1.一種基于稀疏恢復(fù)的快速分解配電網(wǎng)三相狀態(tài)估計(jì)方法,其特征在于該方法包括以下步驟:
(1)建立一個(gè)基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型:
將配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系表示為:
z=h(y)+o+e
其中,y為配電網(wǎng)的狀態(tài)量,z為配電網(wǎng)的量測量,o為配電網(wǎng)量測量中的壞數(shù)據(jù)偏差,e為配電網(wǎng)量測系統(tǒng)的隨機(jī)誤差,h(y)為配電網(wǎng)狀態(tài)量與配電網(wǎng)量測量的真實(shí)值之間的函數(shù)關(guān)系;
根據(jù)上述配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系,得到基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型如下:
s.t. a≥0,b≥0,a-b-o=0
其中,a,b分別為與壞數(shù)據(jù)偏差o的維度相同的輔助變量,λ為拉格朗日乘子,取值范圍為0.1~0.3,c為松弛系數(shù),在每一次迭代中根據(jù)上一次迭代的壞數(shù)據(jù)偏差o更新,在第l次迭代計(jì)算結(jié)束后,根據(jù)o(l)得到c(l+1):
其中,函數(shù)I(·)為一個(gè)階躍函數(shù),當(dāng)括號(hào)內(nèi)的不等式成立時(shí),階躍函數(shù)值為1,當(dāng)括號(hào)內(nèi)的不等式不成立時(shí),階躍函數(shù)值為0,α(l)為與壞數(shù)據(jù)偏差相關(guān)的閾值,取值為第l次計(jì)算的壞數(shù)據(jù)偏差o(l)的均值:
α(l)=f(o(l))=mean(o(l));
(2)建立三相快速分解形式的配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系,并將該函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為矩陣形式,包括以下步驟:
(2-1)配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系中的狀態(tài)量y為:
其中,U為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓,θ為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角,Pflow為配電網(wǎng)支路有功功率,Qflow為配電網(wǎng)支路無功功率,(·)T為向量轉(zhuǎn)置符號(hào),角標(biāo)“+”為配電網(wǎng)中由小編號(hào)節(jié)點(diǎn)流向大編號(hào)節(jié)點(diǎn)的有功功率或無功功率,角標(biāo)“-”為配電網(wǎng)中由大編號(hào)節(jié)點(diǎn)流向小編號(hào)節(jié)點(diǎn)的有功功率或無功功率,角標(biāo)abc為配電網(wǎng)的abc三相;以電壓Uabc為例,包含三相電壓,表示為:
Uabc=(Ua,Ub,Uc)
(2-2)配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系中的量測量z為:
其中,Pinj、Qinj分別為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入有功功率和注入無功功率,為配電網(wǎng)支路的有功功率損耗,為配電網(wǎng)支路的無功功率損耗,和分別為配電網(wǎng)支路的虛擬有功功率量測量和虛擬無功功率量測量,當(dāng)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的電壓可通過測量獲得時(shí),和中的Uabc為測量到的節(jié)點(diǎn)電壓值,當(dāng)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的電壓不可通過測量獲得時(shí),Uabc為1,和中的Pflow為配電網(wǎng)支路有功功率功率量測量,Qflow為配電網(wǎng)支路無功功率量測量;
(2-3)配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系為:
(2-3-1)配電網(wǎng)支路三相有功功率量測量與配電網(wǎng)支路三相有功功率狀態(tài)量之間的線性關(guān)系為:
配電網(wǎng)支路三相無功功率量測量與配電網(wǎng)支路三相無功功率狀態(tài)量之間的線性關(guān)系為:
上式中,角標(biāo)ij為由配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的線路編號(hào),角標(biāo)ji為由配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)j到節(jié)點(diǎn)i的線路編號(hào),i,j∈[1,n],n為配電網(wǎng)中的總節(jié)點(diǎn)數(shù),(·)m表示括號(hào)內(nèi)的物理量為量測量,o與e的角標(biāo)分別為與壞數(shù)據(jù)偏差和隨機(jī)誤差相對應(yīng)的物理量;
(2-3-2)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)三相注入有功功率量測量與配電網(wǎng)支路有功功率狀態(tài)量之間的線性關(guān)系為:
配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)三相注入無功功率量測量與配電網(wǎng)支路無功功率狀態(tài)量之間的線性關(guān)系為:
上式中,j∈i為節(jié)點(diǎn)j與節(jié)點(diǎn)i相連,角標(biāo)i為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i處的注入有功功率或注入無功功率;
(2-3-3)配電網(wǎng)三相支路有功功率損耗與配電網(wǎng)支路有功功率狀態(tài)量之間的關(guān)系:
配電網(wǎng)三相支路無功功率損耗與配電網(wǎng)支路無功功率狀態(tài)量之間的關(guān)系:
其中:
φ和為相應(yīng)物理量的相,且φ,為支路ij的相與φ相之間的互電阻值,為支路ij的相與φ相之間的互電抗值;
(2-3-4)配電網(wǎng)三相節(jié)點(diǎn)電壓量測量與三相節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量之間的線性關(guān)系:
配電網(wǎng)三相節(jié)點(diǎn)電壓相角量測量與三相節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量之間的線性關(guān)系:
(2-3-5)配電網(wǎng)支路虛擬有功功率量測量與配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓U和節(jié)點(diǎn)電壓相角θ狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系:
配電網(wǎng)支路虛擬無功功率量測量與節(jié)點(diǎn)電壓U和節(jié)點(diǎn)電壓相角θ狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系:
上式中,φ,表示三相,為支路ij的相與φ相之間的互電導(dǎo)值,為支路ij的相與φ相之間的互電納值;
(2-4)將上述(2-3)的配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系矩陣化,包括以下步驟:
(2-4-1)將上述步驟(2-3-1)、步驟(2-3-2)和步驟(2-3-3)中的量測量與狀態(tài)量的關(guān)系轉(zhuǎn)化為矩陣形式,用yPQ表示函數(shù)關(guān)系中的狀態(tài)量,即用zPQ表示函數(shù)關(guān)系中的量測量,即則zPQ與yPQ之間存在的線性關(guān)系為:
zPQ=Hc·yPQ+oPQ+ePQ
其中,Hc為一個(gè)常數(shù)矩陣,常數(shù)矩陣中元素的數(shù)值與上述步驟(2-3-1)、步驟(2-3-2)和步驟(2-3-3)的函數(shù)關(guān)系中狀態(tài)量的系數(shù)一一對應(yīng);
(2-4-2)將上述步驟(2-3-4)和步驟(2-3-5)的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為快速分解的矩陣形式:
對上述步驟(2-3-5)的函數(shù)關(guān)系取以下近似:
θa-θb≈120°
θa-θc≈-120°
θb-θc≈-240°
分別對節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量U和節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量θ求一階差分,得到上述(2-3-5)中函數(shù)關(guān)系的快速分解形式如下:
即:
其中,A是一個(gè)大小為3×3的常數(shù)矩陣:
用yU表示配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量U,用yθ表示配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量θ,用表示節(jié)點(diǎn)電壓相角量測量θabc和支路虛擬有功功率量測量用表示節(jié)點(diǎn)電壓量測量Uabc和支路虛擬無功功率量測量則上述步驟(2-3-4)和上述步驟(2-3-5)的函數(shù)關(guān)系的一階差分表示為矩陣形式如下:
上式中,B1和B2分別為常數(shù)矩陣,上述步驟(2-3-4)的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量與節(jié)點(diǎn)電壓量測量的函數(shù)關(guān)系中節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量的系數(shù)構(gòu)成常數(shù)矩陣B1中的單位矩陣,上述步驟(2-4-2)中配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量與配電網(wǎng)支路虛擬無功功率量測量函數(shù)關(guān)系的一階差分中節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量一階差分值的系數(shù)構(gòu)成常數(shù)矩陣B1中的[-A A],上述步驟(2-3-4)的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量與節(jié)點(diǎn)電壓相角量測量之間函數(shù)關(guān)系中節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量的系數(shù)構(gòu)成常數(shù)矩陣B2中的單位矩陣,上述步驟(2-4-2)中配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量與配電網(wǎng)支路虛擬有功功率量測量函數(shù)關(guān)系的一階差分中節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量一階差分值的系數(shù)構(gòu)成常數(shù)矩陣B2中的[A -A];
(3)根據(jù)步驟(2)建立的配電網(wǎng)三相快速分解形式的配電網(wǎng)的量測量與配電網(wǎng)的狀態(tài)量之間的函數(shù)關(guān)系求解上述步驟(1)的基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型,包括以下步驟:
(3-1)設(shè)定一個(gè)配電網(wǎng)的功率基值,將配電網(wǎng)的物理量進(jìn)行標(biāo)幺化處理:
設(shè)定配電網(wǎng)的電壓基值為:
配電網(wǎng)的功率基值為:
其中,j為虛數(shù)單位,A·e-jη為一個(gè)角度為η,幅值為A的復(fù)數(shù),電壓基值Vbase為三相配電網(wǎng)的電壓等級(jí),配電網(wǎng)功率基值的幅值為三相配電網(wǎng)系統(tǒng)的總功率,配電網(wǎng)的功率基值的角度φbase為:
其中,m為配電網(wǎng)的線路總數(shù),n為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)總數(shù),X為配電網(wǎng)支路電抗,R為配電網(wǎng)支路電阻,Pi為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i注入的有功功率,Qi為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i注入的無功功率。
(3-2)對基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型初始化:初始化迭代次數(shù)l=1,初始化松弛系數(shù)ci=1,i∈[1,N],N為量測量總數(shù),初始化拉格朗日乘子λ=0.2,
(3-3)在第l次迭代中,利用快速分解算法求解基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型,過程如下:
(3-3-1)利用下式,求解上述步驟(1)的基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型,得到zPQ=Hc·yPQ+oPQ+ePQ中的狀態(tài)量的估計(jì)值和壞數(shù)據(jù)偏差oPQ的估計(jì)值
(3-3-2)求解上述步驟(1)的基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型,得到配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量yU和配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量yθ的估計(jì)值和以及配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓量測量的壞數(shù)據(jù)偏差估計(jì)值和配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角量測量的壞數(shù)據(jù)偏差包括以下步驟:
(3-3-2-1)初始化:迭代次數(shù)k=1,yθ中,
(3-3-2-2)根據(jù)上述步驟(2-4-2)中的一階差分的矩陣形式:
利用第k次迭代計(jì)算求得的狀態(tài)量和計(jì)算第k+1次迭代節(jié)點(diǎn)電壓量測量和支路虛擬無功功率量測量的一階差分:
求解基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型:
得到第k+1次迭代計(jì)算的節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量一階差分值
(3-3-2-3)根據(jù)上述一階差分值對第k次迭代計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量校正:
(3-3-2-4)根據(jù)上述步驟(3-3-2-3)得到的節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量和第k次迭代計(jì)算求得的節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量計(jì)算第k+1次迭代節(jié)點(diǎn)電壓相角量測量和支路虛擬有功功率量測量的一階差分:
求解基于稀疏恢復(fù)的配電網(wǎng)抗差狀態(tài)估計(jì)模型:
得到第k+1次迭代計(jì)算的節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量一階差分值
(3-3-2-5)根據(jù)上述一階差分值對第k次迭代計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量校正:
(3-3-2-6)設(shè)定一個(gè)收斂系數(shù)ε,對節(jié)點(diǎn)電壓相角狀態(tài)量一階差分值和節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量一階差分值進(jìn)行收斂判斷,若且則結(jié)束計(jì)算,將作為第l次迭代的電壓狀態(tài)量估計(jì)值將作為第l次迭代的電壓相角狀態(tài)量估計(jì)值將作為節(jié)點(diǎn)電壓量測量和支路無功功率量測量的壞數(shù)據(jù)偏差的估計(jì)值將作為節(jié)點(diǎn)電壓相角量測量和支路有功功率量測量的壞數(shù)據(jù)偏差的估計(jì)值進(jìn)行步驟(3-3-3),若或則令k=k+1,返回步驟(3-3-2-2);
(3-3-3)將上述步驟(3-3-1)和上述步驟(3-3-2)計(jì)算得到的狀態(tài)量估計(jì)值和壞數(shù)據(jù)偏差表示為向量形式:
(3-4)根據(jù)上述步驟(3-3-3)的壞數(shù)據(jù)偏差計(jì)算與壞數(shù)據(jù)偏差相關(guān)的閾值α(l):
進(jìn)而得到第l+1次迭代的松弛系數(shù)ci(l+1):
(3-5)設(shè)定一個(gè)收斂系數(shù)σ,對兩次迭代計(jì)算得到的量測量壞數(shù)據(jù)偏差o(l)之差進(jìn)行收斂判斷,若||o(l)-o(l-1)||∞<σ,則停止計(jì)算,將最后一次迭代的狀態(tài)量估計(jì)值作為狀態(tài)量最終估計(jì)值進(jìn)行步驟(3-6),若||o(l+1)-o(l)||∞≥σ,則令l=l+1,返回步驟(3-3);
(3-6)將(3-5)步驟中的狀態(tài)量估計(jì)值作為基于稀疏恢復(fù)的快速分解配電網(wǎng)三相狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果。