計(jì)及多類型分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)三相狀態(tài)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)及多類型分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)三相狀態(tài)估計(jì)方法，屬于配 電網(wǎng)分析控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著分布式電源（distributed generator，DG)的大量接入，傳統(tǒng)被動(dòng)配電網(wǎng)正 逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹囝愋虳G的主動(dòng)配電網(wǎng)（active distribution system，ADS)。同時(shí)，為保 證智能配電系統(tǒng)高級(jí)軟件的應(yīng)用，主動(dòng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)是不可缺少的一部分。此外，由于負(fù) 荷、線路參數(shù)的不對(duì)稱性，配電網(wǎng)一般是三相不對(duì)稱的，因而研究主動(dòng)配電網(wǎng)的三相狀態(tài)估 計(jì)更有實(shí)際意義。
[0003] 傳統(tǒng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的研究主要包含三個(gè)方面：1)狀態(tài)變量的選取，除了基本的 以節(jié)點(diǎn)電壓為狀態(tài)變量，也可選取支路電流、支路功率為狀態(tài)變量，以提高狀態(tài)估計(jì)效率、 降低狀態(tài)估計(jì)對(duì)線路參數(shù)的敏感性；2)選取合適的狀態(tài)估計(jì)器，文獻(xiàn)將抗差估計(jì)應(yīng)用于在 配電網(wǎng)，文獻(xiàn)研究了配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)器的選擇，并總結(jié)出對(duì)于量測(cè)冗余度較低的配電網(wǎng)，加 權(quán)最小二乘（weighted least squares, WLS)估計(jì)是最合理的估計(jì)器；3)量測(cè)的最優(yōu)配置， 在保證系統(tǒng)可觀測(cè)及經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，量測(cè)的配置應(yīng)盡可能提高狀態(tài)估計(jì)的精度及魯棒 性。
[0004] 相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)，主動(dòng)配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)最大的區(qū)別在于對(duì)DG的建模。 現(xiàn)有對(duì)DG的建模方法主要可分為2類：1)將DG看作一般的PQ注入節(jié)點(diǎn)，并沒(méi)有建立DG詳 細(xì)的物理模型。2)對(duì)于未配置實(shí)時(shí)量測(cè)的DG，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)天氣預(yù)測(cè)DG的三相總出 力，并假定DG三相注入功率相等，獲得了 DG各相注入功率的偽量測(cè)值，雖然該方法簡(jiǎn)化了 三相DG的估計(jì)，但由于實(shí)際情況下DG的三相注入功率必然是不對(duì)稱的，因此該方法是不夠 精確的。
[0005] 本發(fā)明研究了基于WLS的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式三相狀態(tài)估計(jì)。首先，建立了 DG并網(wǎng) 的三相模型，將DG并網(wǎng)分為兩類：直接并網(wǎng)、經(jīng)脈寬調(diào)制（pulse width modulation, PffM) 換流器并網(wǎng)。由于對(duì)所有DG配置實(shí)時(shí)量測(cè)是不切實(shí)際的，對(duì)于未配置實(shí)時(shí)量測(cè)的DG，提出 一種根據(jù)天氣信息或PWM控制策略的添加偽量測(cè)的可行方案。通過(guò)對(duì)DG、相鄰邊界區(qū)域添 加偽量測(cè)，很好地保證了各子區(qū)域的觀測(cè)性。最后，實(shí)際算例的測(cè)試表明本文方法準(zhǔn)確地估 計(jì)了 DG、交流節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種計(jì)及多類型分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)三相狀態(tài)估計(jì)方 法，準(zhǔn)確地估計(jì)了 DG、交流節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。
[0007] 技術(shù)方案：本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種計(jì)及多類型分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)三 相狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：
[0008] 獲取配電網(wǎng)以及DG并網(wǎng)點(diǎn)的量測(cè)量、拓?fù)浜蛥?shù)信息；
[0009] 配電網(wǎng)中的零注入節(jié)點(diǎn)配置虛擬量測(cè)，DG并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置偽量測(cè)zD(；，未配置智能電表 的節(jié)點(diǎn)設(shè)定偽量測(cè)，其余節(jié)點(diǎn)設(shè)定實(shí)時(shí)量測(cè)；
[0010] 定義交流側(cè)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)變量xAC:
[0011] xAe= [X E。δ。]丁
[0012] Ε。為單相電壓幅值，δ。為單相電壓相角；
[0013] 對(duì)于直接并網(wǎng)的DG，其偽量測(cè)Zds= [Ρ qQ。]，其中Ρ。為輸出三相總有功處理，Q。為 三相總無(wú)功出力；對(duì)于經(jīng)PWM并網(wǎng)的DG，P-Q控制下Z ds= [P in Q1J，Udc-Q控制下Zds= [P0QiJ ;
[0014] 采用加權(quán)最小二乘法作為狀態(tài)估計(jì)的目標(biāo)函數(shù)；
[0015] 以牛頓法線性化非線性量測(cè)方程并迭代求解狀態(tài)變量xAC;
[0016] 判斷是否達(dá)到收斂門檻，是則結(jié)束交流側(cè)迭代，否則繼續(xù)迭代求解直至收斂。
[0017] 優(yōu)選地，所述直接并網(wǎng)的DG，其輸出三相總有功出力P。可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)天氣 信息預(yù)測(cè)得到，三相總無(wú)功出力Q d可由DG出力P-Q曲線或DG功率因素根據(jù)估算得到，直 接并網(wǎng)DG偽量測(cè)可表示為：
[0018] zDG= [P0Q0]
[0019] DG偽量測(cè)與狀態(tài)量之間的非線性關(guān)系可表示為：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 式中為if、您為DG爐相輸出有功、無(wú)功功率；伊、為f相DG 并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值與相角；g = r/(r2+x2)，b = -x/(r2+x2)。
[0025] 優(yōu)選地，所述經(jīng)PffM并網(wǎng)的DG中采用P-Q控制的DG，其偽量測(cè)zDS為：
[0026] zDG= [Pin Q1J
[0027] 式中控制PffM交流側(cè)注入總有功功率Pin、無(wú)功功率Qin為定值，DG偽量測(cè)z D(；與狀 態(tài)量之間的非線性關(guān)系可表示為：
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 優(yōu)選地，所述經(jīng)PffM并網(wǎng)的DG中采用Ude-Q控制的DG，且滿足：
[0033] Pdc= f (Udc)
[0034] 如圖2所示
[0035] 式中控制PffM直流側(cè)電壓UDe、交流側(cè)注入無(wú)功功率Qin為定值，如圖3所示為PffM 直流側(cè)功率，f(g)描述了直流側(cè)電壓、功率之間的非線性關(guān)系，P。為PffM交流側(cè)功率；
[0036] 偽量測(cè)為：
[0037] zDG= [P 0Qin]
[0038] 偽量測(cè)與交流側(cè)狀態(tài)量之間的非線性關(guān)系可表示為：
[0043] 優(yōu)選地，所述WLS估計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)為：
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0044]
[0045] 式中：ZeMw ,為量測(cè)量；X e %~，為狀態(tài)變量；r e DTxm，為量測(cè)權(quán)重矩陣；h (·) 描述了z與之間的非線性關(guān)系。
[0046] 優(yōu)選地，所述牛頓法線性化非線性量測(cè)方程中WLS迭代求解的修正方程為：
[0047] ?.
[0048] 優(yōu)選地，所述牛頓法線性化非線性量測(cè)方程中迭代收斂的門檻為：
[0049] I I xk+1-xk I I " < ε
[0050] 式中：ε收斂精度，一般取ε = 10 4:10 6。
[0051] 優(yōu)選地，所述收斂精度ε = 10 4:10 6。
[0052] 優(yōu)選地，所述下式求解PffM直流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)：
[0053] Pdc= f (Udc)
[0054] P0=Pdc
[0055] E0= k 〇MUdc
[0056] 式中
[0057] 有益效果：本發(fā)明提出了一種計(jì)及多類型分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)三相狀態(tài)估計(jì) 方法，具備如下特點(diǎn)：1)通過(guò)對(duì)DG、邊界區(qū)域狀態(tài)量添加偽量測(cè)，保證了主動(dòng)配電網(wǎng)各子區(qū) 域的可觀測(cè)性；2)建立了 DG并網(wǎng)的三相模型，準(zhǔn)確估計(jì)出了 DG及交流節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀 態(tài)；3)選取WLS估計(jì)器，有著較高的計(jì)算效率與收斂性能。因而本發(fā)明對(duì)于智能配電系統(tǒng) 的穩(wěn)態(tài)分析、高級(jí)軟件的應(yīng)用提供了保證，有著很好地工程應(yīng)用背景。
【附圖說(shuō)明】
[0058] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0059] 圖2為直接并網(wǎng)DG三相模型；
[0060] 圖3為經(jīng)PffM并網(wǎng)DG的三相模型；
[0061] 圖4為測(cè)試算例的量測(cè)配置及拓?fù)洹?br>【具體實(shí)施方式】
[0062] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各 種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0063] 如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟：
[0064] 1、配電網(wǎng)WLS估計(jì)
[0065] WLS估計(jì)本質(zhì)上是求解如下優(yōu)化問(wèn)題：
[0066]
[0067] 式中：zeJT%為量測(cè)量；xe級(jí)·，為狀態(tài)變量WeIT'為量測(cè)權(quán)重矩陣； h( ·)描述了 z與之間的非線性關(guān)系；系統(tǒng)可觀測(cè)的必要條件為：m > η。
[0068] 本文選取三相電壓幅值Uab。、相角δ ab。為狀態(tài)變量（根節(jié)點(diǎn)電壓視為定值），則有X =[Uab。δ abJT。配電網(wǎng)量測(cè)一般包含多種類型：負(fù)荷功率量測(cè)、支路電流幅值量測(cè)、支路功 率量測(cè)、節(jié)點(diǎn)電壓幅值量測(cè)。為便于配電網(wǎng)的可觀測(cè)性分析，定義量測(cè)量Z由兩部分構(gòu)成：
[0069] z = [Z1Z2Jt
[0070] 式中：Zl為三相負(fù)荷功率量測(cè)，Z2為支路電流幅值量測(cè)、支路功率量測(cè)、節(jié)點(diǎn)電壓 幅值量測(cè)的集合。
[0071] 其中，Z2-般為實(shí)時(shí)量測(cè)，z i包含三種類型：
[0072] 1)虛擬量測(cè)。對(duì)于網(wǎng)路中的零注入節(jié)點(diǎn)，可配置虛擬量測(cè)，虛擬量測(cè)即為實(shí)際的真 值，因而其量測(cè)精度很高，可賦予大權(quán)重；
[0073] 2)偽量測(cè)。偽量測(cè)一般根據(jù)負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)的方法獲得，偽量測(cè)雖然精 度較低，但保證了配電網(wǎng)的可觀測(cè)性；
[0074] 3)實(shí)時(shí)量測(cè)。相比于現(xiàn)有配電量測(cè)系統(tǒng)，智能配電網(wǎng)量測(cè)系統(tǒng)最大的提升在于智 能電表（smart meters, SMs)的應(yīng)用。智能電表提供了饋線、二次變電站負(fù)荷功率的實(shí)時(shí)量 測(cè)，即使SMs提供的量測(cè)不同步，其精度也明顯高于傳統(tǒng)的負(fù)荷偽量測(cè)。
[0075] 對(duì)于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，可通過(guò)配置上述三種類型的量測(cè)，獲得所有節(jié)點(diǎn)（根節(jié)點(diǎn)除 外）的負(fù)荷功率量測(cè)Z 1，則有：
[0076]
[0077] 式中：dim( ·)為向量的維數(shù)。
[0078] 根據(jù)負(fù)荷功率量測(cè)Z1，通過(guò)潮流計(jì)算，即可求解得配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)X。一 般網(wǎng)絡(luò)中還存在其它類型的量測(cè)，則有：
[0079] dim (z) > dim (X)
[0080] 此時(shí)系統(tǒng)存在冗余，可根據(jù)WLS估計(jì)，得到X的最優(yōu)估計(jì)值。
[0081] 狀態(tài)估計(jì)本質(zhì)上屬于非線性優(yōu)化問(wèn)題，在求得其一階最優(yōu)性條件后，以牛頓法線 性化量測(cè)方程，則基于WLS的配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)可通過(guò)如下的形式迭代求解：
[0082]
[0083] 式中：H為雅