[发明专利]一种电网中运行状态的动态估计方法

摘要

本发明公布了一种电网中运行状态的动态估计方法，构建量测装置的原始采集信号与动态估计程序的量测输入量之间的对应关系，并形成向量表达式，根据实际量测配置组成全部量测数据下的各个子集，利用原始采集信号的统计特性数值，将其中每一个元素的统计信息分作两种表达式，并分别与其余各元素按照相应的对应关系构成各量测输入量子集中的元素，采用两类比例因子作为系数，将各元素按照一定的比例系数进行累积，从而求得各量测输入量的统计特性数值，并构成修正量测误差协方差矩阵。本发明在滤波步中将修正协方差阵代替原先的方差对角阵，可以较好地提升电网动态状态估计的精度，并且易于与已有的状态估计软件相结合。

主权项

1.一种电网中运行状态的动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)读取EMS中的电网拓扑数据，按照各厂站、各母线中量测量之间的电气关联性形成各独立的子量测集；2)在各子量测集中，对于动态估计方法中的各类量测量，根据其相应的原始采集信号建立两者间的函数表达式，具体如下：2‑1)针对远程终端装置的量测量，将各单相电压幅值、节点及支路的各单相电流幅值、节点及支路电流量的各单相电压‑电流相角差三种原始采集信号与各节点的电压幅值、支路有功与无功功率、节点有功与无功功率五种量测量建立函数表达式；2‑2)针对相量测量单元的量测量，将各单相电压相量的原始采集信号与该节点电压幅值与相角量测量建立函数表达式，将各单相电流相量的原始采集信号与相应的连接节点电压幅值与相角量测量建立函数表达式；3)根据步骤2)中建立的所有函数表达式，形成相应的向量形式，并将向量中的量测量都用原始采集信号各参量进行表示；原始采集信号集与量测量用向量表示为：其中，a为原始采集信号向量，b为量测量向量，al和bρ分别为向量a和b中的元素，η和ν分别为a和b的维数；相应的，远程终端装置中原始采集信号集与量测量各自的向量集合分别为：其中，a_SCADA表示远程终端装置的原始采集信号向量，b_SCADA表示远程终端装置的量测量向量，f＝A,B,C为i节点各单相电压幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点的各单相电流幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点至j节点的支路的各单相电流幅值原始采集信号，f＝A,B,C为i节点电流量的各单相电压‑电流相角差原始采集信号，f＝A,B,C为i节点至j节点的支路电流量的各单相电压‑电流相角差原始采集信号，U_i表示i节点的电压幅值量测量，P_i表示i节点的有功功率量测量，Q_i表示i节点的无功功率量测量，P_ij为i节点至j节点的支路的有功功率量测量，Q_ij为i节点至j节点的支路的无功功率量测量，n″为与各节点直接相联的节点个数；相量测量单元中原始采集信号集与量测量各自的向量集合分别为：其中，a_PMU表示相量测量单元的原始采集信号向量，b_PMU表示相量测量单元的量测量向量，f＝A,B,C为i节点各单相电压相量原始采集信号，f＝A,B,C为i节点至j节点的支路的各单相电流相量原始采集信号，U_i表示i节点的电压幅值量入量，θ_i为i节点的电压相角量测量，j为与相量测量单元中测量点直接相连的节点，U_j表示与相量测量单元中测量点直接相连的节点j的电压幅值量测量，θ_j为与相量测量单元中测量点直接相连的节点j的电压相角量测量，n′为与相量测量单元中测量点直接相连的节点个数；将向量中的量测量都用原始采集信号各参量进行表示如下：CPMU(·)为bPMU的非线性状态转移函数，CSCADA(·)为bSCADA的非线性状态转移函数；4)将原始采集信号中各参量按照一定的比例关系进行量测量中各函数表达式的累积效应计算，具体步骤如下：4‑1)将原始采集信号各元素的期望值和标准差构成两种统计计算量，表达式如下：其中，及为a_l的期望值和标准差，a_l为原始采集信号向量a中的元素，a_l,λ,λ＝1,2表示两种统计计算量；4‑2)根据量测量中各函数表达式，以4‑1)中得到的原始采集信号各元素的两种统计计算量逐一进行估计计算；4‑3)将步骤4‑2)中的估计计算结果构成新的向量A(l,λ)，向量中的元素Aρ(l,λ)为：5)在各独立的子量测集中，采用两类比例因子，求得量测量中各元素的各阶非交叉矩，具体过程如下：5‑1)设计比例因子wl,λ为：5‑2)求得量测量中各元素的方差其中，5‑3)求得量测量中各元素相互间的二阶中心交叉矩为：下标ρ、ρ′分别为不同的量测量；6)将步骤5)中计算得到的各方差及二阶中心交叉矩构成修正量测误差协方差阵，其中，方差作为该矩阵中的对角元素，二阶中心交叉矩作为相应的非对角元素；7)建立电网运行状态的动态估计模型，在滤波步中将步骤6)中形成的修正量测误差协方差阵代替原先的量测误差方差对角阵；8)对电网运行状态进行实时动态估计，步骤如下：8‑1)读取EMS中的电网数据，包括：输电线路的支路号、首端节点和末端节点编号、变压器变比和阻抗、串联电阻电抗、并联电导电纳；8‑2)输入实时量测量，包括相量测量单元的电压、电流相量量测数据，以及远程终端装置的电压幅值、发电机有功及无功功率、线路首末端有功及无功功率、负荷有功及无功功率；8‑3)进行动态估计迭代计算，其中，预测步获得的运行状态预测数据存入预测数据库，滤波步获得的运行状态估计数据存入实时数据库中，具体如下：预测步：给定某一时刻k下的状态预测值及估计值分别为利用Holt两参数法对下一时刻k+1的状态预测值进行求解；滤波步：对于给定的某一时刻k下的实时量测量zk，滤波步的目标函数为：上式中，J(·)为目标函数，h(·)为非线性量测函数，由电力系统自身结构所决定，为修正量测误差协方差阵的逆矩阵，即权重矩阵，为状态预测误差协方差矩阵；迭代计算为：上式中，Hk(·)为非线性量测函数的雅克比矩阵，上标T为矩阵的转置；则完整的计算为：预测步：滤波步：最终，将预测步中计算求得的运行状态预测数据存入预测数据库，滤波步中计算求得的运行状态估计数据存入实时数据库中。