CN110048402B - 一种两阶段电网参数估计方法 - Google Patents

Abstract

一种两阶段电网参数估计方法，包括以下步骤：建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，检测出电网中的可疑错误参数；将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正本发明计算精度高：通过分段目标函数模型，降低错误参数之间的相互影响和减小不良数据对参数估计精度的影响，具有很高的参数估计精度；本发明可以在不良数据和多个参数错误同时存在时实现参数错误的检测和修正；可以自动地消除错误参数之间、错误参数与错误量测之间的相互影响，简单便捷。因此本发明具有很好的应用前景。

Description

一种两阶段电网参数估计方法

技术领域

本发明涉及电力系统参数辨识技术领域，尤其是涉及一种两阶段参数估计方法。

背景技术

随着电网的不断扩大，电力系统模型变得更加复杂，各类系统参数的数量也爆炸性增加，系统的正常工作对参数的准确性提出了更高的要求。同时，由于周期性电网检修及改造导致参数的人为设置错误和各种设备的偶发性参数漂移，导致基于系统参数的高级应用产生较大计算误差，甚至不收敛。因此，如何对网络参数错误准确识别并修正是电力系统精确建模中的重要问题。

现有参数辨识方法大致可以分为公式法、实测法、试探法、单线路模型法、灵敏度分析法和增广变量法六类。

公式法。公式法的基本思想是按照电力计算手册中的经验公式，通过线路长度、材质等多种因素综合计算。这种计算通常在线路建成初期进行测算，由于线路参数受到多种地形气候和设备老化的影响，因此按照经验公式得到的理论计算值一般只适用于电网规划，并不能满足系统实时运行对线路参数准确性的要求。

实测法。该方法主要利用测量仪器对线路参数进行实地测量，其测量方式分两种：一种是直接测正序和零序参数，另一种则是测量各相参数后，再经相序将相参数转换为序参数。该类方法通常需要进行停电实验或施加异频电源，无法避免复杂的人工记录和工作量，并且无法及时发现发生漂移的参数。

试探法。试探法是在已知可疑参数的基础上，通过特定步长改变参数后观察状态估计指标的变化情况，从而确定参数是欠修正还是过修正，通过步长的调整得到最终使得状态估计指标最好时相应的参数即为最终估计的参数值。该类方法虽然操作简单，但其最优修正步长难以准确获得，无法避免冗余工作。

单线路模型法。该方法是以单条线路的阻抗为未知参数对单条线路进行建模并利用该线路的相关量测数据实现其参数的辨识。此类方法的缺点在于由于中国输电网尚未实现PMU的完全覆盖，限制了其工程应用。

灵敏度分析法。基本思想是利用状态估计结果建立参数误差与量测误差之间的灵敏度矩阵，从而根据量测误差的估计即可得到参数误差的大小。当错误参数过多时该类方法的参数估计精度很容易受到不良数据和错误参数之间的相互影响，严重时会导致参数误修正。

增广变量法。其基本思想是将可疑参数作为增广状态变量进行状态估计。该类方法由于增加了状态量的维数，使得系统的冗余度下降，数值稳定性降低，严重时甚至导致不收敛。

发明内容

发明目的：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种“检测+辨识”的两阶段参数辨识估计方法。

技术方案：

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种两阶段参数估计方法，包括以下步骤：

1)建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，检测出电网中的可疑错误参数；

2)将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正。

1)步骤中，所述的基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型为：

式中，t为最优量测断面数；P_e为N维网络的错误参数向量；n为所有量测断面总数；λ_∑i为错误参数的累积拉格朗日乘子，其计算公式为：

λ_∑i＝λ_i,1+λ_i,2+…+λ_i,N

式中，x_i为第i个量测断面的状态量；J_i(x_i,P_e)为第i个量测断面的目标函数；λ_i,1+λ_i,2+…+λ_i,N为向量λ_i中的各个元素；

为量测方程对量测误差P_e的雅格比矩阵的转置。

2)步骤中所述的分段增广状态估计模型为：

式中，h_i(x,P_e)为含状态变量和增广状态变量的量测计算方程；k为迭代步骤；z_i为第i个量测，ω_i为其权重；x为电压幅值和相角构成的状态变量向量；σ_i为量测标准差；

为量测窗宽。

的计算公式：

式中，m为量测数。

ω_i的计算公式：

式中，m为量测数。

实施上述的一种两阶段电网参数估计方法所用的两阶段电网参数估计系统，其特征在于：该系统包括电网参数采集单元和模型建立单元；电网参数采集单元与模型建立单元数据连接。

电网参数采集单元采集电网参数信息，模型建立单元建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，并检测出电网参数采集单元采集的电网参数信息中的可疑错误参数；

模型建立单元将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正。

优点效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、计算精度高：本发明通过分段目标函数模型，降低错误参数之间的相互影响和减小不良数据对参数估计精度的影响，具有很高的参数估计精度；

二、具有很强的抗不良数据干扰的能力：相较于其他的参数辨识法在不良数据存在时，参数辨识的精度下降甚至不收敛，本发明可以在不良数据和多个参数错误同时存在时实现参数错误的检测和修正；

三、应用前景广阔：通过本发明的可疑错误参数检测方法，可以结合人工经验将临近生命周期的电网设备参数也作为可疑错误参数，从而很好地避免了错误参数的漏检；通过状态估计模型的分段处理，可以自动地消除错误参数之间、错误参数与错误量测之间的相互影响，简单便捷。因此本发明具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种两阶段参数估计方法，包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，检测出电网中的可疑错误参数，最优量测断面检测模型为：

式中，t为最优量测断面数；P_e为N维网络的错误参数向量；n为所有量测断面总数；λ_∑i为错误参数的累积拉格朗日乘子，其计算公式为：

λ_∑i＝λ_i,1+λ_i,2+…+λ_i,N

式中，x_i为第i个量测断面的状态量；J_i(x_i,P_e)为第i个量测断面的目标函数；λ_i,1+λ_i,2+…+λ_i,N为向量λ_i中的各个元素；

为量测方程对量测误差P_e的雅格比矩阵的转置。

步骤2)将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正，分段增广状态估计模型为：

式中，h_i(x,P_e)为含状态变量和增广状态变量的量测计算方程；k为迭代步骤；z_i为第i个量测，ω_i为其权重；x为电压幅值和相角构成的状态变量向量；σ_i为量测标准差；

为量测窗宽。

的计算公式：

式中，m为量测数。

ω_i的计算公式：

式中，m为量测数。

实施上述的一种两阶段电网参数估计方法所用的两阶段电网参数估计系统，该系统包括电网参数采集单元和模型建立单元；电网参数采集单元与模型建立单元数据连接。

电网参数采集单元采集电网参数信息，模型建立单元建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，并检测出电网参数采集单元采集的电网参数信息中的可疑错误参数；

模型建立单元将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正。

两阶段参数估计方法实施例

本申请算例在Microsoft Visual C++2010环境下编制了相应程序，采用IEEE9节点系统，以修正和辨识支路阻抗为例验证所提出的方法的可行性和有效性，算例所有量均采用标幺值表示。

9节点算例量测采用完全配置，量测数据使用潮流计算结果。设置的不良数据在潮流计算结果基础上加上该量测的3倍标准差。表1-表4的结果表明，本申请的方法对电抗估计更加敏感，电阻估计和电抗估计的收敛精度设置为0.001和0.0001。

表1(a)中设置了变压器有功

和无功

以及线路有功P45三个量测错误。由表1(b)可知，当系统中存在不良数据时，特别当不良数据

和错误参数(线路2-7)强相关时，参数辨识的结果会受到不良数据的影响导致精度下降，甚至不收敛(由表4(a)和表4(b))，但是，该方法的收敛速度不受到影响而且不必对不良数据做出额外处理就能完成收敛。结果表明本发明可以自适应的消除非强相关量测对错误参数的影响，直接得到参数辨识的结果，而不需要先区分并剔除不良数据和参数错误导致的错误量测。但是，当不良数据与参数错误强相关时，可能导致精度下降甚至不收敛(由表1、表4)，这一点需要进一步研究。

表1(a)强相关不良数据设置

表1(b)强相关不良数据参数估计

线路	真值	设定值	检测	估计值
					L2-7	0+0.0625j	0+0.0645j	L2-7	-0.000003+0.062660j

表2(a)非强相关不良数据设置

表2(b)非强相关不良数据参数估计

线路	真值	设定值	检测	估计值
					<![CDATA[L<sub>2-7</sub>]]>	0+0.0625j	0+0.0645j	<![CDATA[L<sub>2-7</sub>]]>	-0.000002+0.062503

表3(a)非强相关不良数据设置(r不能忽略)

表3(b)非强相关不良数据电阻估计

线路	真值	设定值	检测	估计值
					<![CDATA[r<sub>45</sub>]]>	0.01	0.011	<![CDATA[r<sub>45</sub>]]>	0.010559

表4(a)强相关不良数据设置(r不能忽略)

表4(b)强相关不良数据电阻辨识结果

线路	真值	设定值	检测	估计值
					<![CDATA[r<sub>45</sub>]]>	0.01	0.011	<![CDATA[r<sub>45</sub>]]>	不收敛

综上，与现有技术相比，本发明具有抗不良数据干扰、计算精度高、应用前景广阔等优点。

Claims (7)

1.一种两阶段电网参数估计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，检测出电网中的可疑错误参数；

2)将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正；

2)步骤中所述的分段增广状态估计模型为：

式中，h_i(x,P_e)为含状态变量和增广状态变量的量测计算方程；k为迭代步骤；z_i为第i个量测，ω_i为其权重；x为电压幅值和相角构成的状态变量向量；σ_i为量测标准差；

为量测窗宽。

2.根据权利要求1所述的一种两阶段电网参数估计方法，其特征在于：1)步骤中，所述的基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型为：

式中，t为最优量测断面数；P_e为N维网络的错误参数向量；n为所有量测断面总数；λ_∑i为错误参数的累积拉格朗日乘子。

3.根据权利要求2所述的一种两阶段电网参数估计方法，其特征在于：λ_∑i计算公式为：

λ_∑i＝λ_i,1+λ_i,2+…+λ_i,N

式中，x_i为第i个量测断面的状态量；J_i(x_i,P_e)为第i个量测断面的目标函数；λ_i,1+λ_i,2+…+λ_i,N为向量λ_i中的各个元素；

为量测方程对量测误差P_e的雅格比矩阵的转置。

4.根据权利要求1所述的一种两阶段电网参数估计方法，其特征在于：

的计算公式：

式中，m为量测数。

5.根据权利要求1所述的一种两阶段电网参数估计方法，其特征在于：ω_i的计算公式：

式中，m为量测数。

6.实施权利要求1所述的一种两阶段电网参数估计方法所用的两阶段电网参数估计系统，其特征在于：该系统包括电网参数采集单元和模型建立单元；电网参数采集单元与模型建立单元数据连接。

7.根据权利要求6所述的两阶段电网参数估计系统，其特征在于：电网参数采集单元采集电网参数信息，模型建立单元建立基于最优量测断面的可疑错误参数检测模型，并检测出电网参数采集单元采集的电网参数信息中的可疑错误参数；

模型建立单元将可疑错误参数作为增广状态状态变量，建立分段增广状态估计模型，实现可疑错误参数的修正。

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