CN105552885A - 一种提高配电网状态估计可观测性的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高配电网状态估计可观测性的方法，包括：建立计量数据关系库表；根据计量数据关系库表获取相应的配变计量信息；根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据；根据实时量测点构建动态区域；根据实时量测信息及配变计量信息对配变计量数据进行修正并计算所有计量点的计量值。与现有技术相比，本发明的方法以实时量测信息(包括出口开关及联络开关)和配变计量数据动态构成的动态区域，可先通过适当提高出口开关及联络开关的量测精度及权重，再通过实时量测来修正配变计量数据，最终得到所有设备的量测信息(所有计量点的计量值)，从而提高了配电网状态估计的可观测性。本发明同时公开了一种提高配电网状态估计可观测性的系统。

Description

一种提高配电网状态估计可观测性的方法及其系统

技术领域

本发明涉及配电网状态估计技术领域，尤其涉及一种计量数据的提高配电网状态估计可观测性的方法及其系统。

背景技术

状态估计也称为滤波，它是利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，自动排除随机干扰所引起的错误信息，估计或预报系统的运行状态。按假定的量测分布模式的不同，有不同的估计准则：加权最小二乘准则(WLS)、非二次准则、加权最小绝对值(WLAV)等。但配电系统和输电系统有着很大的不同，主要表现在：

1)网络呈辐射状，多为树状或梳状，少数情况下有弱环；

2)支路长度短且数据大，r/X大；

3)量测类型中有较多支路电流幅值量测；量测配置严重不足；

4)三相不平衡度较大。

配电网中，量测配置相对不足，而支路电流幅值量测和节点电压幅值量测在各种量测类型中又占据很大的比重，并且这两种量测的精度往往高于功率量测。因此，有效地利用这两种量测对增加量测冗余度，对提高状态估计的可算性和可信度具有重要意义。目前一些文献中提出了利用电流、电压幅值量测的变换方法，该方法中推导了基于修正雅可比矩阵的迭代公式，构成了基于等效功率变换的配电网状态估计算法。该算法具有以下优点：信息阵与支路阻抗无关，数值稳定性好；不要求P,Q量测成对出现，对量测权重也无特殊要求，对量测配置的适应性强；P,Q解耦迭代，计算效率高。

但针对量测配置严重不足的配电网，配电网总体量测配置的冗余度还是非常低，即使使用上述的电流型量测也无法达到状态估计可观测性的目的，因此，需要研究新的方法来提高配电网的状态估计的可观测性，从而使状态估计可以计算从而达到实用化的目标，进而为后续应用软件如配电网调度员潮流等的应用奠定基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高配电网状态估计可观测性的方法及其系统，以提高配电网状态估计的可观测性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

提供一种提高配电网状态估计可观测性的方法，包括步骤：

建立计量数据关系库表；

根据计量数据关系库表获取相应的配变计量信息；

根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据；

根据实时量测点构建动态区域，该动态区域内包括实时量测信息及配变计量信息；

根据实时量测信息及配变计量信息对配变计量数据进行修正，并计算所有计量点的计量值。

与现有技术相比，本发明的方法先建立计量数据关系库表，再根据计量数据关系库表获取相应的配变计量信息，及根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据，之后根据实时量测点构建动态区域，最后根据实时量测信息及配变计量信息对配变计量数据进行修正并计算所有计量点的计量值；即本发明的方法以实时量测信息(包括出口开关及联络开关)和配变计量数据动态构成的动态区域，可先通过适当提高出口开关及联络开关的量测精度及权重，再通过实时量测来修正配变计量数据，最终得到所有设备的量测信息(所有计量点的计量值)，从而提高了配电网状态估计的可观测性。

相应地，本发明还提供了一种提高配电网状态估计可观测性的系统，包括：

建立模块，用于建立计量数据关系库表；

获取模块，用于根据计量数据关系库表获取相应的配变计量信息；

计算模块，用于根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据；

构建模块，用于根据实时量测点构建动态区域，动态区域内包括实时量测信息及所述配变计量信息；

修正模块，用于根据实时量测信息及配变计量信息对配变计量数据进行修正并计算所有计量点的计量值。

附图说明

图1为本发明提高配电网状态估计可观测性的方法的主流程图。

图2为配电负荷估计原理图。

图3为图1中步骤S103的子流程图。

图4为基于相似日法计算配变计量数据的原理图。

图5为图1中修正配变计量数据的子流程图。

图6为图1中计算计量值的子流程图。

图7为本发明提高配电网状态估计可观测性的系统的结构框图。

图8为图7所示计算模块的结构框图。

图9为图7所示修正模块的结构框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1，本发明提高配电网状态估计可观测性的方法，包括步骤：

S101，建立计量数据关系库表。

S102，根据计量数据关系库表获取相应的配变计量信息。

S103，根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据。

S104，根据实时量测点构建动态区域，该动态区域内包括实时量测信息及配变计量信息。其中，实时量测点为出口开关或联络开关，按照出口开关和联络开关的分布情况将整条馈线划分为多个彼此相互独立的动态区域，且每两动态区域的交界处含有实时量测点。

S105，根据实时量测信息及配变计量信息对配变计量数据进行修正，并计算所有计量点的计量值。

需要说明的是，上述计量数据关系库表如下所示：

计量数据的表的表名：Elec_Acquis_Data01，Elec_Acquis_Data02,....共31个表，这31个表用来保存最近一个月的计量数据信息。根据当日的信息到相应的表中获取相应配变的计量信息。

此外，为了更好地理解图1所示本发明的流程，下面先对本发明所涉及的原理做如下说明：

本发明利用了实时量测、准实时量测、伪量测及潮流估算原理修正配变计量数据及计算计量值。

其中，先对实时量测、准实时量测、伪量测做如下介绍：

(1)实时量测：是SCADA系统从装设在馈线上的测量装置采集到的实时数据。由于种种原因限制，配网系统中的实时量测数量有限，一般只在某些关键地点才会有，例如馈线出口处、线路上重要的开关/刀闸上、某些重负荷、联络开关上等。

(2)准实时量测：电量计费系统每15分钟左右采集一次,而实时量测的采集通常是秒级的，所以需要计算非整点的计量数据的值，这里采用相似日的方法进行处理，而相似日法的具体处理过程将后续介绍。

(3)伪量测：对于没有实时量测和准实时量测的配变，应增加伪量测，伪量测的来源可以考虑计划值和配变的容量参数。

对于上述三种量测方式，在目前配电网自动化水平不高的情况下，实时量测不足以保证系统可观测，即使加上负荷准实时量测和伪量测后，量测冗余度也非常低，而且实时量测与准实时量测、伪量测在精度上相差很大，要计算当前状态下的电网状态，可以认为：实时量测是最精确的，准实时量测和伪量测误差相对较大。但是实时量测本身还是存在误差，而且各个负荷点(配变)基本上没有实时采集。基于此，本发明提出基于实时量测和伪量测补齐实时量测，并对实时量测进行合理修正的处理方法，该方法所涉及的配电负荷估计原理图如图2所示。

具体地，如图2所示：

(1)按照实时量测(图中用表示)的分布情况将整条馈线分成若干区域，使得各区域互相独立，而且要求各区域的交界处有实时量测，区域内部没有实时量测，图中虚线椭圆框即为两个区域的例子；

(2)对每一个量测区域，可根据该区域的输入、输出功率量测值(量测以Z表示)得到该区域内的所有负荷和损耗之和(负荷以P表示)，如图中区域一中的所有负荷总加即可由实时量测Z1、Z2、Z3的总加计算得到，区域二是末梢，实时量测Z3即可为区域二内所有负荷之和；

(3)根据区域内负荷的准实时量测和伪量测，将第二步计算得到的量测区域内实时负荷之和，按比例分配得到负荷的功率值作为其处理后的伪量测。

以区域二的有功功率计算为例说明，第二步计算可得到三个实时量测之和，即：

Z₁+Z₂+Z₃＝Z_sum(3)

根据四个负荷的准实时量测(如果没有准实时量测，可用伪量测代替)，可得到负荷总加，即：

P₁+P₂+P₃+P₄＝P_sum(4)

实际情况下显然Z_sum＝P_sum，但由于量测精度不同，二者很可能不相等，由于Z_sum的精度远大于P_sum，因此先假设Z_sum是准确的，每个负荷的功率分配值由下式计算得到：

P_i′＝Z_sum*(P_i/P_sum)(5)

如果有相应的无功量测，则可按上述有功功率的方法计算无功负荷值；如果没有无功量测，可根据有功量测和功率因数经验值计算。

接着，对潮流估算做如下介绍：

因为实时采集数据不是完全准确的，可能存在估算出的负荷与区域边界开关上的量测之间不完全匹配的问题。所以要对初次分配出的负荷进行进一步校准、修正。根据公式(5)计算得到负荷值，采用前推回代法进行初步潮流估算，得到各区域边界开关校准后的潮流值，再以这个初步估算的潮流值按公式(5)的原理，进行二次负荷分配，则得到最终的负荷分配结果，基于这个负荷分配结果，进行潮流计算，得到整个馈线上的潮流分布。

基于上述对本发明所涉及原理的介绍，现在请参考图3及图4，图1所示步骤S103具体包括：

S1031，间隔地采集数据，设采集到X0、X1、X2三个时刻的数据；具体地，电量计费系统每15分钟左右采集一次，假设X0,X1为整点的15分钟可以采集的数据。

S1032，根据时刻X1和X2的相应值及公式(6)计算相似日的斜率K；

S1033，根据斜率K及公式(7)计算时刻X1的配变计量数据；

其中，公式(6)、(7)如下：

$K=\frac{Y_{A1}-Y_{B1}}{X_{A1}-X_{B1}}---\left(6\right)$

y＝y₀+K(X₁-X₀)(7)

x0、x1为时刻X0和X1的时标，(X_A1，Y_A1)、(X_B1，Y_B2)分别为时刻X1和X2的相应值，K为斜率，y₀为时刻X0的配变计量数据，y为时刻X1的配变计量数据。

具体地，再请参考图5，修正配变计量数据具体包括：

S1051，采集动态区域内的配变负荷的初始计量值；

S1052，根据动态区域的输入、输出功率的量测值获取动态区域内的总负荷；

S1053，根据初始计量值按比例分配总负荷；

S1054，将动态区域内每个配变的负荷值相加后与动态区域的当前量测值比较修正，其中每个配变的修正量为：P_g表示区间内的量测差值P_i′＝P₁+ΔP_i′，P_i为第i个配变的负荷，i为自然数，n为自然数且为第n个配变。

具体地，再请参考图6，计算计量值具体包括：

S1061，初次分配总负荷；

S1062，对初次分配后的总负荷采用前推回迭代法进行初步潮流估算以得到潮流值；

S1063，根据潮流值二次分配总负荷以得到分配结果；

S1064，根据分配结果进行潮流计算，以得到所有计量点的计量值。

相应地，再请参考图7，本发明还提供了一种提高配电网状态估计可观测性的系统，包括：

建立模块10，用于建立计量数据关系库表。

获取模块11，用于根据计量数据关系库表获取相应的配变计量信息。

计算模块12，用于根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据。

构建模块13，用于根据实时量测点构建动态区域，动态区域内包括实时量测信息及配变计量信息；其中，实时量测点为出口开关或联络开关，按照出口开关和联络开关的分布情况将整条馈线划分为多个彼此相互独立的动态区域，且每两动态区域的交界处含有实时量测点。

修正模块14，用于根据实时量测信息及配变计量信息对配变计量数据进行修正并计算所有计量点的计量值。

具体地，请参考图8，计算模块12具体包括：

数据采集单元121，用于间隔地采集数据，其中设采集到X0、X1、X2三个时刻的数据；

斜率计算单元122，用于根据时刻X1和X2的相应值及公式(6)计算相似日的斜率K；

计量数据计算单元123，用于根据斜率K及公式(7)计算时刻X1的配变计量数据；

其中，公式(6)、(7)如下：

$K=\frac{Y_{A1}-Y_{B1}}{X_{A1}-X_{B1}}---\left(6\right)$

y＝y₀+K(X₁-X₀)(7)

x0、x1为时刻X0和X1的时标，(X_A1，Y_A1)、(X_B1，Y_B2)分别为时刻X1和X2的相应值，K为斜率，y₀为时刻X0的配变计量数据，y为时刻X1的配变计量数据。

具体地，请参考图9，修正模块14具体包括：

初始计量值采集单元141，用于采集动态区域内的配变负荷的初始计量值；

总负荷获取单元142，用于根据动态区域的输入、输出功率的量测值获取动态区域内的总负荷；

比例分配单元143，用于根据初始计量值按比例分配总负荷；

修正单元144，用于将动态区域内每个配变的负荷值相加后与动态区域的当前量测值比较修正，其中每个配变的修正量为：P_g表示区间内的量测差值P_i′＝P_i+ΔP_i′，P_i为第i个配变的负荷，i为自然数，n为自然数且为第n个配变。

初次分配单元145，用于初次分配总负荷；

估算单元146，用于对初次分配后的总负荷采用前推回迭代法进行初步潮流估算以得到潮流值；

二次分配单元147，用于根据潮流值二次分配总负荷以得到分配结果；

计量值单元148，用于根据分配结果进行潮流计算以得到所有计量点的计量值。

从以上描述可以看出，本发明的方法及其系统具有如下优点：

(1)充分利用了计量数据的信息，形成每隔15分钟一个点的数据库，并结合配网出口开关及联络开关的量测信息，来对整个配网的量测信息进行综合修正，并整体提高配电网状态估计的冗余度；

(2)通过相似日的方法，按相似日相同时间段内确定相应时间点的变化趋势，认为缺少量测点的变化趋势与历史最近相似日的变化趋势相同，从而得出预测点的值，为最终所得结果的准确性坚定了基础；

(3)以实时量测信息(包括出口开关及联络开关)和配变计量数据动态构成的动态区域，可先通过适当提高出口开关及联络开关的量测精度及权重，再通过实时量测来修正配变计量数据，最终得到所有设备的量测信息(所有计量点的计量值)，从而提高了配电网状态估计的可观测性；

(4)综合考虑了多个方面的因素，包括实时量测、准实时量测、伪量测来综合分析，整体提高了配电网状态估计的可观测性。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (13)

1.一种提高配电网状态估计可观测性的方法，其特征在于，包括步骤：

建立计量数据关系库表；

根据所述计量数据关系库表获取相应的配变计量信息；

根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据；

根据实时量测点构建动态区域，所述动态区域内包括实时量测信息及所述配变计量信息；

根据所述实时量测信息及配变计量信息对所述配变计量数据进行修正，并计算所有计量点的计量值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用实时量测、准实时量测、伪量测及潮流估算原理修正所述配变计量数据及计算所述计量值。

3.如权利要求1所述的方法，根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据具体包括：

间隔地采集数据，设采集到X0、X1、X2三个时刻的数据；

根据时刻X1和X2的相应值及公式(1)计算相似日的斜率K；

根据所述斜率K及公式(2)计算时刻X1的所述配变计量数据；

其中，公式(1)、(2)如下：

$K=\frac{Y_{A1}-Y_{B1}}{X_{A1}-X_{B1}}---\left(1\right)$

y＝y₀+K(X₁-X₀)(2)

x0、x1为时刻X0和X1的时标，(X_A1，Y_A1)、(X_B1，Y_B2)分别为时刻X1和X2的相应值，K为斜率，y₀为时刻X0的配变计量数据，y为时刻X1的配变计量数据。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实时量测点为出口开关或联络开关。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据实时量测点构建动态区域具体包括：

按照所述出口开关和联络开关的分布情况将整条馈线划分为多个彼此相互独立的所述动态区域，且每两所述动态区域的交界处含有所述实时量测点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，修正所述配变计量数据具体包括：

采集所述动态区域内的配变负荷的初始计量值；

根据所述动态区域的输入、输出功率的量测值获取所述动态区域内的总负荷；

根据所述初始计量值按比例分配所述总负荷；

将所述动态区域内每个配变的负荷值相加后与所述动态区域的当前量测值比较修正，其中每个配变的修正量为：P_g表示区间内的量测差值P′_i＝P_i+ΔP′_i，P_i为第i个配变的负荷，i为自然数，n为自然数且为第n个配变。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，计算所述计量值具体包括：

初次分配所述总负荷；

对初次分配后的所述总负荷采用前推回迭代法进行初步潮流估算以得到潮流值；

根据所述潮流值二次分配所述总负荷以得到分配结果；

根据所述分配结果进行潮流计算，以得到所有计量点的计量值。

8.一种提高配电网状态估计可观测性的系统，其特征在于，包括：

建立模块，用于建立计量数据关系库表；

获取模块，用于根据所述计量数据关系库表获取相应的配变计量信息；

计算模块，用于根据相似日法计算当前时刻相应的配变计量数据；

构建模块，用于根据实时量测点构建动态区域，所述动态区域内包括实时量测信息及所述配变计量信息；

修正模块，用于根据所述实时量测信息及配变计量信息对所述配变计量数据进行修正并计算所有计量点的计量值。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述计算模块具体包括：

数据采集单元，用于间隔地采集数据，其中设采集到X0、X1、X2三个时刻的数据；

斜率计算单元，用于根据时刻X1和X2的相应值及公式(1)计算相似日的斜率K；

计量数据计算单元，用于根据所述斜率K及公式(2)计算时刻X1的所述配变计量数据；

其中，公式(1)、(2)如下：

$K=\frac{Y_{A1}-Y_{B1}}{X_{A1}-X_{B1}}---\left(1\right)$

y＝y₀+K(X₁-X₀)(2)

x0、x1为时刻X0和X1的时标，(X_A1，Y_A1)、(X_B1，Y_B2)分别为时刻X1和X2的相应值，K为斜率，y₀为时刻X0的配变计量数据，y为时刻X1的配变计量数据。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述实时量测点为出口开关或联络开关。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述构建模块按照所述出口开关和联络开关的分布情况将整条馈线划分为多个彼此相互独立的所述动态区域，且每两所述动态区域的交界处含有所述实时量测点。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述修正模块具体包括：

初始计量值采集单元，用于采集所述动态区域内的配变负荷的初始计量值；

总负荷获取单元，用于根据所述动态区域的输入、输出功率的量测值获取所述动态区域内的总负荷；

比例分配单元，用于根据所述初始计量值按比例分配所述总负荷；

修正单元，用于将所述动态区域内每个配变的负荷值相加后与所述动态区域的当前量测值比较修正，其中每个配变的修正量为：P_g表示区间内的量测差值P′_i＝P_i+ΔP′_i，P_i为第i个配变的负荷，i为自然数，n为自然数且为第n个配变。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述修正模块还包括：

初次分配单元，用于初次分配所述总负荷；

估算单元，用于对初次分配后的所述总负荷采用前推回迭代法进行初步潮流估算以得到潮流值；

二次分配单元，用于根据所述潮流值二次分配所述总负荷以得到分配结果；

计量值单元，用于根据所述分配结果进行潮流计算以得到所有计量点的计量值。