[發明專利]一種電力系統狀態估計方法

有效

• 申請號: 201410166675.3
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103972884A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 張葛祥;趙俊博
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;G06F19/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

1.一種電力系統狀態估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在電網中配置PMU，同時對電網進行劃分，具體如下：

S11、在發電機和一級、二級負荷節點處安裝PMU，其中，一級、二級負荷的定義參見《民用建筑電氣設計規范》；

S12、根據S11所述PMU的配置情況將電網劃分為PMU可觀測區域和PMU不可直接觀測但SCADA可觀測區域，其中，PMU可觀測區域記作區域O，PMU不可直接觀測但SCADA可觀測區域記作區域U，N_O為區域O的節點數，N_U為區域U的節點數，電網中總節點數為N＝N_O+N_U；

S2、讀取電網的數據信息，所述數據信息包括：區域O的網絡參數、拓撲結構和線路阻抗，區域U的網絡參數、拓撲結構和線路阻抗；

S3、根據S2所述電網中的數據信息并結合形成電力系統中相應的節點導納矩陣和支路-節點關聯矩陣；

S4、讀取電網的SCADA量測配置信息,所述SCADA量測配置信息包括：節點電壓幅值量測、節點電流幅值量測、節點功率注入量測和線路潮流量測；

S5、計算插值矩陣H⁰，所述插值矩陣H⁰由S3所得的節點導納矩陣經插值處理得到，具體插值處理方法如下：

S51、電力系統通用節點電流方程為[I_bus]＝[Y_bus]·[E_bus]，其中，I_bus是節點注入電流向量，Y_bus是節點導納矩陣，E_bus是節點電壓向量；

S52、根據S12所述電網劃分將節點導納矩陣分為區域O節點自導納矩陣Y_OO，區域O節點互導納矩陣Y_OU，區域U的自導納矩陣Y_UU，連接區域O和區域U的互導納矩陣Y_UO；

S53、得到節點電流方程IOIU=YOOYOUYUOYUUEOEU,]]>其中，I_O是區域O中節點注入電流，E_O是區域O中的節點電壓，I_U是區域U中的節點注入電流，E_U是區域U中的節點電壓；

S54、將I_U等效轉化為一個負荷導納向量Y_U，即，當區域U中的節點數目為N_U，那么區域U中各個節點處的電流注入可以表示為[IU]=[(SiEi)*]=[(Pi-jQi)/Ei*],i=1,2,...NU,]]>其中，S_i為節點i處的復功率，P_i為節點i處的有功功率，Q_i為節點i處的無功功率，[Y_U]＝[Y_L]＝[I/E]＝[(P_i-jQ_i)/|E_i|²],i＝1,2,...,N_U，Y_L為一個N_U×N_U的對角矩陣；

S55、將S54所得電流注入表達式[I_U]代入S53所述節點電流方程，得到IO0=YOOYOUYUOYTEOEU,]]>然后計算得到Y_UO·E_O+Y_T·E_U＝0，其中，Y_T＝Y_UU+Y_L；

S56、得到系統的插值矩陣H⁰＝-Y_T^-1·Y_UO，其中，矩陣Y_T^-1·Y_UO是稀疏的，所述矩陣Y_T^-1·Y_UO維數是N_U×N_O；

S6、根據區域O中基于PMU量測插值得到的先驗信息(x_k)并利用改進加權最小二乘法估計出區域U中各節點的節點狀態向量并由此計算出各節點處的注入復功率，所述區域U的節點處的注入復功率計算方法如下：

S61、電力系統在第k次采樣時的狀態x_k可以用z_k＝h(x_k)+v_k表示，其中，x是狀態向量，z_k為量測向量，h(·)是m維非線性函數向量，v_k是服從正態分布的隨機白噪聲，即v_k～N(0,R_k)，R_k是量測誤差的方差；

S62、考慮到PMU采樣速率通常比SCADA快很多，在SCADA量測更新的間隔期間通過PMU插值得到的區域U狀態可以等效為區域U的先驗信息；

S63、對于區域U，以節點電壓為狀態變量為例，根據S62所述區域U的先驗信息有如下的優化目標函數：

minxkJ(xk)=12[zk-h(xk)]TWk[zk-h(xk)]+12(xk-x‾k)Pk-1(xk-x‾k),]]>其中,是k時刻的先驗狀態，在兩次SCADA量測采樣間隔期間，可由式得到，P_k是N_U×N_U階的誤差協方差矩陣，對上面的目標函數進行優化求解可得：[QTWkQ+Pk-1]Δx=QTWkΔz+Pk-1Δx‾,]]>其中，Δx‾=x‾k-xk,]]>W_k是對角權重矩陣，Q是h(x)關于x的雅克比矩陣，所述權重W_k是由新的自適應量測權重分配函數來計算，其中，λ是一個大于0的自然數；

S64、得到電力系統狀態向量的迭代等式x_k+1＝x_k+Δx；

S65、當Δx＜10^-6，則算法收斂，輸出當前電力系統各個節點的電壓和相角值，進而估計出區域U中各節點處的注入復功率；

S7、判斷電力系統是否出現較大擾動，如果則進入S10，如果||x‾k-xk||2>10%||xk||2,]]>則進入S8；

S8、更新插值矩陣，插值矩陣的更新式子為H⁰+ΔH，其中，ΔH為電力系統在運行點發生變化造成的插值矩陣H⁰的偏移量，所述插值矩陣更新方法如下：

S81、在給定的參考運行點‘0’處有：H⁰＝-(Y_T⁰)^-1·Y_UO，其中，所述給定的參考運行點‘0’為穩態時電力系統的初始運行狀態；

S82、電力系統的運行點可以由H＝-(Y_UU+diag[(S_i)^*/|E_i|²])^-1·Y_UO＝-Y_T^-1·Y_UO確定，即有Y_TH＝-Y_UO，對此等式兩邊求導可得ΔY_T·H+Y_T·ΔH＝0，從而可以得到ΔH＝-Y_T^-1·ΔY_T·H由于Y_T＝Y_UU+diag[(S_i)^*/|E_i|²]，那么對Y_T求導可得：Y_UU是常數矩陣,求導后為0；

S83、如果初始運行點相對應的復功率為定義復功率偏移量為：，其中，為當前時刻的注入復功率；那么插值矩陣的偏移量可以表示為ΔH=-(YT0)-1·[diag[ΔSU*/|Ei|2]]·H,]]>從而插值矩陣的更新式子為H⁰+ΔH；

S84、將S6中已經估計出的U區域各個節點的注入復功率值和電壓值帶入插值矩陣的更新式子中就得到了更新后的插值矩陣；

S9、通過插值矩陣和式子

EU=(H0+ΔH)·EO=(H0-(YT0)-1·[diag[SU*/|Ei|2-(SU0)*/|EU0|2]]·H)·EO]]>對區域U各節點狀態進行計算，得到當前時刻區域U各個節點的電壓，其中，E_U為區域U中的節點電壓，E_O為區域O中的節點電壓，和分別為初始運行點和當前時刻的注入復功率，和E_i分別為初始運行點和當前時刻的電壓；

S10、判斷收斂性，當目前電力系統量測采樣次數k＜TH₂時，算法收斂，則輸出區域U中各個節點的電壓，當k≥TH₂時，則進入S5，其中，TH₂為預先設定的系統量測總采樣次數。