CN101958543B - 一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法 - Google Patents

一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法 Download PDF

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CN101958543B CN201010140811A CN201010140811A CN101958543B CN 101958543 B CN101958543 B CN 101958543B CN 201010140811 A CN201010140811 A CN 201010140811A CN 201010140811 A CN201010140811 A CN 201010140811A CN 101958543 B CN101958543 B CN 101958543B
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Abstract

本发明涉及一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，属于电力系统运行和控制技术领域。首先进行量测采集，然后将变电站各电压等级各相各无阻抗开关支路形成连通的开关岛，在各开关岛内分别进行无阻抗电压状态估计和无阻抗功率状态估计，再根据功率估计值分别进行坏数据的辨识和开关状态错误辨识，用删除坏数据后的量测量重新进行状态估计。本发明的优点是利用了变电站内高度冗余的多源三相量测信息，对无阻抗开关支路建立量测方程进行三相状态估计，开关状态辨识和遥测坏数据辨识实现解耦，同时将坏数据和开关状态错误解决在变电站层，从而提高了全网状态估计的可靠性。

Description

一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法
技术领域
本发明涉及一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，属于电力系统运行和控制技术领域。
背景技术
能量管理系统(Energy management system，以下简称EMS)是基于计算机的现代电力系统的调度自动化系统，其任务是对电力系统进行实时采集、监视、分析、优化和控制决策。电力系统状态估计是EMS的基础和核心环节，状态估计是利用从电力系统中采集的实时量测信息，排除错误信息，计算出完整、一致和可信的电力系统实时变量，保证EMS控制决策的正确性。
状态估计是电网运行和控制的基础，传统状态估计是在电力控制中心实施，主要有不够可靠，不够快，脆弱，自愈能力差，维护工作量大等缺点。本申请人曾经提出过专利申请号为200910079302.1，发明名称为《基于基尔霍夫电流定律的变电站分布式状态估计方法》的方法，可以有效地解决上述问题，利用变电站内高冗余度的量测信息进行状态估计，基于基尔霍夫电流定律建立量测方程并进行状态估计，开关状态辨识和遥测坏数据辨识实现解耦，能很好地排除拓扑错误和坏数据，并将拓扑分析结果及状态估计所得的熟数据送往调度中心，提高熟数据可靠性，从而提高了全网状态估计的可靠性。但是，该方法量测数据全部来自相量测量单元(PMU)，在没有普及相量测量单元的变电站中难以实施。同时，这种方法对网络结构进行了简化，假设系统运行在三相平衡条件下，系统网络是只有正序的三相对称系统，也就是说，除了三相之间120度的相角差，三相具有相同的电压，电流及其它一些电气特征。
实际电力系统中，发输配电网大都是运行在三相不完全平衡、结构不完全对称的状态下。三相参数不对称，负荷不对称，非全相运行和检修及电气化铁路都会造成电网的三相不平衡。电网三相不平衡时产生的负序电流和谐波对电力设备的危害性很大，如果不采取措施，会对电网运行造成影响，特别是容易引起继电保护装置的误动作。因此，调度中心人员需了解电网的三相不平衡度，发现非全相运行的状态，做出快速正确的调度决策。同时，三相不平衡也是传统状态估计精度不高的一个重要原因。综上所述，在变电站中采用三相模型进行三相状态估计是十分必要的。
同时，随着变电站的发展，越来越多的相量测量单元(PMU)被引入变电站，使变电站中遥测数据的类型也越来越多，不同测点的遥测数据类型也不尽相同。传统的数据采集与监控系统(SCADA)为变电站提供各种三相电压电流幅值量测及功率量测，而PMU则提供了各种三相复电压和复电流量测信息。综合利用各种量测信息进行状态估计有利于提高变电站状态估计的冗余度和可靠性。
发明内容
本发明的目的是提出一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，利用变电站内高度冗余的三相多源同步实时数据，建立三相无阻抗节点-支路模型，通过三相解耦的无阻抗功率状态估计和无阻抗电压状态估计，剔除量测坏数据和开关状态坏数据，得到正确的开关状态。
本发明提出的变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，包括以下步骤：
(1)以T为采集周期，对变电站内各电压等级进行扫描，采集当前时间t(0)时变电站中各电压等级内来自数据采集与监控系统和相量测量系统的量测数据，来自数据采集与监控系统的量测数据有：变电站内各开关上流过的三相电流幅值
Figure GSA00000075070300021
三相有功功率量测
Figure GSA00000075070300022
和三相无功功率量测变电站内各节点的三相电压幅值三相注入电流幅值
Figure GSA00000075070300025
三相注入有功功率量测
Figure GSA00000075070300026
和三相注入无功功率量测
Figure GSA00000075070300027
以及变电站内各开关各相的开关状态遥信
Figure GSA00000075070300028
来自相量测量系统的量测数据有：变电站内各节点的三相复电压
Figure GSA00000075070300029
三相注入复电流
Figure GSA000000750703000210
三相注入有功功率量测
Figure GSA000000750703000211
和三相注入无功功率量测
Figure GSA000000750703000212
其中，上标
Figure GSA000000750703000213
分别表示第
Figure GSA000000750703000214
相量测数据；
(2)初始化变电站内第k个电压等级第
Figure GSA000000750703000215
相各开关和刀闸的状态为闭合，则变电站内第k个电压等级第
Figure GSA000000750703000216
相各闭合的开关支路为无阻抗开关支路；
(3)定义变电站内第k个电压等级第相无阻抗支路形成N个连通的开关岛；
(4)对变电站内第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000218
相第n个开关岛进行无阻抗电压状态估计，得出第
Figure GSA000000750703000219
相第n个开关岛复电压估计值
Figure GSA000000750703000220
上式中幅值
Figure GSA00000075070300031
相角
Figure GSA00000075070300032
其中，m1是第
Figure GSA00000075070300033
相第n个开关岛内节点复电压量测
Figure GSA00000075070300034
的个数，m2是节点电压幅值量测
Figure GSA00000075070300035
的个数，
Figure GSA00000075070300036
和分别是上述节点复电压量测
Figure GSA00000075070300038
中第i个量测的幅值和相角，
Figure GSA00000075070300039
是上述节点电压幅值量测中第i个量测，wmag1i、wangi和wmag2i分别是上述
Figure GSA000000750703000311
和
Figure GSA000000750703000312
的权重；
(5)设定一无阻抗电压状态估计误差阈值，定义第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000313
相第n个开关岛内电压量测向量为：
Figure GSA000000750703000314
其中
Figure GSA000000750703000315
为所述的节点复电压量测，
Figure GSA000000750703000316
为所述的节点电压幅值量测，若第i个电压量测
Figure GSA000000750703000317
与上述开关岛电压估计值
Figure GSA000000750703000318
之间正则化残差值最大且该差值大于上述设定的无阻抗电压状态估计误差阈值，则该量测
Figure GSA000000750703000319
为坏数据，删除该坏数据，重复步骤(4)-(5)，直到各电压量测向量中没有坏数据，且第n个开关岛电压估计幅值为上述
Figure GSA000000750703000320
相角为上述
Figure GSA000000750703000321
(6)计算上述第k个电压等级的第
Figure GSA000000750703000322
相第n个开关岛内各节点注入视在功率平方伪量测及各开关支路视在功率平方伪量测
Figure GSA000000750703000324
视在功率平方伪量测的求解如下：
Figure GSA000000750703000325
其中，
Figure GSA000000750703000326
为第
Figure GSA000000750703000327
相第n个开关岛内各节点注入电流幅值量测，
Figure GSA000000750703000328
为第
Figure GSA000000750703000329
相第n个开关岛内各开关支路电流幅值量测，为上述第n个开关岛电压幅值估计值；
(7)以第
Figure GSA000000750703000331
相第n个开关岛内无阻抗开关支路上有功功率
Figure GSA000000750703000332
和无功功率
Figure GSA000000750703000333
为状态量设上述第k个电压等级内第
Figure GSA00000075070300042
相第n个开关岛内状态量初值
Figure GSA00000075070300043
为相应的各无阻抗开关支路上有功功率和无功功率量测，即
Figure GSA00000075070300044
定义第相第n个开关岛内线性量测向量为：
Figure GSA00000075070300046
非线性量测向量为：
Figure GSA00000075070300047
则上述第k个电压等级第相第n个开关岛内量测向量
(8)设迭代次数的初始值count＝0，将上述作为已知量，
Figure GSA000000750703000411
作为状态量初值，对各无阻抗支路建立量测方程进行无阻抗功率状态估计，得到第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000412
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上功率估计值
Figure GSA000000750703000413
无阻抗功率状态估计迭代方程如下：
Figure GSA000000750703000414
其中
Figure GSA000000750703000415
是无阻抗功率状态估计迭代修正量，W是变电站自动化系统中量测的权重矩阵，
Figure GSA000000750703000416
为非线性部分量测函数，雅可比矩阵
Figure GSA000000750703000417
通过量测方程得到，其中线性部分量测方程为：
Figure GSA000000750703000418
上式中AKCL是第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000419
相第n个开关岛无阻抗电网中的节点-支路关联矩阵，I为单位矩阵，rl为线性部分量测误差矢量，
非线性部分量测方程为：
上式中，rnl是非线性部分量测的误差矢量，
Figure GSA00000075070300052
为非线性部分量测函数：
上式中，
Figure GSA00000075070300054
分别为状态量
Figure GSA00000075070300055
的有功功率部分和无功功率部分，Pinj，Qinj分别为由开关上功率状态量
Figure GSA00000075070300056
求得的各节点注入有功功率和无功功率：
Figure GSA00000075070300057
计算得到非线性部分量测方程的雅可比矩阵Hnl：
Figure GSA00000075070300058
(9)使迭代次数count＝count+1，设定一个无阻抗功率状态估计迭代精度ε，当上述状态估计迭代修正量
Figure GSA00000075070300059
时，重复步骤(8)-(9)，当
Figure GSA000000750703000510
时，迭代结束，设定一迭代次数门槛值countmax，若迭代次数count＜countmax，状态估计收敛，得到第
Figure GSA000000750703000511
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上功率状态量最终估计结果并进入步骤(10)，若count≥countmax，状态估计发散，重复步骤(1)-(9)；
(10)根据上述计算结果，求解式
Figure GSA000000750703000513
以得到估计后的第
Figure GSA000000750703000514
相量测量的估计值
Figure GSA000000750703000515
设定一个无阻抗功率状态估计误差阈值，将上述第k个电压等级第
Figure GSA000000750703000516
相第n个开关岛内量测向量
Figure GSA000000750703000517
中第i个量测值
Figure GSA000000750703000518
与上述估计后的第
Figure GSA000000750703000519
相第i个开关上的量测量估计值
Figure GSA000000750703000520
进行比较，若两者正则化残差值最大且该差值大于设定的无阻抗功率状态估计误差阈值，则该量测
Figure GSA000000750703000521
为坏数据，删除该坏数据，置该量测的权重wi＝0，重复步骤(8)-(10)，直到各量测量中没有坏数据；
(11)设定一个估计阈值，将上述第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000522
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上的视在功率估计值与估计阈值进行比较，若第i个开关视在功率估计值xcbi大于估计阈值，则该开关的估计状态为闭合状态，若第i个开关视在功率估计值xcbi小于估计阈值，则该开关的估计状态为断开状态；将比较得到的第i个开关的估计状态与上述第i个开关开合状态量测进行比较，若开关的估计状态与上述开合状态量测值不一致，则该开关的开合状态量测
Figure GSA00000075070300061
为坏数据，将开合状态量测
Figure GSA00000075070300062
替代为开关的估计状态，若开关的估计状态与上述开合状态量测一致，则保持开关状态量测不变，重复步骤(4)-(11)，直到所有开关岛状态估计完成则转入步骤(12)；
(12)根据上述开关岛状态估计结果，重新确定第k个电压等级第
Figure GSA00000075070300063
相内各开关状态，开关闭合的支路为无阻抗支路，重复步聚(3)-(12)，重新形成开关岛并进行第二次状态估计，完成第二次状态估计后，进入步骤(13)；
(13)上述步骤完成对a相状态估计后，令
Figure GSA00000075070300064
重复步骤(2)-(13)，对b，c两相分别进行状态估计，完成三相状态估计后，转入步骤(14)；
(14)当此电压等级状态估计完成之后，进入下一个电压等级进行状态估计，重复步骤(2)-(14)，直到完成所有电压等级状态估计；
(15)将当前采集时间t(1)与t(0)进行比较，当t(1)-t(0)大于上述采集周期T时，重复步骤(1)-(15)。
本发明提出的变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，，其优点为：首先，利用变电站内冗余的三相遥测数据，可以进行三相解耦的状态估计，从而更好地监控三相不平衡信息。其次，本方法能利用变电站内高度冗余的同步的三相多源实时数据，如来自数据采集与监控系统和相量测量单元的数据，从而提高量测量的冗余度和状态估计的可靠性，有较好的实用性。同时，本方法通过建立无阻抗节点-支路模型进行状态估计，并通过估计结果判断各相开关正确的状态，估计结果不受开关量测状态约束，开关状态辨识和遥测坏数据辨识实现解耦，即使在不知道三相开关量测状态的情况下，通过三相变电站状态估计结果仍可判断三相开关的开合状态，方法简单可靠，计算速度快。本方法在变电站中进行拓扑分析，将开关状态错误和坏数据解决在变电站级，为控制中心提供变电站各节点三相复电压状态估计值及各功率估计值，使控制中心的状态估计无需查找拓扑错误和坏数据，达到了计算结果可靠、计算效率高、高鲁棒、强自愈和减少系统维护的工作量等目的。
综上所述，本发明方法利用了变电站内高度冗余的多源三相量测信息，对无阻抗开关支路建立量测方程进行三相状态估计，开关状态辨识和遥测坏数据辨识实现解耦，同时将坏数据和开关状态错误解决在变电站层，从而提高了全网状态估计的可靠性。
附图说明
图1是本发明方法的流程框图。
图2是本发明方法的一个实施例中采用的变电站模型。
具体实施方式
本发明提出的变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：
(1)以T为采集周期，对变电站内各电压等级进行扫描，采集当前时间t(0)时变电站中各电压等级内来自数据采集与监控系统和相量测量系统的量测数据，来自数据采集与监控系统的量测数据有：变电站内各开关上流过的三相电流幅值
Figure GSA00000075070300071
三相有功功率量测
Figure GSA00000075070300072
和三相无功功率量测
Figure GSA00000075070300073
变电站内各节点的三相电压幅值
Figure GSA00000075070300074
三相注入电流幅值
Figure GSA00000075070300075
三相注入有功功率量测
Figure GSA00000075070300076
和三相注入无功功率量测
Figure GSA00000075070300077
以及变电站内各开关各相的开关状态遥信
Figure GSA00000075070300078
来自相量测量系统的量测数据有：变电站内各节点的三相复电压
Figure GSA00000075070300079
三相注入复电流
Figure GSA000000750703000710
三相注入有功功率量测
Figure GSA000000750703000711
和三相注入无功功率量测
Figure GSA000000750703000712
其中，上标
Figure GSA000000750703000713
分别表示第
Figure GSA000000750703000714
相量测数据；
(2)初始化变电站内第k个电压等级第
Figure GSA000000750703000715
相各开关和刀闸的状态为闭合，则变电站内第k个电压等级第相各闭合的开关支路为无阻抗开关支路；
(3)定义变电站内第k个电压等级第
Figure GSA000000750703000717
相无阻抗支路形成N个连通的开关岛；
(4)对变电站内第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000718
相第n个开关岛进行无阻抗电压状态估计，得出第
Figure GSA000000750703000719
相第n个开关岛复电压估计值
上式中幅值
Figure GSA000000750703000721
相角
Figure GSA000000750703000722
其中，m1是第
Figure GSA000000750703000723
相第n个开关岛内节点复电压量测
Figure GSA000000750703000724
的个数，m2是节点电压幅值量测
Figure GSA000000750703000725
的个数，
Figure GSA000000750703000726
和
Figure GSA000000750703000727
分别是上述节点复电压量测
Figure GSA000000750703000728
中第i个量测的幅值和相角，
Figure GSA00000075070300081
是上述节点电压幅值量测
Figure GSA00000075070300082
中第i个量测，wmag1i、wangi和wmag2i分别是上述
Figure GSA00000075070300083
和
Figure GSA00000075070300084
的权重；
(5)设定一无阻抗电压状态估计误差阈值，定义第k个电压等级内第
Figure GSA00000075070300085
相第n个开关岛内电压量测向量为：
Figure GSA00000075070300086
其中
Figure GSA00000075070300087
为所述的节点复电压量测，
Figure GSA00000075070300088
为所述的节点电压幅值量测，若第i个电压量测
Figure GSA00000075070300089
与上述开关岛电压估计值
Figure GSA000000750703000810
之间正则化残差值最大且该差值大于上述设定的无阻抗电压状态估计误差阈值，则该量测
Figure GSA000000750703000811
为坏数据，删除该坏数据，重复步骤(4)-(5)，直到各电压量测向量中没有坏数据，且第n个开关岛电压估计幅值为上述相角为上述
Figure GSA000000750703000813
(6)计算上述第k个电压等级的第
Figure GSA000000750703000814
相第n个开关岛内各节点注入视在功率平方伪量测及各开关支路视在功率平方伪量测
视在功率平方伪量测的求解如下：
Figure GSA000000750703000817
其中，为第
Figure GSA000000750703000819
相第n个开关岛内各节点注入电流幅值量测，
Figure GSA000000750703000820
为第相第n个开关岛内各开关支路电流幅值量测，
Figure GSA000000750703000822
为上述第n个开关岛电压幅值估计值；
(7)以第
Figure GSA000000750703000823
相第n个开关岛内无阻抗开关支路上有功功率
Figure GSA000000750703000824
和无功功率
Figure GSA000000750703000825
为状态量
Figure GSA000000750703000826
设上述第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000827
相第n个开关岛内状态量初值
Figure GSA000000750703000828
为相应的各无阻抗开关支路上有功功率和无功功率量测，即
Figure GSA000000750703000829
定义第相第n个开关岛内线性量测向量为：
Figure GSA000000750703000831
非线性量测向量为：则上述第k个电压等级第
Figure GSA000000750703000833
相第n个开关岛内量测向量
Figure GSA000000750703000834
(8)设迭代次数的初始值count＝0，将上述
Figure GSA00000075070300091
作为已知量，
Figure GSA00000075070300092
作为状态量初值，对各无阻抗支路建立量测方程进行无阻抗功率状态估计，得到第k个电压等级内第相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上功率估计值
Figure GSA00000075070300094
无阻抗功率状态估计迭代方程如下：
Figure GSA00000075070300095
其中
Figure GSA00000075070300096
是无阻抗功率状态估计迭代修正量，W是变电站自动化系统中量测的权重矩阵，
Figure GSA00000075070300097
为非线性部分量测函数，雅可比矩阵
Figure GSA00000075070300098
通过量测方程得到，其中线性部分量测方程为：
Figure GSA00000075070300099
上式中AKCL是第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703000910
相第n个开关岛无阻抗电网中的节点-支路关联矩阵，I为单位矩阵，rl为线性部分量测误差矢量，
非线性部分量测方程为：
Figure GSA000000750703000911
上式中，rnl是非线性部分量测的误差矢量，
Figure GSA000000750703000912
为非线性部分量测函数：
Figure GSA000000750703000913
上式中，
Figure GSA000000750703000914
分别为状态量
Figure GSA000000750703000915
的有功功率部分和无功功率部分，Pinj，Qinj分别为由开关上功率状态量
Figure GSA000000750703000916
求得的各节点注入有功功率和无功功率：
Figure GSA000000750703000917
计算得到非线性部分量测方程的雅可比矩阵Hnl：
Figure GSA000000750703000918
(9)使迭代次数count＝count+1，设定一个无阻抗功率状态估计迭代精度ε，当上述状态估计迭代修正量
Figure GSA00000075070300101
时，重复步骤(8)-(9)，当
Figure GSA00000075070300102
时，迭代结束，设定一迭代次数门槛值countmax，若迭代次数count＜countmax，状态估计收敛，得到第
Figure GSA00000075070300103
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上功率状态量最终估计结果
Figure GSA00000075070300104
并进入步骤(10)，若count≥countmax，状态估计发散，重复步骤(1)-(9)；
(10)根据上述计算结果，求解式以得到估计后的第相量测量的估计值设定一个无阻抗功率状态估计误差阈值，将上述第k个电压等级第
Figure GSA00000075070300108
相第n个开关岛内量测向量
Figure GSA00000075070300109
中第i个量测值
Figure GSA000000750703001010
与上述估计后的第相第i个开关上的量测量估计值
Figure GSA000000750703001012
进行比较，若两者正则化残差值最大且该差值大于设定的无阻抗功率状态估计误差阈值，则该量测
Figure GSA000000750703001013
为坏数据，删除该坏数据，置该量测的权重wi＝0，重复步骤(8)-(10)，直到各量测量中没有坏数据；
(11)设定一个估计阈值，将上述第k个电压等级内第
Figure GSA000000750703001014
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上的视在功率估计值与估计阈值进行比较，若第i个开关视在功率估计值xcbi大于估计阈值，则该开关的估计状态为闭合状态，若第i个开关视在功率估计值xcbi小于估计阈值，则该开关的估计状态为断开状态；将比较得到的第i个开关的估计状态与上述第i个开关开合状态量测
Figure GSA000000750703001016
进行比较，若开关的估计状态与上述开合状态量测值不一致，则该开关的开合状态量测
Figure GSA000000750703001017
为坏数据，将开合状态量测
Figure GSA000000750703001018
替代为开关的估计状态，若开关的估计状态与上述开合状态量测一致，则保持开关状态量测不变，重复步骤(4)-(11)，直到所有开关岛状态估计完成则转入步骤(12)；
(12)根据上述开关岛状态估计结果，重新确定第k个电压等级第
Figure GSA000000750703001019
相内各开关状态，开关闭合的支路为无阻抗支路，重复步聚(3)-(12)，重新形成开关岛并进行第二次状态估计，完成第二次状态估计后，进入步骤(13)；
(13)上述步骤完成对a相状态估计后，令
Figure GSA000000750703001020
重复步骤(2)-(13)，对b，c两相分别进行状态估计，完成三相状态估计后，转入步骤(14)；
(14)当此电压等级状态估计完成之后，进入下一个电压等级进行状态估计，重复步骤(2)-(14)，直到完成所有电压等级状态估计；
(15)将当前采集时间t(1)与t(0)进行比较，当t(1)-t(0)大于上述采集周期T时，重复步骤(1)-(15)。
以下介绍本发明方法用于建立变电站状态估计的模型如下：
应用图2中的3/2接线系统的节点-开关支路变电站模型。从图中可看出，变电站被变压器分为了两个电压等级。每个电压等级中各有两条母线(节点1，节点4，节点7，节点10)。本文将对变电站中的第一个电压等级进行算例分析。
在本实施例中，假设A相开关一真实状态为闭合，B、C相开关一真实状态为断开，其余开关均闭合，因此，开关一非全相运行，三相处于不对称运行状态。以潮流计算结果作为真值来对系统进行状态估计，如表1所示。这里假设各开关节点上只有一组功率和电流幅值量测。实际变电站中，可能有来自不同量测装置，如相量测量单元(PMU)，数据采集与监控系统(SCADA)的几组精度不同的量测，量测冗余度将更大。
表1变电站量测真值(p.u.)
Figure GSA00000075070300111
同时，为了更好地模拟真实的实时系统量测，在量测真值上加入了高斯噪声，以使三相量测在数值上有所差异。设A相开关一上的有功无功遥测均为坏数据，B相节点四的注入电流幅值遥测为坏数据，C相没有遥测坏数据。由于三相各开关节点量测数据量较大，这里只列出开关一，开关二，开关三及其相邻节点的量测数据。加入噪声后的三相遥测数据见表2：
表2开关和节点注入的三相量测
Figure GSA00000075070300121
三相开关的遥信及真值如表3所示。从表中可以看出，A相开关一上的开关遥信为坏数据，因此A相开关一上同时存在遥信坏数据和遥测坏数据。
表3三相开关状态真值及遥信数据
Figure GSA00000075070300122
Figure GSA00000075070300131
假设开关估计阈值为0.05。由于A相开关一上的有功无功遥测均为坏数据，视在功率值为0.014，小于估计阈值，开关状态被判断为断开。由于开关一上遥信为坏数据与功率遥测坏数据同时存在，因此仅凭状态估计前的遥测数据和遥信数据进行判断，将得到错误的开关状态。
可见，由于遥测和遥信坏数据的同时存在，利用传统的状态估计很难得到系统的真实情况。因此，本算例采用无阻抗算法，在一个电压等级中，首先忽略开关状态，假设开关均闭合进行状态估计，再根据状态估计结果判断开关状态。设正则化残差误差阈值为3，从表4中各相各开关的剔除坏数据之前的正则化残差可以看出，A相开关一上的遥测坏数据可以辨识出来，B相节点四上的注入电流遥测坏数据也能辨识出来。剔除坏数据之后，各量测正则化残差均在正常范围(小于3)之内。
表4三相量测的正则化残差对比
Figure GSA00000075070300132
Figure GSA00000075070300141
表5列出了剔除了坏数据之后的状态估计结果。从估计结果可以看出，A相开关一上的功率很小，因此A相开关一的状态应为闭合，由此可得出三相各开关的开关状态。
表5三相状态估计结果(p.u.)
Figure GSA00000075070300142
Figure GSA00000075070300151
A相开关一上既有支路功率坏数据又有开关状态坏数据。如果直接将这些数据传给控制中心，传统的控制中心状态估计方法将既会遇到拓扑错误又会遇到大量模拟量坏数据。
此变电站第一个电压等级为2/3接线，共有两个母线节点有复电压量测，即节点1和节点4，复电压遥测数据如表6所示。由于经前面拓扑分析可知两个节点在同一开关岛里，因此对该开关岛两组电压进行无阻抗电压状态估计，可得该开关岛经过状态估计后的开关岛电压估计结果。
表6开关岛电压量测及状态估计结果
Figure GSA00000075070300152
本发明可通过变电站三相状态估计，删除模拟量坏数据和开关状态坏数据，得到三相功率估计值和三相电压估计值，从而向控制中心提供正确的输入量。

Claims (1)

1.一种变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)以T为采集周期，对变电站内各电压等级进行扫描，采集当前时间t(0)时变电站中各电压等级内来自数据采集与监控系统和相量测量系统的量测数据，来自数据采集与监控系统的量测数据有：变电站内各开关上流过的三相电流幅值 
Figure FSB00000831357100011
三相有功功率量测 和三相无功功率量测 
Figure FSB00000831357100013
变电站内各节点的三相电压幅值 
Figure FSB00000831357100014
三相注入电流幅值 
Figure FSB00000831357100015
三相注入有功功率量测 
Figure FSB00000831357100016
和三相注入无功功率量测 
Figure FSB00000831357100017
以及变电站内各开关各相的开关状态量测 
Figure FSB00000831357100018
来自相量测量系统的量测数据有：变电站内各节点的三相复电压 
Figure FSB00000831357100019
三相注入复电流 
Figure FSB000008313571000110
三相注入有功功率量测 
Figure FSB000008313571000111
和三相注入无功功率量测 
Figure FSB000008313571000112
其中，上标 
Figure FSB000008313571000113
分别表示第 
Figure FSB000008313571000114
相量测数据；
(2)初始化相位，令                                                   
Figure 2010101408113100001DEST_PATH_IMAGE002
(3)初始化变电站内第k个电压等级第 相各开关和刀闸的状态为闭合，则变电站内第k个电压等级第 相各闭合的开关支路为无阻抗开关支路；
(4)定义变电站内第k个电压等级第 相无阻抗开关支路形成N个连通的开关岛；
(5)对变电站内第k个电压等级内第 相第n个开关岛进行无阻抗电压状态估计，得出第 
Figure FSB000008313571000120
相第n个开关岛复电压估计值 
Figure FSB000008313571000121
上式中幅值 
相角 
Figure FSB000008313571000123
其中，m1是第 
Figure FSB000008313571000124
相第n个开关岛内节点复电压量测 
Figure FSB000008313571000125
的个数，m2是节点电压幅值量测 的个数， 
Figure FSB000008313571000127
和 
Figure FSB000008313571000128
分别是上述节点复电压量测 
Figure FSB000008313571000129
中第i个量测的幅值和相角， 
Figure FSB000008313571000130
是上述节点电压幅值量测 中第i个量测，wmagli、wangi和wmag2i分别是上述 
Figure FSB000008313571000132
Figure FSB00000831357100021
和 
Figure FSB00000831357100022
的权重；
(6)设定一无阻抗电压状态估计误差阈值，定义第k个电压等级内第 
Figure FSB00000831357100023
相第n个开关岛内电压量测向量为： 其中 
Figure FSB00000831357100025
为所述的节点复电压量测， 
Figure FSB00000831357100026
为所述的节点电压幅值量测，若第i个电压量测 
Figure FSB00000831357100027
与上述开关岛复电压估计值 之间正则化残差值最大且该差值大于上述设定的无阻抗电压状态估计误差阈值，则该量测 
Figure FSB00000831357100029
为坏数据，删除该坏数据，重复步骤(5)-(6)，直到各电压量测向量中没有坏数据，且第n个开关岛电压估计幅值为上述 相角为上述 
Figure FSB000008313571000211
(7)计算上述第k个电压等级的第 
Figure FSB000008313571000212
相第n个开关岛内各节点注入视在功率平方伪量测 
Figure FSB000008313571000213
及各开关支路视在功率平方伪量测 
Figure FSB000008313571000214
视在功率平方伪量测的求解如下：
Figure FSB000008313571000215
其中， 为第 
Figure FSB000008313571000217
相第n个开关岛内各节点注入电流幅值量测， 
Figure FSB000008313571000218
为第 
Figure FSB000008313571000219
相第n个开关岛内各开关支路电流幅值量测， 
Figure FSB000008313571000220
为上述第n个开关岛电压幅值估计值；
(8)以第 
Figure FSB000008313571000221
相第n个开关岛内无阻抗开关支路上有功功率 
Figure FSB000008313571000222
和无功功率 
Figure FSB000008313571000223
为状态量 
Figure FSB000008313571000224
设上述第k个电压等级内第 
Figure FSB000008313571000225
相第n个开关岛内状态量初值 
Figure FSB000008313571000226
为相应的各无阻抗开关支路上有功功率和无功功率量测，即 定义第 
Figure FSB000008313571000228
相第n个开关岛内线性量测向量为： 
Figure FSB000008313571000229
非线性量测向量为： 
Figure FSB000008313571000230
则上述第k个电压等级第 
Figure FSB000008313571000231
相第n个开关岛内量测向量 
Figure FSB000008313571000232
(9)设迭代次数的初始值count＝0，将上述 
Figure FSB000008313571000233
作为已知量， 
Figure FSB000008313571000234
作为状态量初值，对各无阻抗开关支路建立量测方程进行无阻抗功率状态估计，得到第k个电压等级内第 
Figure FSB000008313571000235
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上功率估计值 
Figure FSB00000831357100031
无阻抗功率状态估计迭代方程如下：
其中 
Figure FSB00000831357100033
是无阻抗功率状态估计迭代修正量，W是变电站自动化系统中量测的权重矩阵， 
Figure FSB00000831357100034
为非线性部分量测函数，雅可比矩阵 
Figure FSB00000831357100035
通过量测方程得到，其中线性部分量测方程为：
Figure FSB00000831357100036
上式中AKCL是第k个电压等级内第 
Figure FSB00000831357100037
相第n个开关岛无阻抗电网中的节点-支路关联矩阵，I为单位矩阵，rl为线性部分量测误差矢量，
非线性部分量测方程为：
Figure FSB00000831357100038
上式中，rnl是非线性部分量测的误差矢量， 
Figure FSB00000831357100039
为非线性部分量测函数：
Figure FSB000008313571000310
上式中， 分别为状态量 的有功功率部分和无功功率部分，Pinj，Qinj分别为由开关上功率状态量 求得的各节点注入有功功率和无功功率：
Figure FSB000008313571000314
计算得到非线性部分量测方程的雅可比矩阵Hnl： 
Figure FSB000008313571000315
(10)使迭代次数count＝count+1，设定一个无阻抗功率状态估计迭代精度ε，当上述状态估计迭代修正量 
Figure FSB000008313571000316
时，重复步骤(9)-(10)，当 
Figure FSB000008313571000317
时，迭代结束，设 定一迭代次数门槛值countmax，若迭代次数count＜countmax，状态估计收敛，得到第 
Figure FSB00000831357100041
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上功率状态量最终估计结果 
Figure FSB00000831357100042
并进入步骤(11)，若count≥countmax，状态估计发散，重复步骤(1)-(10)；
(11)根据上述计算结果，求解式 
Figure FSB00000831357100043
以得到估计后的第 相量测量的估计值 设定一个无阻抗功率状态估计误差阈值，将上述第k个电压等级第 
Figure FSB00000831357100046
相第n个开关岛内量测向量 中第i个量测值 
Figure FSB00000831357100048
与上述估计后的第 相第i个开关上的量测量估计值 
Figure FSB000008313571000410
进行比较，若两者正则化残差值最大且该差值大于设定的无阻抗功率状态估计误差阈值，则该量测 
Figure FSB000008313571000411
为坏数据，删除该坏数据，置该量测的权重wi＝0，重复步骤(9)-(11)，直到各量测量中没有坏数据；
(12)设定一个估计阈值，将上述第k个电压等级内第 
Figure FSB000008313571000412
相第n个开关岛内各无阻抗开关支路上的视在功率估计值 
Figure FSB000008313571000413
与估计阈值进行比较，若第i个开关视在功率估计值xcbi大于估计阈值，则该开关的估计状态为闭合状态，若第i个开关视在功率估计值xcbi小于估计阈值，则该开关的估计状态为断开状态；将比较得到的第i个开关的估计状态与上述第i个开关开合状态量测 
Figure FSB000008313571000414
进行比较，若开关的估计状态与上述开合状态量测值不一致，则该开关的开合状态量测 
Figure FSB000008313571000415
为坏数据，将开合状态量测 
Figure FSB000008313571000416
替代为开关的估计状态，若开关的估计状态与上述开合状态量测一致，则保持开关状态量测不变，重复步骤(5)-(12)，直到所有开关岛状态估计完成则转入步骤(13)；
(13)根据上述开关岛状态估计结果，重新确定第k个电压等级第 
Figure FSB000008313571000417
相内各开关状态，开关闭合的支路为无阻抗开关支路，重复步聚(4)-(13)，重新形成开关岛并进行第二次状态估计，完成第二次状态估计后，进入步骤(14)；
(14)上述步骤完成对 
Figure FSB000008313571000418
相状态估计后，令 
Figure FSB000008313571000419
重复步骤(3)-(14)，对b，c两相分别进行状态估计，完成三相状态估计后，转入步骤(15)；
(15)当此电压等级状态估计完成之后，进入下一个电压等级进行状态估计，重复步骤(2)-(15)，直到完成所有电压等级状态估计；
(16)将当前采集时间t(1)与t(0)进行比较，当t(1)-t(0)大于上述采集周期T时，重复步骤(1)-(16)。 
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