CN104821577A - 基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法。智能电表可提供用户端各相节点注入有功 、无功和三相电压幅值以及电流幅值等实时量测，三相四线制配网中智能电表量测系统采用三表法接线，智能电表量测的相电压幅值和功率量测都是以对应中心点的电压幅值，根据等值电源和负荷端点的智能电表实际的三相实时量测信息以及联络端点的零注入功率虚拟量测，在节点注入电流方程基础上建立三相四线制配网的量测，然后借助指数型权函数，建立指数加权最小二乘抗差估计模型。本发明综合考虑了三相四线制配电网络的结构特点和智能电表的实际量测信息，不存在中性点电压等于零和电源端点点三相电压对称的假设条件，状态估计结果精度高。

Description

基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法

技术领域

    本发明涉及高压配网抗差估计领域，尤其涉及基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法。

背景技术

配网状态估计是利用冗余的量测数据估计系统的运行状态，对配网运行状态的分析与控制具有重要作用。由于缺少实时量测信息，中低压配网特别是低压配网通常只能通过大量伪量测信息来估计系统运行状态，其估计精度难以满足实际生产的需要。状态估计方法可分为三相对称和三项不对称，前者主要针对输电网和高压配网，后者主要针对中低压配网，根据配电网络结构特点，三项不对称估计还可细分为三相三线制状态估计和三项四线制状态估计。三相三线制配网状态估计方法通常都采用加权最小二乘法进行建模求解，在配网自动化水平较低时，中压配网一般只在配电站以及部分重要负荷节点处装有量测装置，而众多分支均无实时量测，因此，中压配网三相状态估计常常存在量测冗余不足、收敛性不好等问题。基于此，提出了零注入功率方程同时作为虚拟量测方程和等式约束的策略方法，有效提高了状态估计的收敛性。

不同于三相三线制网络，三相四线制配网具有为三相不平衡电流提供返回通道的中性线，以节点注入电流方程为基础，充分考虑三相四线制配电网络结构特点和用户端智能电表实际的相对中性点的三相实时量测以及联络端点的零注入虚拟量测信息，采用零注入虚拟量测方程兼等式约束的策略方法，并引入标准化残差的指数型权函数，以提高状态估计的收敛性和抗差性。

发明内容

本发明是通过以下技术方案实现的：

    基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法，包括abc三相线和中性线，                                               、和、分别是端点i、j中电气节点t的注入电流相量，是端点i和j间点t的注入电流相量，为端点i和j间支路i-j的t相线路的自阻抗，端点i（或j）内曲线表示该端点各电气节点之间的并联支路导纳，支路i-j内曲线表示该支路段各电气节点间的互感导纳，和分别表示端点i和j中性点接地阻抗，在三相四线制配网中，端点i的三相节点和中性点的注入电流方程为：

    

    

式中：表示端点中a、b和c三相的电气节点集合，即=（a,b,c），为包含端点i且端点i直接相连端点的集合；

智能电表可提供用户端各相节点注入有功、无功和三相电压幅值以及电流幅值等实时量测，三相四线制配网中智能电表量测系统采用三表法接线，智能电表量测的相电压幅值和功率量测都是以对应中心点的电压幅值，根据等值电源和负荷端点的智能电表实际的三相实时量测信息以及联络端点的零注入功率虚拟量测，在节点注入电流方程基础上建立三相四线制配网的量测，然后借助指数型权函数，建立指数加权最小二乘抗差估计模型；

对于指数加权最小二乘抗差估计模型引入拉格朗日乘子λ处理等式约束，采用牛顿法求解其最优性条件，形成增广拉格朗日函数的无约束最优化问题，则得到迭代修正方程矩阵形式：

Min =

式中：k为迭代次数；

采用指数加权最小二乘抗差估计模型的方法进行三相四线制配网状态估计，指数型权函数可动态修正权重，自动排除不良数据影响，具体步骤如下：

    1）初始化：设置量测端点的固定权重为单位对角阵，设置最大迭代次数、收敛精度ε，初始迭代次数k=1，假设等值电源的中性点电压为零电位参考，并取电源端点a相电压相位为全网零相位参考；

    2）计算系统节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

    3）计算修正量，根据计算状态变量新值，令k=k+1；

    4）收敛性判据：若，则停止迭代，输出结果，若且迭代次数k>，则停止迭代，程序不收敛，否则进行步骤5）；

    5）动态修正标准化尺度参数：若，修正尺度参数，返回步骤3），若，则，并返回步骤3），重新迭代。

进一步地，本模型方法不存在各中性点电压均等于0和电源端点三相电压对称的假设条件，能够准确估计出系统所有中性点的实际电压和电源端点三相电压相量，其条件为：1）电源端点三相电压相量对称；2）电源端点三相电压相量不对称。

本发明具有的积极效果是：

本发明的基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法，本方法具有如下特点：

1）综合考虑了三相四线制配电网络的结构特点和智能电表的实际量测信息，不存在中性点电压等于零和电源端点点三相电压对称的假设条件，状态估计结果精度高；

2）采用智能电表实际的相对中性点的三相量测信息，能够同时处理三相电压、电流幅值和功率量测配置，方法实用范围广，状态估计效果好；

3）采用零注入功率虚拟量测方程兼等式约束的策略方法能够保证系统的可观测性，并提高三相四线制配网状态估计的收敛性；

4）采用对称系统的标准化残差指数型权函数，同样可以有效提高不对称三相四线制配网状态估计的抗差性能。

附图说明

    下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明的基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

    如图1所示，基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法，包括abc三相线和中性线，、和、分别是端点i、j中电气节点t的注入电流相量，是端点i和j间点t的注入电流相量，为端点i和j间支路i-j的t相线路的自阻抗，端点i（或j）内曲线表示该端点各电气节点之间的并联支路导纳，支路i-j内曲线表示该支路段各电气节点间的互感导纳，和分别表示端点i和j中性点接地阻抗，在三相四线制配网中，端点i的三相节点和中性点的注入电流方程为：

    

    

式中：表示端点中a、b和c三相的电气节点集合，即=（a,b,c），为包含端点i且端点i直接相连端点的集合；

智能电表可提供用户端各相节点注入有功、无功和三相电压幅值以及电流幅值等实时量测，三相四线制配网中智能电表量测系统采用三表法接线，智能电表量测的相电压幅值和功率量测都是以对应中心点的电压幅值，根据等值电源和负荷端点的智能电表实际的三相实时量测信息以及联络端点的零注入功率虚拟量测，在节点注入电流方程基础上建立三相四线制配网的量测，然后借助指数型权函数，建立指数加权最小二乘抗差估计模型；

对于指数加权最小二乘抗差估计模型引入拉格朗日乘子λ处理等式约束，采用牛顿法求解其最优性条件，形成增广拉格朗日函数的无约束最优化问题，则得到迭代修正方程矩阵形式：

Min =

式中：k为迭代次数；

采用指数加权最小二乘抗差估计模型的方法进行三相四线制配网状态估计，指数型权函数可动态修正权重，自动排除不良数据影响，具体步骤如下：

    1）初始化：设置量测端点的固定权重为单位对角阵，设置最大迭代次数、收敛精度ε，初始迭代次数k=1，假设等值电源的中性点电压为零电位参考，并取电源端点a相电压相位为全网零相位参考；

    2）计算系统节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

    3）计算修正量，根据计算状态变量新值，令k=k+1；

    4）收敛性判据：若，则停止迭代，输出结果，若且迭代次数k>，则停止迭代，程序不收敛，否则进行步骤5）；

5）动态修正标准化尺度参数：若，修正尺度参数，返回步骤3），若，则，并返回步骤3），重新迭代。

其中，本模型方法不存在各中性点电压均等于0和电源端点三相电压对称的假设条件，能够准确估计出系统所有中性点的实际电压和电源端点三相电压相量，其条件为：1）电源端点三相电压相量对称；2）电源端点三相电压相量不对称。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法，包括abc三相线和中性线，                                                、和、分别是端点i、j中电气节点t的注入电流相量，是端点i和j间点t的注入电流相量，为端点i和j间支路i-j的t相线路的自阻抗，端点i（或j）内曲线表示该端点各电气节点之间的并联支路导纳，支路i-j内曲线表示该支路段各电气节点间的互感导纳，和分别表示端点i和j中性点接地阻抗，在三相四线制配网中，端点i的三相节点和中性点的注入电流方程为：

    

    

式中：表示端点中a、b和c三相的电气节点集合，即=（a,b,c），为包含端点i且端点i直接相连端点的集合；

智能电表可提供用户端各相节点注入有功、无功和三相电压幅值以及电流幅值等实时量测，三相四线制配网中智能电表量测系统采用三表法接线，智能电表量测的相电压幅值和功率量测都是以对应中心点的电压幅值，根据等值电源和负荷端点的智能电表实际的三相实时量测信息以及联络端点的零注入功率虚拟量测，在节点注入电流方程基础上建立三相四线制配网的量测，然后借助指数型权函数，建立指数加权最小二乘抗差估计模型；

对于指数加权最小二乘抗差估计模型引入拉格朗日乘子λ处理等式约束，采用牛顿法求解其最优性条件，形成增广拉格朗日函数的无约束最优化问题，则得到迭代修正方程矩阵形式：

Min =

式中：k为迭代次数；

采用指数加权最小二乘抗差估计模型的方法进行三相四线制配网状态估计，指数型权函数可动态修正权重，自动排除不良数据影响，具体步骤如下：

初始化：设置量测端点的固定权重为单位对角阵，设置最大迭代次数、收敛精度ε，初始迭代次数k=1，假设等值电源的中性点电压为零电位参考，并取电源端点a相电压相位为全网零相位参考；

计算系统节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

计算修正量，根据计算状态变量新值，令k=k+1；

收敛性判据：若，则停止迭代，输出结果，若且迭代次数k>，则停止迭代，程序不收敛，否则进行步骤5）；

动态修正标准化尺度参数：若，修正尺度参数，返回步骤3），若，则，并返回步骤3），重新迭代。

2.根据权利要求1所述的基于智能电表量测的三相四线制配网抗差估计方法，其特征在于，本模型方法不存在各中性点电压均等于0和电源端点三相电压对称的假设条件，能够准确估计出系统所有中性点的实际电压和电源端点三相电压相量，其条件为：1）电源端点三相电压相量对称；2）电源端点三相电压相量不对称。