CN102636706B

CN102636706B - 一种电网中参数误差支路的辨识方法

Info

Publication number: CN102636706B
Application number: CN201210061638.7A
Authority: CN
Inventors: 卫志农; 陆子刚; 孙国强; 孙永辉; 戴彦; 孙维真; 王超; 韦延方; 杨雄; 袁阳; 张伟; 陈凡; 刘玉娟; 潘春兰; 宗洪良
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: CN102636706A

Abstract

本发明公布了一种电网中参数误差支路的辨识方法。本发明为离线应用，选择一组不存在不良数据及拓扑错误的量测断面，进行状态估计，求得标准化残差，标准化残差超过门槛值的支路纳入可疑集，计算残差率绝对值

，对可疑集中的支路进行残差率绝对值加权求和：将本支路所有

赋予较大权值，将与本支路首末节点直接相连的所有周边支路

赋予较小权值，将与周边支路直接相连的其余外层支路

赋予更小的权值，进行加权残差率绝对值求和。取值最大的支路被认为是参数误差支路。最后进行参数估计，修正参数误差，返回重新进行状态估计，当可疑集为空集时结束。本发明可以有效地辨识出参数误差支路，并且易于与已有的状态估计软件相结合。

Description

一种电网中参数误差支路的辨识方法

技术领域

本发明涉及一种电网中参数误差支路的辨识方法，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

现代化的调度系统要求能迅速、准确而全面地掌握电力系统的实际运行状态，因此能量管理系统（energy management system, EMS）得到了广泛的应用。在EMS中，状态估计是重要的组成部分，其结果直接影响电网调度的智能化分析与决策，状态估计领域所涉及的状态估计、不良数据的检测和辨识以及结线分析，都是建立在电力系统的开关遥信量均是正确、所给定的网络元件参数也均是正确的基础上。可见，一个正确的网络结构和元件参数值对调度中心是很重要的。它不仅是进行状态估计的依据，也是实现电网的自动化（如自动发电控制、经济调度、自动电压/无功控制和稳定安全分析等）所必不可少的。因此，如何检测辨识出网络中存在误差甚至是错误的参数，从而可以为调度人员和数据库提供一个完整、可靠的具有一定精度的参数值奠定基础，则显得非常有意义。解决这个问题的有效的方法是设计相应的软件，检测辨识存在误差甚至错误的网络参数以便进行修正更新。

数据库中所得到的电力系统网络的参数带有误差的原因一般有：

一、有时因缺少实测参数量而直接采用设计参数或参数测量条件与实际运行条件差别较大，这都会使给定的参数值与实际运行中的元件参数有差别；

二、不准确的制造数据（如在变压器模型中铁耗习惯上地被忽略）以及缺乏线路长度估计。对于超过200km的线路，如果采用集中参数模型则误差预计超过1%；

三、网架结构的改变并未适当地在数据库中得到更新（如一段架空线路已被电缆取代）；

四、对于温度（尤其是串联电阻）或者环境条件（尤其是并联电抗）的依赖，实际运行中的元件参数因环境变化等原因而局部地、缓慢地发生着变化；

五、在未通知控制中心的情况下进行局部的分接头变更——遥信错误，调度中心对运行中的自动调压变压器的分接头位置和补偿电容器的组数掌握得不一定确切。

由于参数的误差和不确定性会给状态估计、不良数据辨识及其他高级安全分析程序带来不利的影响，错误的分接头信息和不正确的参数值可能产生以下后果：

（1）状态估计可信度的显著的降低，由此，可能误导其他高级应用程序（如安全评估）；

（2）由于电网参数存在误差甚至出现错误参数，正确的量测量则可能会被辨识为坏数据；

（3）调度员对于状态估计结果失去信任。

基于以上原因，电网中参数误差支路的准确辨识就显得尤为重要。传统的参数误差支路辨识方法直接利用残差进行比较，最大值者为存在参数误差的支路，但由于当存在单个参数误差的情况下，可疑支路检测出来不止一个，即除了本身的参数误差支路的残差呈现出超过检测门槛值的特征外，还有一些准确参数支路的残差也超过门槛值，这种“残差污染”现象的结果使参数误差支路被模糊，导致辨识的困难。另外，在多个参数误差支路的情况下，情况更为严重，即多个参数误差相互作用下，导致在部分的或全部参数误差支路的残差接近于正常残差的现象，引起所谓“残差淹没”现象。就是说，残差淹没使参数误差支路不能呈现任何残差特征。残差淹没一般发生在强相关的同类型测点间，例如同为有功测点或无功测点之间。可以认为，不同类型的测点间，或者虽为同类测点，但在系统内的电气距离较大或弱相关时，事实上不会发生残差淹没。此外，实际上全部参数误差支路测点的残差都淹没的情况是比较少的，多数情况是部分参数误差支路点的残差被淹没。但是，不管属于哪种情况，都使参数误差支路的辨识不成功。这就有必要研究新的参数误差支路辨识方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电网中参数误差支路的辨识方法，能够在离线情况下有效而准确地逐一辨识出网络中存在参数误差的支路。

本发明的电网中参数误差支路的辨识方法，包括以下步骤：

步骤A、从电网SCADA(supervisory control and data acquisition，数据采集与监控)系统采集到的量测数据中，选取某一断面的量测数据，此断面不包含不良数据和拓扑错误；

步骤B、利用所选取的量测数据，对各节点的电压幅值和相角进行离线状态估计；利用状态估计结果计算各状态量的量测残差，并进而求得电网中各支路的标准化残差；

步骤C、将标准化残差大于一预设标准化残差阈值的支路作为可疑支路，并根据下式计算各可疑支路中各量测量的残差率绝对值

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE002

：

，

式中，

、

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE008

分别为第i个量测量的量测残差和量测数据，

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE010

，

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE012

为所选取的量测量个数；

步骤D、逐一对各可疑支路按照以下方法进行加权残差率绝对值求和，得到各可疑支路的加权残差率绝对值和：

步骤D1、对本支路的残差率绝对值赋予较大的权值，并同时寻找出其余可疑支路中与本支路首末节点直接相连的所有周边支路；

步骤D2、对步骤D1中找到的周边支路的残差率绝对值

赋予较小的权值，并同时寻找出剩余可疑支路中与任一周边支路的首末节点直接相连的外围支路；

步骤D3、对步骤D2中找到的外围支路的残差率绝对值

赋予更小的权值，最后将本支路、周边支路、外围支路的所有残差率绝对值按照所赋予的权值进行加权求和，得到本支路的加权残差率绝对值和；

步骤E、选取加权残差率绝对值和最大的可疑支路作为参数误差支路。

进一步地，步骤E之后还包括：

步骤F、对步骤E中选取的参数误差支路进行参数估计，并修正参数误差；然后重新执行步骤B—步骤E，直至再无可疑支路。

优选地，所述较大的权值取值为1，较小的权值的取值范围为0.2—0.3，更小的权值的取值范围为0.1以下。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

一、本发明方法能够有效避免“残差污染”和“残差淹没”现象所导致的误检，漏检，提高辨识准确率；

二、本发明基于离线取样计算，进行基于加权残差率绝对值的参数误差支路辨识，同时修正参数误差后，并在同一断面下重复进行。其易于与现有状态估计程序相结合，对程序的改变极小。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为支路量测距离概念示意图；

图3为不同距离支路上参数误差对量测估计误差的影响示意图；

图4为标准正态分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

为了便于公众对本发明技术方案充分理解，下面先对现有的基于标准化残差的（简称

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE014

法）参数误差支路辨识方法进行简要介绍。

参数误差支路的辨识是现代电力系统状态估计的重要功能之一，其目的在于检测辨识存在误差甚至错误的参数，为提高参数估计的准确性以及状态估计可靠性奠定基础。常规状态估计程序采用加权最小二乘算法，迭代求得最优估计状态量，选取收敛标准

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE016

可取基准电压幅值的10^-4~10^-6。

经过

次迭代满足收敛标准时：

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE020

此时即是最优状态估计值

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE024

，而量测量的估计值是：

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE026

。

考察状态估计值

和量测估计值的估计误差。假设

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE032

，则状态估计误差是：

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE034

而状态估计误差方差阵是：

其中

Figure 2012100616387100002DEST_PATH_IMAGE038

，

。

由于真值

是未知的，近似用

代替状态估计误差方差阵中的

，于是：

量测估计误差是：

量测估计误差方差阵是：

按最小二乘估计算法获得状态估计

量测估计

后，量测估计

可直接用于显示，作为调度人员状态安全监视等之用。

在状态真值附近线性化：

于是，量测估计误差

可表示为：

式中

---

维量测真值矢量；

---

维状态估计误差矢量；

---

阶雅克比矩阵。

相应地，量测估计误差方差阵为：

则：

为

维残差矢量，它等于量测矢量与量测估计矢量之差，由此可得：

以及

上式中，为

阶残差灵敏度矩阵，

为单位阵。

残差

的协方差矩阵为：

为了进一步简化计算和便于分析，引入残差方程的标准化形式并注以下标

。

记对角阵

为：

注意到诸对角元素

为相应残差分量的方差，于是可给出标准化残差（或正则化残差）

如下：

或

式中 ——矩阵

的第

个对角元素。

标准化残差灵敏度矩阵

为：

则标准化形式的残差方程如下：

检测将逐维残差按假设检验方法进行：

式中

——第

个标准化残差分量；

——第

个标准化残差的检测门槛值

由标准化残差方程可知：

为量测误差

的线性组合。在正常量测条件下，按假设有

，故有：

这意味着，在正常量测条件下的标准化残差，也是0均值的正态分布的随机变量。因此，标准化残差协方差矩阵的对角元素就是相应标准化残差的方差，有：

可知上式右端矩阵的对角元素均为1，故有：

就是说，

为

的标准正态分布随机变量。

因此，在正常量测条件下，下述事件的概率为

换句话说，若规定误检测概率

，则正常的标准化取值范围如图4所示，为：

于是，标准化残差门槛值可定为：

法在检测辨识可疑参数方面存在着某些问题，在单个参数误差的情况下，可疑数据检测出来不止一个，即除了参数误差支路据点的残差呈现出超过检测门槛值的特征外，还有一些准确参数的正常测点的残差也超过门槛值，这种现象称为残差污染。残差污染的结果使参数误差支路被模糊，导致辨识参数误差的困难。

在多个参数误差的情况下，情况更为严重，会引起所谓“残差淹没”情况。所谓残差淹没，是指多个参数误差相互作用的结果，导致在部分的或全部参数误差支路上的残差接近于正常残差的现象。就是说，残差淹没使参数误差支路不能呈现任何残差特性。因此，用

法不能把它们作为可疑支路检测出来，造成漏检的结果。残差淹没一般发生在强相关的同类型测点间，此外，实际上全部参数误差支路的残差都淹没的情况是比较少的，多数情况是部分参数误差支路的残差淹没。但是，不管属于哪种情况，都使参数误差的检测不成功。这就有必要研究新的参数误差检测方法。

本发明的思路是首先将

大于检测门槛值

的支路作为可疑支路；然后根据参数误差对不同距离的支路量测残差的影响不同的原理，对各可疑支路进行加权残差率绝对值求和，最后选取加权残差率绝对值和最大的可疑支路作为参数误差支路。

参数误差相关分析如下：

一、支路量测距离的概念：如图2所示，若1支路为在电网中选取的某条待辨识支路，则定义为距离1支路，与距离1支路首末节点直接相连的所有周边支路定为距离2支路，与所有距离2支路首末节点直接相连的不包括距离2支路的所有外层支路定义为距离3支路。

二、参数误差对不同距离的支路量测残差的影响不同，即如果某支路存在参数误差，在不同距离的支路上，存在参数误差的量测估计量误差与无参数误差的量测估计量误差之比各不相同，图3显示了不同距离支路上参数误差对量测估计误差的影响，具体表现为：当参数误差从5%增值至25%时，通过对存在参数误差时的量测估计误差和正常的量测估计误差之比可以看出，距离1支路的误差比明显偏大，而距离2支路的误差比相对较小，距离3支路的误差比则更小，而距离空间上更远的支路4、5、6的误差比已经非常小。

三、在与所有距离3支路首末节点直接相连的不包括距离3支路的更外层支路上，残差的变化已经非常不明显，即可说明参数误差对支路功率量测残差的影响仅是局部影响。

因此，可以根据以上结论，逐一对可疑支路进行加权残差率绝对值求和，选取加权残差率绝对值和最大的可疑支路作为参数误差支路。

具体的，本发明方法如图1所示，按照以下步骤执行：

（1）初始化，包括：对节点次序优化、形成节点导纳矩阵、设置门槛值、状态量设置初值、分配内存。

（2）在SCADA系统定时采样的测量数据库中，选取某一特定的量测断面，因为是离线采样、计算，所以此断面要求应当不包含量测坏数据及拓扑错误。因此，在以下状态估计计算中，当残差超过阈值时必然表明存在参数误差。量测断面中包括：节点电压幅值、发电机有功功率和无功功率、负荷有功功率和无功功率、线路首末两端的有功功率和无功功率。

（3）进行离线状态估计，采用常规的最小二乘算法，状态量为各节点的电压幅值和相角（除平衡节点相角为零），迭代计算状态修正量，与门槛值

进行比较（

为基准电压幅值的10^-4~10^-5），状态修正量绝对值最大者小于给定的门槛值时结束计算，得到此量测断面下的状态估计量。

（4）计算量测残差，并求得标准化残差

，设定标准化残差的检测门槛值

为2.81，将与

进行比较。

（5）可疑集检查：

大于检测门槛值

的支路作为可疑支路纳入可疑集S，并计算残差率绝对值

，其中，

的计算公式为，

、

分别为第i个量测量的残差和量测值，

，

为量测量总数。如果S为空集，则表明不存在参数误差支路；如果S不为空集，则表明电网某支路存在参数误差。

（6）将残差率绝对值按照由大到小的顺序排列在可疑集中，按照如下方法逐一对列入可疑集中的支路进行加权残差率绝对值求和：

步骤一：在可疑集中，将对应于本支路的距离1支路残差率绝对值赋予较大的权值（本具体实施方式中其值为1），并同时寻找出距离2支路残差率绝对值；

步骤二：将距离2支路残差率绝对值

赋予较小的权值（本具体实施方式中其取值范围为0.2—0.3），并同时寻找出距离3支路残差率绝对值；

步骤三：将距离3支路残差率绝对值

赋予更小的权值（本具体实施方式中其取值范围为0.1以下），最后将距离1支路、距离2支路、距离3支路的所有残差率绝对值进行加权求和，计算得到可疑集中某支路的加权残差率绝对值和。

（7）按照如上方法计算可疑集中的所有支路的加权残差率绝对值和，进行比较，取值最大者为存在参数误差的支路。

（8）若网络中存在多个参数误差支路，由于参数误差对残差影响是局部影响，因此，其相互影响的程度较小。当辨识出某条参数误差支路后，进行参数估计，并修正参数误差。返回（3）重新检测辨识网络中所有的参数误差支路，直至可疑集S为空集时结束。