasedstateEstimationMethodforDistributionSystems.IEEETransactiononPowerSystems,1995,10(1)483-491提出此方法。該類方法忽略了電壓量測，將虛擬的負(fù)荷功率量測和支路一端的功率量測轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的負(fù)荷復(fù)電流量測和支路復(fù)電流量測，轉(zhuǎn)換中需要預(yù)先給定節(jié)點復(fù)電壓。而且，支路電流幅值量測對應(yīng)的量測雅克比矩陣元素是非常數(shù)項。對于存在電壓量測和大量支路電流幅值量測的情況，該方法估計效果不好。(3)支路功率的狀態(tài)估計方法孫宏斌，張伯明，相年德.基于支路功率的配電狀態(tài)估計方法.電力系統(tǒng)自動化，1998,22(8):12-16提出此方法。該方法適用于系統(tǒng)只存在少量實時功率量測的情況，把狀態(tài)估計問題巧妙地轉(zhuǎn)換成潮流匹配問題，但是沒有給出考慮電壓和電流量測的處理方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，利用配網(wǎng)中大量存在的電流量測來提高負(fù)荷偽量測的精度。直接利用電壓幅值量測、功率量測和電流量測，無需進(jìn)行量測轉(zhuǎn)換，且能夠處理輻射電網(wǎng)、弱環(huán)網(wǎng)以及電纜線充電電容等情況。本發(fā)明提出的支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，包括以下步驟(1)建立一個基于指數(shù)型目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)狀態(tài)估計模型maxJ(X)=^]exp(—^-(z,—/ζ,(X))2)iκ"s.tC(X)=O上式中，Zi是配電網(wǎng)電氣量的實時測量值，包括配電網(wǎng)中線路或變壓器的有功功率和無功功率、母線的電壓幅值、發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率、負(fù)荷的有功功率和無功功率以及支路電流量測，Rii是各實時測量值的方差，h(X)是各實時測量值的測量表達(dá)式，其中的X是配電網(wǎng)的狀態(tài)變量，包括所有配電網(wǎng)支路首端的有功功率和無功功率以及配電網(wǎng)支路上的電流幅值的平方，定義支路電流幅值的平方IluI2=Au,C(X)是等式約束方程；定義，上述母線電壓幅值的平方IviI2=Bi,配電網(wǎng)支路電阻和電抗分別為R^Xij,定義(.)m為相應(yīng)電氣量的量測值，PyQi分別為配電網(wǎng)節(jié)點注入有功和無功功率，P^Qij分別為配電網(wǎng)支路的首端有功功率和無功功率，i為首端節(jié)點，j為末端節(jié)點，根據(jù)上述定義，得到上述實時測量方程h(X)分別為支路電流幅值量測方程(Aij)"1=Aij，支路首端功率量測方程(Pij)"1=Pij，(Qij)"1=Qij，支路末端功率量測方程(Pij)"1=Pi^AijRij,(Qji)"1=Qi^AijXij,節(jié)點注入功率量測方程，iej(^r=Σβ>-Σ4Λ-Σδ,-^τψ-，ieiI^iΛβΛ€)其中，iej、1ej表示與節(jié)點j相連的節(jié)點，Xcu.為節(jié)點j的電容器和充電電容的電抗值，節(jié)點電壓平方的量測方程(晃廣二(PLli-A0R11Y+(QLii-AuX^f根據(jù)上述定義，得到上述等式約束方程C(X)分別為節(jié)點j電壓約束方程0=(Plu-A^RiiY+(Qlu-AliX^(Pli1)1HQLil)2A.,Ah其中1表示與節(jié)點j相連的節(jié)點，對于所有與節(jié)點j直接相連的下游支路都含有該電壓約束方程；(2)采用拉格朗日乘子法，對上述狀態(tài)估計模型進(jìn)行求解，包括以下步驟(2-1)設(shè)置狀態(tài)估計模型中的狀態(tài)變量X的初始值，該初始值根據(jù)配電網(wǎng)負(fù)荷的偽量測通過潮流計算得到；(2-2)設(shè)置迭代次數(shù)計數(shù)器k，k=0；(2-3)對迭代變量Xk+1根據(jù)下式進(jìn)行修正HTWσCHCt0Ax-λHTW(Z-h(xk))-C(Xw)其中，H是mXn的量測雅可比矩陣，m是配電網(wǎng)電氣量的實時測量值的個數(shù)，η是5配電網(wǎng)狀態(tài)變量X的個數(shù)，Δχ=Xk+1-Xk,辟(X)WOO是mXm的對角陣，其中對角元為W,7(X)=2-R..K,iC=·^^是pXn維的量測雅可比矩陣，ρ是等式約束方程C(X)的個數(shù)；(2-4)分別判斷不等式IIΔΧω||2彡彡ξ2是否同時成立，若不成立，則使k=k+l，并轉(zhuǎn)到步驟(2-3)，若成立，則輸出狀態(tài)變量，其中I1*ξ2的取值范圍為ΙΟ—5-1(Γ6。上述狀態(tài)估計方法中，當(dāng)配電網(wǎng)為環(huán)狀網(wǎng)時，上述步驟(1)的建立配電網(wǎng)狀態(tài)估計模型時，選擇配電網(wǎng)環(huán)路中的一條支路為連支，將該連枝支路的任意一端作為分裂節(jié)點，其中，s為分裂節(jié)點號，r為與之相連的上游節(jié)點號，t為與之相連的下游節(jié)點號，則還有分裂節(jié)點的電壓量測方程為從r={Prx~ΑΜ人)24,分裂節(jié)點電壓約束方程為0_(p,-AAsf+(α,-ArsXrs)2(Pls-AlsRls)2+(Q,-AuXkfΛ,A...分裂節(jié)點功率量測方程為(Ps)m=Prs-ArsRrs+Pts-AtsR-rsrsrs1tststs2(Q、r=Q,-ArsXrs+Qlx-AlsXlsJp^-aM+(Q,-A^,)2AX....Xcs為節(jié)點S的電容器和充電電容的電抗值。本發(fā)明提出的一種支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，是一個基于配電網(wǎng)支路電流量測的量測方程，能直接處理電流量測，具有以下優(yōu)點1、適用于以支路電流幅值量測為主的配電網(wǎng)狀態(tài)估計，與以往的支路電流狀態(tài)估計方法相比，沒有量測轉(zhuǎn)換的問題，使?fàn)顟B(tài)估計更加正確。2、本發(fā)明狀態(tài)估計方法，能有效處理包含環(huán)路的配電網(wǎng)的狀態(tài)估計問題，對于充電電容支路也能處理，因此適用各種類型的配電網(wǎng)，使用范圍更廣。3、本發(fā)明狀態(tài)估計方法采用指數(shù)型目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行狀態(tài)估計，對于局部量測冗余足夠的情況，具有抗差能力，不需要內(nèi)置額外的壞數(shù)據(jù)辨識程序，因此估計過程更加簡練。圖1是利用本發(fā)明方法的一個實施例，包括69個節(jié)點輻射狀電網(wǎng)系統(tǒng)算例的示意圖。圖2是69節(jié)點輻射狀電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷計算結(jié)果。圖3是69節(jié)點輻射狀電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷殘差結(jié)果。圖4是69節(jié)點輻射狀電網(wǎng)支路電流計算結(jié)果。圖5是69節(jié)點弱環(huán)狀電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷計算結(jié)果。圖6是69節(jié)點弱環(huán)狀電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷殘差結(jié)果。圖7是69節(jié)點弱環(huán)狀電網(wǎng)支路電流殘差結(jié)果。具體實施例方式本發(fā)明提出的支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，包括以下步驟(1)建立一個基于指數(shù)型目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)狀態(tài)估計模型權(quán)利要求一種支持大規(guī)模電流量測的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)建立一個基于指數(shù)型目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)狀態(tài)估計模型<mrow><mi>max</mi><mi>J</mi><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mi>i</mi></munder><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>R</mi><mi>ii</mi></msub></mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></mrow>s.tc(X)＝0上式中，Zi是配電網(wǎng)電氣量的實時測量值，包括配電網(wǎng)中線路或變壓器的有功功率和無功功率、母線的電壓幅值、發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率、負(fù)荷的有功功率和無功功率以及支路電流量測，Rii是各實時測量值的方差，hi(X)是各實時測量值的測量表達(dá)式，其中的X是配電網(wǎng)的狀態(tài)變量，包括所有配電網(wǎng)支路首端的有功功率和無功功率以及配電網(wǎng)支路上的電流幅值的平方，定義支路電流幅值的平方|Iij|2＝Aij，c(X)是等式約束方程；定義，上述母線電壓幅值的平方|Vi|2＝Bi，配電網(wǎng)支路電阻和電抗分別為Rij、Xij，定義(.)m為相應(yīng)電氣量的量測值，Pi、Qi分別為配電網(wǎng)節(jié)點注入有功和無功功率，Pij、Qij分別為配電網(wǎng)支路的首端有功功率和無功功率，i為首端節(jié)點，j為末端節(jié)點，根據(jù)上述定義，得到上述實時測量方程hi(X)分別為支路電流幅值量測方程(Aij)m＝Aij，支路首端功率量測方程(Pij)m＝Pij，(Qij)m＝Qij，支路末端功率量測方程(Pji)m＝Pij+AijRij，(Qji)m＝Qij+AijXij，節(jié)點注入功率量測方程<mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>m</mi></msup><mo>=</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>&Element;</mo><mi>j</mi></mrow></munder><msub><mi>P</mi><mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>&Element;</mo><mi>j</mi></mrow></munder><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>R</mi><mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>j</mi></mrow></munder><msub><mi>P</mi><mi>jk</mi></msub><mo>,</mo></mrow><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Q</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>m</mi></msup><mo>=</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>&Element;</mo><mi>j</mi></mrow></munder><msub><mi>Q</mi><mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>&Element;</mo><mi>j</mi></mrow></munder><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>X</mi><mi>ij</mi></msub><mo>-</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>l</mi><mo>&Element;</mo><mi>j</mi></mrow></munder><msub><mi>Q</mi><mi>jl</mi></msub><mo>-</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>P</mi><mi>jl</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>Q</mi><mi>jl</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>A</mi><mi>jl</mi></msub><msub><mi>X</mi><mi>cj</mi></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>其中，i∈j、l∈j表示與節(jié)點j相連的節(jié)點，Xcj為節(jié)點j的電容器和充電電容的電抗值，節(jié)點電壓平方的量測方程<mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>B</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>m</mi></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>Lij</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>R</mi><mi>ij</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Q</mi><mi>Lij</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>X</mi><mi>ij</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub></mfrac></mrow>根據(jù)上述定義，得到上述等式約束方程c(X)分別為節(jié)點j電壓約束方程<mrow><mn>0</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>Lij</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>R</mi><mi>ij</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Q</mi><mi>Lij</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>X</mi><mi>ij</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><msub><mi>A</mi><mi>ij</mi></msub></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>Ljl</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Q</mi><mi>Ljl</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><msub><mi>A</mi><mi>jl</mi></msub></mfrac></mrow>其中l(wèi)表示與節(jié)點j相連的節(jié)點，對于所有與節(jié)點J直接相連的下游支路都含有該電壓約束方程；(2)采用拉格朗日乘子法，對上述狀態(tài)估計模型進(jìn)行求解，包括以下步驟(21)設(shè)置狀態(tài)估計模型中的狀態(tài)變量X的初始值，該初始值根據(jù)配電網(wǎng)負(fù)荷的偽量測通過潮流計算得到；(22)設(shè)置迭代次數(shù)計數(shù)器k，k＝0；(23)對迭代變量Xk+1根據(jù)下式進(jìn)行修正<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><mi>H</mi><mi>T</mi></msup><mi>W</mi><mrow><mo>(</mo><mi>I</mi><mo>-</mo><mi>diag</mi><mo>{</mo><mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><msup><mi>&sigma;</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>}</mo><mo>)</mo></mrow><mi>H</mi></mtd><mtd><msup><mi>C</mi><mi>T</mi></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>C</mi></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>&Delta;x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mi>&lambda;</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow><mrow><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><mi>H</mi><mi>T</mi></msup><mi>W</mi><mrow><mo>(</mo><mi>Z</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mi>k</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中，H是m×n的量測雅可比矩陣，m是配電網(wǎng)電氣量的實時測量值的個數(shù)，n是配電網(wǎng)狀態(tài)變量X的個數(shù)，Δx＝xk+1xk，W(X)是m×m的對角陣，其中對角元為<mrow><msub><mi>W</mi><mi>ii</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2</mn><mfrac><mrow><msub><mi>&omega;</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><msub><mi>R</mi><mi>ii</mi></msub></mfrac><mo>,</mo></mrow><mrow><msub><mi>&omega;</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><msub><mi>R</mi><mi>ii</mi></msub></mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow><mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>&PartialD;</mo><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>&PartialD;</mo><mi>X</mi></mrow></mfrac></mrow>是p×n維的量測雅可比矩陣，p是等式約束方程c(X)的個數(shù)；(24)分別判斷不等式||ΔX(k)||2≤ξ1和c(Xk+1)≤ξ2是否同時成立，若不成立，則使k＝k+1，并轉(zhuǎn)到步驟(23)，若成立，則輸出狀態(tài)變量，其中ξ1和ξ2的取值范圍為105106。2.如權(quán)利要求1所述的狀態(tài)估計方法，其特征在于當(dāng)配電網(wǎng)為環(huán)狀網(wǎng)時，步驟(1)的建立配電網(wǎng)狀態(tài)估計模型時，選擇配電網(wǎng)環(huán)路中的一條支路為連支，將該連枝支路的任意一端作為分裂節(jié)點，其中，s為分裂節(jié)點號，r為與之相連的上游節(jié)點號，t為與之相連的下游節(jié)點號，則還有分裂節(jié)點的電壓量測方程為{BT_(Prs-ArsRj+(Qn.-ArxXJ2‘‘A分裂節(jié)點電臓束方程為全文摘要本發(fā)明涉及一種支持大規(guī)模電流量測的配網(wǎng)抗差狀態(tài)估計方法，屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化領(lǐng)域。該方法包括以支路首端功率和支路電流幅值平方作為待求變量，根據(jù)實際電網(wǎng)的電網(wǎng)模型和實時測量數(shù)據(jù)建立新的指數(shù)型目標(biāo)函數(shù)的狀態(tài)估計模型。采用拉格朗日乘子法估計出支路首端功率和支路電流幅值，從而計算出線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等設(shè)備的有功和無功。本發(fā)明可以對支路電流幅值量測、支路功率量測、節(jié)點電壓量測和注入功率量測直接建立量測方程，不需要進(jìn)行量測轉(zhuǎn)換，不會引入量測轉(zhuǎn)換誤差，實現(xiàn)方便，計算效率高。文檔編號H02J3/00GK101964525SQ20101021015公開日2011年2月2日申請日期2010年6月25日優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日發(fā)明者吳文傳,孫宏斌,巨云濤,張伯明申請人:清華大學(xué)