本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中電網(wǎng)狀態(tài)估計領(lǐng)域，特別是涉及一種基于線性電路的三相配電網(wǎng)可觀測性分析方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)可觀測分析方法主要包括拓撲法、數(shù)值法和混合法，其共同特點是都采用正序模型，未考慮三相不平衡量測模型和三相網(wǎng)絡(luò)模型，未考慮分布式電源對可觀測性分析的影響。此外，傳統(tǒng)可觀測性分析僅考慮支路功率和節(jié)點功率量測對可觀測性的影響，并假定有功和無功量測成對出現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于線性電路的三相配電網(wǎng)可觀測性分析方法，是一種更為通用的可觀測性分析方法，能夠處理所有三相量測和三相不平衡的配電網(wǎng)絡(luò)模型。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種基于線性電路的三相配電網(wǎng)可觀測性分析方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟s1：建立三相配電網(wǎng)設(shè)備量測模型；

步驟s2：基于量測雅可比矩陣的秩分析，判斷支路是否可觀，從而得到三相配電網(wǎng)中的不可觀測支路；

步驟s3：根據(jù)不可觀測支路分析結(jié)果，形成三相配電網(wǎng)的可觀測島。

進一步地，在所述步驟s1中，建立三相配電網(wǎng)設(shè)備量測模型，具體為：

在建立所述量測建模時，對于三相配電網(wǎng)中的配電變壓器采用一種新的三相建模方法，星型或三角型接法配電變壓器都用基本單繞組變壓器單元組成；在進行可觀測性分析中，增加虛擬節(jié)點作為待求狀態(tài)節(jié)點，增加原邊和副邊的支路電流作為待求變量，則虛擬量測方程表示成：

其中，t是變壓器檔位，i、j、k、m是節(jié)點編號，表示復(fù)數(shù)電流，表示復(fù)數(shù)電壓；

在建立所述量測建模時，對于線電壓量測，其量測方程表示為：

其中，||表示復(fù)數(shù)量的模，u^mea表示線電壓量測值，i、j是三相網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點編號；

在建立所述量測建模時，對于分布式電源，其零序和負序電流常控制為0，補充分布式電源注入電網(wǎng)的三相電流作為待求變量，對于分布式電源，補充量測方程為：

其中，及分別為分布式電源支路i的零序及負序電流，分別為分布式電源支路i的三相線電流，α＝e^j120；

在可觀測性分析中，待觀測變量除節(jié)點電壓幅值和相角外，還包括配電變壓器檔位、配電變壓器原邊和副邊的支路電流、分布式電源注入電網(wǎng)的電流，則所有的功率量測都通過設(shè)定節(jié)點電壓為額定電壓轉(zhuǎn)化為電流量測，方程為：

其中p^mea和q^mea分別表示有功和無功量測；

如果節(jié)點功率僅存在有功功率量測，則有功功率量測可以表示為：

如果節(jié)點功率僅存在無功功率量測，則無功功率量測可以表示為：

由此，整個配電網(wǎng)絡(luò)的量測模型都由線性電路方程表示完成。

進一步地，在所述步驟s2中，基于量測雅可比矩陣的秩分析，得到三相配電網(wǎng)中的不可觀測支路，具體為：

在原有配電網(wǎng)量測的基礎(chǔ)上，將擬增加的支路量測方程雅可比矩陣統(tǒng)一用hk表示，對于p個增加的支路量測，hk維數(shù)是p×β；支路量測是指組成配電網(wǎng)的任一支路的復(fù)數(shù)電流量測，增加的量測包括三相支路量測、兩相支路量測、單相支路量測，原有配電網(wǎng)量測雅可比矩陣用h表示，維數(shù)是α×β；

假設(shè)量測雅可比矩陣的秩為f(f<β)，通過矩陣的初等行變換和列變換，將不相關(guān)的行矢量和列矢量排列在矩陣左上角，量測雅可比矩陣分解為四部分：

其中hf是滿秩部分，hn、hm、hr是其他部分；子矩陣hf的lu分解表示為：hf＝lu；構(gòu)造矩陣，其中i是單位陣；

則量測雅可比矩陣h等效為：

其中，p＝hm·u^-1，hr＝hmu^-1l^-1hn。

在可觀測性分析中，增益矩陣定義為量測雅可比矩陣的轉(zhuǎn)置乘以量測雅可比矩陣，當(dāng)新增加任一支路量測時，增益矩陣g改寫為g′：

式中，q＝l^tl+p^tp，增加支路量測對量測雅可比矩陣秩的影響用矩陣來分析，矩陣m分為兩部分，其中是f×1維矩陣，是其他子矩陣；在改寫后的增益矩陣g′中，矩陣q和矩陣u0均非奇異，原增益矩陣g的秩是否增加由mm^t決定：

如果矩陣的列向量是零向量，則增加支路量測對原本量測雅可比矩陣的秩沒有影響，表示增加該支路量測不提升可觀測性，支路不可觀；如果矩陣的列向量不是零向量，則增加該支路量測可增加量測雅可比矩陣h的秩，表示該支路是可觀測的。

進一步地，在所述步驟s3中，獲得可觀測島的方法具體為：遍歷所有支路，虛擬增加支路量測，如果增加支路量測不能夠增加可觀測性，則該支路不可觀測，由此可判斷得到不可觀測的支路，而后剔除掉不可觀測支路，配電網(wǎng)就被分成若干可觀測島。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠處理所有三相配電網(wǎng)量測類型，能夠處理分布式電源對三相配電網(wǎng)可觀測性的影響，并能夠分析配電變壓器檔位的可觀測性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明三相配電網(wǎng)可觀測性分析流程圖。

圖2是三相配電變壓器的基本組成單元模型。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。

本實施例提供一種基于線性電路的三相配電網(wǎng)可觀測性分析方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟s1：建立三相配電網(wǎng)設(shè)備量測模型；

步驟s2：基于量測雅可比矩陣的秩分析，判斷支路是否可觀，從而得到三相配電網(wǎng)中的不可觀測支路；

步驟s3：根據(jù)不可觀測支路分析結(jié)果，形成三相配電網(wǎng)的可觀測島。

在本實施例中，在所述步驟s1中，建立三相配電網(wǎng)設(shè)備量測模型，具體為：

在建立所述量測建模時，對于三相配電網(wǎng)中的配電變壓器采用一種新的三相建模方法，星型或三角型接法配電變壓器都用基本單繞組變壓器單元組成，圖2是三相配電變壓器的基本組成單元模型；在進行可觀測性分析中，增加虛擬節(jié)點作為待求狀態(tài)節(jié)點，增加原邊和副邊的支路電流作為待求變量，則虛擬量測方程表示成：

其中，t是變壓器檔位，i、j、k、m是節(jié)點編號，表示復(fù)數(shù)電流，表示復(fù)數(shù)電壓；

在建立所述量測建模時，對于線電壓量測，其量測方程表示為：

其中，||表示復(fù)數(shù)量的模，u^mea表示線電壓量測值，i、j是三相網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點編號；

在建立所述量測建模時，對于分布式電源，其零序和負序電流常控制為0，補充分布式電源注入電網(wǎng)的三相電流作為待求變量，對于分布式電源，補充量測方程為：

其中，及分別為分布式電源支路i的零序及負序電流，分別為分布式電源支路i的三相線電流，α＝e^j120；

在可觀測性分析中，待觀測變量除節(jié)點電壓幅值和相角外，還包括配電變壓器檔位、配電變壓器原邊和副邊的支路電流、分布式電源注入電網(wǎng)的電流，則所有的功率量測都通過設(shè)定節(jié)點電壓為額定電壓轉(zhuǎn)化為電流量測，方程為：

其中p^mea和q^mea分別表示有功和無功量測；

如果節(jié)點功率僅存在有功功率量測，則有功功率量測可以表示為：

如果節(jié)點功率僅存在無功功率量測，則無功功率量測可以表示為：

由此，整個配電網(wǎng)絡(luò)的量測模型都由線性電路方程表示完成。

在本實施例中，在所述步驟s2中，基于量測雅可比矩陣的秩分析，得到三相配電網(wǎng)中的不可觀測支路，具體為：

在原有配電網(wǎng)量測的基礎(chǔ)上，將擬增加的支路量測方程雅可比矩陣統(tǒng)一用hk表示，對于p個增加的支路量測，hk維數(shù)是p×β；支路量測是指組成配電網(wǎng)的任一支路的復(fù)數(shù)電流量測，增加的量測包括三相支路量測、兩相支路量測、單相支路量測，原有配電網(wǎng)量測雅可比矩陣用h表示，維數(shù)是α×β；

假設(shè)量測雅可比矩陣的秩為f(f<β)，通過矩陣的初等行變換和列變換，將不相關(guān)的行矢量和列矢量排列在矩陣左上角，量測雅可比矩陣分解為四部分：

其中hf是滿秩部分，hn、hm、hr是其他部分；子矩陣hf的lu分解表示為：hf＝lu；構(gòu)造矩陣，其中i是單位陣；

則量測雅可比矩陣h等效為：

其中，p＝hm·u^-1，hr＝hmu^-1l^-1hn。

在可觀測性分析中，增益矩陣定義為量測雅可比矩陣的轉(zhuǎn)置乘以量測雅可比矩陣，當(dāng)新增加任一支路量測時，增益矩陣g改寫為g′：

式中，q＝l^tl+p^tp，增加支路量測對量測雅可比矩陣秩的影響用矩陣來分析，矩陣m分為兩部分，其中是f×1維矩陣，是其他子矩陣；在改寫后的增益矩陣g′中，矩陣q和矩陣u0均非奇異，原增益矩陣g的秩是否增加由mm^t決定：

如果矩陣的列向量是零向量，則增加支路量測對原本量測雅可比矩陣的秩沒有影響，表示增加該支路量測不提升可觀測性，支路不可觀；如果矩陣的列向量不是零向量，則增加該支路量測可增加量測雅可比矩陣h的秩，表示該支路是可觀測的。

在本實施例中，在所述步驟s3中，獲得可觀測島的方法具體為：遍歷所有支路，虛擬增加支路量測，如果增加支路量測不能夠增加可觀測性，則該支路不可觀測，由此可判斷得到不可觀測的支路，而后剔除掉不可觀測支路，配電網(wǎng)就被分成若干可觀測島。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。