CN104036435A - 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 - Google Patents
一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104036435A CN104036435A CN201410315714.1A CN201410315714A CN104036435A CN 104036435 A CN104036435 A CN 104036435A CN 201410315714 A CN201410315714 A CN 201410315714A CN 104036435 A CN104036435 A CN 104036435A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- partiald
- measurement amount
- centerdot
- measurement
- state estimation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法,包括以下步骤:根据支路数据统计各节点的出线数αj;判断当前量测量是否为电压幅值量测量;判断当前量测量是否为支路功率量测量;判断当前量测量是否为节点注入功率量测量;设置当前量测量的类型因子为kwi=c/αj;设置当前量测量权重为由于本发明设置权重时同时考虑量测量误差和量测量类型,节点注入功率量测量的类型因子kw为支路功率量测量的类型因子除以该节点的出线数。实施算例表明本发明可以明显提高电力系统状态估计的精度。对IEEE30系统,各量测量均存在1%误差时,采用本发明计算,状态估计的精度比传统方法提高7.4%。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统的状态估计方法,特别是一种加权最小二乘法状态估计的量测量权重设置方法。
背景技术
状态估计是电力系统调度部门所使用的能量管理系统(EMS)的重要组成部分。随着电网规模的逐年加大,电力系统的自动化水平也越来越高。为了保证电力系统安全经济地运行,要求现代化的电力调度系统能准确、迅速、全面地掌握电力系统实际的运行状态,用来分析当前系统的运行状态,预测系统的运行趋势,并能及时地对运行中发生的各种问题,提出处理方法,制定下一步的操作方案。
为了监视电力系统的运行状态,在电力系统的各个厂站(发电厂和变电站)都装设了测量单元来获取各种电气量的实时数据,这些被称为量测数据的实时数据通过各种通信手段传送到电网调度中心。由于量测数据存在一些问题,因此无法直接依据量测数据来判断电力系统状态。量测数据有如下两个缺点:
(1)量测数据不全。量测数据并不包含电网的全部数据,仅仅采集了电网的部分数据。
(2)量测数据不准。电网调度中心得到的实时数据是通过传感器、变换器等远动装置传送进来的,数据采集、变换和通信每个环节都有误差,并且存在不同程度的干扰,因而这些数据不是完全可靠的,甚至存在很大的误差。
由于存在以上缺点,直接使用这些量测数据分析系统的状态显然是不可靠的,不能满足电网调度的要求。量测数据不能直接使用,必须加工处理,补齐不足数据,剔除误差很大的坏数据,减少误差影响,才能使用。这个加工处理的过程就是状态估计。
加权最小二乘法是状态估计最基本、最常用的算法,最小二乘法就是根据最小二乘准则使目标函数取得极小值。
加权最小二乘法状态估计的原理如下:
令电力系统量测方程组为
z=h(x) (1)
式中,z为m维量测量向量;x为n维状态变量向量(由节点电压幅值和电压相角组成);h(x)为m维量测量的计算值函数向量,由状态变量求得,是非线性函数。
量测量包括支路有功功率量测量、支路无功功率量测量、节点注入有功功率量测量、节点注入无功功率量测量和节点电压幅值量测量。
由于量测方程的个数m大于状态变量个数n,即m>n,方程一般是无解的,即不存在满足式(1)中所有方程的解。需要寻找一组状态变量,使方程的加权残差(量测量与量测量的计算值的差)最小。
令目标函数为
式中,R-1表示量测量权重矩阵;ri=zi-hi(x)称为第i个量测量的残差。
传统的量测量权重设置方法一般是选择量测量的方差倒数为权重值,即
式中,为第i个量测量的方差。
最小二乘法就是要使得目标函数J(x)最小。J(x)的偏导为零是求取J(x)极值的必要条件,即
式中,H(x)是量测量雅可比矩阵,由量测量的计算值函数h(x)对x的偏导数构成。
式(4)是一个非线性方程组,可以用牛顿法求解。
令f(x)=HT(x)R-1(z-h(x))=0,将x在x0点附近进行泰勒展开,并取至线性项,得
式中,
式(6)代入式(5),得状态估计的法方程
HTR-1HΔx=HTR-1(z-h(x0)) (7)
式中,方程系数部分HTR-1H称为信息矩阵。
解法方程,得
Δx=[HTR-1H]-1HTR-1(z-h(x0)) (8)
用Δx对初值x0进行修正,得x为
x=x0+Δx (9)
由于对f(x)做一阶泰勒展开,当x0十分接近x的真值时,一阶泰勒展开才能足够精确,但是实际上很难取到足够接近x真值的初值x0,所以应该反复迭代来逐步修正x使它逼近x的真值。迭代公式为
Δx(k)=[HT(x(k))R-1H(x(k))]-1HT(x(k))R-1(z-h(x(k))) (10)
x(k+1)=x(k)+Δx(k) (11)
按式(10)和式(11)进行迭代修正,直到为止(ε为收敛精度),这时得到的就是最佳估计值,使目标函数J(x(k))取得最小值。
如图1所示,加权最小二乘法状态估计方法,包括以下步骤:
步骤1:读取网络数据和量测数据z;
步骤2:按平启动设置电压初值,即所有节点电压幅值为1.0,电压相角为0.0;
步骤3:令迭代计数k=1;
步骤4:计算量测量的计算值函数对x的偏导数的雅可比矩阵H(x(k))、量测量的计算值函数h(x(k))、信息矩阵HTR-1H、方程右端向量HTR-1(z-h(x(k)));
步骤5:解法方程(HTR-1H)Δx=HTR-1(z-h(x(k)))求Δx(k)及max|Δxi|;
步骤6:判断max|Δxi|是否小于收敛精度ε,如果小于ε,结束;否则执行步骤7;
步骤7:令x(k+1)=x(k)+Δx(k)、k=k+1,返回到步骤4进行下一次迭代。
上述计算方法中,量测量的权重设置对状态估计计算精度的影响很大,传统的量测量权重设置方法一般是选择量测量方差的倒数为权重值,实践中发现误差相同的不同类型的量测量对状态估计的影响程度有很大不同。设置权重时不考虑量测量类型对状态估计精度的影响必然影响状态估计的精度。中国专利ZL201310314260.1中披露了一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法,状态估计的精度有了较大提高,但仍然有进一步提高的余地。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题,本发明要设计一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法,进一步提高电力系统状态估计的精度。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法,将节点注入功率量测量的类型因子设置为支路功率量测量的类型因子除以该节点的出线数。具体包括以下步骤:
A、根据支路数据统计各节点的出线数αj;
B、读取量测数据z;
C、设置当前序号i=1;
D、判断当前量测量是否为电压幅值量测量,如果不是电压幅值量测量转至步骤F;
E、设置当前量测量的类型因子为kwi=a,取a=0.8~1.2;
F、判断当前量测量是否为支路功率量测量,如果不是支路功率量测量转至步骤H;
G、设置当前量测量的类型因子为kwi=c,取c=8.5~11.5;
H、判断当前量测量是否为节点注入功率量测量,如果不是节点注入功率量测量转至步骤J;
I、取出节点注入功率量测量对应节点的出线数αj,并设置当前量测量的类型因子为kwi=c/αj;
J、设置当前量测量权重为
K、令i=i+1;
L、判断i是否大于量测量个数m,如果i不大于m,则转至步骤D;否则结束。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明设置权重时同时考虑量测量误差和量测量类型,节点注入功率量测量的类型因子kw为支路功率量测量的类型因子除以该节点的出线数。实施算例表明本发明提出的量测量权重设置方法可以明显提高电力系统状态估计的精度。对IEEE30系统,各量测量均存在1%误差时,采用本发明方法设置量测量权重,状态估计的精度比传统方法提高7.4%,比专利ZL201310314260.1方法提高2.7%;各量测量均存在5%误差时,采用本发明方法设置量测量权重,状态估计的精度比传统方法提高7.8%,比专利ZL201310314260.1方法提高1.7%。
附图说明
本发明共有附图4张,其中:
图1是现有技术的加权最小二乘法状态估计流程图。
图2是节点注入功率量测量权重设置方法的证明用图。
图3是本发明的量测量权重设置流程图。
图4是本发明的量测量权重设置算例IEEE30系统接线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
结合图2节点注入功率量测量权重设置方法的证明用图,对本发明的节点注入功率量测量权重设置方法的依据论证如下:
图2中节点i通过支路lij、lik、lil分别与节点j、k、l三个节点相连,即节点i的出线数为3。为了论述方便,假设量测量Pi、Pij、Pik、Pil的编号排在前面,为前4个量测量;状态量的修正量ΔVi、ΔVj、ΔVk、ΔVl、Δθi、Δθj、Δθk、Δθl的编号也排在前面,为前8个状态量的修正量;并设各量测量的方差都相同,所以权重也相同,这里为分析方便设R-1=1。
节点注入有功功率与支路有功功率存在如下关系:
Pi=Pij+Pik+Pil (12)
状态估计的法方程为
HTR-1HΔx=HTR-1r (13)
由于设R-1=1,式(13)简化为
HTHΔx=HTr (14)
下面分别分析节点i的注入有功功率量测量的误差对状态估计的影响,支路lij、lik、lil的支路有功功率量测量的误差对状态估计的影响。假设原来的量测量没有误差,状态量已经计算出来,定义这时的量测量和状态量数据为基态,此时式(14)中残差向量r的元素都为0,信息矩阵HTH是个定值。分析量测量误差影响时,以此基态为基础。如果某些量测量出现了误差,式(14)中残差向量r的对应元素不为0,信息矩阵HTH不变,还是原来的值,右端向量的数值则会发生变化。下面考察一下式(14)的右端向量的数值变化情况。
(1)节点i的注入有功功率量测量的误差对状态估计的影响
假设各量测量原来均无误差,当只有一个节点i的注入有功功率量测量存在误差r0时,分析法方程的右端向量的值。式(14)中除r1≠0外,其他量测量的残差都为0,法方程的右端向量的值为
由式(15)可见,当节点i的注入有功功率量测量存在误差时,法方程的右端向量中有8个元素不为0,分别与本节点的有功功率函数对本节点及相连节点的电压幅值和电压相角的偏导有关。
(2)支路lij的支路有功功率量测量的误差对状态估计的影响
假设各量测量原来均无误差,当从节点i出发的1条支路lij的支路有功功率量测量存在误差r0时,分析法方程的右端向量的值。式(14)中除r2≠0外,其他量测量的残差都为0,法方程的右端向量的值为
由式(16)可见,当支路lij的支路有功功率量测量存在误差时,法方程的右端向量中有4个元素不为0,分别与支路有功功率函数对支路两端节点的电压幅值和电压相角的偏导有关。
对支路lik、lil的分析也能得出类似的结论。
(3)支路lij、lik、lil的支路有功功率量测量的误差对状态估计的影响
假设各量测量原来均无误差,当从节点i出发的3条支路的支路有功功率量测量都存在相同误差r0时,分析法方程的右端向量的值。式(14)中除r2≠0、r3≠0、r4≠0外,其他量测量的残差都为0,法方程的右端向量的值为
由式(17)可见,当从节点i出发的3条支路lij、lik、lil的支路有功功率量测量都存在相同误差时,法方程的右端向量中有8个元素不为0,分别与这些支路有功功率函数对支路两端节点的电压幅值和电压相角的偏导有关。
(4)误差对状态估计影响的分析结论
由式(12)可知
对比式(15)和式(16),考虑式(18),可知式(16)的非零元素比式(15)多,且式(16)的第1列和第4列的元素也比式(15)的对应元素大。说明在相同误差的情况下,节点注入有功功率量测量的误差对状态估计精度的影响比支路有功功率量测量的误差对状态估计精度的影响大。
对比式(15)和式(17),考虑式(18),可知式(15)和式(17)是相等的,说明节点i的注入有功功率量测量的误差对状态估计的影响与从该节点出发的所有支路的有功功率量测量存在相同误差时对状态估计的影响是相同的。
节点注入有功功率量测量的误差对状态估计的影响与节点的出线数有关,出线越多,影响越大。因此可以根据节点的出线数设置节点注入有功功率量测量的权重。
同理节点注入无功功率量测量也可得出相同的结论。
下面采用图1和图3所示的算法对图4所示的IEEE30系统进行状态估计。计算时以潮流计算结果为量测量的真值和状态量的真值,采用3种方法分别针对5种工况进行状态估计。专利ZL201310314260.1的量测量类型因子均取典型值,即a=1,b=3,c=10;本发明的量测量类型因子也取典型值,即a=1,c=10,节点j的注入功率量测量的类型因子为kwi=c/αj,分析时数据单位取标幺值。
5种工况分别如下:
工况1:所有量测量增加各自量测量的1%,即所有量测量都存在1%误差;
工况2:所有量测量增加各自量测量的2%,即所有量测量都存在2%误差;
工况3:所有量测量增加各自量测量的3%,即所有量测量都存在3%误差;
工况4:所有量测量增加各自量测量的4%,即所有量测量都存在4%误差;
工况5:所有量测量增加各自量测量的5%,即所有量测量都存在5%误差。
3种方法分别如下:
方法1:传统的以量测量方差倒数作为量测量权重的方法;
方法2:专利ZL201310314260.1的设置量测量权重方法;
方法3:本发明提出的设置量测量权重方法。
计算结果如表1,表中状态估计总误差为状态估计误差平方和,即其中z0i为第i个量测量的真值;hi(x)为第i个量测量的计算值。本发明方法精度提高率的计算规则:与方法1比较时以方法1的状态估计总误差为基准,与方法2比较时则以方法2的状态估计总误差为基准,计算结果见表1。
表1 状态估计结果表
表1可见,与传统的量测量权重设置方法相比,本发明提出的量测量权重设置方法的状态估计的精度明显提高;与专利ZL201310314260.1的量测量权重设置方法相比,本发明提出的量测量权重设置方法的状态估计的精度也有一定的提高。
本发明可以采用任何一种编程语言和编程环境实现,如C语言、C++、FORTRAN、Delphi等。开发环境可以采用VisualC++、BorlandC++Builder、VisualFORTRAN等。
Claims (1)
1.一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、根据支路数据统计各节点的出线数αj;
B、读取量测数据z;
C、设置当前序号i=1;
D、判断当前量测量是否为电压幅值量测量,如果不是电压幅值量测量转至步骤F;
E、设置当前量测量的类型因子为kwi=a,取a=0.8~1.2;
F、判断当前量测量是否为支路功率量测量,如果不是支路功率量测量转至步骤H;
G、设置当前量测量的类型因子为kwi=c,取c=8.5~11.5;
H、判断当前量测量是否为节点注入功率量测量,如果不是节点注入功率量测量转至步骤J;
I、取出节点注入功率量测量对应节点的出线数αj,并设置当前量测量的类型因子为kwi=c/αj;
J、设置当前量测量权重为
K、令i=i+1;
L、判断i是否大于量测量个数m,如果i不大于m,则转至步骤D;否则结束。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410315714.1A CN104036435B (zh) | 2014-07-03 | 2014-07-03 | 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410315714.1A CN104036435B (zh) | 2014-07-03 | 2014-07-03 | 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104036435A true CN104036435A (zh) | 2014-09-10 |
CN104036435B CN104036435B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=51467197
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410315714.1A Expired - Fee Related CN104036435B (zh) | 2014-07-03 | 2014-07-03 | 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104036435B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103279676A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-04 | 河海大学 | 一种基于变量代换的电力系统wlav抗差估计方法 |
CN103390251A (zh) * | 2013-07-24 | 2013-11-13 | 大连海事大学 | 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 |
CN103532137A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-01-22 | 重庆大学 | 一种三相四线低压配电网的状态估计方法 |
-
2014
- 2014-07-03 CN CN201410315714.1A patent/CN104036435B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103279676A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-04 | 河海大学 | 一种基于变量代换的电力系统wlav抗差估计方法 |
CN103390251A (zh) * | 2013-07-24 | 2013-11-13 | 大连海事大学 | 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 |
CN103532137A (zh) * | 2013-10-18 | 2014-01-22 | 重庆大学 | 一种三相四线低压配电网的状态估计方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104036435B (zh) | 2017-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101635457B (zh) | 一种基于状态估计残差参数灵敏度的电网参数估计方法 | |
Clements | The impact of pseudo-measurements on state estimator accuracy | |
Kim et al. | Fast and reliable estimation of composite load model parameters using analytical similarity of parameter sensitivity | |
CN102175922B (zh) | 基于pmu量测数据的电力线路参数的辨识与估计方法 | |
CN107658881A (zh) | 基于戴维南等值方法的电压稳定临界点判断方法 | |
CN102749521A (zh) | 一种电力系统谐波阻抗计算方法 | |
CN107133406A (zh) | 一种电力系统静态电压稳定域边界的快速搜索方法 | |
CN110190600A (zh) | 一种基于ami量测近邻回归的三相配电网拓扑辨识方法 | |
CN103886193B (zh) | 一种电力系统模糊自适应抗差估计方法 | |
CN107453484A (zh) | 一种基于wams信息的scada数据校准方法 | |
CN106443246A (zh) | 基于pmu量测数据的小干扰稳定参数的在线辨识方法 | |
CN103116136A (zh) | 基于有限差分扩展卡尔曼算法的锂电池荷电状态估计方法 | |
CN106154168A (zh) | 数据驱动的动力电池荷电状态估计方法 | |
CN104362638A (zh) | 基于相量量测单元量测的电网聚合的关键节点电压调控方法 | |
Rogers et al. | Identification of power system topology from synchrophasor data | |
CN106446405B (zh) | 一种集成电路器件神经网络建模样本选择方法及装置 | |
CN105071388B (zh) | 一种基于极大似然估计的配电网状态估计方法 | |
CN110222299A (zh) | 针对双变量含有误差的直线拟合问题的方法和设备 | |
CN103106332A (zh) | 一种测量不确定度的分析方法 | |
CN110518627A (zh) | 计及风电不确定性的电力系统静态电压稳定概率评估方法 | |
Davis et al. | Estimation of transmission line parameters from historical data | |
CN103390251A (zh) | 一种电力系统状态估计的量测量权重设置方法 | |
Pazderin et al. | Bad data validation on the basis of a posteriori analysis | |
CN105067891A (zh) | 一种同塔多回三相非对称输电线路阻抗参数在线测量方法 | |
CN109638811B (zh) | 基于模型等值的配电网电压功率灵敏度鲁棒估计方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170215 Termination date: 20180703 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |