一種電網狀態估計多算法融合系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電網狀態估計多算法融合系統，包括加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法，該系統基于數據融合思想進行設計，這些算法相互融合實現電網狀態估計，使得估計結果既保留了各自算法的優點，同時又避免了單一算法的缺點。該系統支持兩種算法融合模式，其一為串行模式，即按照一定順序相繼執行每一種估計算法，前一種算法的輸出作為后一種算法的輸入，執行完所有算法最后得到某一狀態估計結果；其二為并行模式，即分別單獨執行每一種估計算法得到各自的狀態估計結果，然后對這些結果進行加權組合得到最后的狀態估計結果。
【專利說明】一種電網狀態估計多算法融合系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統數據算法領域，具體為一種電網狀態估計多算法融合系統。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統的迅速發展，電力系統的網絡結構和運行方式日趨復雜，對現代化調度系統提出了必須準確、快速、全面地掌握電力系統實際運行方式和運行狀態的要求。現代電力系統能量管理系統(EMS)的各種高級應用入電壓穩定性分析、暫態穩定性分析和安全約束調度等都要依賴狀態估計所提供的實時可靠數據。因此，狀態估計成了 EMS的重要組成部分，尤其在電力市場環境中發揮更重要的作用。
[0003]雖然現在關于狀態估計的算法很多，而且對算法的優化也是越來越完善，但是各個算法都會存在著缺點，而且每個算法也有著自身的適應條件。所以，僅僅靠某一種算法進行狀態估計來滿足復雜電網的大數據處理尚有難度。

【發明內容】

[0004]為了克服上述現有算法的不足，本發明的目的是提供一種電網狀態估計多算法融合系統。
[0005]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:融合有加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法，其中:
加權最小二乘法以量測值Z的殘差平方和最小為目標準則的估計方法，由于量測方程為非線性方程，因此采用迭代法求其狀態量，估計具有最優一致且無偏等優良傳統特性，但在實際情況下，量測數據并不完全嚴格服從正態分布，導致壞數據很難完成檢測與辨識；快速分解法將電力系統中有功和無功進行分解，將雅克比矩陣常數化，降低了問題的階次減少了雅克比矩陣的重復計算，大大的加快了潮流的計算速度，還有一定自動弱化不良數據影響的功能，其中權函數的修正為該算法的核心，故需要給出功能強、修正合理的權函數；
正交變換法利用某一矩陣進行正交變換后矩陣的范數不變提出了一種新的對結點和量測的排序方法，對方程兩邊的系數矩陣同時進行正交變換，變換后方程的條件數不變，具有較高的數值穩定性，但計算量會增大；
量測狀態變換法在進行狀態估計計算時所需的原始信息僅僅包含支路潮流量測量，假設運行電壓變化不大，信息矩陣為常實數、對稱的稀疏矩陣，該算法計算速度快，節省內存，但難以處理注入型量測量。
[0006]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法相互聯系又相互獨立，其中某個算法因不適用而停止使用不會對其他算法構成影響。
[0007]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:系統的啟動實現了手動和自動兩種模式。
[0008]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:按照一定順序相繼執行每一種估計算法，前一種算法的輸出作為后一種算法的輸入，執行完所有算法最后得到某一狀態估計結果，即串行模式:
步驟1:讀入量測量，進行可觀測性檢驗；
步驟2:將檢驗后的量測量作為輸入，利用加權最小二乘法進行狀態估計，通過迭代法求出其狀態量；
步驟3:用步驟2求出的狀態量進行潮流計算得到估計值，作為快速分解法的輸入進行狀態估計得到新的估計值；
步驟4:用步驟3得到的估計值作為輸入，利用正交變換法進行狀態估計，又得到一組新的估計值；
步驟5:用步驟4得到的估計值中支路潮流作為輸入，利用測量狀態變換法進行狀態估計，得到最終的狀態估計結果；
步驟6:輸出最終狀態估計結果并進行檢測與辨識。
[0009]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:分別單獨執行每一種估計算法得到各自的狀態估計結果，然后對這些結果進行加權組合得到最后的狀態估計結果，即并行模式:
步驟1:讀入量測量，進行可觀測性檢驗；
步驟2:將檢驗后的量測量作為輸入，分別利用加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法進行狀態估計得到四組估計值；
步驟3:對四組估計值進行加權組合得到最終的估計值并進行檢測與辨識。
[0010]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:同樣的輸入通過不同的方法得到不同的輸出，實現全面的數據分析。
[0011]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:支持在線狀態估計和離線狀態估計。
[0012]所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:實現了權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法在不同時間尺度上的協調。
[0013]本發明將四種算法進行融合，利用串行和并行兩種模式進行狀態估計，對量測量進行多次過濾，不僅提聞了估計值的精度，一定程度上也提聞了狀態估計的效率。
[0014]本發明與現有的技術相比，具有如下優點:
(I)多算法。電網狀態估計的算法有很多，每個算法都有著自己的優缺點，同時也有適用條件，盡管優化越來越完善，單一算法還是無法應用于多種電網，本發明有四種算法，擴大了適用范圍，基本可以滿足所有電網狀態估計的需求。
[0015](2)串行和并行模式。對算法進行融合，實現提高復雜電網大數據狀態估計的精度和效率
(2.1)串行模式。讀入數據按照一定順序相繼執行每一種估計算法，前一種算法的輸出作為后一種算法的輸入，執行完所有算法最后得到某一狀態估計結果，此結果是四種算法對量測量的優化，相對單一的算法，避免了算法的缺陷，提高狀態估計結果的精度。
[0016](2.2)并行模式。分別單獨執行每一種估計算法得到各自的狀態估計結果，此模式由同一輸入得到不同的輸出，然后對這些結果進行加權組合得到最后的狀態估計結果，易于分析每種算法的缺陷，同樣提高了狀態估計結果的精度，還提高了狀態估計的效率。
[0017](3)靈活性。相較于單一算法對不適用的電網無法進行狀態估計或估計結果精度低，本發明對其中不適用的算法進行停止不參與狀態估計，而不影響其他算法進行狀態估計，實現了系統的靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明串行模式和并行模式輸入輸出模型。
[0019]圖2為本發明登陸狀態估計Web頁面。
[0020]圖3為本發明配置元數據及運行界面。
[0021]圖4為本發明數據平臺展示的測量結果。
【具體實施方式】
[0022]一種電網狀態估計多算法融合系統，融合有加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法，其中:
加權最小二乘法以量測值Z的殘差平方和最小為目標準則的估計方法，由于量測方程為非線性方程，因此采用迭代法求其狀態量，估計具有最優一致且無偏等優良傳統特性，但在實際情況下，量測數據并不完全嚴格服從正態分布，導致壞數據很難完成檢測與辨識；快速分解法將電力系統中有功和無功進行分解，將雅克比矩陣常數化，降低了問題的階次減少了雅克比矩陣的重復計算，大大的加快了潮流的計算速度，還有一定自動弱化不良數據影響的功能，其中權函數的修正為該算法的核心，故需要給出功能強、修正合理的權函數；
正交變換法利用某一矩陣進行正交變換后矩陣的范數不變提出了一種新的對結點和量測的排序方法，對方程兩邊的系數矩陣同時進行正交變換，變換后方程的條件數不變，具有較高的數值穩定性，但計算量會增大；
量測狀態變換法在進行狀態估計計算時所需的原始信息僅僅包含支路潮流量測量，假設運行電壓變化不大，信息矩陣為常實數、對稱的稀疏矩陣，該算法計算速度快，節省內存，但難以處理注入型量測量。
[0023]加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法相互聯系又相互獨立，其中某個算法因不適用而停止使用不會對其他算法構成影響。
[0024]系統的啟動實現了手動和自動兩種模式。
[0025]按照一定順序相繼執行每一種估計算法，前一種算法的輸出作為后一種算法的輸入，執行完所有算法最后得到某一狀態估計結果，即串行模式:
步驟1:讀入量測量，進行可觀測性檢驗；
步驟2:將檢驗后的量測量作為輸入，利用加權最小二乘法進行狀態估計，通過迭代法求出其狀態量；
步驟3:用步驟2求出的狀態量進行潮流計算得到估計值，作為快速分解法的輸入進行狀態估計得到新的估計值；
步驟4:用步驟3得到的估計值作為輸入，利用正交變換法進行狀態估計，又得到一組新的估計值；
步驟5:用步驟4得到的估計值中支路潮流作為輸入，利用測量狀態變換法進行狀態估計，得到最終的狀態估計結果；
步驟6:輸出最終狀態估計結果并進行檢測與辨識。
[0026]分別單獨執行每一種估計算法得到各自的狀態估計結果，然后對這些結果進行加權組合得到最后的狀態估計結果，即并行模式:
步驟1:讀入量測量，進行可觀測性檢驗；
步驟2:將檢驗后的量測量作為輸入，分別利用加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法進行狀態估計得到四組估計值；
步驟3:對四組估計值進行加權組合得到最終的估計值并進行檢測與辨識。
[0027]同樣的輸入通過不同的方法得到不同的輸出，實現全面的數據分析。
[0028]支持在線狀態估計和離線狀態估計。
[0029]實現了權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法在不同時間尺度上的協調。
[0030]如圖1所示，本發明為一種電網狀態估計多算法融合系統，該系統包括加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法，基于數據融合思想進行設計，支持串行和并行兩種算法融合模式。串行模式是讀入量測量逐個執行每一種估計算法，前一個算法的輸出作為下一個算法的輸出，最終輸出狀態估計結果；并行模式則是讀入量測量分別執行每一種估計算法，對輸出的四種狀態估計結果作加權組合得到最終狀態估計結果。這兩種模式解決了復雜電網大數據背景下單一算法難以滿足狀態估計要求的問題，提高了狀態估計的精度和效率。
[0031]實施例1，手動配置元數據進行狀態估計并輸出結果。
[0032]在Web模式下實現狀態估計，首先從Felix啟動狀態估計功能模塊，在數據平臺上通過“New Input — Get An Instance — Start Update”新建網架元數據，在本程序中測試文件為.\_data\edata\db_data.txt,配置文件為 EReaderCfg 4DB.Properties,不妨將網架元數據命名為ieee，再建立量測元數據，在本程序中測試文件為.\_data\edata\db_meas.txt,配置文件為EReaderCfg4DB.Properties,不妨將網架元數據命名為meas,然后登錄狀態估計頁面(本次使用本地計算機測試，所以網址為:127.0.0.1:8080/ztgj/index,html),輸入用戶和密碼進入狀態估計頁面如圖2所示；新建一個名為result的狀態估計結果元數據，然后選擇上一步配置好的網架元數據和量測元數據，本次程序運行這兩個元數據分別為ieee和meas，然后點擊“測試計算”，運行時界面如圖3所示:最后，在數據平臺元數據展示中可以看到result的結果如圖4所示。
【權利要求】
1.一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:融合有加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法，其中: 加權最小二乘法以量測值Z的殘差平方和最小為目標準則的估計方法，由于量測方程為非線性方程，因此采用迭代法求其狀態量，估計具有最優一致且無偏等優良傳統特性，但在實際情況下，量測數據并不完全嚴格服從正態分布，導致壞數據很難完成檢測與辨識； 快速分解法將電力系統中有功和無功進行分解，將雅克比矩陣常數化，降低了問題的階次減少了雅克比矩陣的重復計算，大大的加快了潮流的計算速度，還有一定自動弱化不良數據影響的功能，其中權函數的修正為該算法的核心，故需要給出功能強、修正合理的權函數； 正交變換法利用某一矩陣進行正交變換后矩陣的范數不變提出了一種新的對結點和量測的排序方法，對方程兩邊的系數矩陣同時進行正交變換，變換后方程的條件數不變，具有較高的數值穩定性，但計算量會增大； 量測狀態變換法在進行狀態估計計算時所需的原始信息僅僅包含支路潮流量測量，假設運行電壓變化不大，信息矩陣為常實數、對稱的稀疏矩陣，該算法計算速度快，節省內存，但難以處理注入型量測量。
2.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:加權最小二乘法、快速分解法、正交變 換法、量測狀態變換法相互聯系又相互獨立，其中某個算法因不適用而停止使用不會對其他算法構成影響。
3.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:系統的啟動實現了手動和自動兩種模式。
4.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:按照一定順序相繼執行每一種估計算法，前一種算法的輸出作為后一種算法的輸入，執行完所有算法最后得到某一狀態估計結果，即串行模式: 步驟1:讀入量測量，進行可觀測性檢驗； 步驟2:將檢驗后的量測量作為輸入，利用加權最小二乘法進行狀態估計，通過迭代法求出其狀態量； 步驟3:用步驟2求出的狀態量進行潮流計算得到估計值，作為快速分解法的輸入進行狀態估計得到新的估計值； 步驟4:用步驟3得到的估計值作為輸入，利用正交變換法進行狀態估計，又得到一組新的估計值； 步驟5:用步驟4得到的估計值中支路潮流作為輸入，利用測量狀態變換法進行狀態估計，得到最終的狀態估計結果； 步驟6:輸出最終狀態估計結果并進行檢測與辨識。
5.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:分別單獨執行每一種估計算法得到各自的狀態估計結果，然后對這些結果進行加權組合得到最后的狀態估計結果，即并行模式: 步驟1:讀入量測量，進行可觀測性檢驗； 步驟2:將檢驗后的量測量作為輸入，分別利用加權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法進行狀態估計得到四組估計值；步驟3:對四組估計值進行加權組合得到最終的估計值并進行檢測與辨識。
6.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:同樣的輸入通過不同的方法得到不同的輸出，實現全面的數據分析。
7.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:支持在線狀態估計和離線狀態估計。
8.根據權利要求1所述的一種電網狀態估計多算法融合系統，其特征在于:實現了權最小二乘法、快速分解法、正交變換法、量測狀態變換法在不同時間尺度上的協調。
【文檔編號】G06F19/00GK103617342SQ201310499688
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】陳穎, 黃少偉, 汪石農, 葛愿, 余諾 申請人:蕪湖大學科技園發展有限公司