基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法
【专利摘要】基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法,属于电力系统运行和控制【技术领域】。建立子系统本地及协调层计算模型：将互联系统通过联络线划分为多个子系统，子系统之间联络线及其两端的节点成为相邻子系统间的边界重叠区域，在其两端重复建模；建立基于等值网等值量测修正思想的边界节点状态量不动点迭代格式；基于异步迭代模式的分布式状态估计：计算量测标准化残差，使用估计辨识方法辨识本地坏数据，使用估计辨识结果直接对状态估计计算出的本地节点状态量进行修正，并将修正后的边界节点状态量发送至协调层。本发明解决了现有分布式状态估计中靠近边界地区中存在坏数据不易辨识的问题，所有的计算步骤易于实现，算法简单，效率较高。
【专利说明】基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法
【技术领域】
[0001]基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法，属于电力系统运行和控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]状态估计作为近代计算机实时数据处理的手段，它利用实时远动量测系统提供的冗余信息，以最佳的方法估计电力系统的状态变量，为电力系统控制中心的在线潮流、安全监视、负荷预计、经济调度、联络线功率控制等功能建立可靠和精确的实时数据库系统。在分层调度的体制下，控制中心根据分级分层的管理原则，子系统间除必需的少数远动信息交换外，绝大部分信息送往各自的地区控制中心。为了适应这种体制下控制中心功能的实现，电力系统分布式状态估计就值得进行研究和实用化。分布式状态估计是指地理上分散的分区电网在本地区独立状态估计的结果通过一定的协调策略进行协调计算后，使各地区的状态估计结果与全网整体计算的结果一致的一种计算方法。
[0003]目前，分布式状态估计算法主要有以下几类:(1)分层分区计算方法。这种方法将互联系统划分两层，即子系统和边界系统，第一层各子系统进行独立状态估计，第二层基于第一层估计结果和边界系统量测量进行边界系统状态估计，并协调各子系统状态得到基于系统公共参考点的估计结果。这种方法有以下缺点:在第一层状态估计中，不得不放弃子系统边界节点的注入功率量测和进入或流出边界节点的联络线功率量测。实际上，这些点一般都是联合电力系统的交界点，这里量测配置密集，精度也较高。放弃这些量测量将直接影响到子系统特别是边界节点状态的估计精度，继而又影响第二层状态估计，造成联络线潮流估计的误差；在第二层，状态估计的精度主要地由联络线潮流量测来决定。实际上边界系统是由许多小孤立系统组成，其中最简单的，也是最常见的孤立系统是单支路双节点系统。因此联络线量测的数量和质量将严重影响状态估计值和联络线潮流的精度。(2)等式约束优化方法。这种方法将分布式状态估计转变为一个具有等式约束的优化问题，等式约束条件为各子网重叠区域内节点的状态量相等，约束条件基于拉格朗日公式，以全系统各区域量测误差的平方和最小为最终目标。该方法以全网量测误差平方和为目标的做法破坏了电力系统本地状态估计的独立性，在量测条件不好时，状态估计结果与实际电网运行状态相差比较大。(3)分解协调计算方法。这种方法将地理上分散的电网通过网间的联络线进行拆分，形成子网，子网之间联络线在各子系统内重复建模。各个子系统进行独立状态估计，然后将估计结果通过一定的协调策略进行协调后再下发给各个子网，子网重新进行状态估计，重复上述过程，直至计算收敛，计算收敛条件为各子系统重叠区域状态估计结果相等。这种方法的难点在于子系统间的协调策略的选择不同会影响计算收敛速度，目前基于外网等值和边界灵敏度分析的研究比较多，但对于影响计算收敛速度并未给出相应的理论说明，只是根据一些经验公式。而且在边界地区存在坏数据时，检测和辨识困难，严重影响本地的状态估计结果，进而影响整个分布式计算的收敛效果和计算速度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:针对电力系统传统的分布式状态估计算法存在的实用化缺陷，提出了一种基于异步迭代模式的实用化分布式状态估计方法，用于提高分布式状态估计计算效率和检测辨识靠近边界地区的坏数据。具体方案包括以下步骤:
[0005]I)建立子系统结构及协调层。其具体过程为:
[0006]a)建立子系统分布式计算的系统结构:参与分布式状态估计计算的是各地区控制中心的EMS/DTS系统，子系统之间通过联络线进行互联，相互独立。对与子系统Si，其外部网络细节尽管存在，但不在本子系统控制中心的监控范围内，因此，在研究该子系统时，可以将外网的细节用等值模型代替。为了保证分布式计算的计算结果正确，当参与计算的子系统较多时，需要有一个协调层来协调各个子系统的计算，同时管理各子系统间的数据通讯。
[0007]图1中以三个子系统为例Si (i = A, B, C)描述了这种结构(图1是分布式状态估计系统结构示意图)。如图1所示，子系统Si (i = A, B, C)通过联络线Iab、1AC；、Ibc互联。每个子系统有自己的控制中心，各子系统Si (i =A，B，C)与协调层M之间通过广域网进行数据交换，在图1中用虚线箭头表示。子系统之间的联络线1AB、1AC、1B。用实线表示，联络线的两个端节点分别位于不同的子系统。)
[0008]对于η个子系统互联构成的网络，子系统与协调层结构与此相同。
[0009]b)建立子系统计算模型:对于子系统Si,将互联系统划为内部节点集1、外部节点集E和边界节点集B，其中边界节点集是指子系统之间的联络线两端节点的集合，靠近内网一侧的为内边界节点B1，靠近外网一侧的为外边界节点Be，外网等值即是将外部系统等值到该子系统的外边界节点，形成如图2所示的分布式计算的子系统模型(图2是子系统的状态估计计算模型示意图)。分布式状态估计在计算时，由于外网数据庞大，直接进行外网等值在实际上并不可行，因此先进行内网等值，即将各子系统等值到其内边界节点。用线性方程描述的子系统状态方程表示如下:
[0010]
【权利要求】
1.基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法，其特征在于，该方法步骤如下: 1)建立子系统计算系统结构及协调层； a)建立分布式计算系统结构:参与分布式状态估计计算的是各地区控制中心的EMS/DTS系统，子系统通过联络线进行互联，构成互联大系统，子系统之间相互独立；对与子系统Si，其外部网络细节尽管存在，但不在本子系统控制中心的监控范围内，因此，在研究该子系统时，将外网的细节用等值模型代替；同时，为了保证分布式计算的结果正确，当参与计算的子系统较多时，需要建立一个协调层来协调各个子系统的计算，同时管理各子系统间的数据通讯； b)建立子系统计算模型:对于子系统Si,互联系统通过联络线拆分被划为内部节点集1、外部节点集E和边界节点集B ;在子系SSi中建立本地网络状态方程，子系统使用扩展ward等值方法，将内网部分等值到内边界节点，并将等值信息送至协调层；协调层根据所有子系统的内网等值信息计算出各子系统的外网等值信息，发送给各子系统，各子系统建立本地计算模型； c)建立协调层计算模型:建立虚拟的协调层M，在协调层M中对各子系统间联络线进行详细建模；协调层负责接收所有子系统的内网等值信息，在此基础上计算各子系统对应的外网等值参数，并下发给各子系统； 2)建立基于等值网等值量测修正思想的边界节点状态量不动点迭代格式； a)构造边界节点状态量的不动点迭 代格式:参与分布式状态估计的各非目标子系统本地估计时，采用经修正后的内网实际量测信息，目标子系统采用本地内网量测原值，各子系统的外网采用扩展ward等值模型，等值网上的所有等值量测由异步迭代过程中的边界节点状态量和等值网参数计算得出；因此当目标子系统内网量测数据不变时，将子系统本地估计结果看作外网等值模型上的所有等值量测集合的隐函数，而等值量测是由经合并后的本地上一次状态估计出的边界节点状态量计算而来；基于此构造出关于边界节点状态量的不动点迭代格式； b)计算子系统合并参数:子系统计算不动点迭代方程中所需的信息矩阵逆矩阵信息，发送至协调层，协调层向子系统转发相邻子系统的信息逆矩阵对角元素信息；子系统根据本地和相邻子系统信息逆矩阵的对角元素信息，计算本地边界地区不动点迭代方程中的合并参数；子系统根据计算的合并参数信息，建立边界节点状态量不动点迭代格式； 3)采用异步迭代模式进行分布式状态估计； a)相角合并:子系统向协调层发送本地边界节点状态量，同时协调层向各子系统转发与其相邻子系统边界节点的状态量；各子系统分别采用本网参考节点，对相邻子系统传送过来的边界节点相角按照相角合并原则进行修正； 所述相角合并原则指的是以目标子系统的相角为参考相角，将其他子系统送过来的相角采用与参考相角差平均值的方法进行修正； b)检测子系统收敛情况:子系统在完成相角修正后，检测本地与相邻子系统相同边界节点状态量之间是否满足计算收敛条件，如果满足，则分布式状态估计的外层迭代过程完成，计算结束，子系统输出本地各节点状态量信息，如不满足收敛条件，则继续进行下述计算；这里的收敛条件是指相邻子系统的相同边界节点状态量差值在规定精度范围内，相角精度为10_3rad，幅值精度为10_3 ； c)子系统状态估计:子系统根据合并参数信息、本地和相邻子系统边界节点的电压幅值相角，计算本地边界区域新的节点状态量，采用边界节点状态量和外网等值参数信息进行等值网量测计算，获得经外网修正后等值网量测信息；子系统使用本地网络参数、内网量测信息、外网等值参数信息、等值网量测信息及量测权重信息进行本地状态估计计算； 4)坏数据辨识； 子系统根据计算出的节点状态量进行本网坏数据的检测，若不存在坏数据转步骤3)，进行下一轮节点状态量的分解协调计算；若存在，按标准化残差rN幅值大小顺序初步将本地量测分为可疑量测集和正常量测集，使用估计辨识方法辨识本地坏数据。
2.根据权利要求1所述的基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法，其特征在于，由于子系统靠近边界地区量测冗余度较低，使得靠近边界地区的坏数据辨识比较困难，因此在辨识过程中将外网等值量测强制为非坏数据，这样既增加了边界区域的量测冗余度，使本地信息矩阵对角元素得到增强，又间接利用了外网的量测信息，提高了辨识能力，再经边界节点状态量计算公式的反复迭代，循环借用外网信息，就可通过边界节点状态量的交换和修正，逐步将靠近边界地区坏数据逐一辨识出来；子系统本地估计辨识完成后，使用估计辨识结果直接对状态估计计算出的本地节点状态量进行修正，不必等待相邻子系统计算完成，直接将边界各节点状态量上送至协调层，转入步骤3)进行新一轮迭代修正；在辨识过程中，如果检测到目标子系统边界区域坏数据异常增多，为避免目标子系统的状态估计结果受边界估计误差的影响，将目标子系统外网边界量测设置为关键量测，以保证本地状态估计的精 确度。
3.根据权利要求1所述的基于异步迭代模式的电力系统分布式状态估计计算方法，其特征在于，所述子系统为三个子系统，Si (i = A, B, C)； 1)子系统Si(i= A，B，C)通过联络线1AB、1AC、1BC互联，每个子系统有自己的控制中心，各子系统SiQ = A，B，C)与协调层M之间通过广域网进行数据交换；子系统之间的联络线的两个端节点分别位于不同的子系统；子系统SiQ = A, B, C)将内网等值结果发送至协调层，协调层进行等值计算，返回给各子系统外网等值结果； 2)建立基于等值量测信息的边界节点状态量不动点迭代格式； 3)子系统SiQ=A，B，C)根据边界节点状态量的不动点迭代格式计算本地等值网量测信息，并使用解耦的加权最小二乘法进行本地状态估计，并计算合并参数，本地状态估计结束后从协调层获取相邻子系统边界地区的节点状态量，进行相角修正，子系统在完成相角修正后，检测本地与相邻子系统相同边界节点状态量之间是否满足计算收敛条件，如果满足，则分布式状态估计的外层迭代过程完成，计算结束，子系统输出本地各节点状态量信息，如不满足收敛条件，则进行边界节点状态量的合并，采用更新的等值网量测则继续进行本地状态估计计算修正直至满足系统收敛条件； 4)系统计算收敛后，子系统Si(i = A, B, C)进行本地坏数据辨识，辨识过程中将等值量测信息强制为非坏数据。
【文档编号】G05B13/04GK103454917SQ201310259914
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】张海波, 易文飞 申请人:华北电力大学