一種電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行與控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于插值矩陣的含相角量測裝置(Phasor?Measurement?Unit-PMU)的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法。本發(fā)明將SCADA量測更新的間隔期間通過PMU插值得到的區(qū)域U狀態(tài)等效為區(qū)域U的先驗狀態(tài)信息，并在每次PMU采樣時刻都對此先驗狀態(tài)信息進行不斷的更新，直到下一時刻的SCADA和PMU量測同時到達時，插值矩陣更新，從而進一步計算出區(qū)域U各個節(jié)點的實時運行狀態(tài)，這樣就充分兼顧了PMU量測精度高、采樣速度快的優(yōu)點，能夠更為準確和實時的追蹤系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
【專利說明】一種電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行與控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于插值矩陣的含相角量測裝置(Phasor Measurement Unit-PMU)的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從1970年Schweppe首次將狀態(tài)估計引入電力系統(tǒng)以來，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計已經(jīng)成為電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和在線決策穩(wěn)定控制系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是從含有誤差的遙測數(shù)據(jù)中(有功和無功注入量測、有功和無功潮流量測、電壓和電流量測)獲得系統(tǒng)當前狀態(tài)的最佳估計，為電力系統(tǒng)實現(xiàn)在線分析和控制提供實時準確的運行數(shù)據(jù)。目前，電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的這些遙測數(shù)據(jù)主要來源于SCADA (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))，并且這些數(shù)據(jù)會每隔2-10秒更新一次。但是，這些系統(tǒng)量測信息往往都是通過遠動裝置傳送到調(diào)度中心，而遠動裝置的誤差以及傳送過程中各個環(huán)節(jié)的誤差使得迭代求解出來的電壓、相角等狀態(tài)量的精度難以得到保證。近年來，基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的PMU逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，該裝置具有采集量測數(shù)據(jù)快(幾十到幾百毫秒采樣一次)，能測量相角信息并且量測數(shù)據(jù)精度比SCADA高等優(yōu)點。充分利用PMU的優(yōu)點并融合傳統(tǒng)的SCADA量測使得電力系統(tǒng)狀態(tài)估計的估計精度得到提高并且將實時監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)運行情況變成為可能。
[0003]雖然融合PMU和SCADA量測的狀態(tài)估計算法越來越受到重視并且已經(jīng)取得一些前期成果，但是這些算法還是存在如下問題:
[0004]當系統(tǒng)發(fā)生短路(三相或者單相接地短路等)情況時，這些算法不能有效地跟蹤系統(tǒng)中各個節(jié)點的電壓或者相角的暫態(tài)變化情況，尤其是PMU不能直接觀測到的節(jié)點的電壓或者相角的暫態(tài)變化情況；
[0005]當系統(tǒng)經(jīng)歷大擾動(短路、負荷突變或者線路參數(shù)錯誤)情況時，算法的魯棒性較差，甚至?xí)霈F(xiàn)算法不收斂的情況；
[0006]算法中量測權(quán)重的分配按照經(jīng)驗給出，并不能反映系統(tǒng)動態(tài)情況下量測誤差的變化，導(dǎo)致權(quán)重分配不合理，影響估計的精度；
[0007]單純地將SCADA量測和PMU量測結(jié)合到系統(tǒng)的量測方程中，這樣做只是利用到了PMU量測精度高的優(yōu)點而忽略了 PMU量測采用速率快，更能反映系統(tǒng)動態(tài)變化的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種電力系統(tǒng)狀態(tài)的估計方法，該方法通過引入插值矩陣，兼顧了 SCADA和PMU量測量的采樣速率，能夠?qū)⑻幱诜€(wěn)態(tài)運行或者經(jīng)歷擾動的系統(tǒng)的PMU不能直接觀測但是可以通過SCADA觀測的區(qū)域的實時電壓和相角量測插值計算出來，本發(fā)明還引入一個動態(tài)權(quán)重分配函數(shù)來提高系統(tǒng)的魯棒性、收斂性和狀態(tài)估計的精度。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下步驟實現(xiàn):
[0010]S1、在電網(wǎng)中配置PMU，同時對電網(wǎng)進行劃分，具體如下:[0011]S11、在發(fā)電機和一級、二級負荷節(jié)點處安裝PMU，其中，一級、二級負荷的定義參見《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》；
[0012]S12、根據(jù)Sll所述PMU的配置情況將電網(wǎng)劃分為PMU可觀測區(qū)域和PMU不可直接觀測但SCADA可觀測區(qū)域，其中，PMU可觀測區(qū)域記作區(qū)域0，PMU不可直接觀測但SCADA可觀測區(qū)域記作區(qū)域U，N0為區(qū)域O的節(jié)點數(shù)，Nu為區(qū)域U的節(jié)點數(shù)，電網(wǎng)中總節(jié)點數(shù)為N =
No+Nu ；
[0013]S2、讀取電網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括:區(qū)域O的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、拓撲結(jié)構(gòu)和線路阻抗，區(qū)域U的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、拓撲結(jié)構(gòu)和線路阻抗；
[0014]S3、根據(jù)S2所述電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息并結(jié)合形成電力系統(tǒng)中相應(yīng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣和支路_節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣；
[0015]S4、讀取電網(wǎng)的SCADA量測配置信息，所述SCADA量測配置信息包括:節(jié)點電壓幅值量測、節(jié)點電流幅值量測、節(jié)點功率注入量測和線路潮流量測；
[0016]S5、計算插值矩陣H°，所述插值矩陣H°由S3所得的節(jié)點導(dǎo)納矩陣經(jīng)插值處理得到，具體插值處理方法如下:
[0017]S51、電力系統(tǒng)通用節(jié)點電流方程為[Ibus] = [YbuJ.[EbuJ，其中，Ibus是節(jié)點注入電流向量，Ybus是節(jié)點導(dǎo)納矩陣，Ebus是節(jié)點電壓向量；
[0018]S52、根據(jù)S12所述電網(wǎng)劃分將節(jié)點導(dǎo)納矩陣分為區(qū)域O節(jié)點自導(dǎo)納矩陣Y00,區(qū)域O節(jié)點互導(dǎo)納矩陣YTO，區(qū)域U的自導(dǎo)納矩陣Ymi,連接區(qū)域O和區(qū)域U的互導(dǎo)納矩陣Yuq ；
[0019]S53、得到節(jié)點電流方程
【權(quán)利要求】
1.一種電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，包括以下步驟: . 51、在電網(wǎng)中配置PMU’同時對電網(wǎng)進行劃分，具體如下: .511、在發(fā)電機和一級、二級負荷節(jié)點處安裝PMU，其中，一級、二級負荷的定義參見《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》; . 512、根據(jù)Sll所述PMU的配置情況將電網(wǎng)劃分為PMU可觀測區(qū)域和PMU不可直接觀測但SCADA可觀測區(qū)域，其中，PMU可觀測區(qū)域記作區(qū)域O，PMU不可直接觀測但SCADA可觀測區(qū)域記作區(qū)域為區(qū)域O的節(jié)點數(shù)，Nu為區(qū)域U的節(jié)點數(shù)，電網(wǎng)中總節(jié)點數(shù)為N = N0+^ ； .52、讀取電網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括:區(qū)域O的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、拓撲結(jié)構(gòu)和線路阻抗，區(qū)域U的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、 拓撲結(jié)構(gòu)和線路阻抗； . 53、根據(jù)S2所述電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息并結(jié)合形成電力系統(tǒng)中相應(yīng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣和支路-節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣； . 54、讀取電網(wǎng)的SCADA量測配置信息，所述SCADA量測配置信息包括:節(jié)點電壓幅值量測、節(jié)點電流幅值量測、節(jié)點功率注入量測和線路潮流量測； .55、計算插值矩陣H°，所述插值矩陣H0由S3所得的節(jié)點導(dǎo)納矩陣經(jīng)插值處理得到，具體插值處理方法如下: .551、電力系統(tǒng)通用節(jié)點電流方程為[IbuJ= [Ybus].[Ebus]，其中，Ibus是節(jié)點注入電流向量，Ybus是節(jié)點導(dǎo)納矩陣，Ebus是節(jié)點電壓向量； . 552、根據(jù)S12所述電網(wǎng)劃分將節(jié)點導(dǎo)納矩陣分為區(qū)域O節(jié)點自導(dǎo)納矩陣YTO，區(qū)域O節(jié)點互導(dǎo)納矩陣YOT，區(qū)域U的自導(dǎo)納矩陣Yuu,連接區(qū)域O和區(qū)域U的互導(dǎo)納矩陣Yuq ； . 553、得到節(jié)點電流方程
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法，其特征在于:將輸電線等效為典型η型電路，S4所述SCADA量測采用的量測函數(shù)包括: 典型η型等效電路不含非變壓器支路時節(jié)點i的有功注入量測函數(shù)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法，其特征在于:S63所述λ= I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)狀態(tài)估計方法，其特征在于:S8所述運行點發(fā)生變化是由拓撲變化即線路斷開或者是由節(jié)點負荷突變造成。
【文檔編號】G06F19/00GK103972884SQ201410166675
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】張葛祥, 趙俊博 申請人:西南交通大學(xué)