CN110943445A - 一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法和装置，确定柔性直流换流器的状态量；求解动态分区抗差状态估计模型，得到状态量的修正量，判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛。本发明收敛性好，且状态估计结果准确性高。本发明采用牛顿拉夫逊法迭代求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，实时性高，成本低，且提高了状态估计计算速度；本发明以柔直及交流混合电网的量测数据质量为潮流计算等电网运行分析提供了良好的数据断面，为调度自动化系统中的各高级应用提供计算分析基础，为交直流混合电网安全准确调控提供数据和技术支撑。

Description

一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统自动化领域，具体涉及一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法和装置。

背景技术

柔性直流输电技术的发展，并快速应用于电力系统，包括两端输电系统、三端输电系统、五端输电系统都已在电力系统投运，以及张北正在建设±500kV柔性直流电网。柔性直流输电系统运行控制方式复杂多样，柔直、交流混合电网的实时准确的运行状态是混合电网安全准确调控的基础和关键。考虑柔性直流输电技术的快速发展和应用，传统状态估计方法已经不再适用，柔直、交流混合电网高效准确的状态估计是电网准确调控安全运行的强有力的技术支撑。

电力系统状态估计立足研究和应用，主要包括两类。加权最小二乘状态估计和不良数据辨识配合应用，实现电网的状态估计计算，优点是最小二乘状态估计模型算法简单稳定，缺点是需要不良数据辨识模块配合使用，需要多次重复状态估计、辨识的过程，计算量比较大，且状态估计准确性还需要性能较好的不良数据辨识模块。另一类，主要以抗差状态估计为主，包括残差绝对值、指数型目标函数、熵理论的应用等，多处于理论研究阶段，在实际电网应用的较少，且涉及到复杂的求解问题，实用化程度较低。

现有技术中的柔直及交流混合电网状态估计主要以交替法为主，交替求解法是最能够充分利用原有交流系统程序的算法，只需要增加一个模块实现直流部分的迭代即可，但需要交流系统和直流系统交替迭代进行，收敛性较差，尤其在交直流电网连接点以及附近出现坏数据时，状态估计结果准确性低。

发明内容

为了克服上述现有技术中收敛性差且状态估计结果准确性低的不足，本发明提供一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法和装置，采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建，收敛性好，且状态估计结果准确性高。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，包括：

基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；

采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；

所述动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建。

所述预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型包括直流节点注入功率方程、换流变压器支路功率方程、柔直网络方程以及状态量量测方程。

所述直流节点注入功率方程包括：

式中，ΔP_t为换流器直流节点注入有功不平衡量，ΔQ_t为换流器直流节点注入无功不平衡量；

为直流节点注入有功量测值，

为直流节点注入无功量测值；f_Pai为直流节点与第i个纯交流节点间支路有功函数，f_Qai为直流节点与第i个纯交流节点间支路无功函数，f_Ps为换流变压器网侧支路有功函数，f_Qs为换流变压器网侧支路无功函数，分别按下式确定：

式中，U_t为直流节点电压幅值，且

M为换流器调制度，U_d为换流器直流电压，μ为直流电压利用率；U_ai为第i个纯交流节点电压幅值，U_c为换流变压器阀侧节点电压幅值；δ_t为直流节点电压相角，θ_ai为第i个纯交流节点电压相角，δ_c为换流变压器阀侧节点电压相角；g为支路电导，b为电纳，y_c为对地电容。

所述换流变压器支路功率方程包括：

Δd_l＝P_s-f_Ps

Δd₂＝Q_s-f_Qs

Δd₃＝U_dI_d-f_Pc。

式中，Δd₁、Δd₂、Δd₃为换流变压器支路功率不平衡量；P_s为换流变压器网侧支路有功功率，Q_s为换流变压器网侧支路无功功率；f_Pc为换流变压器阀侧支路有功函数，其按下述计算：

所述柔直网络方程包括：

Δd₄＝I_d-GU_d

式中，Δd₄为柔直网络方程不平衡量，I_d为换流器直流电流，G为直流网络电导阵。

所述状态量量测方程包括：

式中，Δd₅、Δd₆、Δd₇、Δd₈、Δd₉、Δd₁₀、Δd₁₁为状态量量测方程不平衡量；

为直流节点电压幅值量测值，

为换流器直流电压量测值，

为换流器控制角量测值，δ_tc为换流器控制角，

为换流器调制度量测值，M_t为，

为换流器直流电流量测值，

为换流变压器网侧支路有功量测值，

为换流变压器网侧支路无功量测值。

所述预先构建的动态分区抗差状态估计模型包括：

式中，J(x)为动态分区抗差状态估计目标函数，m’为分区内量测值个数，z_k为第k个量测值，h(x)为z_k的量测函数，x为z_k的状态量，P_k为第k个量测值的权重函数，且P_k按下式确定：

式中，eps1和eps2为权函数参数，abs表示取绝对值。

所述柔性直流换流器的状态量包括换流器直流电压、换流变压器阀侧节点电压相角、换流器调制度、换流器直流电流、换流变压器网侧支路有功功率以及换流变压器网侧支路无功功率；

所述状态量的修正量包括换流器直流电压修正量、换流变压器阀侧节点电压相角修正量、换流器调制度修正量、换流器直流电流修正量、换流变压器网侧支路有功功率修正量以及换流变压器网侧支路无功功率修正量。

所述基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，包括：

判断状态量的修正量的绝对值是否小于预设的收敛精度阈值，若是，确定所述牛顿拉夫逊法收敛，否则确定所述牛顿拉夫逊法不收敛。

另一方面，本发明还提供一种柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，包括：

确定模块，用于基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；

判断模块，用于采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；

所述动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建。

所述装置还包括第一建模模块，所述第一建模模块构建的柔直及交流混合电网的数学模型包括直流节点注入功率方程、换流变压器支路功率方程、柔直网络方程以及状态量量测方程。

所述直流节点注入功率方程包括：

式中，ΔP_t为换流器直流节点注入有功不平衡量，ΔQ_t为换流器直流节点注入无功不平衡量；

为直流节点注入有功量测值，

为直流节点注入无功量测值；f_Pai为直流节点与第i个纯交流节点间支路有功函数，f_Qai为直流节点与第i个纯交流节点间支路无功函数，f_Ps为换流变压器网侧支路有功函数，f_Qs为换流变压器网侧支路无功函数，分别按下式确定：

式中，U_t为直流节点电压幅值，且

M为换流器调制度，U_d为换流器直流电压，μ为直流电压利用率；U_ai为第i个纯交流节点电压幅值，U_c为换流变压器阀侧节点电压幅值；δ_t为直流节点电压相角，θ_ai为第i个纯交流节点电压相角，δ_c为换流变压器阀侧节点电压相角；g为支路电导，b为电纳，y_c为对地电容。

所述换流变压器支路功率方程包括：

Δd₁＝P_s-f_Ps

Δd₂＝Q_s-f_Qs

Δd₃＝U_dI_d-f_Pc

式中，Δd₁、Δd₂、Δd₃为换流变压器支路功率不平衡量；P_s为换流变压器网侧支路有功功率，Q_s为换流变压器网侧支路无功功率；f_Pc为换流变压器阀侧支路有功函数，其按下述计算：

所述柔直网络方程包括：

Δd₄＝I_d-GU_d

式中，Δd₄为柔直网络方程不平衡量，I_d为换流器直流电流，G为直流网络电导阵。

所述状态量量测方程包括：

式中，Δd₅、Δd₆、Δd₇、Δd₈、Δd₉、Δd₁₀、Δd₁₁为状态量量测方程不平衡量；

为直流节点电压幅值量测值，

为换流器直流电压量测值，

为换流器控制角量测值，δ_tc为换流器控制角，

为换流器调制度量测值，M_t为，

为换流器直流电流量测值，

为换流变压器网侧支路有功量测值，

为换流变压器网侧支路无功量测值。

所述装置还包括第二建模模块，所述第二建模模块构建的动态分区抗差状态估计模型包括：

式中，J(x)为动态分区抗差状态估计目标函数，m'为分区内量测值个数，z_k为第k个量测值，h(x)为z_k的量测函数，x为z_k的状态量，P_k为第k个量测值的权重函数，且P_k按下式确定：

式中，eps1和eps2为权函数参数，abs表示取绝对值。

所述柔性直流换流器的状态量包括换流器直流电压、换流变压器阀侧节点电压相角、换流器调制度、换流器直流电流、换流变压器网侧支路有功功率以及换流变压器网侧支路无功功率；

所述状态量的修正量包括换流器直流电压修正量、换流变压器阀侧节点电压相角修正量、换流器调制度修正量、换流器直流电流修正量、换流变压器网侧支路有功功率修正量以及换流变压器网侧支路无功功率修正量。

所述判断模块具体用于：

判断状态量的修正量的绝对值是否小于预设的收敛精度阈值，若是，确定所述牛顿拉夫逊法收敛，否则确定所述牛顿拉夫逊法不收敛。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法中，基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建，收敛性好，且状态估计结果准确性高；

本发明提供的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置包括确定模块和判断模块，确定模块，用于基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；判断模块，用于采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到状态量的修正量，基于修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建，收敛性好，且状态估计结果准确性高；

本发明提供的技术方案采用牛顿拉夫逊法迭代求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，实时性高，成本低，且提高了状态估计计算速度；

本发明提供的技术方案以柔直及交流混合电网的量测数据质量为潮流计算等电网运行分析提供了良好的数据断面，为调度自动化系统中的各高级应用提供计算分析基础，为交直流混合电网安全准确调控提供数据和技术支撑。

附图说明

图1是本发明实施例1中柔直及交流混合电网抗差状态估计方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

柔直和交流混合电网的状态估计同时求解法也是完全考虑了交直流系统之间的耦合特性，需要将交直流节点的状态变量放在一起进行计算，对交直流电网系统的所有节点统一进行分析。交直流系统节点总数n，换流器个数n_dc。定义直流节点为换流变阀侧节点，共n_dc个。定义纯交流节点为和换流变不相关的节点，共n_ac＝n-n_dc个。如何确定交直流系统量测方程和状态量，成为柔直电网及交流混合系统状态估计模型构建关键。

本发明实施例1提供了一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：

S101：基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；

S102：采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛。

上述动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建。

本发明实施例1提供的方法可以适用于±500kV的柔直及交流混合电网，柔直及交流混合电网包括柔直网络和交流电网。交流电网中，设纯交流节点n_ac个，除1个参考节点相角，状态量为2n_ac-1个，其余每个节点状态量为U_ai，θ_ai。

上述预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型包括直流节点注入功率方程、换流变压器支路功率方程、柔直网络方程以及状态量量测方程，下面分别介绍。

上述直流节点注入功率方程根据母线功率平衡原则确定，该直流节点注入功率方程包括：

式中，ΔP_t为换流器直流节点注入有功不平衡量，ΔQ_t为换流器直流节点注入无功不平衡量；

为直流节点注入有功量测值，

为直流节点注入无功量测值；f_Pai为直流节点与第i个纯交流节点间支路有功函数，f_Qai为直流节点与第i个纯交流节点间支路无功函数，f_Ps为换流变压器网侧支路有功函数，f_Qs为换流变压器网侧支路无功函数，分别按下式确定：

式中，U_t为直流节点电压幅值，且

M为换流器调制度，U_d为换流器直流电压，μ为直流电压利用率；U_ai为第i个纯交流节点电压幅值，U_c为换流变压器阀侧节点电压幅值；δ_t为直流节点电压相角，θ_ai为第i个纯交流节点电压相角，δ_c为换流变压器阀侧节点电压相角；g为支路电导，b为电纳，y_c为对地电容。

上述换流变压器支路功率方程根据量测值和计算值确定，该换流变压器支路功率方程包括：

Δd₁＝P_s-f_Ps

Δd₂＝Q_s-f_Qs

Δd₃＝U_dI_d-f_Pc

式中，Δd₁、Δd₂、Δd₃为换流变压器支路功率不平衡量；P_s为换流变压器网侧支路有功功率，Q_s为换流变压器网侧支路无功功率；f_Pc为换流变压器阀侧支路有功函数，其按下述计算：

上述柔直网络方程根据基尔霍夫定律确定，该柔直网络方程包括：

Δd₄＝I_d-GU_d

式中，Δd₄为柔直网络方程不平衡量，I_d为换流器直流电流，G为直流网络电导阵。

上述状态量量测方程根据量测值和计算值确定，该状态量量测方程包括：

式中，Δd₅、Δd₆、Δd₇、Δd₈、Δd₉、Δd₁₀、Δd₁₁为状态量量测方程不平衡量；

为直流节点电压幅值量测值，

为换流器直流电压量测值，

为换流器控制角量测值，δ_tc为换流器控制角，

为换流器调制度量测值，M_t为，

为换流器直流电流量测值，

为换流变压器网侧支路有功量测值，

为换流变压器网侧支路无功量测值。

上述预先构建的动态分区抗差状态估计模型包括：

式中，J(x)为动态分区抗差状态估计目标函数，m’为分区内量测值个数，z_k为第k个量测值，h(x)为z_k的量测函数，x为z_k的状态量，P_k为第k个量测值的权重函数，且P_k按下式确定：

式中，eps1和eps2为权函数参数，abs表示取绝对值。

柔直网络中每个换流器的状态量可定义为U_t，δ_t，U_d，δ_c，M，I_d共六类。然而在实际电力系统中柔直系统存在一定的控制方式，有功控制是直流电压和有功功率，无功控制是无功功率和交流电压，其中两种有功控制不能同时出现，两种无功控制不能同时出现，因此组合控制方案为4种。1)定直流电压、定无功功率；2)定直流电压、定交流电压；3)定有功功率、定无功功率；4)定有功功率、定交流电压。

假如控制方式中控制量为准确值，在考虑不同控制方式时，整个系统的状态量个数是在发生变化的。针对每个换流器，有两个已知量是确定的，因此在不同控制方式下，对应的状态估计数学模型状态量也需要进行调整。这就导致不同控制方式下的雅可比矩阵和相应因子表将发生维数上的变化，而且由于状态估计的量测量较多，状态量和状态方程数目较大。如果随着控制方式的切换而不断切换状态量，则不同状态量的加入与退出导致状态估计数学模型变化，程序开发量会急剧增大。

因此，采用基于变权定维雅克比矩阵技术的状态估计方法，考虑每个换流器的各种控制方式，确定每个换流器状态量为U_t，δ_t，U_d，δ_c，M，I_d，P_s，Q_s。

为了很好的继承交流系统牛顿法状态估计，对状态量的划分进行考虑，把直流节点状态量U_t、δ_t划分到交流系统，这样交流系统状态量个数为2n-1个。每个柔直换流器的状态量由U_t，δ_t，U_d，δ_c，M，I_d，P_s，Q_s变为U_d，δ_c，M，I_d，P_s，Q_s，即柔性直流换流器的状态量包括换流器直流电压、换流变压器阀侧节点电压相角、换流器调制度、换流器直流电流、换流变压器网侧支路有功功率以及换流变压器网侧支路无功功率；整个交直流系统状态量为2n-1+6n_dc个。于是，状态量的修正量包括换流器直流电压修正量、换流变压器阀侧节点电压相角修正量、换流器调制度修正量、换流器直流电流修正量、换流变压器网侧支路有功功率修正量以及换流变压器网侧支路无功功率修正量。

上述基于修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，具体是判断状态量的修正量的绝对值是否小于预设的收敛精度阈值，若是，确定牛顿拉夫逊法收敛，否则确定牛顿拉夫逊法不收敛。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，包括确定模块和判断模块，下面对上述几个模块的功能进行详细说明：

其中的确定模块，用于基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；

其中的判断模块，用于采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到状态量的修正量，基于修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；

动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建。

本发明实施例2提供的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置还包括第一建模模块，第一建模模块构建的柔直及交流混合电网的数学模型包括直流节点注入功率方程、换流变压器支路功率方程、柔直网络方程以及状态量量测方程。

上述直流节点注入功率方程包括：

式中，Δd_t为换流器直流节点注入有功不平衡量，ΔQ_t为换流器直流节点注入无功不平衡量；

为直流节点注入有功量测值，

为直流节点注入无功量测值；f_Pai为直流节点与第i个纯交流节点间支路有功函数，f_Qai为直流节点与第i个纯交流节点间支路无功函数，f_Ps为换流变压器网侧支路有功函数，f_Qs为换流变压器网侧支路无功函数，分别按下式确定：

式中，U_t为直流节点电压幅值，且

M为换流器调制度，U_d为换流器直流电压，μ为直流电压利用率；U_ai为第i个纯交流节点电压幅值，U_c为换流变压器阀侧节点电压幅值；δ_t为直流节点电压相角，θ_ai为第i个纯交流节点电压相角，δ_c为换流变压器阀侧节点电压相角；g为支路电导，b为电纳，y_c为对地电容。

上述换流变压器支路功率方程包括：

Δd₁＝P_s-f_Ps

Δd₂＝Q_s-f_Qs

Δd₃＝U_dI_d-f_Pc

式中，Δd₁、Δd₂、Δd₃为换流变压器支路功率不平衡量；P_s为换流变压器网侧支路有功功率，Q_s为换流变压器网侧支路无功功率；f_Pc为换流变压器阀侧支路有功函数，其按下述计算：

上述柔直网络方程包括：

Δd₄＝I_d-GU_d

式中，Δd₄为柔直网络方程不平衡量，I_d为换流器直流电流，G为直流网络电导阵。

上述状态量量测方程包括：

式中，Δd₅、Δd₆、Δd₇、Δd₈、Δd₉、Δd₁₀、Δd₁₁为状态量量测方程不平衡量；

为直流节点电压幅值量测值，

为换流器直流电压量测值，

为换流器控制角量测值，δ_tc为换流器控制角，

为换流器调制度量测值，M_t为，

为换流器直流电流量测值，

为换流变压器网侧支路有功量测值，

为换流变压器网侧支路无功量测值。

本发明实施例2提供的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置还包括第二建模模块，第二建模模块构建的动态分区抗差状态估计模型包括：

式中，J(x)为动态分区抗差状态估计目标函数，m'为分区内量测值个数，z_k为第k个量测值，h(x)为z_k的量测函数，x为z_k的状态量，P_k为第k个量测值的权重函数，且P_k按下式确定：

式中，eps1和eps2为权函数参数，abs表示取绝对值。

上述柔性直流换流器的状态量包括换流器直流电压、换流变压器阀侧节点电压相角、换流器调制度、换流器直流电流、换流变压器网侧支路有功功率以及换流变压器网侧支路无功功率；

上述状态量的修正量包括换流器直流电压修正量、换流变压器阀侧节点电压相角修正量、换流器调制度修正量、换流器直流电流修正量、换流变压器网侧支路有功功率修正量以及换流变压器网侧支路无功功率修正量。

上述判断模块判断所述牛顿拉夫逊法是否收敛，具体过程如下：

判断状态量的修正量的绝对值是否小于预设的收敛精度阈值，若是，牛顿拉夫逊法收敛，否则牛顿拉夫逊法不收敛。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (18)

1.一种柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，包括：

基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；

采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；

所述动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建。

2.根据权利要求1所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型包括直流节点注入功率方程、换流变压器支路功率方程、柔直网络方程以及状态量量测方程。

3.根据权利要求2所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述直流节点注入功率方程包括：

式中，ΔP_t为换流器直流节点注入有功不平衡量，ΔQ_t为换流器直流节点注入无功不平衡量；

为直流节点注入有功量测值，

为直流节点注入无功量测值；f_Pai为直流节点与第i个纯交流节点间支路有功函数，f_Qai为直流节点与第i个纯交流节点间支路无功函数，f_Ps为换流变压器网侧支路有功函数，f_Qs为换流变压器网侧支路无功函数，分别按下式确定：

式中，U_t为直流节点电压幅值，且

M为换流器调制度，U_d为换流器直流电压，μ为直流电压利用率；U_ai为第i个纯交流节点电压幅值，U_c为换流变压器阀侧节点电压幅值；δ_t为直流节点电压相角，θ_ai为第i个纯交流节点电压相角，δ_c为换流变压器阀侧节点电压相角；g为支路电导，b为电纳，y_c为对地电容。

4.根据权利要求3所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述换流变压器支路功率方程包括：

Δd₁＝P_s-f_Ps

Δd₂＝Q_s-f_Qs

Δd₃＝U_dI_d-f_Pc

式中，Δd₁、Δd₂、Δd₃为换流变压器支路功率不平衡量；P_s为换流变压器网侧支路有功功率，Q_s为换流变压器网侧支路无功功率；f_Pc为换流变压器阀侧支路有功函数，其按下述计算：

5.根据权利要求3所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述柔直网络方程包括：

Δd₄＝I_d-GU_d

式中，Δd₄为柔直网络方程不平衡量，I_d为换流器直流电流，G为直流网络电导阵。

6.根据权利要求5所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述状态量量测方程包括：

式中，Δd₅、Δd₆、Δd₇、Δd₈、Δd₉、Δd₁₀、Δd₁₁为状态量量测方程不平衡量；

为直流节点电压幅值量测值，

为换流器直流电压量测值，

为换流器控制角量测值，δ_tc为换流器控制角，

为换流器调制度量测值，M_t为，

为换流器直流电流量测值，

为换流变压器网侧支路有功量测值，

为换流变压器网侧支路无功量测值。

7.根据权利要求1所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述预先构建的动态分区抗差状态估计模型包括：

式中，J(x)为动态分区抗差状态估计目标函数，m’为分区内量测值个数，z_k为第k个量测值，h(x)为z_k的量测函数，x为z_k的状态量，P_k为第k个量测值的权重函数，且P_k按下式确定：

式中，eps1和eps2为权函数参数，abs表示取绝对值。

8.根据权利要求1所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述柔性直流换流器的状态量包括换流器直流电压、换流变压器阀侧节点电压相角、换流器调制度、换流器直流电流、换流变压器网侧支路有功功率以及换流变压器网侧支路无功功率；

所述状态量的修正量包括换流器直流电压修正量、换流变压器阀侧节点电压相角修正量、换流器调制度修正量、换流器直流电流修正量、换流变压器网侧支路有功功率修正量以及换流变压器网侧支路无功功率修正量。

9.根据权利要求1所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计方法，其特征在于，所述基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，包括：

判断状态量的修正量的绝对值是否小于预设的收敛精度阈值，若是，确定牛顿拉夫逊法收敛，否则确定所述牛顿拉夫逊法不收敛。

10.一种柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于基于预先构建的柔直及交流混合电网的数学模型确定柔性直流换流器的状态量；

判断模块，用于采用牛顿拉夫逊法求解预先构建的动态分区抗差状态估计模型，得到所述状态量的修正量，基于所述修正量判断牛顿拉夫逊法是否收敛，若不收敛，则根据修正量修正柔性直流换流器的状态量，并迭代求解动态分区抗差状态估计模型，直至收敛；

所述动态分区抗差状态估计模型基于量测量的权函数构建。

11.根据权利要求10所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述装置还包括第一建模模块，所述第一建模模块构建的柔直及交流混合电网的数学模型包括直流节点注入功率方程、换流变压器支路功率方程、柔直网络方程以及状态量量测方程。

12.根据权利要求11所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述直流节点注入功率方程包括：

式中，Δd_t为换流器直流节点注入有功不平衡量，ΔQ_t为换流器直流节点注入无功不平衡量；

为直流节点注入有功量测值，

为直流节点注入无功量测值；f_Pai为直流节点与第i个纯交流节点间支路有功函数，f_Qai为直流节点与第i个纯交流节点间支路无功函数，f_Ps为换流变压器网侧支路有功函数，f_Qs为换流变压器网侧支路无功函数，分别按下式确定：

式中，U_t为直流节点电压幅值，且

M为换流器调制度，U_d为换流器直流电压，μ为直流电压利用率；U_ai为第i个纯交流节点电压幅值，U_c为换流变压器阀侧节点电压幅值；δ_t为直流节点电压相角，θ_ai为第i个纯交流节点电压相角，δ_c为换流变压器阀侧节点电压相角；g为支路电导，b为电纳，y_c为对地电容。

13.根据权利要求12所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述换流变压器支路功率方程包括：

Δd₁＝P_s-f_Ps

Δd₂＝Q_s-f_Qs

Δd₃＝U_dI_d-f_Pc

式中，Δd₁、Δd₂、Δd₃为换流变压器支路功率不平衡量；P_s为换流变压器网侧支路有功功率，Q_s为换流变压器网侧支路无功功率；f_Pc为换流变压器阀侧支路有功函数，其按下述计算：

14.根据权利要求12所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述柔直网络方程包括：

Δd₄＝I_d-GU_d

式中，Δd₄为柔直网络方程不平衡量，I_d为换流器直流电流，G为直流网络电导阵。

15.根据权利要求14所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述状态量量测方程包括：

式中，Δd₅、Δd₆、Δd₇、Δd₈、Δd₉、Δd₁₀、Δd₁₁为状态量量测方程不平衡量；

为直流节点电压幅值量测值，

为换流器直流电压量测值，

为换流器控制角量测值，δ_tc为换流器控制角，

为换流器调制度量测值，M_t为，

为换流器直流电流量测值，

为换流变压器网侧支路有功量测值，

为换流变压器网侧支路无功量测值。

16.根据权利要求10所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述装置还包括第二建模模块，所述第二建模模块构建的动态分区抗差状态估计模型包括：

式中，J(x)为动态分区抗差状态估计目标函数，m’为分区内量测值个数，z_k为第k个量测值，h(x)为z_k的量测函数，x为z_k的状态量，P_k为第k个量测值的权重函数，且P_k按下式确定：

式中，eps1和eps2为权函数参数，abs表示取绝对值。

17.根据权利要求10所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述柔性直流换流器的状态量包括换流器直流电压、换流变压器阀侧节点电压相角、换流器调制度、换流器直流电流、换流变压器网侧支路有功功率以及换流变压器网侧支路无功功率；

所述状态量的修正量包括换流器直流电压修正量、换流变压器阀侧节点电压相角修正量、换流器调制度修正量、换流器直流电流修正量、换流变压器网侧支路有功功率修正量以及换流变压器网侧支路无功功率修正量。

18.根据权利要求10所述的柔直及交流混合电网抗差状态估计装置，其特征在于，所述判断模块具体用于：

判断状态量的修正量的绝对值是否小于预设的收敛精度阈值，若是，确定所述牛顿拉夫逊法收敛，否则确定所述牛顿拉夫逊法不收敛。

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