CN109462234B - 联络线扩展区域状态估计方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种联络线扩展区域状态估计方法及装置，应用于主从式系统中的上级系统，上级系统中包括多个联络线区域，而下级系统中包括多个独立的子区，该方法包括：各联络线区域的计算节点从与该联络线区域相邻的子区的计算节点获取第一灵敏度矩阵；对于任一联络线区域，根据该第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序；根据该灵敏度大小排序的排序结果，获取估计敏感节点，并根据该估计敏感节点以及该联络线区域动态构建灵敏度区域以确定联络线估计区域；对该联络线估计区域进行状态估计计算以得到估计计算结果。
Description
技术领域
本发明涉及状态估计领域，具体而言，涉及一种联络线扩展区域状态估计方法及装置。
背景技术
电力系统状态估计是能量管理系统(energy management system,EMS)的重要组成部分，为安全评估和经济调度等提供实时可靠数据。伴随电力系统的发展和区域互联，电网结构和运行方式日趋复杂、计算节点规模庞大，分布式状态估计(distributed stateestimation,DSE)成为当前的研究趋势，可有效提高估计计算速度和计算精度。同时，考虑到互联大电网实行“统一调度、分级管理”的分层分区管理模式，上下两级调度系统根据各自不同的管辖范围建立不同的估计计算模型，并且具有独立的调控中心，形成主从式的调控管理模式。
在主从式的调控模式下，下级子系统间一般不直接进行交互，而是通过相邻的上级系统实现彼此之间的信息协调和数据交互。为减小上下两级系统间边界量测估计值的不匹配量，各下级子系统均以上级系统计算得到的估计计算结果作为协调参考值，不断更新修正各下级子系统自身状态量和量测量，形成全网结构计算模型与数据断面。
但是，目前对于上级系统自身的估计计算结果的获取方式仍不明确，也就难以保障下级子系统能够获得精准的协调参考值，这会进一步影响各下级子系统甚至全网的计算准确性。
发明内容
为克服现有技术中存在的技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种联络线扩展区域状态估计方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种联络线扩展区域状态估计方法，应用于主从式系统中的上级系统，该上级系统中包括多个联络线区域，在与所述上级系统对应的下级系统中包括多个独立的子区，所述方法包括：
各联络线区域的计算节点从与该联络线区域相邻的子区的计算节点获取第一灵敏度矩阵，其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵；
对于任一联络线区域，根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序；
根据所述灵敏度大小排序的排序结果，获取估计敏感节点，并根据所述估计敏感节点以及所述联络线区域动态构建灵敏度区域，将该灵敏度区域作为联络线估计区域；
对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果。
第二方面，本发明实施例还提供一种联络线扩展区域状态估计装置，应用于主从式系统中的上级系统，该上级系统中包括多个联络线区域，在与所述上级系统对应的下级系统中包多个独立的子区，所述装置包括：
矩阵获取模块，用于获取第一灵敏度矩阵，其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵；
排序计算模块，用于根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序；
区域生成模块，用于根据所述灵敏度大小排序的排序结果，获取估计敏感节点，并根据所述估计敏感节点以及所述联络线区域动态构建灵敏度区域，将该灵敏度区域作为联络线估计区域；
估计计算模块，用于对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果。
与现有技术相比，本发明实施例的联络线扩展区域状态估计方法及装置，基于灵敏度大小排序结果来动态构建灵敏度区域，并将该灵敏度区域作为联络线估计区域，进一步根据得到的联络线估计区域进行联络线状态估计计算，实现对上级系统的各联络线区域的估计计算，以此得到上级系统的估计计算结果。具体根据状态量对量测量的灵敏度矩阵，分析获得联络线两端节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，实现灵敏度大小排序和估计敏感节点的选择，动态构建合理的灵敏度估计计算区域，即联络线估计区域，能够最大限度地整合系统的量测信息，并行开展各个联络线区域的状态估计计算，得到精准的联络线估计值，该值可以作为下级系统各子区之间进行协调修正的估计参考值。这一方法提供了获取精准的联络线估计结果的途径，有利于提升下级子系统甚至全网系统的计算准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一个实例中某互联系统分区和联络线扩展区域的示意图。
图2为本发明实施例提供的联络线扩展区域状态估计方法的流程图。
图3为本发明实施例提供的基于IEEE118系统的多种情况下的联络线估计计算区域的示意图。
图4是本发明实施例提供的联络线扩展区域状态估计装置的功能模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参阅图1，是本实施例提供的一种互联电网系统10，该系统中存在大量的计算节点，对于每一个计算节点的执行主体都可以是服务器、个人计算机、移动设备等能够连接网络并具有运算处理能力的设备。
该互联电网系统10为主从式系统，该互联电网系统10包括上级系统和下级系统。上级系统中包括多个联络线区域(如图1中的联络线区域A、联络线区域B)，在与所述上级系统对应的下级系统中包括多个独立的子区(如图1中的子区i、子区j)。各联络线区域、各子区可以分别进行估计计算。作为一种实施方式，关于该互联电网系统10的分区方式可以是：遵循电网分层分区垂直调控管理与电网量测采集分区汇聚的特点，以电网控制区域划分为基础，将互联电网划分为若干对等子区、联络线区域，构成主从式的并行计算模型，形成主从式的调控管理模式。
其中，各个对等子区之间互不重叠，每一个联络线区域的两端节点分别位于不同的相邻子区。每一个联络线区域中有至少两个节点分别位于相邻的子区，相应地，每一个子区内有多个内部节点，同一个子区可以与多个联络线区域关联。
其中，各个联络线区域在经过区域扩展后可以得到相应的联络线估计区域，进一步地，根据扩展得到的联络线估计区域进行联络线状态估计计算，完成对于上级系统的状态估计。同一个联络线估计区域至少涵盖一个联络线区域，同一个联络线区域至少包含一条联络线。
在一个实例中，如图1所示，该互联电网系统10包括相邻的子区i和子区j。子区i与子区j之间互不重叠，可以独立进行运算。子区i和子区j之间可以有多条联络线，例如图1中的第m条联络线、第m+1条联络线。本例中，对于第m条联络线对应的联络线区域A中有两个节点a、b分别位于子区i和子区j中，对于第m+1条联络线对应的联络线区域B中有两个节点c、d分别位于子区i和子区j中。
图1中，“a、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、c、c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、b、b1、b2、b3、b4、b5、d、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、refi、refj”表示节点。
在一种实施方式中，子区i和子区j可以分别独立进行状态估计计算，得到相应的子区估计结果，还能计算得到相应的子区灵敏度矩阵。同时，联络线区域A、联络线区域B也能并行独立进行状态估计计算。
该实施方式中，子区i和子区j的状态估计计算过程与联络线估计区域的状态估计计算过程不会相互影响，上下两级系统之间的状态估计计算可以并行执行。
请参阅图1，本实施例中，由联络线区域扩展得到的灵敏度区域作为联络线估计区域，是可以动态扩展变化的。该联络线估计区域可以仅覆盖从边界节点扩展的一个节点，也可以覆盖从边界节点扩展延伸的多个节点。
对于扩展得到的联络线估计区域，可以采用加权最小二乘估计法(WeightedLeast Squares，WLS)实现联络线估计区域的状态估计计算。
第二实施例
请参阅图2，是本发明实施例提供的应用于图1所示系统的联络线扩展区域状态估计方法的流程图。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S110，各联络线区域的计算节点从与该联络线区域相邻的子区计算节点获取第一灵敏度矩阵，其中，第一灵敏度矩阵表示状态量对量测量的灵敏度矩阵。
步骤S120，对于任一联络线区域，根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序。其中，量测变化量包括功率量测变化量、电压幅值量测变化量，节点的状态变化量包括电压幅值变化量、相角变化量。
步骤S130，根据所述灵敏度大小排序的排序结果，获取估计敏感节点，并根据所述估计敏感节点以及所述联络线区域动态构建灵敏度区域，将该灵敏度区域作为联络线估计区域。其中，在向灵敏度区域中添加节点时，可以综合考虑网络拓扑的连接关系与灵敏度大小来进行添加，具体的添加方式可以是按照广度搜索方法来搜索节点，并在搜索过程中将满足灵敏度要求的节点作为估计敏感节点，以添加至灵敏度区域中。
步骤S140，对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果。其中，该估计计算结果包括状态量向量以及能够根据状态量向量得出的联络线量测估计值，对于本领域技术人员来说，只需确定状态量向量即认为已经能够确定估计计算结果，因此，在本发明中对于联络线估计结果的获取方式可以具体表现为得到状态量向量的过程。
本实施例中，在步骤S110之前，可以采用节点撕裂法对电网进行区域划分，关于具体划分方式以及划分得到的多个区域请参阅前述实施例中所述系统的相关描述，在此不再赘述。
关于步骤S110和步骤S120，各子区均可得到各自的第一灵敏度矩阵。各子区可以根据量测采集范围，读取各子区内部的相关模型数据，并行计算获得子区状态量对量测量的第一灵敏度矩阵。其中，该相关模型可以是子区内部的潮流模型。
对于上级系统中的任意联络线区域，在得到第一灵敏度矩阵后，结合该第一灵敏度矩阵进行灵敏度关系的相关运算，就可以得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，具体包括了联络线端节点的电压幅值变化量、电压相角变化量等灵敏度大小关系，通过这些灵敏度大小关系可以反映出子区内部节点的量测变化量对于边界节点状态量的影响。
关于步骤S130，上级系统为了确定合理的估计计算区域(即联络线估计区域)，可以通过灵敏度大小排序的排序结果来确定将哪些节点加入估计计算区域中，根据排序结果得到的节点可以作为估计敏感节点，这些估计敏感节点(子区内部节点)的量测量与联络线两端的节点(联络线区域的边界节点)的状态量之间耦合性强，将这些估计敏感节点按照广度搜索方法进行添加，即可得到作为联络线估计区域的灵敏度区域。即，在进行灵敏度排序之前可以采用广度搜索方法来确定一些待选节点，对这些待选节点进行灵敏度大小排序，根据排序结果俩确定估计敏感节点并构建灵敏度区域。对于同一联络线区域中的多条联络线可能对应多个初始灵敏度区域，在不断进行广度搜索的过程中，这些初始灵敏度区域可以自然重叠或者合并，得到连通的灵敏度区域。
该联络线估计区域通常不会由于实时量测采集数据的变化而变化。以此进行联络线估计计算能够提升整体估计计算的鲁棒性和准确性。
关于步骤S140，作为一种实施方式，在对联络线相关的区域进行状态估计计算时，可以采用WLS估计法进行估计计算，以得到相应区域的估计计算结果。例如在对各联络线估计区域或各子区进行状态估计计算时，均可采用WLS进行计算。
其中，对于联络线区域A扩展得到的联络线估计区域进行状态估计计算后，可得到联络线量测估计值，该联络线量测估计值可作为下级系统各子区进行协调修正的估计参考值。
通过上述方法能够实现对于联络线的估计计算效率与计算精度的均衡，得到精准的联络线估计参考值。在后续结合该联络线估计参考值、灵敏度矩阵完成各子区边界不匹配量的协调修正时，得到的协调计算结果准确性高，再将协调计算结果进行汇总归一能够得到有效的全网估计结果。
一方面，上述方法给上级系统提供了一种上级系统自身能够应用的状态估计方法，明确了下级系统所需的联络线估计参考值的获取方式。通过这一方法能够快速、准确的确定联络线估计区域，由于估计区域中选择的节点会对整个区域的估计计算带来严重影响，通过上述方法选择的估计敏感节点与联络线两端节点状态量耦合性强，用这些估计敏感节点动态构建灵敏度区域，进而得到的联络线估计区域更为可靠，能够提升估计计算鲁棒性和准确性，得到的联络线估计参考值对于下级系统的协调修正具有重要意义。
另一方面，由于上下级系统之间可以并行独立进行状态估计计算，具有较高的计算速度，且能够减少各子区间状态估计收敛性的影响和残差污染，能够降低局部坏数据及不可观测性对于全网系统估计计算结果的影响，提高电网调控运行实时性和准确性。
需要说明的是，上述方法除了可以运用于图1所示的系统外，还可以应用在其他主从式调控管理系统中，通过上述方法能够提供精准的联络线估计参考值。
下面将结合某互联系统和IEEE118标准节点系统对本发明作进一步说明。以图1中相邻子区i、子区j和联络线区域A、联络线区域B为例进行说明。
步骤S200：采用节点撕裂法完成互联电网的区域划分，以使各个对等子区互不重叠，联络线区域中各联络线两端的节点分别位于不同的相邻子区，形成主从式并行计算模型。其中，这一模型可以被称为基于联络线分区解耦的估计计算模型。在确定模型后，可以根据分布式网络计算环境中不同计算节点的计算能力，分布部署并运行多个子区和联络线估计区域的状态估计与协调计算。
其有益效果在于，采用联络线分区解耦模型实现状态估计计算，区域之间的估计计算并行独立，可有效地避免子区与联络线区域间的多次往复迭代过程，因此，其能够在提升速度的同时，减少跨子区间状态估计收敛性的影响和残差污染。即使某个分区不收敛，仍然可以得到其它分区的状态估计结果。
步骤S210：各子区根据各区域量测采集范围，读取相关模型数据，并行计算获得各子区的第一灵敏度矩阵。
下面以图1中的子区i为例，说明状态量与量测量之间的灵敏度关系。设子区i的mi维初始量测向量为zi0，2(ni-1)维初始状态向量为xi0。若量测向量发生微小变化量Δzi，将导致状态向量也发生微小变化量Δxi。
为了分析状态量与量测量间的灵敏度关系，首先在xi0附近对非线性量测方程中mi维非线性函数向量hi(xi)进行泰勒展开，忽略二次以上的非线性项。再将展开式代入WLS的目标函数Ji(xi)中，令量测向量zi＝zi0+Δzi，并展开配方后，可知若使Ji(xi)达到最小值，部分项应为零，可得如下公式(1)。
其中，状态量对量测量的2(ni-1)×mi灵敏度矩阵，即第一灵敏度矩阵请参见公式(2)。
其中，
zi表示子区i的mi维量测向量，xi表示该子区i的2(ni-1)维状态向量，
表示该子区i的第一灵敏度矩阵，
表示Hi(xi0)的转置矩阵，hi(xi)表示mi维的非线性函数向量，Ri表示mi×mi维量测误差方差阵，且
在得到第一灵敏度矩阵后，执行步骤S220。
步骤S220：完成灵敏度大小排序。
以图1中，子区i内部节点a3、第m条联络线的首端节点a、第m+1条联络线的首端节点c为例说明。根据式(2)中的第一灵敏度矩阵，采用式(3)逐一进行分析，以分析量测变化量Δzi对节点状态变化量Δxi的影响，再分别对全部联络线的端节点的电压幅值变化总量和相角变化总量进行大小排序，如式(4)所示。
其中，该量测变化量Δzi中包括了子区内部节点a3相关的功率量测的单位变化量和电压幅值量测的单位变化量，统称为与节点a3相关的单位变化量
该节点状态变化量Δxi包括了全部联络线端节点的电压幅值变化量和/或相角变化量，全部联络线的端节点包括节点a和节点c。
利用下列计算公式(3)对全部联络线边界节点的状态变化量进行排序。
计算得到的其中一个结果如公式(4)所示：
其中，Δxa、Δxc分别表示节点a、节点c的电压幅值变化量，或，节点a、节点c的电压相角变化量，r、t分别表示子区i内部节点a3的某一量测量和相关量测数目，
表示节点a3的第r个量测量，sa,r、sc,r分别表示所述第一灵敏度矩阵
内同时与Δxa、Δxc、
相关的矩阵元素，
表示子区i内部节点a3的灵敏度大小。具体地，该
可以统指全部联络线边界节点的状态变化总量，包括全部联络线端节点的电压幅值变化总量，或，全部联络线端节点的电压相角变化总量。
由于从联络线区域计算节点发送至子区计算节点的联络线估计值作为子区协调修正计算的基准，将直接影响协调修正算法的计算准确性，因此，选择合适的联络线状态估计区域，排除不良数据的干扰，确定精准的联络线估计参考值至关重要。
若仅选取联络线两端节点实现估计计算，在实际工程中，联络线两端量测可能出现信息量不足，造成系统不可观或估计不准确。此时，联络线区域的估计计算区域需要向外扩展。扩展原则可依据实际工程经验，通过各联络线节点外带一级近邻缓冲节点形成图1或图3中的缓冲区域。但此方法缺乏严谨的理论指导且估计质量未必最佳。
因此，应考虑联络线两端节点状态变化量与相邻子区内部量测变化量之间的灵敏度关系，执行步骤S230，以确定合理的联络线估计区域。
步骤S230：根据灵敏度大小排序的排序结果，从相邻子区的内部节点中获取与联络线两端节点的状态量耦合性强的节点作为估计敏感节点。将所述估计敏感节点作为新增节点加入灵敏度区域，得到联络线估计区域，其中，该联络线估计区域涵盖联络线区域。
其中，根据排序结果选取与联络线两端节点状态量耦合性强的子区内部节点作为估计敏感节点，并加入联络线估计区域，形成合适的灵敏度区域。图1中得到的联络线估计区域大于仅外带一级近邻缓冲节点形成的缓冲区域。在其他实例中，按照上述方法得到的联络线估计区域可以不完全包含缓冲区域。图3示出了联络线端节点区域、缓冲区域、灵敏度区域之间的关系，图3中的灵敏度区域为其中一种联络线估计区域，可大于缓冲区域，也可不完全包含缓冲区域，该灵敏度区域可以由端节点区域扩展延伸确定。图3中的“·”表示节点，图3中的“24、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、54、66、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、118”表示了不同的节点编号。
其有益效果在于，通过上述方式能够确定合适的联络线估计区域，提升估计计算鲁棒性和准确性。
作为一种实施方式，灵敏度区域的内部节点按照网络拓扑的广度搜索方法进行添加。具体地，对于任一联络线区域中的联络线，采用广度搜索方法以将扩展搜索到的节点添加至灵敏度区域中，在将发生重叠的搜索区域进行自然合并后，得到连通的灵敏度区域。
其中，广度搜索方法的具体实施流程为：以各联络线端点为中心起始点，逐次向外、层层扩展，直至扩展节点达到或超出子区最大计算规模；若某层节点加入导致超出计算规模，则需要比较该层节点的灵敏度值、选择其中排序高的节点，以达到最大的计算规模。当各联络线搜索区域自然重叠后，则各联络线估计区域进行自然合并，得到图1或图3中连通的灵敏度区域，且该灵敏度区域不大于子区最大的计算规模。
步骤S240：在确定联络线估计区域的前提下，完成各联络线区域的并行状态估计计算，在满足迭代收敛判据后获得该联络线区域的估计计算结果。具体地，该步骤S240包括步骤S241-步骤S243。
步骤S241：对于任一联络线区域，获取与该联络线区域对应的当前联络线估计区域。
步骤S242：采用加权最小二乘估计法对所述当前联络线估计区域进行状态估计计算。
步骤S243：判断估计计算中每次迭代计算前后得到的状态变量的最大差值分量是否满足收敛判据，若是，得到该联络线区域的估计计算结果。
其中，各联络线区域的状态估计计算模型类似，下面以包含nA个节点和bA条支路的联络线区域A为例进行说明。
在给定互联系统计算模型、参数和量测系统的基础上，联络线区域A的非线性量测方程如式(5)所示。
zA＝hA(xA)+vA (5)
式(5)中，zA表示mA维量测向量，包括节点电压幅值、节点注入有功功率和无功功率、支路首末端流出的有功功率和无功功率，xA表示2(nA-1)维状态向量，包括参考节点外的所有节点的电压幅值以及相角；hA(xA)表示mA维非线性函数向量，vA表示mA维量测噪声向量。
进一步地，结合式(5)，采用WLS进行估计计算，以量测量的量测值和估计值之差的平方和最小为目标准则，基于该目标准则进行估计计算，该目标准则对应的目标函数请参见式(6)。
式(6)中，JA(xA)表示联络线区域A的目标函数，RA表示mA×mA维量测误差方差阵。
进一步地，为使目标函数JA(xA)达到最小值，状态估计的迭代计算公式请参见式(7)。
式(7)中，
k表示迭代修正的次数，k＝0表示初值；
分别表示前后两次迭代计算得到的状态变量，
表示状态变化量。
在不断进行迭代修正的过程中，可以同时执行步骤S243，步骤S243可以这样实现：按照下列收敛判据，对迭代修正后得到的状态变量的差值分量进行收敛判断，得到该联络线区域的估计计算结果。其中，该收敛判据请参见式(8)。
式(8)中，
表示状态变化量
的第j个分量，该
也被称作状态变量的差值分量。εx表示设定的收敛阈值。
当WLS状态估计计算前后两次迭代计算(k、k+1)得到的状态变量xA的最大差值分量小于收敛阈值εx时，满足上述状态估计计算的收敛判据，得到所求的状态量向量，此时可以认为能够得到联络线量测估计值以及估计计算结果。
需要说明的是，上述灵敏度大小排序、灵敏度区域选择、联络线估计区域的估计计算等流程步骤可以与各子区的估计计算维持并行独立，即上级系统中的各联络线区域的估计计算过程与下级系统中的各子区的估计计算过程可以并行独立进行。另一方面，联络线估计区域的计算规模不大于子区的计算规模，不会降低分布式状态估计的计算效率。
在依据上述方法得到联络线区域的估计计算结果后，可以执行步骤S250。
步骤S250：获取联络线量测估计值，将其作为估计参考值并由联络线区域计算节点统一发送至子区计算节点。
对于任意联络线区域，在接收到下级系统的数据请求时，将联络线量测估计值发送至下级系统，以使各子区计算节点能够计算根据所述联络线量测估计值以及各子区对应的量测估计值计算该估计值的不匹配量。
综上所述，结合IEEE118系统作为实例说明了联络线区域能够根据不同的区域选择策略以得到不同的估计计算区域，即联络线估计区域(包含缓冲区域或灵敏度区域等)，在此确定为基于灵敏度区域完成联络线估计计算。基于此联络线估计区域进行状态估计计算能够得到更为精准的联络线估计参考值，解决了现有技术中对于上级系统自身的估计计算结果无法明确获知的问题。
第三实施例
请参阅图4，是本发明实施例提供的联络线扩展区域状态估计装置的功能模块示意图。所述装置包括矩阵获取模块410、排序计算模块420、区域生成模块430、估计计算模块440。
矩阵获取模块410，用于获取第一灵敏度矩阵，其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵。
排序计算模块420，用于根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域的边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序。
区域生成模块430，用于根据所述灵敏度大小排序的排序结果，获取估计敏感节点，并根据所述估计敏感节点以及所述联络线区域动态构建灵敏度区域，以确定联络线估计区域。
估计计算模块440，用于对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果。
该排序计算模块420还用于，利用上述实施例中的公式(3)对全部联络线边界节点的状态变化量进行排序，计算得到的其中一个结果请参见上述实施例中的公式(4)。
该区域生成模块430还用于，根据灵敏度大小排序的排序结果，从相邻子区的内部节点中获取与联络线两端节点的状态量耦合性强的节点作为估计敏感节点，并将所述估计敏感节点作为新增节点加入联络线估计区域中，其中，该联络线估计区域包括所述联络线区域。
具体地，该区域生成模块430还用于采用广度搜索方法以将扩展搜索到的节点添加至搜索区域中，在得到多个搜索区域后，将发生重叠的搜索区域进行合并，得到连通的灵敏度区域，以确定联络线估计区域。
该估计计算模块440包括迭代计算模块、判断模块。该迭代计算模块用于采用WLS估计法对当前联络线估计区域进行状态估计计算；该判断模块用于判断状态估计计算过程中每次迭代计算前后得到的状态变量的最大差值分量是否满足收敛判据，若是，得到该联络线区域的估计计算结果。
其中，该迭代计算模块还用于采用上述实施例中的公式(6)以及公式(7)进行迭代修正计算。该判断模块还用于利用上述实施例中的公式(8)的收敛判据，对迭代修正后得到的状态变量的差值分量进行收敛判断。
本实施例中，所述装置还包括输出模块，该输出模块用于，在接收到下级系统的数据请求时，将所述联络线量测估计值发送至下级系统，以使各子区计算节点能够计算根据所述联络线量测估计值以及各子区对应的量测估计值计算该估计值的不匹配量。
关于本实施例中所述系统的其他细节可以进一步参考第一实施例中的相关描述，关于本实施例中所述装置的其他细节可以进一步参考第二实施例中所述方法的相关描述，在此不再赘述。
综上所述，通过上述联络线扩展区域状态估计方法及装置，能够确定合适的联络线估计区域，以得到精准的联络线量测估计值，该值可以作为下级系统的估计参考值。以此提供了一种适用于主从式调控系统中上级系统的状态估计方法，能够得到较为准确的估计计算结果，为后续下级系统的修正计算乃至全网系统的估计计算奠定了基础，提高了全网系统的计算准确性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、存储器等各种可以存储程序代码的介质。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种联络线扩展区域状态估计方法，其特征在于，应用于主从式系统中的上级系统，该上级系统中包括多个联络线区域，与所述上级系统对应的下级系统中包括多个独立的子区，所述方法包括：
各联络线区域的计算节点从与该联络线区域相邻的子区的计算节点获取第一灵敏度矩阵，其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵；
对于任一联络线区域，根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序；
根据所述灵敏度大小排序的排序结果，从相邻子区的内部节点中获取与联络线两端节点的状态量耦合性强的节点作为估计敏感节点；将所述估计敏感节点作为新增节点加入灵敏度区域中，得到联络线估计区域，其中，该联络线估计区域包括所述联络线区域；对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果；
其中，所述根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域的边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，包括：利用下列计算公式对全部联络线的边界节点的状态变化量进行排序，公式包括：
计算得到的其中一个结果为：
其中，所述Δxa、Δxc分别表示节点a、节点c的电压幅值变化量，或，节点a、节点c的电压相角变化量，所述a、c分别表示联络线区域A的边界节点、联络线区域B的边界节点，所述r、t分别表示子区i内部节点a3的某一量测量和相关量测数目，所述
表示节点a3的第r个量测量，所述sa,r、sc,r分别表示所述第一灵敏度矩阵
内同时与Δxa、Δxc、
相关的矩阵元素，所述
表示子区i内部节点a3的灵敏度大小。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于任一联络线区域，根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序的步骤之前，所述方法还包括：
对于任一联络线区域中的联络线，以各联络线的端点为中心起始点，逐次向外、层层扩展进行广度搜索得到待选节点，直至搜索到的所述待选节点达到或超出子区最大计算规模。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果，包括：
对于任一联络线区域，获取与该联络线区域对应的当前联络线估计区域；
采用加权最小二乘估计法对所述当前联络线估计区域进行状态估计计算；
判断状态估计计算过程中每次迭代计算前后得到的状态变量的最大差值分量是否满足收敛判据，若是，得到该联络线区域的估计计算结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用加权最小二乘估计法对所述当前联络线估计区域进行状态估计计算，包括：
对于确定的当前联络线估计区域，基于下列目标函数采用加权最小二乘估计法进行状态估计计算，该目标函数的表达式为：
其中，所述JA(xA)表示联络线区域A的目标函数，该联络线区域A包括nA个节点和bA条支路，所述zA表示mA维量测向量，包括节点电压幅值、节点注入有功功率和无功功率、支路首末端流出的有功功率和无功功率；所述hA(xA)表示mA维非线性函数向量，所述xA表示2(nA-1)维状态向量，包括参考节点外的所有节点的电压幅值以及电压相角；所述vA表示mA维量测噪声向量，所述RA表示mA×mA维量测误差方差阵；
按照下列迭代计算公式进行估计计算以使所述目标函数达到最小值；所述迭代计算公式为：
其中，
所述k表示迭代修正的次数，k＝0表示初值；所述
分别表示前后两次迭代计算得到的状态量，所述
表示状态变化量。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述收敛判据为：
其中，所述
表示状态变化量
的第j个分量，所述nA表示联络线区域A中的节点数量，所述k表示迭代修正的次数，所述εx表示设定的收敛阈值，当状态变量xA的最大差值分量
小于所述收敛阈值εx时，判定收敛，得到估计计算结果。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计计算结果包括联络线量测估计值，在所述对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果之后，所述方法还包括：
在接收到所述下级系统的数据请求时，将所述联络线量测估计值发送至所述下级系统，以使各子区的计算节点能够根据所述联络线量测估计值以及各子区的子区估计值，计算该联络线量测估计值的不匹配量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一灵敏度矩阵通过下面的计算得到，包括：
其中，所述zi表示子区i的mi维量测向量，所述xi表示该子区i的2(ni-1)维状态向量，所述
表示状态量xi对量测量zi的2(ni-1)×mi灵敏度矩阵，所述
表示Hi(xi0)的转置矩阵，其中，所述
所述hi(xi)表示mi维的非线性函数向量，所述Ri表示mi×mi维量测误差方差阵，并且
8.一种联络线扩展区域状态估计装置，其特征在于，应用于主从式系统中的上级系统，该上级系统中包括多个联络线区域，在与所述上级系统对应的下级系统中包多个独立的子区，所述装置包括：
矩阵获取模块，用于获取第一灵敏度矩阵，其中，所述第一灵敏度矩阵为状态量对量测量的灵敏度矩阵；
排序计算模块，用于根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，完成灵敏度大小排序；
区域生成模块，用于根据所述灵敏度大小排序的排序结果，从相邻子区的内部节点中获取与联络线两端节点的状态量耦合性强的节点作为估计敏感节点；将所述估计敏感节点作为新增节点加入灵敏度区域中，得到联络线估计区域，其中，该联络线估计区域包括所述联络线区域；
估计计算模块，用于对所述联络线估计区域进行状态估计计算，得到该联络线区域的估计计算结果；
其中，所述根据所述第一灵敏度矩阵以及相应子区的量测变化量进行计算，得到该联络线区域的边界节点的状态变化量与相邻子区的内部量测变化量之间的灵敏度关系，包括：利用下列计算公式对全部联络线的边界节点的状态变化量进行排序，公式包括：
计算得到的其中一个结果为：
其中，所述Δxa、Δxc分别表示节点a、节点c的电压幅值变化量，或，节点a、节点c的电压相角变化量，所述a、c分别表示联络线区域A的边界节点、联络线区域B的边界节点，所述r、t分别表示子区i内部节点a3的某一量测量和相关量测数目，所述
表示节点a3的第r个量测量，所述sa,r、sc,r分别表示所述第一灵敏度矩阵
内同时与Δxa、Δxc、
相关的矩阵元素，所述
表示子区i内部节点a3的灵敏度大小。
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