基于復數(shù)域標幺化理論的配電網(wǎng)快速分解狀態(tài)估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于復數(shù)域標么化理論的配電網(wǎng)快速分解狀態(tài)估計方法，屬于電 力系統(tǒng)監(jiān)測、分析和控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著分布式電源、分布式儲能及可控負荷的快速發(fā)展和大量接入，傳統(tǒng)的無源配 電網(wǎng)將向主動配電網(wǎng)發(fā)展。狀態(tài)估計是開展規(guī)劃設計、優(yōu)化運行等各項工作的基礎，是智能 配電系統(tǒng)分析的關鍵技術。
[0003] 然而，根據(jù)智能配電系統(tǒng)的新特性，包括：1)大量電力電子裝置和分布式電源的 接入將加大智能配電系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)模，并增加分析模型的復雜性；2)網(wǎng)絡重構、分布式能源 投切等原因使網(wǎng)絡拓撲和系統(tǒng)參數(shù)波動頻繁，因此需發(fā)展更為快速的狀態(tài)估計方法以動態(tài) 分析評估智能配電系統(tǒng)的狀態(tài)。
[0004] 現(xiàn)有的配電網(wǎng)狀態(tài)估計算法均源于輸電網(wǎng)狀態(tài)估計算法，為適應配電網(wǎng)的運行特 點：1)三相不平衡；2)量測量不足；3)支路參數(shù)R/X大；4)支路多呈輻射狀等，基于量測變 換、基于支路電流和基于支路功率等配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法被先后提出。分析上述三種方法， 可得出配電網(wǎng)狀態(tài)估計存在以下研究難點：1)配電網(wǎng)量測冗余度低，已知量測得不到有效 利用；2)配電線路單位阻抗和支路長度千差萬別，數(shù)值穩(wěn)定性得不到有效保證；3)R/X比值 大，P、Q無法解親，計算效率低。
[0005] 綜合以上敘述可知，配電網(wǎng)狀態(tài)估計的最終目的是簡化計算，減少內(nèi)存占用量，提 高運算速度，改善狀態(tài)估計的精度，提高整個配電系統(tǒng)的可觀測性。為此，本發(fā)明在常規(guī)標 幺化的基礎上，通過合理選取功率基準值的相角愁胃，改變系統(tǒng)整體的參考基準，相當于對 極坐標系進行了 的旋轉變換，達到減小R/X比值的目的；其次根據(jù)P-Q分解法的基本 思想，抓住主要矛盾，將P- 0與Q-v分開計算；然后假設支路兩端相角差很小、各節(jié)點電壓 幅值接近于系統(tǒng)參考節(jié)點電壓，使雅可比矩陣常數(shù)化，從而得到恒定的信息矩陣；最后進行 反標么化，即將復數(shù)域下的標么值轉換成常規(guī)標么值，計算得到量測估計值。本發(fā)明同樣 采用最經(jīng)典的WLS估計器，估計質量和收斂性能都得到了保證，而在計算速度和內(nèi)存占用 方面均優(yōu)于一般的WLS狀態(tài)估計器，實用價值得到凸顯。IEEE33節(jié)點標準配電系統(tǒng)和美國 PG&E69節(jié)點系統(tǒng)的測試結果表明，本發(fā)明不影響算法估計結果的精度。由于進行了復數(shù)域 標幺化，本發(fā)明提出的方法可有效減小R/X比，改善配電網(wǎng)數(shù)值穩(wěn)定性問題；此外，復數(shù)域 標幺化僅起到了坐標變換的作用，對算法本身并不產(chǎn)生影響，具有廣泛的應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術所需解決的技術問題提供一種基于復數(shù)域標幺化 理論的配電網(wǎng)快速分解狀態(tài)估計方法。
[0007] 技術方案：本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案：
[0008] 本發(fā)明為一種基于復數(shù)域標么化理論的配電網(wǎng)快速分解狀態(tài)估計方法，包括以下 步驟：
[0009] 1)獲取電力網(wǎng)絡的參數(shù)信息，包括：輸電線路的首端節(jié)點和末端節(jié)點編號、支路 31型等效電路的電阻、電抗、對地并聯(lián)電導、電納以及變壓器變比和阻抗。
[0010] 2)獲取電力系統(tǒng)的量測參數(shù)，包括：母線電壓幅值、節(jié)點注入有功、節(jié)點注入無 功、支路有功、支路無功。
[0011] 3)根據(jù)網(wǎng)絡拓撲、負荷特性確定復功率基準值相角％_。
[0012] 引入復數(shù)域標么化理論，假設復數(shù)功率基準值和電壓基準值，即
[0013]
[0015] 4)復數(shù)域標么化：由確定的功率基準值，根據(jù)歐姆定律推導阻抗基準值，進行復 數(shù)域標么化，支路參數(shù)R/X比整體減小后按WLS原則進行快速解耦狀態(tài)估計計算。
[0016] 根據(jù)歐姆定律，推導得到電流基準值和阻抗基準值，即
[0017]
[0018]
[0019] 5)R/X比整體減小，滿足快速分解簡化條件一，將P- 0與Q-v分開迭代計算。
[0020] 假設支路阻抗有名值：之=+ 對阻抗進行標幺化：
[0021]
[0022] 從而，復數(shù)域標么化后的R/X比可表示成：
[0023]
[0024] 6)引入第二項簡化假設，認為支路兩端相角差很小，各節(jié)點電壓幅值接近于系統(tǒng) 參考節(jié)點電壓，從而有功、無功部分的信息矩陣常數(shù)化，可節(jié)省在迭代中反復形成信息矩陣 的計算時間，提高計算速度。
[0025] 基準相角的確定，由步驟5)可知，通過合理選取基準相角可以使R/X接近于 〇 ;基準相角由所有支路阻抗角的算術平均值確定，由于算術平均值易受極端值的影 響，因此還需根據(jù)網(wǎng)絡特性和負荷特性對進一步修正，得到最優(yōu)的基準相角；從而得到 的確定公式如下：
[0026]
[0027] 式中
是所有支路阻抗角的算術平均值，
是支路阻抗角極端值的均值
是 考慮負荷功率因素影響的修正因子，民，&分別是第i條支路的電阻和電抗，P^ (^分別是第i條支路的有功和無功負荷；
[0028] 7)用WLS法求解獲得狀態(tài)量，結合反標么化的線路參數(shù)，計算量測量的估計值。復 數(shù)域標么化后，支路阻抗角整體移相，R/X比整體得到減小，可忽略電阻的影響，有功和無功 量測部分可分開迭代計算，即
[0029] A A 0 (k)= a(k)；
[0030] BAv(k)= 0 (k)；
[0031] 式中，
代表有功 量測部分；
$表無功量測部 分；V。是系統(tǒng)參考節(jié)點電壓，z是量測量，h( ?)是關于0和v的量測函數(shù)，R是對應的權 重矩陣，k是迭代次數(shù)；
[0032] 8)輸出狀態(tài)量以及量測量的估計值，結束。
[0033] 由于各支路兩端的電壓相角差很小，各節(jié)點電壓幅值接近于系統(tǒng)參考節(jié)點電壓 v。，所以：
[0034] sin 9 ;產(chǎn) 0, cos 9;產(chǎn)1，v產(chǎn)vj=v0;
[0035] 從而有功和無功迭代部分的信息矩陣可化為常數(shù)矩陣，步驟7)中的a(1)、0 (1)可 進一步簡化為：
[0038] 按WLS進行快速分解狀態(tài)估計求解，得到狀態(tài)量：電壓幅值和相角；并將支路參數(shù) 進行反標么化，即由復數(shù)域標么值反歸算到常規(guī)標么值；根據(jù)求得的狀態(tài)量和支路參數(shù)求 量測估計值。
[0039] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比：本發(fā)明提出復數(shù)域標么化以減小支路參數(shù)R/ X比為出發(fā)點，實現(xiàn)有功和無功量測解耦迭代；同時借助支路兩端相角差小的假設，信息矩 陣常數(shù)化，減少計算量，實現(xiàn)快速狀態(tài)估計，大大提高計算速度。此外，支路參數(shù)的減小有利 于改善數(shù)值穩(wěn)定性。本發(fā)明提出的方法在保留WLS優(yōu)點的基礎上，提高了計算速度，改善了 數(shù)值穩(wěn)定性，實用性能優(yōu)于基本的WLS狀態(tài)估計。
【附圖說明】：
[0040] 圖1為本發(fā)明方法流程圖；
[0041] 圖2為IEEE33節(jié)點常規(guī)標幺化和復數(shù)域標幺化電壓幅值估計誤差比較；
[0042] 圖3為IEEE33節(jié)點常規(guī)標幺化和復數(shù)域標幺化電壓相角估計誤差比較；
[0043] 圖4為PG&E69節(jié)點常規(guī)標么化和復數(shù)域標么化電壓幅值估計誤差比較；
[0044] 圖5為PG&E69節(jié)點常規(guī)標么化和復數(shù)域標么化電壓相角估計誤差比較。
【具體實施方式】：
[0045] 下面結合附圖對發(fā)明的技術流程進行詳細說明：
[0046] 1復數(shù)域標幺化
[0047] 配電系統(tǒng)較輸電系統(tǒng)，有其自身的特點，適用于輸電網(wǎng)的快速分解狀態(tài)估計在配 電網(wǎng)中易產(chǎn)生數(shù)值穩(wěn)定性問題。復數(shù)域標么化，在極坐標表示下通過引入基準相角，改變系 統(tǒng)整體的參考基準，標么化后的R/X比減小，配電網(wǎng)同樣可以實現(xiàn)快速分解狀態(tài)估計。
[0048] 1. 1定復數(shù)域基準值
[0049] 設復數(shù)功率基準值和電壓基準值的幅值保持常規(guī)標么化幅值不變，僅對功率基準 值引入基準相角典_，即
[0050]
[0052] 根據(jù)歐姆定律，推導得到電流基準值和阻抗基準值，即
[0053]
[0054]
[0055] 1. 2復數(shù)域標幺化后R/X比的變化
[0056] 設支路阻抗有名值：念=及+，聚=|龍|?^^，對阻抗進行標幺化，即
[0057]
[0058] 從而，電阻、電抗標幺值為：
[0059]
[0060]
[0061] 于是，復數(shù)域標幺化后的R/X比可表示成：
[0062]
[0063] 進行復數(shù)域標幺化后，R/X比可通過控制基準相角的大小從而趨近于0,因此可運 用快速分解法進行狀態(tài)估計。
[0064] 1. 3復數(shù)域標么化后的狀態(tài)估計值保持不變
[0069] 上述證明過程表明復數(shù)域標么化對最終的狀態(tài)量估計值沒有影響，估計量的物理 意義不發(fā)生改變，可直接用于求解量測估計值。
[0070] 2最優(yōu)基準相角
[0071] 復數(shù)域標么化的關鍵在于基準相角的選取，而基準相角的選取需根據(jù)網(wǎng)絡特性、 負荷水平等各方面因素綜合考慮。
[0072] 2. 1支路阻抗角的算術平均值確定基準相角
[0073] 定義所有支路阻抗角的算術平均值為aavg，