一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，所述方法包括读取电网模型和SCADA量测；进行网络拓扑分析，将物理电网模型转化成母线-支路计算模型；建立有功加权雅可比矩阵Ra-1/2Ba和无功计算加权雅可比矩阵Rr-1/2Br，计算有功系数矩阵A和无功系数矩阵B；利用正交变换获得有功系数矩阵和无功系数矩阵的上三角矩阵L和L1，进行状态估计迭代求解；计算量测残差vi，选择量测类型基准值Si，计算遥测估计值误差计算量测权因子，判断是否有量测处于降权区或淘汰区，没有则状态估计计算结束；有则根据量测权因子修正量测权重矩阵Ra-1和Rr-1，重新生成加权雅可比矩阵Ra-1/2Ba和Rr-1/2Br，计算A和B，返回步骤(4)。
【专利说明】—种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抗差状态估计方法，具体讲涉及一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法。
【背景技术】
[0002]随着智能电网的建设和发展，电网规模越来越大，电网建模更加精细化，对电力系统在线分析计算，尤其是状态估计计算带来了新的挑战，如何从计算精度和计算速度两个方面对状态估计算法进行提升，快速准确的计算出大电网全网实时运行状态，为其他各类分析应用提供准确可靠的数据源，已经成为大电网状态估计计算所面临的新问题。因此，具有更强的不良数据辨识能力、更高计算精度和计算速度的抗差状态估计模型与算法已经成为电力系统研究中的一个热点方向。
[0003]现有的M估计通过等价权原理化为加权最小二乘状态估计的形式，引入权函数对量测权重进行灵活调整，继承了最小二乘的求解形式，在迭代计算过程中，根据残差动态调节量测权重，具有一定的抗差效果。但是，随着我国大规模可再生能源的集约化开发，特高压交、直流输电技术的快速发展，以及智能电网一体化运行的深入开展，各级调度中心对在线分析和仿真计算的精度提出了更高的要求，近年来已有部分省级调度中心试验将省、地电网模型拼接，并基于拼接后的大电网模型进行在线分析和调度员培训模拟。省、地电网模型拼接后电网模型电压等级跨度非常大，不同电压等级量测量的数值及其满刻度值往往也相差数倍甚至数十倍。抗差最小二乘估计中常用的权函数有Huber权函数、Hampel权函数、Turkey权函数、丹麦权函数、IGG权函数等。现有的基于IGG权函数法的抗差状态估计采用量测残差绝对值作为判断是否进行降权处理的依据，对不同电压等级的具有不同特点的量测没有进行区分，其对低电压等级设备量测或小容量设备量测的坏数据辨识能力有限。
[0004]另外，在抗差状态估计数学模型进行求解迭代过程中，需要根据权重调整情况重新建立加权雅可比矩阵及正交分解，因此，基于等价权原理的抗差最小二乘状态估计的计算效率较传统加权最小二乘方法有所下降，限制了该算法在在线分析领域中的实用化进程。
[0005]综上所述，要将抗差最小二乘状态估计算法更好的应用到实际电力系统中去，还需要对抗差状态估计算法进行深入研究。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，在IGG分段权函数中引入量测类型基准值，实现对不同电压等级量测的区分，对处于降权区的量测权因子计算公式进行修正，整体提高抗差状态估计对不同电压等级量测坏数据的抗差性能。
[0007]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0008]一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其改进之处在于，所述方法包括
[0009](I)读取电网模型和SCADA量测；
[0010](2)进行网络拓扑分析，将物理电网模型转化成母线-支路计算模型；
[0011 ] (3)建立有功加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba和无功计算加权雅可比矩阵Rr_1/2Br，计算有功系数矩阵A和无功系数矩阵B ；
[0012](4)利用正交变换获得有功系数矩阵和无功系数矩阵的上三角矩阵L和L1，进行状态估计迭代求解；
[0013](5)计算量测残差Vi,选择量测类型基准值Si,计算遥测估计值误差
[0014](6)计算量测权因子，判断是否有量测处于降权区或淘汰区，没有则状态估计计算结束；有则根据量测权因子修正量测权重矩阵RJ1和R,，重新生成加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba和Rr-l72Br,计算A和B,返回步骤(4)。
[0015]优选的，所述步骤(I)包括从调度控制系统模型库获取电网模型，从SCADA应用获取实时遥信遥测数据。
[0016]优选的，所述步骤(2)包括根据电网模型电气联接关系和开关/刀闸运行状态，进行厂站母线拓扑分析，形成闭合开关/刀闸相连的结点集合，分配计算母线编号；根据投运支路联接的计算母线集合，进行电气岛划分，判断电气岛带电状态。
[0017]优选的，所述步骤⑶包括
[0018](3.1)根据节点相关支路数进行节点排序优化，采用支路电抗形成导纳矩阵，建立有功量测的雅可比矩阵Ba ;形成导纳矩阵，建立无功量测的雅可比矩阵；
[0019](3.2)获取系统量测初始权重设置，建立有功加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba和无功计算加权雅可比矩阵R,_1/2B,;其中，R；1和Rf1分别为有功量测权重矩阵和无功量测权重矩阵；
[0020](3.3)根据公式 J = F04KUWA)]和 5 = 2KU' ΚΛ-Α)]分别计算有功系数矩阵A和计算无功系数矩阵B，其中，V0取系统参考节点电压。
[0021]优选的，所述步骤(4)包括
[0022](4.1)利用正交变换分别获得A和B的因子表L和L1，置迭代计数器1 = 1;
[0023](4.2)按当前状态量电压幅值V(1)和电压相角Θ (1)计算有功量测ha，根据公式
αα> =K2(-Ba)f K1Iza计算a⑴;其中，a(1)为有功自由矢量，Za为有功量测矢量，ha为用状态量V(1)和Θ (1)表达的有功量测；
[0024](4.3)利用A的因子表L由公式ΑΛ Θ (1) = 解出电压相角修正矢量Δ Θ⑴，判断I Λ Θ (1) Imax是否达到收敛精度；若不收敛，则计算Θ _ = θ (1)+Δ Θ (1)，若收敛，则有功收敛标志位I ;
[0025](4.4)按当前状态量电压幅值Va)和电压相角θ ω计算无功量测匕，根据公式b11' =K 计算b(1);其中，b(1)为无功自由矢量，Zr为无功量测矢量，hr为用状态量Va)和θ⑴表达的无功量测；
[0026](4.5)利用B的因子表L1由公式BAV(1) = b(1)解出电压幅值修正矢量Λ V⑴，判断I λ Va) Imax是否达到收敛精度；若不收敛，则计算V(1+1) =V(1)+AVa)，若收敛，则无功收敛标志位I ;
[0027](4.6)判断有功和无功收敛标志位是否都为1，为I则状态估计迭代收敛，否则迭代计数器I = 1+1 ;判断是否达到最大迭代次数，达到最大迭代次数，则状态估计不收敛，计算结束；未达到最大迭代次数则返回步骤(4.2)。
[0028]进一步地,采用Givens正交三角化的列超前并行消去算法求解L和L1,采用4进程并行模式，所述步骤(4.1)包括
[0029](4.1.1)记加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba为Bw，Givens变换将Bw的某一元素bn零化，
可以看成矩阵Bw的两行左乘一个二阶平面旋转阵，即
【权利要求】
1.一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述方法包括 (1)读取电网模型和SCADA量测； (2)进行网络拓扑分析，将物理电网模型转化成母线-支路计算模型； (3)建立有功加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba和无功计算加权雅可比矩阵R,/2B?计算有功系数矩阵A和无功系数矩阵B; (4)利用正交变换获得有功系数矩阵和无功系数矩阵的上三角矩阵L和L1,进行状态估计迭代求解； (5)计算量测残差Vi，选择量测类型基准值Si,计算遥测估计值误差P; (6)计算量测权因子，判断是否有量测处于降权区或淘汰区，没有则状态估计计算结束；有则根据量测权因子修正量测权重矩阵R,和R,，重新生成加权雅可比矩阵1^_1/283和Rfv2Bp计算A和B，返回步骤(4)。
2.如权利要求1所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述步骤(I)包括从调度控制系统模型库获取电网模型，从SCADA应用获取实时遥信遥测数据。
3.如权利要求1所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述步骤(2)包括根据电网模型电气联接关系和开关/刀闸运行状态，进行厂站母线拓扑分析，形成闭合开关/刀闸相连的结点集合，分配计算母线编号；根据投运支路联接的计算母线集合，进行电气岛划分，判断电气岛带电状态。
4.如权利要求1所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述步骤(3)包括 (3.1)根据节点相关支路数进行节点排序优化，采用支路电抗形成导纳矩阵，建立有功量测的雅可比矩阵Ba ;形成导纳矩阵，建立无功量测的雅可比矩阵； (3.2)获取系统量测初始权重设置，建立有功加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba和无功计算加权雅可比矩阵R,_1/2B,;其中，R；1和Rf1分别为有功量测权重矩阵和无功量测权重矩阵；
(3.3)根据公式/i = K)[(-5 Y K1 (-Bu)]和S = JV [(-5 V K ' (-Br)]分别计算有功系数矩阵A和计算无功系数矩阵B，其中，Vtl取系统参考节点电压。
5.如权利要求1所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述步骤(4)包括 (4.1)利用正交变换分别获得A和B的因子表L和L1，置迭代计数器1 = 1; (4.2)按当前状态量电压幅值Vq)和电压相角θ⑴计算有功量测ha，根据公式计算a(1);其中，a(1)为有功自由矢量，Za为有功量测矢量，ha为用状态量V(1)和Θ (1)表达的有功量测； (4.3)利用A的因子表L由公式ΑΛθ(1) =a(1)解出电压相角修正矢量Λ θ(1)，判断Δ Θ (1) |max是否达到收敛精度；若不收敛，则计算Θ (1+1) = θ (1)+Δ Θ (1)，若收敛，则有功收敛标志位I ; (4.4)按当前状态量电压幅值Vq)和电压相角θ⑴计算无功量测tv根据公式,([ζ,.-?"1/#)]计算b(1);其中，b⑴为无功自由矢量，％为无功量测矢量，hr为用状态量νω和θ (1)表达的无功量测； (4.5)利用B的因子表L1由公式BAVa) = b(1)解出电压幅值修正矢量Λν(1)，判断AV(1)L.是否达到收敛精度；若不收敛，则计算V(1+1) = V(1)+AVa)，若收敛，则无功收敛标志位I ; (4.6)判断有功和无功收敛标志位是否都为1，为I则状态估计迭代收敛，否则迭代计数器I = 1+1 ;判断是否达到最大迭代次数，达到最大迭代次数，则状态估计不收敛，计算结束；未达到最大迭代次数则返回步骤(4.2)。
6.如权利要求5所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，采用Givens正交三角化的列超前并行消去算法求解L和L1，采用4进程并行模式，所述步骤(4.1)包括 (4.1.1)记加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba为Bw，Givens变换将Bw的某一元素bu零化，可以
(c s\( β \ ( β'Λ看成矩阵Bw的两行左乘一个二阶平面旋转阵，S卩— ==〗，其中βρ?为~矩
\s 0■八 A y \Pi)阵的 i 行和 j 行，i, j ^ {I, ---,ml, i ^ j,c = sin Θ u，s = cos θ Θ。表示旋转的角度；由β/中的bu ’ =0，可确定(3和8;0/的元素和β/的其余元素为:
b，Jt = cbJt+sbit, (t = I, *..η)
b，it = -sbJt+cbit, (t = I,...，n, t 关 I)；(4.1.2) Bw矩阵分块存储，Bw矩阵储存在进程O中，将Bw矩阵按行分解为4块，序号为O、1、2、3，将第1、2、3块分别发送给进程1、2和3，进程O保存并处理第O块Bw矩阵数据；(4.1.3)进程OWBw矩阵取一行数据，经消去操作后，将此行数据发送给进程1，进程I完成相应的列消去操作后，再将此行数组发送给进程2，以此类推；进程O将数据发送后可再次从Bw矩阵取下一行数据，进行消去操作，并重复上述过程，以实现并行计算； (4.1.4)进程3完成列消去操作后，将此行数组保存到L矩阵当中； (4.1.5)全部消去完成后，进程3将最终生成的L矩阵发送给进程O。
7.如权利要求1所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述步骤(5)包括 (5.1)根据公式Vi = Z1-hi(V，Θ )计算各量测残差Vi ; (5.2)根据量测电压等级和量测设备类型选择量测类型基准值Si，根据Si计算量测估、山、口^ I计祆差]r。
8.如权利要求1所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在于，所述步骤(6)包括根据改进IGG权函数
计算所有量测权因子，其中， 为保权区，矣为降权区，为淘汰区；判断是否有量测处于降权区或淘汰区，没有则状态估计计算结束；有则根据量测权因子修正量测权重矩阵R,和R,，重新生成有功加权雅可比矩阵Ra_1/2Ba和无功计算加权雅可比矩阵R,/2Bp计算有功系数矩阵A和计算无功系数矩阵B，返回步骤(4)，直至没有量测处于降权区或淘汰区，则状态估计结束。
9.如权利要求8所述的一种用于多电压等级电网模型的抗差状态估计方法，其特征在
于，所述公式
的变换过程如下: (9.1)166权函数
采用量测残差绝对值对权函数进行分区，
引入量测类型基准值Si，计算遥测数据估计值误差Vi/Si，对权函数进行分区，区分了不同电压等级的量测；其中，kl，k2 e R，0〈kl〈k2，σ为电力系统遥测量的标准误差，| ν |为量测残差绝对值；
(9.2) IGG权函数
通过等价权化作用于加权最小二乘法目标
函数时，处于降权区的量测的目标函数分量为Ji (X) = Tik1 O |v|,修正原有权函数中处于降权区的量测权因子为.^~ *
K(3)通过(9.1)和(9.2)得到改进的IGG权函数为
其中，￥为遥测数据估计值误差，遥测数据估计值误差门槛k1; k2取值根据实际系统量测情况设置，K大于0.03，k2大于k1D
【文档编号】G06F19/00GK104184144SQ201410450017
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】徐杰, 郭凌旭, 张志君, 徐晟 , 范广民, 罗雅迪, 赵昆, 邹煜, 郎燕生, 贾育培, 王磊, 王少芳, 窦成龙 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网天津市电力公司