專利名稱：一種變電站三相無阻抗非線性多源狀態估計方法
技術領域：
本發明涉及一種變電站三相無阻抗非線性多源狀態估計方法，屬于電力系統運行 和控制技術領域。
背景技術：
能量管理系統(Energy management system,以下簡稱EMS)是基于計算機的現代 電力系統的調度自動化系統，其任務是對電力系統進行實時采集、監視、分析、優化和控制 決策。電力系統狀態估計是EMS的基礎和核心環節，狀態估計是利用從電力系統中采集的 實時量測信息，排除錯誤信息，計算出完整、一致和可信的電力系統實時變量，保證EMS控 制決策的正確性。狀態估計是電網運行和控制的基礎，傳統狀態估計是在電力控制中心實施，主要 有不夠可靠，不夠快，脆弱，自愈能力差，維護工作量大等缺點。本申請人曾經提出過專利申 請號為200910079302. 1，發明名稱為《基于基爾霍夫電流定律的變電站分布式狀態估計方 法》的方法，可以有效地解決上述問題，利用變電站內高冗余度的量測信息進行狀態估計， 基于基爾霍夫電流定律建立量測方程并進行狀態估計，開關狀態辨識和遙測壞數據辨識實 現解耦，能很好地排除拓撲錯誤和壞數據，并將拓撲分析結果及狀態估計所得的熟數據送 往調度中心，提高熟數據可靠性，從而提高了全網狀態估計的可靠性。但是，該方法量測數 據全部來自相量測量單元(PMU)，在沒有普及相量測量單元的變電站中難以實施。同時，這 種方法對網絡結構進行了簡化，假設系統運行在三相平衡條件下，系統網絡是只有正序的 三相對稱系統，也就是說，除了三相之間120度的相角差，三相具有相同的電壓，電流及其 它一些電氣特征。實際電力系統中，發輸配電網大都是運行在三相不完全平衡、結構不完全對稱的 狀態下。三相參數不對稱，負荷不對稱，非全相運行和檢修及電氣化鐵路都會造成電網的三 相不平衡。電網三相不平衡時產生的負序電流和諧波對電力設備的危害性很大，如果不采 取措施，會對電網運行造成影響，特別是容易引起繼電保護裝置的誤動作。因此，調度中心 人員需了解電網的三相不平衡度，發現非全相運行的狀態，做出快速正確的調度決策。同 時，三相不平衡也是傳統狀態估計精度不高的一個重要原因。綜上所述，在變電站中采用三 相模型進行三相狀態估計是十分必要的。同時，隨著變電站的發展，越來越多的相量測量單元(PMU)被引入變電站，使變電 站中遙測數據的類型也越來越多，不同測點的遙測數據類型也不盡相同。傳統的數據采集 與監控系統(SCADA)為變電站提供各種三相電壓電流幅值量測及功率量測，而PMU則提供 了各種三相復電壓和復電流量測信息。綜合利用各種量測信息進行狀態估計有利于提高變 電站狀態估計的冗余度和可靠性。
發明內容
本發明的目的是提出一種變電站三相無阻抗非線性多源狀態估計方法，利用變電站內高度冗余的三相多源同步實時數據，建立三相無阻抗節點-支路模型，通過三相解耦 的無阻抗功率狀態估計和無阻抗電壓狀態估計，剔除量測壞數據和開關狀態壞數據，得到 正確的開關狀態。本發明提出的變電站三相無阻抗非線性多源狀態估計方法，包括以下步驟(1)以T為采集周期，對變電站內各電壓等級進行掃描，采集當前時間tto)時變 電站中各電壓等級內來自數據采集與監控系統和相量測量系統的量測數據，來自數據采集 與監控系統的量測數據有變電站內各開關上流過的三相電流幅值Zfb、三相有功功率量測 ^Xneas和三相無功功率量測，變電站內各節點的三相電壓幅值tC。de、三相注入電流幅 值C」、三相注入有功功率量測巧，_和三相注入無功功率量測纜，·，以及變電站內各開關 各相的開關狀態遙信，來自相量測量系統的量測數據有變電站內各節點的三相復電壓 Kode、三相注入復電流G、三相注入有功功率量測dmu和三相注入無功功率量測纜，PMU ,其 中，上標ρ = C，分別表示第P相量測數據；(2)初始化變電站內第k個電壓等級第ρ相各開關和刀閘的狀態為閉合，則變電站 內第k個電壓等級第P相各閉合的開關支路為無阻抗開關支路；(3)定義變電站內第k個電壓等級第爐相無阻抗支路形成N個連通的開關島；(4)對變電站內第k個電壓等級內第識相第η個開關島進行無阻抗電壓狀態估計，
(υφλ
得出第相第η個開關島復電壓估計值<二 “ φ\βη )
mIW2
y w UcpA. +y w .υφΛ.
/ ^ magn node ι / i mag2/ nodej上式中幅值=-----
Σ ^magh + Σ ^mag2i-/=1 /=1
W1
y w .θψA.
/ j ang/ node/相角^f =-
Σ W
angz
(=1其中，ml是第識相第η個開關島內節點復電壓量測《lde的個數，m2是節點電壓幅 值量測個數，KJ和分別是上述節點復電壓量測Cde中第i個量測的幅值和 相角，V1Lte是上述節點電壓幅值量測i^de中第i個量測，Wfflagli, Wangi和Wmag2i分別是上述 <J、和f/U勺權重；(5)設定一無阻抗電壓狀態估計誤差閾值，定義第k個電壓等級內第^相第η個開
(V )
關島內電壓量測向量為te ，其中 為所述的節點復電壓量測， 為所述的節
UvUvτιφ
V^ node J"nodenode
點電壓幅值量測，若第i個電壓量測與上述開關島電壓估計值<之間正則化殘差值最大 且該差值大于上述設定的無阻抗電壓狀態估計誤差閾值，則該量測 <,為壞數據，刪除該壞 數據，重復步驟(4)_(5)，直到各電壓量測向量中沒有壞數據，且第η個開關島電壓估計幅值為上述"Γ，相角為上述《；(6)計算上述第k個電壓等級的第ρ相第η個開關島內各節點注入視在功率平方 偽量測Si=/及各開關支路視在功率平方偽量測Sf 視在功率平方偽量測的求解如下
{S^-I^xU2 W = I,2 xU2其中，為第φ .相第η個開關島內各節點注入電流幅值量測，Zfb為第ρ相第η個開 關島內各開關支路電流幅值量測，.為上述第η個開關島電壓幅值估計值；(7)以第識相第η個開關島內無阻抗開關支路上有功功率<和無功功率<為狀態
量Z =
,V、
Λρ
χ1>
，設上述第k個電壓等級內第相第η個開關島內狀態量初值 為相應的各無
φ
X
C(O)
阻抗開關支路上有功功率和無功功率量測，即Zw
廣ν餌0)、< ρφ 、 cb,meas^ ^cb,meas jVxQ J
，定義第相第η個
φ
開關島內線性量測向量為:ζ =
■ §neas而而eas一 m,J,mg，p\’ m,bm’
V
，非線性量測向量為
則上述第k個電
f
Znl 二
《 S
V lnJ
Cb
Stp2
、 / 識/爐 /
Z Z
, V
壓等級第相第η個開關島內量測向量Z =
φ(8)設迭代次數的初始值count = 0，將上述f作為已知量，fW.作為狀態量初值， 對各無阻抗支路建立量測方程進行無阻抗功率狀態估計，得到第k個電壓等級內第識相第η 個開關島內各無阻抗開關支路上功率估計值，無阻抗功率狀態估計迭代方程如下
Αχφ =(HrWH) 1HtW
‘Zvi-HiXtpw ‘
ζ:「Κ(χ,
X 其中Δ^是無阻抗功率狀態估計迭代修正量，W是變電站自動化系統中量測的權重
鵬，，,洲、力棚生膽fi·賺，麵畫車# =
部分量測方程為
H,
通過量測方程得到，其中線性
權利要求
一種變電站三相無阻抗非線性多源狀態估計方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)以T為采集周期，對變電站內各電壓等級進行掃描，采集當前時間t(0)時變電站中各電壓等級內來自數據采集與監控系統和相量測量系統的量測數據，來自數據采集與監控系統的量測數據有變電站內各開關上流過的三相電流幅值三相有功功率量測和三相無功功率量測變電站內各節點的三相電壓幅值三相注入電流幅值三相注入有功功率量測和三相注入無功功率量測以及變電站內各開關各相的開關狀態遙信來自相量測量系統的量測數據有變電站內各節點的三相復電壓三相注入復電流三相注入有功功率量測和三相注入無功功率量測其中，上標分別表示第相量測數據；(2)初始化變電站內第k個電壓等級第相各開關和刀閘的狀態為閉合，則變電站內第k個電壓等級第相各閉合的開關支路為無阻抗開關支路；(3)定義變電站內第k個電壓等級第相無阻抗支路形成N個連通的開關島；(4)對變電站內第k個電壓等級內第相第n個開關島進行無阻抗電壓狀態估計，得出第相第n個開關島復電壓估計值上式中幅值相角其中，m1是第相第n個開關島內節點復電壓量測的個數，m2是節點電壓幅值量測的個數，和分別是上述節點復電壓量測中第i個量測的幅值和相角，是上述節點電壓幅值量測中第i個量測，wmag1i、wangi和wmag2i分別是上述和的權重；(5)設定一無阻抗電壓狀態估計誤差閾值，定義第k個電壓等級內第相第n個開關島內電壓量測向量為其中為所述的節點復電壓量測，為所述的節點電壓幅值量測，若第i個電壓量測與上述開關島電壓估計值之間正則化殘差值最大且該差值大于上述設定的無阻抗電壓狀態估計誤差閾值，則該量測為壞數據，刪除該壞數據，重復步驟(4) (5)，直到各電壓量測向量中沒有壞數據，且第n個開關島電壓估計幅值為上述相角為上述(6)計算上述第k個電壓等級的第相第n個開關島內各節點注入視在功率平方偽量測及各開關支路視在功率平方偽量測視在功率平方偽量測的求解如下其中，為第相第n個開關島內各節點注入電流幅值量測，為第相第n個開關島內各開關支路電流幅值量測，為上述第n個開關島電壓幅值估計值；(7)以第相第n個開關島內無阻抗開關支路上有功功率和無功功率為狀態量設上述第k個電壓等級內第相第n個開關島內狀態量初值為相應的各無阻抗開關支路上有功功率和無功功率量測，即定義第相第n個開關島內線性量測向量為非線性量測向量為則上述第k個電壓等級第相第n個開關島內量測向量(8)設迭代次數的初始值count＝0，將上述作為已知量，作為狀態量初值，對各無阻抗支路建立量測方程進行無阻抗功率狀態估計，得到第k個電壓等級內第相第n個開關島內各無阻抗開關支路上功率估計值無阻抗功率狀態估計迭代方程如下其中是無阻抗功率狀態估計迭代修正量，W是變電站自動化系統中量測的權重矩陣，為非線性部分量測函數，雅可比矩陣通過量測方程得到，其中線性部分量測方程為上式中AKCL是第k個電壓等級內第相第n個開關島無阻抗電網中的節點 支路關聯矩陣，I為單位矩陣，rl為線性部分量測誤差矢量，非線性部分量測方程為上式中，rnl是非線性部分量測的誤差矢量，為非線性部分量測函數上式中，分別為狀態量的有功功率部分和無功功率部分，Pinj，Qinj分別為由開關上功率狀態量求得的各節點注入有功功率和無功功率計算得到非線性部分量測方程的雅可比矩陣(9)使迭代次數count＝count+1，設定一個無阻抗功率狀態估計迭代精度ε，當上述狀態估計迭代修正量時，重復步驟(8) (9)，當時，迭代結束，設定一迭代次數門檻值countmax，若迭代次數count＜countmax，狀態估計收斂，得到第相第n個開關島內各無阻抗開關支路上功率狀態量最終估計結果并進入步驟(10)，若count≥countmax，狀態估計發散，重復步驟(1) (9)；(10)根據上述計算結果，求解式以得到估計后的第相量測量的估計值設定一個無阻抗功率狀態估計誤差閾值，將上述第k個電壓等級第相第n個開關島內量測向量中第i個量測值與上述估計后的第相第i個開關上的量測量估計值進行比較，若兩者正則化殘差值最大且該差值大于設定的無阻抗功率狀態估計誤差閾值，則該量測為壞數據，刪除該壞數據，置該量測的權重wi＝0，重復步驟(8) (10)，直到各量測量中沒有壞數據；(11)設定一個估計閾值，將上述第k個電壓等級內第相第n個開關島內各無阻抗開關支路上的視在功率估計值與估計閾值進行比較，若第i個開關視在功率估計值xcbi大于估計閾值，則該開關的估計狀態為閉合狀態，若第i個開關視在功率估計值xcbi小于估計閾值，則該開關的估計狀態為斷開狀態；將比較得到的第i個開關的估計狀態與上述第i個開關開合狀態量測進行比較，若開關的估計狀態與上述開合狀態量測值不一致，則該開關的開合狀態量測為壞數據，將開合狀態量測替代為開關的估計狀態，若開關的估計狀態與上述開合狀態量測一致，則保持開關狀態量測不變，重復步驟(4) (11)，直到所有開關島狀態估計完成則轉入步驟(12)；(12)根據上述開關島狀態估計結果，重新確定第k個電壓等級第相內各開關狀態，開關閉合的支路為無阻抗支路，重復步聚(3) (12)，重新形成開關島并進行第二次狀態估計，完成第二次狀態估計后，進入步驟(13)；(13)上述步驟完成對a相狀態估計后，令重復步驟(2) (13)，對b，c兩相分別進行狀態估計，完成三相狀態估計后，轉入步驟(14)；(14)當此電壓等級狀態估計完成之后，進入下一個電壓等級進行狀態估計，重復步驟(2) (14)，直到完成所有電壓等級狀態估計；(15)將當前采集時間t(1)與t(0)進行比較，當t(1) t(0)大于上述采集周期T時，重復步驟(1) (15)。FSA00000075070200011.tif,FSA00000075070200012.tif,FSA00000075070200013.tif,FSA00000075070200014.tif,FSA00000075070200015.tif,FSA00000075070200016.tif,FSA00000075070200017.tif,FSA00000075070200018.tif,FSA00000075070200019.tif,FSA000000750702000110.tif,FSA000000750702000111.tif,FSA000000750702000112.tif,FSA000000750702000113.tif,FSA000000750702000114.tif,FSA000000750702000115.tif,FSA000000750702000116.tif,FSA000000750702000117.tif,FSA000000750702000118.tif,FSA000000750702000119.tif,FSA000000750702000120.tif,FSA000000750702000121.tif,FSA000000750702000122.tif,FSA000000750702000123.tif,FSA000000750702000124.tif,FSA000000750702000125.tif,FSA000000750702000126.tif,FSA000000750702000127.tif,FSA000000750702000128.tif,FSA000000750702000129.tif,FSA000000750702000130.tif,FSA000000750702000131.tif,FSA000000750702000132.tif,FSA000000750702000133.tif,FSA00000075070200021.tif,FSA00000075070200022.tif,FSA00000075070200023.tif,FSA00000075070200024.tif,FSA00000075070200025.tif,FSA00000075070200026.tif,FSA00000075070200027.tif,FSA00000075070200028.tif,FSA00000075070200029.tif,FSA000000750702000210.tif,FSA000000750702000211.tif,FSA000000750702000212.tif,FSA000000750702000213.tif,FSA000000750702000214.tif,FSA000000750702000215.tif,FSA000000750702000216.tif,FSA000000750702000217.tif,FSA000000750702000218.tif,FSA000000750702000219.tif,FSA000000750702000220.tif,FSA000000750702000221.tif,FSA000000750702000222.tif,FSA000000750702000223.tif,FSA000000750702000224.tif,FSA000000750702000225.tif,FSA000000750702000226.tif,FSA000000750702000227.tif,FSA000000750702000228.tif,FSA000000750702000229.tif,FSA000000750702000230.tif,FSA000000750702000231.tif,FSA000000750702000232.tif,FSA000000750702000233.tif,FSA00000075070200031.tif,FSA00000075070200032.tif,FSA00000075070200033.tif,FSA00000075070200034.tif,FSA00000075070200035.tif,FSA00000075070200036.tif,FSA00000075070200037.tif,FSA00000075070200038.tif,FSA00000075070200039.tif,FSA000000750702000310.tif,FSA000000750702000311.tif,FSA000000750702000312.tif,FSA000000750702000313.tif,FSA000000750702000314.tif,FSA000000750702000315.tif,FSA000000750702000316.tif,FSA000000750702000317.tif,FSA00000075070200041.tif,FSA00000075070200042.tif,FSA00000075070200043.tif,FSA00000075070200044.tif,FSA00000075070200045.tif,FSA00000075070200046.tif,FSA00000075070200047.tif,FSA00000075070200048.tif,FSA00000075070200049.tif,FSA000000750702000410.tif,FSA000000750702000411.tif,FSA000000750702000412.tif,FSA000000750702000413.tif,FSA000000750702000414.tif,FSA000000750702000415.tif,FSA000000750702000416.tif,FSA000000750702000417.tif
全文摘要
本發明涉及一種變電站三相無阻抗非線性多源狀態估計方法，屬于電力系統運行和控制技術領域。首先進行量測采集，然后將變電站各電壓等級各相各無阻抗開關支路形成連通的開關島，在各開關島內分別進行無阻抗電壓狀態估計和無阻抗功率狀態估計，再根據功率估計值分別進行壞數據的辨識和開關狀態錯誤辨識，用刪除壞數據后的量測量重新進行狀態估計。本發明的優點是利用了變電站內高度冗余的多源三相量測信息，對無阻抗開關支路建立量測方程進行三相狀態估計，開關狀態辨識和遙測壞數據辨識實現解耦，同時將壞數據和開關狀態錯誤解決在變電站層，從而提高了全網狀態估計的可靠性。
文檔編號H02J3/00GK101958543SQ20101014081
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者吳文傳, 孫宏斌, 張伯明, 李青芯, 郭慶來 申請人:清華大學