一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，所述方法包括讀取電網模型和SCADA量測；進行網絡拓撲分析，將物理電網模型轉化成母線-支路計算模型；建立有功加權雅可比矩陣Ra-1/2Ba和無功計算加權雅可比矩陣Rr-1/2Br，計算有功系數矩陣A和無功系數矩陣B；利用正交變換獲得有功系數矩陣和無功系數矩陣的上三角矩陣L和L1，進行狀態估計迭代求解；計算量測殘差vi，選擇量測類型基準值Si，計算遙測估計值誤差計算量測權因子，判斷是否有量測處于降權區或淘汰區，沒有則狀態估計計算結束；有則根據量測權因子修正量測權重矩陣Ra-1和Rr-1，重新生成加權雅可比矩陣Ra-1/2Ba和Rr-1/2Br，計算A和B，返回步驟(4)。
【專利說明】—種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種抗差狀態估計方法，具體講涉及一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法。

【背景技術】
[0002]隨著智能電網的建設和發展，電網規模越來越大，電網建模更加精細化，對電力系統在線分析計算，尤其是狀態估計計算帶來了新的挑戰，如何從計算精度和計算速度兩個方面對狀態估計算法進行提升，快速準確的計算出大電網全網實時運行狀態，為其他各類分析應用提供準確可靠的數據源，已經成為大電網狀態估計計算所面臨的新問題。因此，具有更強的不良數據辨識能力、更高計算精度和計算速度的抗差狀態估計模型與算法已經成為電力系統研究中的一個熱點方向。
[0003]現有的M估計通過等價權原理化為加權最小二乘狀態估計的形式，引入權函數對量測權重進行靈活調整，繼承了最小二乘的求解形式，在迭代計算過程中，根據殘差動態調節量測權重，具有一定的抗差效果。但是，隨著我國大規模可再生能源的集約化開發，特高壓交、直流輸電技術的快速發展，以及智能電網一體化運行的深入開展，各級調度中心對在線分析和仿真計算的精度提出了更高的要求，近年來已有部分省級調度中心試驗將省、地電網模型拼接，并基于拼接后的大電網模型進行在線分析和調度員培訓模擬。省、地電網模型拼接后電網模型電壓等級跨度非常大，不同電壓等級量測量的數值及其滿刻度值往往也相差數倍甚至數十倍。抗差最小二乘估計中常用的權函數有Huber權函數、Hampel權函數、Turkey權函數、丹麥權函數、IGG權函數等。現有的基于IGG權函數法的抗差狀態估計采用量測殘差絕對值作為判斷是否進行降權處理的依據，對不同電壓等級的具有不同特點的量測沒有進行區分，其對低電壓等級設備量測或小容量設備量測的壞數據辨識能力有限。
[0004]另外，在抗差狀態估計數學模型進行求解迭代過程中，需要根據權重調整情況重新建立加權雅可比矩陣及正交分解，因此，基于等價權原理的抗差最小二乘狀態估計的計算效率較傳統加權最小二乘方法有所下降，限制了該算法在在線分析領域中的實用化進程。
[0005]綜上所述，要將抗差最小二乘狀態估計算法更好的應用到實際電力系統中去，還需要對抗差狀態估計算法進行深入研究。


【發明內容】

[0006]針對現有技術的不足，本發明提供一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，在IGG分段權函數中引入量測類型基準值，實現對不同電壓等級量測的區分，對處于降權區的量測權因子計算公式進行修正，整體提高抗差狀態估計對不同電壓等級量測壞數據的抗差性能。
[0007]本發明的目的是采用下述技術方案實現的:
[0008]一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其改進之處在于，所述方法包括
[0009](I)讀取電網模型和SCADA量測；
[0010](2)進行網絡拓撲分析，將物理電網模型轉化成母線-支路計算模型；
[0011 ] (3)建立有功加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba和無功計算加權雅可比矩陣Rr_1/2Br，計算有功系數矩陣A和無功系數矩陣B ；
[0012](4)利用正交變換獲得有功系數矩陣和無功系數矩陣的上三角矩陣L和L1，進行狀態估計迭代求解；
[0013](5)計算量測殘差Vi,選擇量測類型基準值Si,計算遙測估計值誤差
[0014](6)計算量測權因子，判斷是否有量測處于降權區或淘汰區，沒有則狀態估計計算結束；有則根據量測權因子修正量測權重矩陣RJ1和R,，重新生成加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba和Rr-l72Br,計算A和B,返回步驟(4)。
[0015]優選的，所述步驟(I)包括從調度控制系統模型庫獲取電網模型，從SCADA應用獲取實時遙信遙測數據。
[0016]優選的，所述步驟(2)包括根據電網模型電氣聯接關系和開關/刀閘運行狀態，進行廠站母線拓撲分析，形成閉合開關/刀閘相連的結點集合，分配計算母線編號；根據投運支路聯接的計算母線集合，進行電氣島劃分，判斷電氣島帶電狀態。
[0017]優選的，所述步驟⑶包括
[0018](3.1)根據節點相關支路數進行節點排序優化，采用支路電抗形成導納矩陣，建立有功量測的雅可比矩陣Ba ;形成導納矩陣，建立無功量測的雅可比矩陣；
[0019](3.2)獲取系統量測初始權重設置，建立有功加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba和無功計算加權雅可比矩陣R,_1/2B,;其中，R；1和Rf1分別為有功量測權重矩陣和無功量測權重矩陣；
[0020](3.3)根據公式 J = F04KUWA)]和 5 = 2KU' ΚΛ-Α)]分別計算有功系數矩陣A和計算無功系數矩陣B，其中，V0取系統參考節點電壓。
[0021]優選的，所述步驟(4)包括
[0022](4.1)利用正交變換分別獲得A和B的因子表L和L1，置迭代計數器1 = 1;
[0023](4.2)按當前狀態量電壓幅值V(1)和電壓相角Θ (1)計算有功量測ha，根據公式
αα> =K2(-Ba)f K1Iza計算a⑴;其中，a(1)為有功自由矢量，Za為有功量測矢量，ha為用狀態量V(1)和Θ (1)表達的有功量測；
[0024](4.3)利用A的因子表L由公式ΑΛ Θ (1) = 解出電壓相角修正矢量Δ Θ⑴，判斷I Λ Θ (1) Imax是否達到收斂精度；若不收斂，則計算Θ _ = θ (1)+Δ Θ (1)，若收斂，則有功收斂標志位I ;
[0025](4.4)按當前狀態量電壓幅值Va)和電壓相角θ ω計算無功量測匕，根據公式b11' =K 計算b(1);其中，b(1)為無功自由矢量，Zr為無功量測矢量，hr為用狀態量Va)和θ⑴表達的無功量測；
[0026](4.5)利用B的因子表L1由公式BAV(1) = b(1)解出電壓幅值修正矢量Λ V⑴，判斷I λ Va) Imax是否達到收斂精度；若不收斂，則計算V(1+1) =V(1)+AVa)，若收斂，則無功收斂標志位I ;
[0027](4.6)判斷有功和無功收斂標志位是否都為1，為I則狀態估計迭代收斂，否則迭代計數器I = 1+1 ;判斷是否達到最大迭代次數，達到最大迭代次數，則狀態估計不收斂，計算結束；未達到最大迭代次數則返回步驟(4.2)。
[0028]進一步地,采用Givens正交三角化的列超前并行消去算法求解L和L1,采用4進程并行模式，所述步驟(4.1)包括
[0029](4.1.1)記加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba為Bw，Givens變換將Bw的某一元素bn零化，

可以看成矩陣Bw的兩行左乘一個二階平面旋轉陣，即

【權利要求】
1.一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述方法包括 (1)讀取電網模型和SCADA量測； (2)進行網絡拓撲分析，將物理電網模型轉化成母線-支路計算模型； (3)建立有功加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba和無功計算加權雅可比矩陣R,/2B?計算有功系數矩陣A和無功系數矩陣B; (4)利用正交變換獲得有功系數矩陣和無功系數矩陣的上三角矩陣L和L1,進行狀態估計迭代求解； (5)計算量測殘差Vi，選擇量測類型基準值Si,計算遙測估計值誤差P; (6)計算量測權因子，判斷是否有量測處于降權區或淘汰區，沒有則狀態估計計算結束；有則根據量測權因子修正量測權重矩陣R,和R,，重新生成加權雅可比矩陣1^_1/283和Rfv2Bp計算A和B，返回步驟(4)。
2.如權利要求1所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(I)包括從調度控制系統模型庫獲取電網模型，從SCADA應用獲取實時遙信遙測數據。
3.如權利要求1所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(2)包括根據電網模型電氣聯接關系和開關/刀閘運行狀態，進行廠站母線拓撲分析，形成閉合開關/刀閘相連的結點集合，分配計算母線編號；根據投運支路聯接的計算母線集合，進行電氣島劃分，判斷電氣島帶電狀態。
4.如權利要求1所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(3)包括 (3.1)根據節點相關支路數進行節點排序優化，采用支路電抗形成導納矩陣，建立有功量測的雅可比矩陣Ba ;形成導納矩陣，建立無功量測的雅可比矩陣； (3.2)獲取系統量測初始權重設置，建立有功加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba和無功計算加權雅可比矩陣R,_1/2B,;其中，R；1和Rf1分別為有功量測權重矩陣和無功量測權重矩陣；
(3.3)根據公式/i = K)[(-5 Y K1 (-Bu)]和S = JV [(-5 V K ' (-Br)]分別計算有功系數矩陣A和計算無功系數矩陣B，其中，Vtl取系統參考節點電壓。
5.如權利要求1所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(4)包括 (4.1)利用正交變換分別獲得A和B的因子表L和L1，置迭代計數器1 = 1; (4.2)按當前狀態量電壓幅值Vq)和電壓相角θ⑴計算有功量測ha，根據公式計算a(1);其中，a(1)為有功自由矢量，Za為有功量測矢量，ha為用狀態量V(1)和Θ (1)表達的有功量測； (4.3)利用A的因子表L由公式ΑΛθ(1) =a(1)解出電壓相角修正矢量Λ θ(1)，判斷Δ Θ (1) |max是否達到收斂精度；若不收斂，則計算Θ (1+1) = θ (1)+Δ Θ (1)，若收斂，則有功收斂標志位I ; (4.4)按當前狀態量電壓幅值Vq)和電壓相角θ⑴計算無功量測tv根據公式,([ζ,.-?"1/#)]計算b(1);其中，b⑴為無功自由矢量，％為無功量測矢量，hr為用狀態量νω和θ (1)表達的無功量測； (4.5)利用B的因子表L1由公式BAVa) = b(1)解出電壓幅值修正矢量Λν(1)，判斷AV(1)L.是否達到收斂精度；若不收斂，則計算V(1+1) = V(1)+AVa)，若收斂，則無功收斂標志位I ; (4.6)判斷有功和無功收斂標志位是否都為1，為I則狀態估計迭代收斂，否則迭代計數器I = 1+1 ;判斷是否達到最大迭代次數，達到最大迭代次數，則狀態估計不收斂，計算結束；未達到最大迭代次數則返回步驟(4.2)。
6.如權利要求5所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，采用Givens正交三角化的列超前并行消去算法求解L和L1，采用4進程并行模式，所述步驟(4.1)包括 (4.1.1)記加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba為Bw，Givens變換將Bw的某一元素bu零化，可以


(c s\( β \ ( β'Λ看成矩陣Bw的兩行左乘一個二階平面旋轉陣，S卩— ==〗，其中βρ?為~矩


\s 0■八 A y \Pi)陣的 i 行和 j 行，i, j ^ {I, ---,ml, i ^ j,c = sin Θ u，s = cos θ Θ。表示旋轉的角度；由β/中的bu ’ =0，可確定(3和8;0/的元素和β/的其余元素為:
b，Jt = cbJt+sbit, (t = I, *..η)
b，it = -sbJt+cbit, (t = I,...，n, t 關 I)；(4.1.2) Bw矩陣分塊存儲，Bw矩陣儲存在進程O中，將Bw矩陣按行分解為4塊，序號為O、1、2、3，將第1、2、3塊分別發送給進程1、2和3，進程O保存并處理第O塊Bw矩陣數據；(4.1.3)進程OWBw矩陣取一行數據，經消去操作后，將此行數據發送給進程1，進程I完成相應的列消去操作后，再將此行數組發送給進程2，以此類推；進程O將數據發送后可再次從Bw矩陣取下一行數據，進行消去操作，并重復上述過程，以實現并行計算； (4.1.4)進程3完成列消去操作后，將此行數組保存到L矩陣當中； (4.1.5)全部消去完成后，進程3將最終生成的L矩陣發送給進程O。
7.如權利要求1所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(5)包括 (5.1)根據公式Vi = Z1-hi(V，Θ )計算各量測殘差Vi ; (5.2)根據量測電壓等級和量測設備類型選擇量測類型基準值Si，根據Si計算量測估、山、口^ I計祆差]r。
8.如權利要求1所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(6)包括根據改進IGG權函數
計算所有量測權因子，其中， 為保權區，矣為降權區，為淘汰區；判斷是否有量測處于降權區或淘汰區，沒有則狀態估計計算結束；有則根據量測權因子修正量測權重矩陣R,和R,，重新生成有功加權雅可比矩陣Ra_1/2Ba和無功計算加權雅可比矩陣R,/2Bp計算有功系數矩陣A和計算無功系數矩陣B，返回步驟(4)，直至沒有量測處于降權區或淘汰區，則狀態估計結束。
9.如權利要求8所述的一種用于多電壓等級電網模型的抗差狀態估計方法，其特征在
于，所述公式
的變換過程如下: (9.1)166權函數
采用量測殘差絕對值對權函數進行分區，
引入量測類型基準值Si，計算遙測數據估計值誤差Vi/Si，對權函數進行分區，區分了不同電壓等級的量測；其中，kl，k2 e R，0〈kl〈k2，σ為電力系統遙測量的標準誤差，| ν |為量測殘差絕對值；
(9.2) IGG權函數
通過等價權化作用于加權最小二乘法目標
函數時，處于降權區的量測的目標函數分量為Ji (X) = Tik1 O |v|,修正原有權函數中處于降權區的量測權因子為.^~ *
K(3)通過(9.1)和(9.2)得到改進的IGG權函數為
其中，￥為遙測數據估計值誤差，遙測數據估計值誤差門檻k1; k2取值根據實際系統量測情況設置，K大于0.03，k2大于k1D
【文檔編號】G06F19/00GK104184144SQ201410450017
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】徐杰, 郭凌旭, 張志君, 徐晟 , 范廣民, 羅雅迪, 趙昆, 鄒煜, 郎燕生, 賈育培, 王磊, 王少芳, 竇成龍 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 國網天津市電力公司