一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，所述方法包括(1)建立異步和同步發(fā)電機的無功與電壓關系；(2)建立等式約束條件；(3)建立含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型；(4)求解含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型，得到狀態(tài)量的修正值；(5)根據(jù)狀態(tài)量的修正值對配電網(wǎng)狀態(tài)量進行修正，得到新的狀態(tài)量；(6)判斷本次與上次迭代的狀態(tài)量修正值之差的絕對值是否小于設定的閾值，是則結束；否則返回步驟(4)。本發(fā)明不受配電網(wǎng)中分布式電源數(shù)量的影響，通用性好，避免了將等式約束作為大權重量測帶來的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性等問題。
【專利說明】一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于一種配電網(wǎng)的狀態(tài)估計方法，具體講涉及一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法。

【背景技術】
[0002]近年來，分布式電源在配電網(wǎng)中大規(guī)模的接入對配電系統(tǒng)的運行與控制提出了挑戰(zhàn)，為了提高配電系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟，需要配電網(wǎng)狀態(tài)估計為對配電網(wǎng)進行分析與決策提供精確的基礎數(shù)據(jù)。
[0003]針對配電網(wǎng)量測配置較少、網(wǎng)絡拓撲以輻射狀為主、弱環(huán)和三相不平衡的特點，目前，配電網(wǎng)狀態(tài)估計分別以節(jié)點電壓、支路復電流、支路功率、節(jié)點注入復電流等為狀態(tài)量，利用加權最小二乘(WLS)、加權最小絕對值(WLAV)等狀態(tài)估計方法求解配電網(wǎng)的狀態(tài)量。當直接利用配電網(wǎng)中的各種量測時，不管采用上述何種變量作為狀態(tài)量，雅可比矩陣都是非恒定的，網(wǎng)絡規(guī)模較大時，較大的計算量將會大大影響計算速度。為了降低計算量，提高計算速度，量測等效變換技術在配電網(wǎng)狀態(tài)估計中得到了廣泛的使用，以節(jié)點電壓、支路復電流、節(jié)點復電流為狀態(tài)量時，將功率量測對、電流幅值量測轉換為等效的電流實部量測與電流虛部量測，從而實現(xiàn)了雅可比矩陣的常數(shù)化，但是這種方法的缺點是功率量測必須成對出現(xiàn)，量測等效變換不可避免的會帶來轉換誤差，影響估計精度，同時也給不良數(shù)據(jù)檢測與辨識帶來了困難。以支路復電流為狀態(tài)量時，在電網(wǎng)輻射狀的情況下，對電壓幅值量測的使用受限于根節(jié)點電壓量測精度，在配電網(wǎng)存在環(huán)路時，需要考慮KVL約束，增加了計算的復雜性，此時電壓幅值量測無法使用。以支路功率為狀態(tài)量時，將各種量測利用量測等效變換技術轉換為功率量測，但是將各種量測變換為功率量測利用了較多的其他變量，量測變換前的量測利用效率不高，存在環(huán)路時需處理KVL約束，從而增加了計算的復雜性。鑒于配電網(wǎng)實時量測偏少，虛擬量測較多的特點，很多文獻提出了基于量測匹配的思想，利用優(yōu)化算法求解配電網(wǎng)狀態(tài)的方法，顯然，這種方法前提是實時量測要足夠精確。以節(jié)點的電壓幅值和相角為狀態(tài)量的優(yōu)點是能夠很好的處理各種量測、對弱環(huán)不用特殊處理，但是雅可比矩陣及信息矩陣不是常數(shù)，計算量較大。鑒于配電網(wǎng)相對于輸電網(wǎng)量測配置冗余度較低，分布式電源大范圍、大規(guī)模的接入配電網(wǎng)，因此在配電網(wǎng)狀態(tài)估計中如何利用分布式電源的特性提高狀態(tài)估計精度是一個急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，本發(fā)明的主要技術包括兩部分，一是基于異步發(fā)電機和同步發(fā)電機的無功與電壓特性，利用其無功與網(wǎng)絡注入無功嚴格相等的物理原理建立等式約束，二是含等式約束最小二乘狀態(tài)估計模型的求解算法。首先，基于分布式電源中異步發(fā)電機和同步發(fā)電機無功與電壓的函數(shù)關系，利用異步發(fā)電機和同步發(fā)電機的無功功率等于網(wǎng)絡注入無功功率的物理原理，形成等式約束，從而在原有加權最小二乘狀態(tài)估計器的基礎上，建立含等式約束的加權最小二乘狀態(tài)估計模型。最后，對于含等式約束的最小二乘模型建立拉格朗日極值函數(shù)，利用極值函數(shù)的數(shù)學求解方法建立極值求解模型，并在極值求解模型中消去拉格朗日系數(shù)，得到不含拉格朗日系數(shù)的極值求解模型。
[0005]本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其改進之處在于，所述方法包括
[0007](I)建立異步和同步發(fā)電機的無功與電壓關系；
[0008](2)建立等式約束條件；
[0009](3)建立含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型；
[0010](4)求解含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型，得到狀態(tài)量的修正值；
[0011](5)根據(jù)狀態(tài)量的修正值對配電網(wǎng)狀態(tài)量進行修正，得到新的狀態(tài)量；
[0012](6)判斷本次與上次迭代的狀態(tài)量修正值之差的絕對值是否小于設定的閾值，是則結束；否則返回步驟(4)。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟(1)包括通過電力電子變換器并網(wǎng)的分布式電源作為常規(guī)機組處理，通過異步發(fā)電機和同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的分布式電源，建立其吸收或發(fā)出的無功功率函數(shù)關系式。
[0014]進一步地，所述異步發(fā)電機的無功與端電壓的函數(shù)關系為:

【權利要求】
1.一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述方法包括 (1)建立異步和同步發(fā)電機的無功與電壓關系； (2)建立等式約束條件； (3)建立含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型； (4)求解含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型，得到狀態(tài)量的修正值； (5)根據(jù)狀態(tài)量的修正值對配電網(wǎng)狀態(tài)量進行修正，得到新的狀態(tài)量； (6)判斷本次與上次迭代的狀態(tài)量修正值之差的絕對值是否小于設定的閾值，是則結束；否則返回步驟(4)。
2.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述分布式電源包括異步發(fā)電機并網(wǎng)型、同步發(fā)電機并網(wǎng)型和電力電子變換器并網(wǎng)型。
3.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述步驟(1)包括通過電力電子變換器并網(wǎng)的分布式電源作為常規(guī)機組處理，通過異步發(fā)電機和同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的分布式電源，建立其吸收或發(fā)出的無功功率函數(shù)關系式。
4.如權利要求3所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述異步發(fā)電機的無功與端電壓的函數(shù)關系為:
所述同步發(fā)電機無功與端電壓的關系為:
其中，PDG> Qdg分別為分布式電源的有功輸出和無功輸出，V為機端電壓，X為定子和轉子電抗的和，Xp為激磁電抗和補償電容并聯(lián)后的電抗，Elieq為分布式電源的空載電勢，當無勵磁調節(jié)時為常數(shù)，Xd為同步發(fā)電機的同步電抗。
5.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述步驟(2)包括根據(jù)網(wǎng)絡注入無功與異步、同步發(fā)電機的無功嚴格相等的物理原理建立等式約束條件:
O= Q1-QijDG (3) 其中，Qi為網(wǎng)絡節(jié)點i的注入無功，Qi,DG為節(jié)點i分布式電源的無功功率。
6.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述步驟(3)包括根據(jù)電力系統(tǒng)的量測方程:
z = h (X) +V (4) 建立帶等式約束的加權最小二乘狀態(tài)估計模型:
MinlJ(X) = [z-h (X) ] 1R-1 [z-h (X) ]},..、(5)
s.t.c (X) =O 其中，R-1為對角權矩陣，C(X) = O表示分布式電源的無功約束條件。
7.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述步驟(4)包括根據(jù)消除拉格朗日系數(shù)矩陣，得到含等式約束的最小二乘狀態(tài)估計模型的求解公式； 根據(jù)極值求解的方法，得:
L(X) = J (X)+ 入 1C (X) (6) 式(5)的求解公式如下:
其中，H為量測雅可比矩陣，C為等式約束條件的雅可比矩陣，Ac為等式約束的不平衡量，λ為拉格朗日系數(shù)矩陣； 消除拉格朗日系數(shù)矩陣，得到狀態(tài)變量的修正值如下:
Ax= (HtIT1H) H1 Δ Z-G-1CT [CG-1Ct].(CA X1+ Δ c) (8) 其中，G為信息矩陣G = HtR-1H, C為等式約束條件的雅可比矩陣，Λ c為等式約束的不平衡量； 式(8)可以轉換為如下形式:
其中，Ax1 = (HtIT1H)H1Az,為不帶等式約束式時狀態(tài)量的修正值。
8.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述步驟(5)包括根據(jù)求解的狀態(tài)量修正值，對配電網(wǎng)狀態(tài)量進行修正，得到新的狀態(tài)量; 在迭代計算中對狀態(tài)量進行如下修正: χ(1+1) =χ⑴+Λ x(1) (10) 其中，I為迭代次數(shù)，xG)為第I步迭代前的狀態(tài)量，Δχ(1)為第I步迭代狀態(tài)量的修正量，x(1+1)為第I步迭代后狀態(tài)量的新值。
9.如權利要求8所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述配電網(wǎng)狀態(tài)量在首次迭代時，將各節(jié)點電壓初始化為電壓幅值為1，相角為O。
10.如權利要求1所述的一種融合分布式電源特性的配電網(wǎng)狀態(tài)估計方法，其特征在于，所述步驟(6)包括判斷本次與上次迭代的狀態(tài)量修正值之差的絕對值是否小于設定的閾值，是則結束；否則返回步驟(4)。
【文檔編號】G06F19/00GK104182644SQ201410438621
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2014年8月29日
【發(fā)明者】王少芳, 劉廣一, 郎燕生, 郭昆亞, 劉升, 姜萬超, 徐杰, 李海陽, 鄒昱, 白洋, 王淼 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司