CN103324858A - 配电网三相潮流状态估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网三相潮流状态估计方法，包括（1）读取配电网的模型数据以及传输断面，并对配电网进行拓扑辨识得到其网络拓扑结构以及配电网中的各个量测点进行量测所得到的数据量测值；（2）根据网络拓扑结构对配电网的三相潮流分别进行计算，得到配电网中的各个量测点的数据计算值；（3）根据数据计算值与其对应的量测点的数据量测值之间的残差进行辨识，判断数据量测值是否为不良数据，若是则利用数据计算值对数据量测值进行修正，再对配电网进行分析计算。本发明的状态估计方法能得到较好的状态估计结果，基本满足配电网实际运行的需要。

Description

配电网三相潮流状态估计方法

技术领域

本发明涉及一种对配电网进行三相潮流状态估计的方法。

背景技术

随着配网自动化的发展，由于量测装置的误差、传送过程中各个环节所造成的误差以及测量装置配置数量上或种类上的限制等，配电自动化系统采集的数据存在部分数据有误差、不完备、不完全可靠等现象。这些不准确的数据不能直接应用于配电系统的分析计算，需要通过状态估计来提高数据的可靠性和完整性。然而，现有的状态估计方法通常并不能取得较好的状态估计结果，尤其是在某些关键位置上无法得到与实际潮流相吻合的结果，使得其无法很好的满足电网实际运行的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够得到较好的状态估计结果且与电网的实际潮流较吻合的满足电网运行需要的三相潮流状态估计方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种配电网三相潮流状态估计方法，用于对配电网进行状态估计，该方法包括

（1）读取所述的配电网的模型数据以及传输断面，并对所述的配电网进行拓扑辨识得到其网络拓扑结构以及所述的配电网中的各个量测点进行量测所得到的数据量测值；

（2）根据所述的网络拓扑结构对所述的配电网的三相潮流分别进行计算，得到所述的配电网中的各个量测点的数据计算值；

（3）根据所述的数据计算值与其对应的量测点的数据量测值之间的残差进行辨识，判断所述的数据量测值是否为不良数据，若是则利用所述的数据计算值对所述的数据量测值进行修正，再对所述的配电网进行分析计算。

优选的，所述的量测点包括各个带量测的开关以及由无量测的开关及其支路连接构成的区段；所述的量测包括对所述的带量测的开关进行的开关量测和对所述的区段进行的区段量测；所述的计算包括对所述的带量测的开关进行的开关计算和对所述的区段进行的区段计算。

优选的，对所述的带量测的开关以其三相电流作为状态量进行所述的量测和计算，对所述的区段以其注入电流为状态量进行所述的量测和计算。

优选的，所述的步骤（1）包括

①读取所述的配电网的模型数据；

②读取所述的配电网的传输断面；

③对所述的配电网进行拓扑分析，分析所述的配电网中的每一母线及其所连接的元件的运行状态以及所述的配电网是否分裂为多个子系统，并在拓扑图形界面上实现拓扑着色。

优选的，所述的配电网的模型数据包括配网开关、配网变压器、配网负荷、配网母线、站内母线、站内开关的相关信息；所述的传输断面包括所述的站内开关的功率和电流值、所述的站内母线的电压值、所述的配网开关的三相电流值和功率值以及电压值、所述的配网变压器以及所述的配网负荷的功率值和电压值。

优选的，所述的步骤（2）中，利用吉文斯正交变换法进行所述的计算。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的状态估计方法一般能得到较好的状态估计结果，该结果虽然可能与配电网的实际运行状态间存在一定差异，但在变电站出口及分段开关等关键位置上，一般能够得到与实际潮流相吻合的结果，基本满足配电网实际运行的需要。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种配电网三相潮流状态估计方法，用于对配电网进行状态估计。该方法通过如下过程实现：

（1）读取配电网的模型数据以及传输断面，并对配电网进行拓扑辨识得到其网络拓扑结构以及配电网中的各个量测点进行量测所得到的数据量测值。

具体的，首先，读取配电网的模型数据，该配电网的模型数据包括配网开关、配网变压器、配网负荷、配网母线、站内母线、站内开关的相关信息；其次，读取配电网的传输断面，传输断面包括站内开关的功率和电流值、站内母线的电压值、配网开关的三相电流值和功率值以及电压值、配网变压器以及配网负荷的功率值和电压值；再次，对配电网进行拓扑分析，分析配电网中的每一母线及其所连接的元件的运行状态(如带电、停电、接地等)以及配电网是否分裂为多个子系统，并在拓扑图形界面上实现拓扑着色。网络拓扑可分为系统全网络拓扑和部分拓扑，在状态估计重新启动时或开关刀闸状态变化较大时，使用系统全网络拓扑，以后一有开关刀闸变位则对变位厂站进行部分拓扑。由于系统全网络拓扑要搜索系统内所有设备，需要时间长一些，部分网络拓扑只对变位开关刀闸相关设备搜索，因此速度要快得多。

在网络拓扑结构中创建区段，该区段由无量测的开关及其支路连接构成。依次对每个满足判断条件的区段搜索其相邻的所有配网开关，找到该区段的流入电流及对应流入元件、流出电流及流出元件，得到不平衡电流。对指定不平衡区段进行开关辨识。辨识的对象是区段，获取该区段相邻的分的开关。分的开关有如下几种情况：有量测的分的开关和无量测的分的开关。可疑的开关：开关一端带电另一端不带电且有量测的状态为分的开关辨识为合；开关一端带电另一端不带电、无量测且状态为分、不带电端却带有负荷的开关辨识为合；环路上量测电流最小的开关辨识为分，环路上无量测的开关且该开关首末端离电源点最远的开关辨识为分。改变可疑开关状态后局部拓扑搜索。注意辨识开关状态，并改变开关状态后需要进行局部拓扑搜索。搜索开关变位所影响的电气岛对开关变位可能影响到的电气岛重新进行着色。保存状态拓扑错误辨识。

各个量测点包括各个带量测的开关以及由无量测的开关及其支路连接构成的区段，对各个带量测的开关以及区段进行量测，包括对带量测的开关进行的开关量测和对区段进行的区段量测，得到各个带量测的开关以及区段的数据量测值，以备后需使用。

开关量测：开关节点1号认为是首段，节点2号为末端，从首段到末端为正功率方向，从末端到首段为该支路的负功率方向。功率应该是从离电源近的节点流向离电源远的节点，我们定义电流从支路的首端流向支路的末端，因此电流从节点1号流向节点2号，电流为正，电流从节点2号流向节点1号，电流为负。

区段量测：区段注入量测，功率方向定义是 流入为负，流出为正。读电源的量测值，电流值为负，读负荷的量测值，电流值为正。区段注入量测就为所有电源量测加上所有负荷量测值。只要有一个电源没有量测，或者有一个负荷没有量测，区段注入就设置为0，而所有电源都有量测，或者所有负荷都有量测，这种条件很难满足，所以区段注入量测基本上都为0。然后生成量测方程。

（2）根据网络拓扑结构对配电网的三相潮流分别进行计算，得到配电网中的各个量测点的数据计算值。

状态估计针对配电网量测配置相对薄弱，且绝大多数采集点不配置电压及功率量测的实际情况，因此提出了对带量测的开关以其三相电流作为状态量进行量测和计算，对区段以其注入电流为状态量进行量测和计算。在区段内部，利用配变容量作为不可观测区内负荷间的相对比例，从而将不可观测区内的总量测负荷分配至各配电变压器，在此基础上进行一次配电网潮流计算，据此估算出各不可观测区的网络损耗，进而对不可观测区内的负荷总量进行修正，而后重新进行一次潮流计算。创建区段后，搜索岛内拟估计开关，创建量测。其中，拟估计开关必须是合的、开关的首末端区段属于不同的区段且有量测值的边界开关。

利用吉文斯正交变换法对量测方程进行估计计算，计算包括对带量测的开关进行的开关计算和对区段进行的区段计算。线性最小二乘估计的算法主要有：正则化法，Givens正交变换法，Householder正交变换法，混合法。一般而言，正则化法的计算速度最快，但数值稳定性最差。Givens正交变换法与Householder正交变换法的数值稳定性都很好，但计算量较大。对于系数矩阵为稀疏阵的情况，Givens正交变换法一般快于Householder正交变换法；对于系数矩阵为满阵的情况，Givens正交变换法则慢于Householder正交变换法（约为2倍）。混合法实际上可以认为是正交变换法的变形，主要用于常系数矩阵的情况，一次正交变换，而后多次使用。混合法比正交变换法少去正交变换时对右端项的变换，但多了一次矩阵与向量的乘法运算及一次转置前代运算，当矩阵病态或向量非零元的大小相差很大时，其数值稳定性亦较差。实际测试表明，混合法的数值稳定性差于正交变换法，但好于正则化算法。上述算法还可用于病态线性方程组的求解。实际测试结果表明，正交变换法的数值稳定性非常好，即使在线性方程组严重病态的情况下亦能求得较精确解。正则化法则加重了线性方程组的病态，计算结果的精度非常差，比直接求解原线性方程组的精度都要差得多。混合法计算结果的精度也较差，甚至可能比直接求解原线性方程组的精度都要差得多，但比正则化法的计算精度则要好得多。

（3）根据数据计算值与其对应的量测点的数据量测值之间的残差进行辨识，判断数据量测值是否为不良数据，若是则利用数据计算值对数据量测值进行修正，再对配电网进行分析计算。

在状态估计迭代计算收敛到一定程度时，针对某一组可疑数据，先取其中一个残差最大的量测进行辨识，预报这个残差变化，判断它是否是不良数据。如果辨识出一个不良数据后，先估计其正确值，并修正最新残差，重新对残差进行排队，重新辨识不良数据。

具体的，先确定可疑数据范围，然后复制系数矩阵，去除不良数据后的残差向量，对系数矩阵及右端项进行吉文斯正交变换。开始逐次型坏数据辨识，循环量测矩阵对应于不良数据的行，灵敏度矩阵对应于不良量测的部分，残差向量，临时向量，灵敏度矩阵对应于不良量测的对角部分。对不良数据检测，生成灵敏度矩阵，不良数据辨识，更新加权残差向量。重复上述步骤进行下一个不良数据检测，直到所有可疑数据中的最大的残差值小于加权量测残差检测的门槛值。

本发明针对配电网模型量大、线路图多、拓扑复杂、配网模型维护工作量大以及量测配置薄弱、数据采集不充分、特别是大量缺少电压及功率量测和三相电流不平衡等实际情况，对配电网模型、拓扑以及量测数据进行分析，找出拓扑不正确的线路、不合理的量测数据，能减少工作量，提供工作效率。并且，基于电流的配电网状态估计能够有效的处理配电网中常用的量测量，简化计算。经具体算例验证和实际应用表明：本算法能提高数据精度，并能快速可靠收敛。

本发明可以检验开关状态，对不良数据进行检测和辨识，并能够修正不良数据、去除不良数据，计算出比SCADA遥测数据更准确、全面的运行方式，能计算出难以测量的电气量，提供更准确的运行方式供调度运行人员监视配电网运行，并为其它应用软件提供完整实时系统运行方式。对绝大多数采集点没有配置电压及功率量测的配电网也可以利用上述方法进行计算，满足配电网状态估计实用化的要求；其还能够检测配电网模型和拓扑的正确性，分析配电网的数据质量，判断系统合格率指标，跟踪系统合格率指标曲线。

上述方法中几点问题的说明：

1、建立电源或负荷等值模型

外网联络线由于缺少外网等值模型，主要通过建立电源或负荷等值来简化外网模型。因为配电网没有电厂，所以都要进行电源等值。在不影响计算结果的情况下，为了简化模型，有时可以进行一些等值处理。例如，将20/l0kV站内母线等值为一个电源；对于20/l0kV配网开关站和环网柜，有时可以用一个等值负荷来代替。

2、配网设备权值设置

对于配网开关、母线、20/10kV出线断路器、负荷、零注入、伪量测等分别进行权值设置。 零注入权值最高，其他量测根据数据的准确性来设定权值。由于配网三相电流不平衡，所以三相电流分别独立进行状态估计，因此对于配网开关，可以分别对A相电流，B相电流，C相电流权重设置， 系统对所有开关默认权重值，根据拓扑搜索，对于有冗余量测的配网开关，则系统自动提高该量测的权重，同时也可以在线路图的状态估计应用下手动设置某个量测的权重。系统会根据手动设置的权重来参与估计计算。

3、配网冗余数据分析

对于配网状态估计而言，本文采用配网开关的电流作为状态量进行计算。因此获得配网开关电流的冗余值对计算有非常重要的意义。本文将配网开关主要分为两类：负荷开关和线路开关。对于负荷开关量测，利用配网变压器功率数据作为其冗余数据分析；对于线路开关量测，则利用对侧开关量测作冗余数据分析。

4、不可观测量测的处理

对于配电网中不参加计算的馈线设置为“排除”：对于不参加计算的开关，加入 到“开关屏蔽表’’中；将不参加计算的20/10kV出线加入到相应的屏蔽表中。为了保证计算的精确性，应该为一些需要参加计算的不可观测量测设置伪量测值，伪量测值应基本符合现场实际值，即通过得到该节点实际值后输入作为伪量测，保证计算结果的正确性。对于关键的量测，如果发现有明显的错误，应该尽快解决。如母联开关的位置错误，就可能导致拓扑模型发生变化，应该通过及时解决或通过置数来改变其状态，保证状态估计结果的正确性。由于通道退出等原因导致全站无遥信、遥测的线路和开关站以及环网柜如确要参与计算而不能排除的，应通过人工设置至少保证其遥信正确。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种配电网三相潮流状态估计方法，用于对配电网进行状态估计，其特征在于：该方法包括

（1）读取所述的配电网的模型数据以及传输断面，并对所述的配电网进行拓扑辨识得到其网络拓扑结构以及所述的配电网中的各个量测点进行量测所得到的数据量测值；

（2）根据所述的网络拓扑结构对所述的配电网的三相潮流分别进行计算，得到所述的配电网中的各个量测点的数据计算值；

（3）根据所述的数据计算值与其对应的量测点的数据量测值之间的残差进行辨识，判断所述的数据量测值是否为不良数据，若是则利用所述的数据计算值对所述的数据量测值进行修正，再对所述的配电网进行分析计算。

2.根据权利要求1所述的配电网三相潮流状态估计方法，其特征在于：所述的量测点包括各个带量测的开关以及由无量测的开关及其支路连接构成的区段；所述的量测包括对所述的带量测的开关进行的开关量测和对所述的区段进行的区段量测；所述的计算包括对所述的带量测的开关进行的开关计算和对所述的区段进行的区段计算。

3.根据权利要求2所述的配电网三相潮流状态估计方法，其特征在于：对所述的带量测的开关以其三相电流作为状态量进行所述的量测和计算，对所述的区段以其注入电流为状态量进行所述的量测和计算。

4.根据权利要求1所述的配电网三相潮流状态估计方法，其特征在于：所述的步骤（1）包括

①读取所述的配电网的模型数据；

②读取所述的配电网的传输断面；

③对所述的配电网进行拓扑分析，分析所述的配电网中的每一母线及其所连接的元件的运行状态以及所述的配电网是否分裂为多个子系统，并在拓扑图形界面上实现拓扑着色。

5.根据权利要求4所述的配电网三相潮流状态估计方法，其特征在于：所述的配电网的模型数据包括配网开关、配网变压器、配网负荷、配网母线、站内母线、站内开关的相关信息；所述的传输断面包括所述的站内开关的功率和电流值、所述的站内母线的电压值、所述的配网开关的三相电流值和功率值以及电压值、所述的配网变压器以及所述的配网负荷的功率值和电压值。

6.根据权利要求1所述的配电网三相潮流状态估计方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，利用吉文斯正交变换法进行所述的计算。