CN116365555B - 一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统，所述方法包括：获取电网模型和量测数据，形成单相正序节点支路模型和信息矩阵；对信息矩阵进行节点编号重排序，进行全网单相状态估计；对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点；针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差，直到满足收敛要求，输出最终的电网状态估计结果。本发明可以解决现有状态估计技术中存在输电线路不换位、同杆并架多回线路等参数不对称区域状态估计计算精度低的问题。

Description

一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统。
背景技术
电力调度自动化系统中状态估计作为调度系统各项高级应用功能的基础，为网络分析、在线安全稳定分析与预警、自动电压控制、调度员培训模拟、调度计划类等应用提供完整准确的实时断面数据。
在主网调度自动化系统状态估计功能中，通常假设三相线路是对称的，并采用单相正序电网模型进行分析和计算。但随着社会城市化的发展，在城市电网输电通道建设中，电网建设占用土地、环境资源的矛盾日益突出，输电线路采用不换位、同杆并架多回线的情况越来越多，线路不换位导致线路三相阻抗参数的不对称性，使得基于对称分量法无法直接将网络分解为正、负、零序解耦网络，而无法进行基于序网络的不对称电网稳态分析。
现有的关于三相状态估计方法的方案有：公开号为CN110970887A的专利提出一种主动配电网的两阶段线性三相状态估计方法及装置，其涉及电能质量分析与控制领域，主要涉及一种配电网的两阶段线性三相状态估计方法及装置，该方法通过线性网络约束获得初始电压，基于极坐标系进行线性三相状态估计。公开号为CN112769139A的专利提出计及SNOP和B-DSTATCOM的柔性配电网三相状态估计方法，其涉及电网调度自动化技术领域，考虑了考虑传输损耗及多种控制方式的SNOP和B-DSTATCOM状态估计模型，以及相应的量测方程、控制伪量测方程及约束条件，通过调用IPOPT求解器中的原对偶内点法进行状态估计问题的求解。经分析，上述方法都没有对电力调度自动化系统中考虑高压输电网局部参数不对称下提高状态估计计算精度方法的说明。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统，考虑了电网局部参数不对称，可以解决现有状态估计技术中存在输电线路不换位、同杆并架多回线路等参数不对称区域状态估计计算精度低的问题，计算得到的局部电网估计结果精度更高，能更好地满足工程应用要求。
本发明采用如下的技术方案。
一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，包括以下步骤：
步骤1、获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型；
步骤2、根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵，并基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵；
步骤3、采用近似最小度AMD排序方式对信息矩阵进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；
步骤4、根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点；
步骤5、针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；
步骤6、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差，直到满足收敛要求，输出最终的电网状态估计结果。
优选地，步骤1中，首先，获取参与状态估计计算需要的电网模型及其量测数据，其中，获取的电网模型量测数据包含参与状态估计计算需要的电网模型参数、设备连接关系、三相功率、线电压，不换位线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路之间的互感参数，以及单相有功、无功、电流、电压、变压器档位和开关刀闸的遥信状态；
其次，根据获取到的电网模型和开关刀闸的遥信状态，采用全局拓扑或者局部拓扑的方式进行电网拓扑分析：
当本次的遥信状态和上次状态估计计算用的遥信状态变化未超出设定范围时，采用局部拓扑的方式进行拓扑分析；
当本次的遥信状态和上次计算遥信状态变化超出设定范围时，采用全局拓扑的方式进行拓扑分析后形成状态估计计算用的单相正序节点支路模型，即单相正序模型。
优选地，步骤2中，根据单相正序节点支路模型，并结合量测数据形成量测雅可比矩阵H的非零元结构，并基于，通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵G的非零元结构，其中/>为量测误差方差阵，/>为矩阵H的转置矩阵。
优选地，步骤3中，采用近似最小度AMD排序方式进行节点编号重排序的过程为：
采用近似最小度AMD排序方式模拟信息矩阵G因子分解高斯消去过程，并在模拟高斯消去过程时，顶点选择信息矩阵G图中度最小的顶点，直到信息矩阵G图中所有的顶点完全消去为止，同时当消去某一个节点后更新其它节点出线度时用节点度的上限值代替节点实际度。
优选地，步骤3中，基于重排序后的节点编号顺序形成量测雅可比矩阵H，并采用多线程并行计算的方式计算信息矩阵G，继而得到基于重新排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型，通过快速分解状态估计算法或者抗差状态估计进行全网单相状态估计的快速计算，在全网单相状态估计计算收敛后，获得网设备功率和母线电压估计值，进而计算得到电网设备的有功、无功值。
优选地，步骤4中，若电网模型含有不换位线路或同杆并架线路，则其三相模型参数不对称，根据电网中不换位线路、同杆并架线路的位置，采用节点分裂法将电网进行动态切分，将电网划分成一个或者多个含有不对称三相模型参数的参数不对称子区域，以及不包含不对称三相模型参数的一个或多个参数对称子区域，其中参数对称子区域和参数不对称子区域的边界节点集合记为。
优选地，步骤5包括：
步骤51、对于参数不对称子区域，采用三相相分量进行建模，包括三相阻抗参数建模和三相功率量测建模；
步骤52、基于全网单相状态估计得到的边界线路首端节点i和末端节点j的电压幅值、/>和相角值/>、/>计算对参数不对称子区域进行三相状态估计的abc三相电压的幅值和相角初始值，其中，/>、/>、/>，/>，/>为参数对称子区域和参数不对称子区域的边界节点集合，/>为采用单相正序节点支路模型进行全网状态估计得到的母线电压集合；
步骤53、基于步骤51建立的模型和abc三相电压对参数不对称子区域进行三相状态估计计算，得到参数不对称子区域内线路的abc三相功率。
优选地，步骤51中，在三相阻抗参数建模时，除了考虑线路abc三相之间的互阻抗，对于同杆并架线路，还考虑不同线路之间的互阻抗；
在三相功率量测建模时，采用abc分相功率量测模型，且三相量测方程考虑abc各相之间的互阻抗。
优选地，步骤52中，对边界线路首端节点i的abc三相电压幅值和相角初始值计算公式为：
。
优选地，步骤6包括：
步骤61、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果计算参数不对称子区域内边界线路首端节点i和末端节点j总的功率误差向量，即边界节点集合总功率误差向量；
步骤62、根据边界节点集合总功率误差向量/>评估基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计是否均收敛，若是，则输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤63；
步骤63、根据参数不对称子区域的三相雅可比矩阵H abc 及信息矩阵G abc ，并计算三相量测灵敏度，其中，k表示当前迭代计算的次数；
步骤64、根据总功率误差向量和三相量测灵敏度/>求解不对称子区域的三相电压幅值修正量/>，并根据修正量评估不对称子区域三相估计和对称子区域估计是否均达到收敛状态，若均达到收敛状态，则停止迭代计算，输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤65；
步骤65、更新不对称子区域的三相节点电压幅值和相角：、/>，根据三相节点电压幅值和相角计算边界线路首端、末端三相总有功和总无功，进而计算得到相应的边界节点集合/>的总功率误差向量/>，当边界节点集合/>的总功率误差向量/>的分量大于设定的门槛值时，返回步骤61；
其中：和/>分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压；
和/>分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压和相角；
、/>分别为第k次迭代计算中电压幅值和相角的修正量。
优选地，步骤61中，边界节点集合总功率误差向量/>为：
其中，、/>为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路首端边界节点i的有功功率、无功功率；
、/>为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路末端j的有功功率、无功功率，/>、/>；
、/>为包含了不换位线路、同杆并架线路首末的三相总功率；
、/>为采用三相状态估计计算得到的边界线路首端三相总有功和总无功；
、/>为采用三相状态估计计算得到的边界线路末端三相总有功和总无功；
、/>为边界线路首端节点i采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值。
、/>为边界线路末端节点j采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值。
优选地，步骤62中，如果边界节点集合总功率误差向量/>的分量均满足，则认为基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计均收敛；其中，/>表示第一阈值，/>为/>的分量。
优选地，步骤63中，三相量测灵敏度为：
；
式中，H abc 为三相量测方程对应的雅可比矩阵；
为三相状态向量，包括不对称子区域的三相节点电压幅值和角度；
为abc三相量测误差方差阵；
即为G abc 。
优选地，步骤64中，不对称子区域的三相电压幅值修正量为：
；
当时，域估认为不对称子区域三相估计和对称子区计均达到收敛状态，其中，/>为第二阈值；
一种计及局部三相不对称的电网状态估计系统，包括：
节点排序与全网单相状态估计模块，用于获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型，根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵，并基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵，采用近似最小度AMD排序方式对信息矩阵进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；
电网分区与三相状态估计模块，用于根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点，针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；
三相电压更新与功率误差修正模块，用于根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差。
一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、本发明考虑了局部电网参数不对称情况，根据电网参数的对称性对电网进行动态切分，整体采用单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计，局部的参数不对称子区域采用三相相分量模型进行三相状态估计，避免了全网采用三相建模复杂、全网三相计算耗时过长的问题，同时对于电网中多个不对称子区域可以采用并行求解，提高计算速度。
且进行全网单相状态估计时，基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵，在计算过程中并不进行实际的乘法和加法运算，在节点优化编号过程中同样只进行了网络结构变化的处理，不进行实际的数值运算，可以在电网规模较大时提高信息矩阵的计算速度，实现全网单相状态估计的快速计算；进行电网切分时，采用节点撕裂法将电网划分成一个或者多个不换位线路、同杆并架线路等三相不对称模型参数的子区域，对于不包含不对称模型参数的电网也划分到一个或者多个参数对称子区域，采用节点分裂法进行动态分区保证了得到的所有子分区内部都是联通的，各个不对称子分区之间是相互解耦独立，各不对称子区域通过对称的子区域网络才能相连，保证了状态估计精度；
2、本发明具有很强的建模灵活性，可以方便对各种类型的不对称进行建模处理，例如可用于单相/两相运行时的建模及状态估计、三相量测不对称等情况的状态估计建模问题。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为电网切分示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例1提供一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤：
步骤1、获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型；
步骤1.1、获取参与状态估计计算需要的电网模型及其量测数据，
进一步优选地，支持通过采用标准化的模型、量测数据服务或者标准化交互文件（QS文件、CIM/E等格式）获取参与状态估计计算需要的电网模型、量测数据；
支持获取电网历史、实时的参与状态估计计算需要的电网模型及其量测数据，包含不换位线路、同杆并架线路等模型参数信息。
获取的电网模型量测数据包含电网模型参数（如线路电阻电抗、变压器电阻电抗、分接头额定档位及调节步长、电容器及电抗器的容量）、设备连接关系、三相功率、线电压等参数，也包含不换位线路、同杆并架线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路之间的互感参数等以及单相有功、无功、电流、电压、开关刀闸的遥信状态等。
步骤1.2、根据电网模型及其量测数据，采用全局拓扑或者局部拓扑的方式进行拓扑分析，形成单相状态估计计算用的单相正序节点支路模型；
根据步骤1.1获取到的电网模型和开关刀闸的遥信状态，采用全局拓扑或者局部拓扑的方式进行拓扑分析，形成单相状态估计计算用的单相正序节点支路模型：
进一步优选地，当本次的遥信状态和上次状态估计计算用的遥信状态变化较少时，采用局部拓扑的方式进行拓扑分析；
当本次的遥信状态和上次计算遥信状态变化较多时，采用全局拓扑的方式进行本领域常规的拓扑分析之后即形成状态估计计算用的单相正序节点支路模型，即单相正序模型。
步骤1.2中，形成正序节点支路模型时采用的线路参数使用单相模型参数。在进行拓扑分析时，当遥信状态较上次变化较少时，采用局部拓扑分析以提高拓扑分析的速度，否则采用采用全局拓扑分析；
步骤2、根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵H，并基于量测雅可比矩阵H通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵G；
进一步优选地，本领域技术人员可以理解的是，根据单相正序节点支路模型，并结合量测数据形成量测雅可比矩阵H的非零元结构，并根据通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵G的非零元结构，在计算过程中并不进行实际的乘法和加法运算，可以在电网规模较大时提高信息矩阵的计算速度，其中/>为量测误差方差阵，/>为矩阵H的转置矩阵。在采用符号分析法模拟乘法运行获取信息矩阵G的非零元结构时，只进行网络结构变化的处理，不进行实际矩阵乘法过程中的数值运算。
步骤3、采用近似最小度AMD排序方法对信息矩阵G进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；
步骤31、基于信息矩阵G的非零元结构，采用近似最小度AMD排序方法对信息矩阵G进行节点编号重排序；
基于信息矩阵G的非零元结构，不是基于雅可比矩阵H和节点出线度，采用近似最小度AMD排序方法进行节点编号重排序。
进一步优选地，本领域技术人员可以理解的是，采用近似最小度AMD排序方法模拟信息矩阵G因子分解高斯消去过程，并在模拟高斯消去过程时，顶点选择信息矩阵G图中度最小的顶点，并重复这一过程（即在对所有节点模拟消去过程中选择G图中度最小的顶点）直到信息矩阵G图中所有的顶点完全消去为止，同时当消去某一个节点后更新其它节点出线度时用节点度的上限值代替节点实际度。
在节点优化编号过程中同样只进行了网络结构变化的处理，不进行实际的数值运算。
步骤32、基于重新排序后的节点编号顺序形成量测雅可比矩阵H，并采用多线程并行计算的方法计算信息矩阵G，采用快速分解状态估计算法或者抗差状态估计，采用单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计的快速计算。
步骤33、在全网单相状态估计计算收敛后，获得网设备功率和母线电压估计值，进而计算得到线路、变压器、发电机等设备的有功、无功功率值；
进一步优选地，在全网单相状态估计计算收敛后，获得所有线路、变压器、发电机、负荷等电网设备的有功、无功估计值以及母线电压幅值角度的估计值，其中包含了三相参数不对称的不换位线路、同杆并架线路首末的三相总功率、/>和母线线电压/>。
步骤4、根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点；
进一步优选地，若电网模型含有不换位线路或同杆并架线路，则其三相模型参数不对称，否则其三相模型参数对称，因而，根据电网中不换位线路、同杆并架线路的位置，采用节点分裂法将电网进行动态切分，将电网划分成一个或者多个含有不换位线路、同杆并架线路等不对称模型参数的参数不对称子区域，以及不包含不对称模型参数的一个或多个参数对称子区域；
电网切分示意图如图2所示，对获取的含有不换位线路、同杆并架线路的电网模型，根据不换位线路、同杆并架线路等三相参数不对称的位置，采用节点撕裂法将电网划分成一个或者多个不换位线路、同杆并架线路等三相不对称模型参数的子区域，即三相不对称子区域（参数不对称子区域），记为。
相应的，对于不包含不对称模型参数的电网也划分到一个或者多个三相对称子区域（参数对称子区域），记为，其中三相对称子区域和三相不对称子区域的边界节点集合记为/>。
该步骤采用节点分裂法进行动态分区保证了得到的所有子分区内部都是联通的，各个不对称子分区之间是相互解耦独立，各不对称子区域通过对称的子区域网络才能相连。
步骤5、针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；
步骤51、对于包含不换位线路、同杆并架线路的三相模型参数不对称子区域，采用三相相分量建模，包括三相阻抗参数建模和三相功率量测建模；
（1）在三相阻抗参数建模时，除了考虑线路ABC三相之间的互阻抗，对于同杆并架线路，还需要考虑不同线路之间的互阻抗。
以同杆并架双回线路为例，线路的阻抗模型采用三相导纳矩阵表示形式如下。
其中，下标1,2,3表示同杆并架线路I线的abc三相，下标4,5,6表示同杆并架线路II线的abc三相。当同杆线路为3回或者更多回，线路阻抗模型采用类似的模型进行扩展。
（2）在三相功率量测建模时，对于含有参数不对称子区域采用ABC分相功率量测模型，量测方程考虑ABC各相之间的阻抗。
在三相功率量测建模时，对于含有参数不对称子区域中的线路首端节点i的三相功率量测方程为
其中：，/>为节点i的三相电压，/>为节点j的三相电压，/>和/>为采用三相节点导纳矩阵的自导纳和互导纳，/>为节点i的相与节点j的/>相之间的角度差；
步骤51的三相阻抗参数用于后续H，G的形成。
步骤52、选取参数不对称子区域三相状态估计计算电压初值。
进一步优选地，在三相估计时基于全网单相状态估计得到的边界节点i、j（边界线路首端节点i和末端节点j）的电压幅值、/>和相角值/>、/>（其中/>、、/>，/>）计算abc三相电压的初始值，以a相角度为相角参考相，b相和c相的相角初始值分别落后和超前a相120°，abc三相的电压幅值初始值取全网单相状态估计的线电压//>，/>为采用单相正序节点支路模型进行全网状态估计得到的母线电压集合。
对某个边界节点i的abc三相电压幅值和相角初始值按照下式进行选取。
上述步骤52中，在三相估计时基于全网单相状态估计得到的边界线路首端节点i、末端节点j的电压幅值和相角值计算abc三相电压的初始值，以全网单相状态估计的结果作为a相角度为相角参考相，b相和c相的相角初始值分别落后和超前a相120°，abc三相的电压幅值初始值取全网单相状态估计的线电压/。
步骤53、对参数不对称子区域进行三相状态估计计算，得到参数不对称子区域内线路的abc三相功率；
进一步优选地，在进行不对称子区域进行估计计算时，雅可比矩阵H abc 、信息矩阵G abc 、线路量测等均为三相模型，估计计算完成后得到参数不对称子区域内线路的abc三相功率，还有三相电压等，其中最重要的是获取adc三相功率。
基于步骤51的模型可知，在计算参数不对称子区域内的线路abc三相功率时，考虑了ABC三相之间的互感以及与其它同杆并架线路之间的互感。
步骤6、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差，直到满足收敛要求，输出最终的电网状态估计结果，即本发明在全网单相的基础上，根据局部三相结果修正单相结果。最终输出全网的状态估计结果仍是基于单相模型的结果。
步骤61、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果计算参数不对称子区域内边界线路首端节点i和末端节点j总的功率误差向量，即边界节点集合总功率误差向量/>；
进一步优选地，设线路边界节点i的三相功率估计值为、/>，计算线路的三相总功率/>、。当不对称子区域内存在多条参数不对线路时，分别计算各条线路边界节点（边界线路首末端）的三相总功率；
参数不对称子区域内边界线路首端节点i和末端节点j总的功率误差向量为：
其中，、/>为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路首端边界节点i的有功功率、无功功率；
、/>为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路末端j的有功功率、无功功率，有/>、/>
、/>为包含了不换位线路、同杆并架线路首末的三相总功率；
、/>为采用三相状态估计计算得到的边界线路首端三相总有功和总无功；
、/>为采用三相状态估计计算得到的边界线路末端三相总有功和总无功；
、/>为边界线路首端节点i采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值。
、/>为边界线路末端节点j采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值。
步骤62、根据边界节点总功率误差向量评估基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计是否均收敛，若是，则结束程序，否则进入步骤63；
进一步优选地，如果边界节点集合总功率误差向量/>的分量均满足，则认为基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计均收敛，计算结束，输出最终的电网状态估计结果。否则进行下一步。/>
步骤63、根据参数不对称子区域的三相雅可比矩阵H abc 及信息矩阵G abc ，并计算三相量测灵敏度；
式中：H abc 为步骤51的三相量测方程对应的雅可比矩阵；
为三相状态向量，包括不对称子区域的三相节点电压幅值和角度，具体的，通过步骤53三相状态估计计算得到此处的三相节点电压幅值和角度，即步骤53基于估计计算得到的三相节点电压幅值和角度进一步计算得到参数不对称子区域内线路的abc三相功率；
为abc三相量测误差方差阵；
即为G abc 。
步骤64、根据总功率误差向量和三相量测灵敏度/>求解不对称子区域的三相电压幅值修正量/>（记此时迭代次数k=1）。
当时，认为不对称子区域三相估计和对称子区域估计均达到收敛状态，停止迭代计算，输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤65；
步骤65、更新不对称子区域的三相节点电压幅值和相角：、/>，根据三相节点电压幅值和相角计算边界线路首端、末端三相总有功和总无功，进而计算得到相应的边界节点集合/>的总功率误差向量/>（其中，首端计算过程如下：根据三相节点电压幅值和相角计算边界线路首端节点i处A、B、C相有功/>、无功/>，并计算得到边界线路首端三相总有功功率/>、总无功功率，得到相应的边界节点集合/>的总功率误差向量/>，末端采用相同方式计算），当边界节点集合/>的总功率误差向量/>的分量大于设定的门槛值时，返回步骤61；
其中：和/>分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压；/>
和/>分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压和相角；
、/>分别为第k次迭代计算中电压幅值和相角的修正量。
。
上述的步骤61中~步骤65，基于全网单相状态估计和三相状态估计的计算误差和三相量测灵敏度，通过迭代计算的方式更新不对称子区域的三相电压幅值并迭代修正功率误差向量。
本发明实施例2提供一种计及局部三相不对称的电网状态估计系统，包括：
节点排序与全网单相状态估计模块，用于获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型，根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵H，并基于量测雅可比矩阵H通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵G，采用近似最小度AMD排序方法对信息矩阵G进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；
电网分区与三相状态估计模块，用于根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点，针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；
三相电压更新与功率误差修正模块，用于根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差。
一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、本发明考虑了局部电网参数不对称情况，根据电网参数的对称性对电网进行动态切分，整体采用单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计，局部的参数不对称子区域采用三相相分量模型进行三相状态估计，避免了全网采用三相建模复杂、全网三相计算耗时过长的问题，同时对于电网中多个不对称子区域可以采用并行求解，提高计算速度。
且进行全网单相状态估计时，基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵，在计算过程中并不进行实际的乘法和加法运算，在节点优化编号过程中同样只进行了网络结构变化的处理，不进行实际的数值运算，可以在电网规模较大时提高信息矩阵的计算速度，实现全网单相状态估计的快速计算；进行电网切分时，采用节点撕裂法将电网划分成一个或者多个不换位线路、同杆并架线路等三相不对称模型参数的子区域，对于不包含不对称模型参数的电网也划分到一个或者多个参数对称子区域，采用节点分裂法进行动态分区保证了得到的所有子分区内部都是联通的，各个不对称子分区之间是相互解耦独立，各不对称子区域通过对称的子区域网络才能相连，保证了状态估计精度；
2、本发明具有很强的建模灵活性，可以方便对各种类型的不对称进行建模处理，例如可用于单相/两相运行时的建模及状态估计、三相量测不对称等情况的状态估计建模问题。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1、获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型；
步骤2、根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵，并基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵；
步骤3、采用近似最小度AMD排序方式对信息矩阵进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；
步骤4、根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点；
步骤5、针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；
步骤6、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差，直到满足收敛要求，输出最终的电网状态估计结果，包括：
步骤61、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果计算参数不对称子区域内边界线路首端节点i和末端节点j总的功率误差向量，即边界节点集合总功率误差向量/>；
边界节点集合总功率误差向量/>为：
其中，、/>为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路首端边界节点i的有功功率、无功功率；
、/>为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路末端j的有功功率、无功功率，/>、/>；
、/>为包含了不换位线路、同杆并架线路首末的三相总功率；
、 />为采用三相状态估计计算得到的边界线路首端三相总有功和总无功；
、/>为采用三相状态估计计算得到的边界线路末端三相总有功和总无功；
、/>为边界线路首端节点i采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值；
、/>为边界线路末端节点j采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值；
步骤62、根据边界节点集合 总功率误差向量/>评估基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计是否均收敛，若是，则输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤63；
如果边界节点集合总功率误差向量/>的分量均满足/>，则认为基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计均收敛；其中，/>表示第一阈值，/>为/>的分量；
步骤63、根据参数不对称子区域的三相雅可比矩阵H abc 及信息矩阵G abc ，并计算三相量测灵敏度，其中，k表示当前迭代计算的次数；
三相量测灵敏度为：
；
式中，H abc 为三相量测方程对应的雅可比矩阵；
为三相状态向量，包括不对称子区域的三相节点电压幅值和角度；
为abc三相量测误差方差阵；
即为G abc ；
步骤64、根据总功率误差向量和三相量测灵敏度/>求解不对称子区域的三相电压幅值修正量/>，并根据修正量评估不对称子区域三相估计和对称子区域估计是否均达到收敛状态，若均达到收敛状态，则停止迭代计算，输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤65；
不对称子区域的三相电压幅值修正量为：
；
当时，域估认为不对称子区域三相估计和对称子区计均达到收敛状态，其中，/>为第二阈值；
步骤65、更新不对称子区域的三相节点电压幅值和相角：、，根据三相节点电压幅值和相角计算边界线路首端、末端三相总有功和总无功，进而计算得到相应的边界节点集合/>的总功率误差向量/>，当边界节点集合/>的总功率误差向量/>的分量大于设定的门槛值时，返回步骤61；
其中：和/>分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压；
和/>分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压和相角；
、/>分别为第k次迭代计算中电压幅值和相角的修正量。
2.根据权利要求1所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤1中，首先，获取参与状态估计计算需要的电网模型及其量测数据，其中，获取的电网模型量测数据包含参与状态估计计算需要的电网模型参数、设备连接关系、三相功率、线电压，不换位线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路之间的互感参数，以及单相有功、无功、电流、电压、变压器档位和开关刀闸的遥信状态；
其次，根据获取到的电网模型和开关刀闸的遥信状态，采用全局拓扑或者局部拓扑的方式进行电网拓扑分析：
当本次的遥信状态和上次状态估计计算用的遥信状态变化未超出设定范围时，采用局部拓扑的方式进行拓扑分析；
当本次的遥信状态和上次计算遥信状态变化超出设定范围时，采用全局拓扑的方式进行拓扑分析后形成状态估计计算用的单相正序节点支路模型，即单相正序模型。
3.根据权利要求1所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤2中，根据单相正序节点支路模型，并结合量测数据形成量测雅可比矩阵H的非零元结构，并基于，通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵G的非零元结构，其中/>为量测误差方差阵，/>为矩阵H的转置矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤3中，采用近似最小度AMD排序方式进行节点编号重排序的过程为：
采用近似最小度AMD排序方式模拟信息矩阵G因子分解高斯消去过程，并在模拟高斯消去过程时，顶点选择信息矩阵G图中度最小的顶点，直到信息矩阵G图中所有的顶点完全消去为止，同时当消去某一个节点后更新其它节点出线度时用节点度的上限值代替节点实际度。
5.根据权利要求1所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤3中，基于重排序后的节点编号顺序形成量测雅可比矩阵H，并采用多线程并行计算的方式计算信息矩阵G，继而得到基于重新排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型，通过快速分解状态估计算法或者抗差状态估计进行全网单相状态估计的快速计算，在全网单相状态估计计算收敛后，获得网设备功率和母线电压估计值，进而计算得到电网设备的有功、无功值。
6.根据权利要求1所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤4中，若电网模型含有不换位线路或同杆并架线路，则其三相模型参数不对称，根据电网中不换位线路、同杆并架线路的位置，采用节点分裂法将电网进行动态切分，将电网划分成一个或者多个含有不对称三相模型参数的参数不对称子区域，以及不包含不对称三相模型参数的一个或多个参数对称子区域，其中参数对称子区域和参数不对称子区域的边界节点集合记为。
7.根据权利要求1所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤5包括：
步骤51、对于参数不对称子区域，采用三相相分量进行建模，包括三相阻抗参数建模和三相功率量测建模；
步骤52、基于全网单相状态估计得到的边界线路首端节点i和末端节点j的电压幅值、/>和相角值/>、/>计算对参数不对称子区域进行三相状态估计的abc三相电压的幅值和相角初始值，其中，/>、/>、/>，/>，/>为参数对称子区域和参数不对称子区域的边界节点集合，/>为采用单相正序节点支路模型进行全网状态估计得到的母线电压集合；
步骤53、基于步骤51建立的模型和abc三相电压对参数不对称子区域进行三相状态估计计算，得到参数不对称子区域内线路的abc三相功率。
8.根据权利要求7所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤51中，在三相阻抗参数建模时，除了考虑线路abc三相之间的互阻抗，对于同杆并架线路，还考虑不同线路之间的互阻抗；
在三相功率量测建模时，采用abc分相功率量测模型，且三相量测方程考虑abc各相之间的互阻抗。
9.根据权利要求7所述的一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，其特征在于：
步骤52中，对边界线路首端节点i的abc三相电压幅值和相角初始值计算公式为：
。
10.一种计及局部三相不对称的电网状态估计系统，用于运行权利要求1-9任意一项所述的方法，其特征在于： 所述系统包括：
节点排序与全网单相状态估计模块，用于获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型，根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵，并基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵，采用近似最小度AMD排序方式对信息矩阵进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；
电网分区与三相状态估计模块，用于根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点，针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；
三相电压更新与功率误差修正模块，用于根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差。
11.一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行权利要求1-9任意一项所述方法的步骤。
12.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-9任意一项所述方法的步骤。
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