[發(fā)明專利]基于基爾霍夫電流定律的變電站分布式狀態(tài)估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910079302.1
• 申請日: 2009-03-06
• 公開（公告）號: CN101499659A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫宏斌;張伯明;吳文傳;郭慶來;李青芯
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;G01R19/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 羅文群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于基爾霍夫電流定律的變電站分布式狀態(tài)估計(jì)方法，屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能量管理系統(tǒng)(Energy?management?system，以下簡稱EMS)是基于計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，其任務(wù)是對電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)視、分析、優(yōu)化和控制決策。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)是EMS的基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)，狀態(tài)估計(jì)是利用從電力系統(tǒng)中采集的實(shí)時(shí)量測信息，排除錯(cuò)誤信息，計(jì)算出完整、一致和可信的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)變量，保證EMS控制決策的正確性。

狀態(tài)估計(jì)是電網(wǎng)運(yùn)行和控制的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)是在電力控制中心實(shí)施，主要問題有(1)不夠可靠：由于拓?fù)溴e(cuò)誤、非線性迭代發(fā)散和大誤差導(dǎo)致的狀態(tài)估計(jì)不可用，已成為世界范圍內(nèi)狀態(tài)估計(jì)應(yīng)用中的頭號問題；(2)不夠快：現(xiàn)有的狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算效率已無法滿足大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的需要，特別對于特大規(guī)模電網(wǎng)；(3)脆弱：傳統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)采用集中式建模，采用大電網(wǎng)全局目標(biāo)，局部問題會(huì)導(dǎo)致全局問題；(4)自愈能力差：由于電網(wǎng)規(guī)模大，狀態(tài)估計(jì)一旦出問題，人工診斷和修復(fù)十分困難，短時(shí)間內(nèi)很難修復(fù)；(5)維護(hù)工作量大：維護(hù)狀態(tài)估計(jì)已成為目前控制中心的一項(xiàng)大負(fù)擔(dān)，維護(hù)出錯(cuò)率高，維護(hù)不及時(shí)。

基于基爾霍夫電流定律(KCL)的變電站分布式狀態(tài)估計(jì)方法可以有效地解決上述問題。首先，變電站內(nèi)量測冗余度大，本地糾錯(cuò)能力強(qiáng)，能很好地排除拓?fù)溴e(cuò)誤和壞數(shù)據(jù)，并為控制中心線性狀態(tài)估計(jì)提供變電站母線復(fù)電壓和支路復(fù)電流，避免了控制中心的非線性迭代發(fā)散問題，從而可從根本上提高控制中心狀態(tài)估計(jì)的可靠性。其次，變電站狀態(tài)估計(jì)將本地狀態(tài)估計(jì)結(jié)果送入控制中心，在控制中心只要實(shí)施線性狀態(tài)估計(jì)，可大大減少控制中心狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算量，可顯著提高狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算效率。同時(shí)，在這種狀態(tài)估計(jì)模式下，各變電站可獨(dú)立地進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)分布式診斷和維護(hù)，可通過各站的模型拼接實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全局模型的自動(dòng)生成，從而增強(qiáng)了全局狀態(tài)估計(jì)的可靠性和自愈能力，減少維護(hù)的工作量和出錯(cuò)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于基爾霍夫電流定律的變電站分布式狀態(tài)估計(jì)方法，利用變電站內(nèi)高度冗余的同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過零阻抗電流狀態(tài)估計(jì)剔除量測壞數(shù)據(jù)和拓?fù)溴e(cuò)誤，再進(jìn)行變電站拓?fù)浞治觯瑢⑼負(fù)溴e(cuò)誤和壞數(shù)據(jù)解決在變電站級，為控制中心提供變電站復(fù)電流和復(fù)電壓的正確的狀態(tài)估計(jì)值。

本發(fā)明提出的基于基爾霍夫電流定律的變電站分布式狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟：

(1)以T為采集周期，對變電站內(nèi)各電壓等級進(jìn)行掃描，采集當(dāng)前時(shí)間t₍₀₎時(shí)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中各電壓等級內(nèi)各開關(guān)上流過的復(fù)電流量測矢量節(jié)點(diǎn)注入復(fù)電流量測矢量節(jié)點(diǎn)復(fù)電壓量測矢量z_nd和各開關(guān)的開合狀態(tài)量測；

(2)設(shè)上述各電壓等級內(nèi)各開關(guān)全部閉合，以開關(guān)為零阻抗支路，變電站內(nèi)每個(gè)電壓等級都構(gòu)成了一個(gè)零阻抗電網(wǎng)，將上述和作為已知量，針對每個(gè)電壓等級，通過求解x＝(H^TWH)^-1H^TWz，得到各電壓等級內(nèi)各開關(guān)上的復(fù)電流估計(jì)值

其中W是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中復(fù)電流量測的權(quán)重矩陣，由變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的電流量測方程得到，A_KCL是各電壓等級內(nèi)各開關(guān)全部閉合時(shí)零阻抗電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)-開關(guān)關(guān)聯(lián)矩陣，I為單位矩陣，r為量測誤差矢量；

(3)設(shè)定一個(gè)誤差閾值，將各開關(guān)上復(fù)電流量測分別與各復(fù)電流估計(jì)值進(jìn)行比較，若兩者差值最大且該差值大于設(shè)定的誤差閾值，則該復(fù)電流量測為壞數(shù)據(jù)，并刪除，重復(fù)步驟(2)和(3)，直到各開關(guān)上復(fù)電流量測矢量中沒有壞數(shù)據(jù)，得到量測矢量

(4)設(shè)定一個(gè)估計(jì)閾值，將上述各電壓等級內(nèi)各開關(guān)上的復(fù)電流估計(jì)值與估計(jì)閾值進(jìn)行比較，若復(fù)電流估計(jì)值大于估計(jì)閾值，則該開關(guān)的估計(jì)狀態(tài)為閉合狀態(tài)，若復(fù)電流估計(jì)值小于估計(jì)閾值，則該開關(guān)的估計(jì)狀態(tài)為斷開狀態(tài)；再將開關(guān)的估計(jì)狀態(tài)與上述開合狀態(tài)量測進(jìn)行比較，若開關(guān)的估計(jì)狀態(tài)與上述開合狀態(tài)量測不一致，則該開關(guān)的開合狀態(tài)量測為壞數(shù)據(jù)，并刪除，根據(jù)刪除壞數(shù)據(jù)后的開關(guān)開合狀態(tài)量測，得到關(guān)聯(lián)矩陣A′_KCL；

(5)根據(jù)上述關(guān)聯(lián)矩陣A′_KCL，將上述量測矢量作為新的輸入，求解式x＝(H^TWH)^-1H^TWz，得到各電壓等級下正確的開關(guān)電流狀態(tài)估計(jì)值