[发明专利]一种基于低压配电网三相状态估计的台区用电监测方法

摘要

本发明公开了一种基于低压配电网三相状态估计的台区用电监测方法首先输入负荷终端在同一时间断面下采集的三相电压、三相电流、有功功率数据及无功功率数据和低压配电网台区结构数据，并初始化状态估计参数信息；然进行低压配电网三相状态估计；后进行低压配电网台区负荷用户端点的各相有功功率和无功功率估计；接着计算低压配电网台区负荷用户端点的各相有功功率和无功功率遥测估计误差；最后通过比较负荷端点的各相电力用户的有功功率和无功功率遥测估计误差与状态估计合格率指标值大小，来判断有无可疑窃电用户。

主权项

一种基于低压配电网三相状态估计的台区用电监测方法，包括如下步骤：步骤一：1)输入负荷终端在同一时间断面下采集的三相电压、三相电流、有功功率数据及无功功率数据和低压配电网台区结构数据；包括低压配电网台区公共变压器在任一时间断面下的总有功功率和总无功功率数据以及三相电压幅值和三相电流幅值，以及低压配电网台区所有负荷用户终端在同一时间断面下的各相有功功率和各相无功功率数据、三相电压幅值和相电流幅值；所述低压配电网台区结构数据包括：网络线路电阻、电抗和导纳参数、线路的额定电压、基准功率；2)初始化状态估计参数信息；设置低压配电网台区所有端点的三相节点电压幅值均为1.0pu，且a相电压相位均为零，b、c两相电压相位较a相电压分别滞后120°和240°；设定状态估计量测权重矩阵R‑1为n阶单位矩阵，即n阶单位矩阵R‑1的对角线元素全为1，非对角线元素全为0，n为状态估计中实际的测量个数；初始化最大迭代次数Tmax为50；收敛精度ε为10‑4，并设置迭代次数time＝1；设定IEEE13节点系统中端点5为线路中间联络节点，没有接入电力负荷用户，即联络端点的注入负荷功率为零；步骤二：低压配电网三相状态估计；具体步骤如下：(1)计算网络节点导纳矩阵根据所述电网结构参数，计算网络节点导纳矩阵，计算公式为：式中：B1＝{a,b,c,n}，表示端点包含中性点n的电气节点组合，其中a、b、c分别表示abc三相电气节点；x、p、t表示电气节点组合B1中的任一节点；φi为与端点i直接相联但不包括端点i的端点集合；j为端点集合φi中的任一端点；表示端点i中节点p和x之间的并联支路导纳；表示端点i中节点p与端点j中节点t直接相联的支路导纳；表示端点i中节点p对地电容得到的对地电容导纳；自导纳表示与端点i中节点p直接相联的所有支路导纳和对地电容导纳之和，互导纳表示端点i中节点p和t之间支路导纳的相反数与端点i且与i直接相联端点节点p和t之间所有支路导纳之和，互导纳则表示端点i和k中节点p和t之间支路导纳的相反数；计算得到该网络的节点导纳矩阵YY=1.2123-3.7440i-0.4466+0.8259i...00-0.4466+0.8259i1.1518-3.6853i...00...............00...4.4304-14.5739i-0.8396+1.9169i00...-0.9486+1.9540i4.2288-14.4533i52×52]]>(2)计算低压配电网台区公共变压器端点s的各相节点注入电流幅值不平衡量和总有功功率不平衡量及总无功功率不平衡量；计算公式为：式中：BP＝{a,b,c}，表示端点不包含中性点n的电气节点组合，其中a、b、c分别表示abc三相电气节点；d表示电气节点组合Bp中的任一节点；B1、t的意义同公式(1)；s表示低压配电网台区公共变压器端点；为包括低压配电网台区公共变压器端点s且与其直接相联的端点集合；k为端点集合中的任一端点；和分别为基于公式(2)计算低压配电网台区公共变压器端点s的d相节点注入电流不平衡量、总有功功率不平衡量和总无功功率不平衡量；和分别为低压配电网台区公共变压器端点s相对中性点n的三相电流幅值、三相总有功功率和三相总无功功率的测量量；和分别为端点k中节点t的电压的实部和虚部；和分别为端点s中节点d的电压的实部和虚部；和分别为端点s的中性点n的电压的实部和虚部；和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；(3)计算低压配电网台区负荷用户端点i的三相节点的有功功率不平衡量及无功功率不平衡量，计算公式为：式中：和分别为低压配电网台区负荷用户端点i中d相节点注入有功功率不平衡量和无功功率不平衡量；和分别为低压配电网台区负荷用户端点i中节点d相对中性点n的有功功率和无功功率的瞬时测量量；i表示低压配电网台区中任意某个负荷用户端点；和fid(d∈Bp)分别为端点i中节点d的电压的实部和虚部；和fin分别为端点i的中性点n电压的实部和虚部；和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；为包括负荷用户端点i且与其直接相联端点的集合；k为端点集合中的任一端点；Bp、d、B1及t的意义同公式(2)；(4)计算低压配电网台区负荷用户端点i的中性点的有功功率不平衡量及无功功率不平衡量，计算公式为：(5)计算低压配电网台区负荷用户端点i的三相节点电压的不平衡量，计算公式分别为：Δzi,Ud=(U^idn)2-((eid-ein)2+(fid-fin)2),d∈BP---(5)]]>(4)和(5)式中：和分别为低压配电网台区负荷用户端点i的中性点n的注入有功功率不平衡量和注入无功功率的不平衡量；为低压配网台区负荷用户端点i中d相节点的电压不平衡量；为低压配电网台区负荷用户端点i相对中性点n的电压幅值的测量量；和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；fid、fin、k、Bp、d、B1及t的意义同公式(3)；(6)计算联络零端点m中三相节点的电流不平衡量及中性点的电流不平衡量Δcm，其计算公式为：式中：和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；为包括联络零端点m且与其直接相联端点的集合；k为端点集合中的任一端点；的意义同公式(2)；B1、t、p的意义同公式(1)；以第1次迭代计算的结果举例，按公式(2)‑公式(6)，计算得到不平衡量Δz和Δc分别为：Δz=4.64263.7631-2.11840.0168...0.00170.00210.0015129×1;Δc=2.5452×10-51.0926×10-7-5.4670×10-5-1.2976×10-5-3.5310×10-5-4.2814×10-51.3557×10-4-4.6875×10-58×1]]>(7)计算量测雅克比矩阵形成量测雅可比矩阵H＝[Hss,Hsj；His,Hij]，雅克比矩阵H的各分块子矩阵的计算公式为：式中：雅可比分块子矩阵Hss＝[Hss1(1:3,1:3)；Hss2(1:3,1:3)；Hss3(1,1:3)；Hss4(1,1:3)]；和分别为节点导纳矩阵元素和的实部，和分别为节点导纳矩阵元素和的虚部；和分别为端点f中节点t电压的实部和虚部，f为端点集合中的任一端点；r表示电气节点组合Bp中的任一节点；和分别为端点s中的节点r电压的实部和虚部；Bp、B1、d、t、s的意义同公式(4)；Hsj1(1:3,1:8)=2Gsjdt(Gsjdtejt-Bsjdtfjt)+2Bsjdt(Gsjdtfjt+Bsjdtejt)-2Bsjdt(Gsjdtejt-Bsjdtfjt)+2Gsjdt(Gsjdtfjt+Bsjdtejt)3×8THsj2(1:3,1:8)=[0]3×8Hsj3(1,1:8)=Σd∈BP{Gsjdt(esd-esn)+Bsjdt(fsd-fsn)}Σd∈BP{-Bsjdt(esd-esn)+Gsjdt(fsd-fsn)}1×8THsj4(1,1:8)=Σd∈BP{-Bsjdt(esd-esn)+Gsjdt(fsd-fsn)}Σd∈BP{-Gsjdt(esd-esn)-Bsjdt(fsd-fsn)}1×8T---(8)]]>式中：雅可比分块子矩阵Hsj＝[Hsj1(1:3,1:8)；Hsj2(1:3,1:8)；Hsj3(1,1:8)；Hsj4(1,1:8)]；s为低压配电网台区公共变压器端点；j为除低压配电网台区公共变压器端点s外的其他端点；和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；和分别为端点j中节点t电压的实部和虚部；Bp、d及t的意义同公式(2)；[0]3×8表示全零矩阵，下标3×8表示该矩阵为3行8列；His(1:8,1:6)=Gispd-BispdBispdGispd8×6,p∈B1,d∈BPHis(9:11,1:6)=[0]3×6---(9)]]>式中：和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；s为低压配电网台区公共变压器端点；i为低压配电网台区负荷用户端点；[0]3×6表示全零矩阵，下标3×6表示该矩阵为3行6列；p、Bp、B1的意义同公式(1)；d的意义同公式(2)；Hij(1:8,1:8)=Gijpt-BijptBijptGijpt8×8,p∈B1,t∈B1Hij(9:11,1:8)=[0]3×8---(10)]]>式中：Hij为雅可比矩阵H的常数项分块子矩阵；和分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；[0]3×8的意义同公式(8)；p、t及B1的意义同公式(1)；ΔHii(1:3,1:3)=-ΔHii(5:7,5:7)=[μid]3×3ΔHii(5:7,8)=-ΔHii(1:3,4)=[μid]3×1ΔHii(8,5:7)=-ΔHii(4,1:3)=[μid]1×3ΔHii(4,4)=-ΔHii(8,8)=Σd∈BPμidΔHii(1:3,5:7)=ΔHii(5:7,1:3)=[-ηid]3×3ΔHii(1:3,8)=ΔHii(5:7,4)=[ηid]3×1ΔHii(4,5:7)=ΔHii(8,1:3)=[ηid]1×3ΔHii(4,8)=ΔHii(8,4)=-Σd∈BPμidΔHii(9:11,1:3)=[2(eid-ein)]3×3ΔHii(9:11,4)=[-2(eid-ein)]3×1ΔHii(9:11,5:7)=[2(fid-fin)]3×3ΔHii(9:11,8)=[-2(fid-fin)]3×1---(11)]]>式中：ΔHii为雅可比分块子矩阵Hii的修正项子阵，i为除低压配电网台区公共变压器外的其他端点；Bp、d、fid、及fin的意义同公式(3)；和均为修正项子矩阵ΔHii的矩阵元素，其计算公式分别为：ηid=Q^idn((eid-ein)2-(fid-fin)2)-2P^idn(eid-ein)(fid-fin)((eid-ein)2+(fid-fin)2)2μid=P^idn((eid-ein)2-(fid-fin)2)+2Q^idn(eid-ein)(fid-fin)((eid-ein)2+(fid-fin)2)2,d∈BP---(12)]]>式中：Bp、d、fid、及fin的意义同公式(3)；计算雅可比矩阵C，计算公式为：Cij(1:8,1:8)=Gijdt-BijdtBijdtGijdt8×8,d∈B1,t∈B1---(13)]]>式中：Cij为雅可比矩阵C的子矩阵；i、j、d、t及B1的意义同公式(10)；以第1次迭代计算的结果举例，按公式(7)‑公式(12)，计算得到量测雅可比矩阵H为：H=7.439×104-2.001×103-1.481×103...0004.077×103-3.514×104-0.801×103...0002.869×103-0.762×103-3.595×104...000.....................000...00531.041000...-4.161×10304.161×103000...03.598×103-3.598×103129×101]]>按公式(13)，得到雅可比矩阵C为：C=0...1.78641.4337...0...-4.60700.9400...0...0.9400-4.4304...0...0.87120.9486...0...-3.2235-2.7391...0...14.7412-2.0712...0...-2.071214.5739...0...-1.8608-1.9540...8×101]]>(8)状态变量更新计算状态变量的修正量Δx(time)，然后更新状态变量，得到状态变量新值；即：x(time+1)＝x(time)+Δx(time)，time＝time+1，修正量计算公式为：Δx＝(HTR‑1H)‑1{HTR‑1Δz‑CT[C(HTR‑1H)‑1CT]‑1[C(HTR‑1H)‑1HTR‑1Δz‑Δc]}   (14)式中，time为计算迭代次数；HT和CT分别为雅克比矩阵H和C的转置；Δc＝‑c(x)；表示迭代值为x时基于公式(2)‑(5)计算的量测不平衡量，包括低压配电网台区公变端点s各相节点注入电流幅值不平衡量和总有功功率不平衡量及总无功功率不平衡量、低压配电网负荷用户端点i中三相节点及中性点的注入有功功率不平衡量和注入无功功率的不平衡量及电压不平衡量；R‑1为n阶单位矩阵，其意义同步骤(1)；(9)状态估计收敛性判断如果状态变量的修正量Δx(time)满足max(|Δx(time)|)<ε，则结束迭代计算，转至步骤三；如果max(|Δx(time)|)≥ε且迭代次数time≤Tmax，则返回步骤二，继续迭代进行状态估计；当max(|Δx(time)|)≥ε且迭代次数time>Tmax，则直接停止迭代，输出“状态估计不收敛”；步骤三：进行低压配电网台区负荷用户端点的各相有功功率和无功功率估计；计算公式为：式中：Pidn和分别为低压配电网台区负荷用户端点i的d相电力用户的有功功率和无功功率的估计值；其余变量意义同公式(3)步骤四：计算低压配电网台区负荷用户端点的各相有功功率遥测估计误差和无功功率遥测估计误差；计算公式为：λi,Pd=|Pidn-P^idn|/Ziλi,Qd=|Qidn-Q^idn|/Zi,d∈Bp---(16)]]>式中，和分别是低压配电网台区负荷用户端点i的d相有功功率和无功功率的遥测估计误差；和同公式(3)；Pidn和同公式(15)；Zi为端点i的有功功率或无功功率的测量类型基准值，本文是针对380/220V低压台区电网，有功功率和无功功率的测量类型基准值都为145kW；步骤五：最后通过比较负荷端点的各相电力用户的有功功率和无功功率遥测估计误差与状态估计合格率指标值大小，来判断有无可疑窃电用户；所述通过比较负荷端点的各相电力用户的有功功率和无功功率遥测估计误差与状态估计合格率指标值大小，来判断有无可疑窃电用户：若低压配电网台区负荷用户端点i的d相有功功率或无功功率的遥测估计误差满足式(17)，则判定存在窃电或异常用电现象，即辨识出低压配电网台区负荷用户端点i的d相电力用户为可疑窃电用户；否则，低压配电网台区负荷用户端点i的d相电力用户认为是正常用电用户。