配电网信息的确定方法及装置与流程

本发明涉及信息处理领域，具体而言，涉及一种配电网信息的确定方法及装置。

背景技术：

随着智能电网的不断发展，大量的分布式能源、可控、储能等多种负荷将会不断接入配电网，导致配电网结构逐渐复杂，配电网的运行与控制面临着更大的挑战。高级配电运行(advanced distribution operation，ADO)要求配电网的拓扑结构能够根据运行状况灵活调整，并对系统的状态进行实时的监控与分析。这就首先要确定配电网的运行状态。因此，对配电网进行状态估计对配电网的运行规划运行具有重要的指导意义。

由于配电网受到成本、安装条件与运行条件等诸多限制，配电网中主要以电流量测为主，无法配置大量的、高精度的实时测量，。同时，由于实时量测和伪量测的精度相差很大，导致随着伪量测数目的增加，配电网状态估计精度下降。因此为了提高配电网状态估计的精度，需要根据状态估计误差评估结果，在量测有限的情况下合理配置实时量测。

针对上述的计算配电网状态预估误差值效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种配电网信息的确定方法及装置，以至少解决计算配电网状态预估误差值效率低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种配电网信息的确定方法，包括：获取配电网的量测信息；基于所述量测信息确定量测矩阵和第一协方差矩阵；根据新增的电流量测，确定所述量测矩阵的第一更新参数和所述第一协方差矩阵的第二更新参数；在确定新增的电流量测后，至少根据所述第一更新参数和所述第二更新参数，确定所述配电网状态的预估误差值。

进一步地，所述量测信息包括所述配电网的支路数目、可配置电流量测的支路集合以及需要配置的电流量测数量。

进一步地，在确定所述配电网状态的预估误差值之前，所述方法还包括：根据预先定义的量测方程和预先获取的量测矢量，确定基于加权最小二乘法的配电网状态估计的目标函数。

进一步地，根据新增的电流量测，确定所述量测矩阵的第一更新参数和所述第一协方差矩阵的第二更新参数包括：根据所述新增的电流量测，确定所述量测矩阵中的新增行元素，其中，所述第一更新参数包括所述新增行元素；根据所述新增的电流量测，确定所述第一协方差矩阵中的新增量测误差，其中，所述第二更新参数包括所述新增量测误差。

进一步地，在确定新增的电流量测后，至少根据所述第一更新参数和所述第二更新参数，确定所述配电网状态的预估误差值包括：基于所述量测矩阵和所述第一协方差矩阵计算第一信息矩阵D₀；根据如下公式，确定与所述第一信息矩阵对应的第二协方差矩阵：E＝D^-1，E＝D^-1＝D₀^-1-D₀^-1h_l[h_l^TD₀^-1h_l+σ_l²]^-1h_l^TD₀^-1，其中，D₀表示所述第一信息矩阵，h_l表示所述新增行元素，σ_l表示所述新增量测误差；在确定新增的电流量测后，通过所述第二协方差矩阵，确定所述配电网状态的预估误差值。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种配电网信息的确定装置，包括：获取单元，用于获取配电网的量测信息；第一确定单元，用于基于所述量测信息确定量测矩阵和第一协方差矩阵；第二确定单元，用于根据新增的电流量测，确定所述量测矩阵的第一更新参数和所述第一协方差矩阵的第二更新参数；第三确定单元，用于在确定新增的电流量测后，至少根据所述第一更新参数和所述第二更新参数，确定所述配电网状态的预估误差值。

进一步地，所述量测信息包括所述配电网的支路数目、可配置电流量测的支路集合以及需要配置的电流量测数量。

进一步地，所述装置还包括：第四确定单元，用于确定所述配电网状态的预估误差值，根据预先定义的量测方程和预先获取的量测矢量，确定基于加权最小二乘法的配电网状态估计的目标函数。

进一步地，第二确定单元包括：第一确定模块，用于根据所述新增的电流量测，确定所述量测矩阵中的新增行元素，其中，所述第一更新参数包括所述新增行元素；第二确定模块，用于根据所述新增的电流量测，确定所述第一协方差矩阵中的新增量测误差，其中，所述第二更新参数包括所述新增量测误差。

进一步地，第三确定单元包括：计算模块，用于基于所述量测矩阵和所述第一协方差矩阵计算第一信息矩阵D₀；第三确定模块，用于根据如下公式，确定与所述第一信息矩阵对应的第二协方差矩阵：

E＝D^-1，E＝D^-1＝D₀^-1-D₀^-1h_l[h_l^TD₀^-1h_l+σ_l²]^-1h_l^TD₀^-1，其中，D₀表示所述第一信息矩阵，h_l表示所述新增行元素，σ_l表示所述新增量测误差；第四确定模块，用于在确定新增的电流量测后，通过所述第二协方差矩阵，确定所述配电网状态的预估误差值。

在本发明实施例中，可以获取配电网的量测信息，并基于获取到的量测信息确定出量测矩阵和第一协方差矩阵，根据新增的电流量测，确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数，最后，至少根据第一更新参数和第二更新参数，确定新增的电流量测对配电网状态的预估误差值。根据本发明实施方式，可以根据量测信息得到第一协方差矩阵和量测矩阵，并根据新增的电流量测确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数，从而准确的得到新增的电流量测对配电网状态的预估误差值，解决计算配电网状态预估误差值效率低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的配电网信息的确定方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的另一种可选的配电网信息的确定方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的配电网信息的确定装置的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够在除了这里的图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种配电网信息的确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面对本发明的术语做出解释：

支路电流法：以支路电流复向量作为状态变量，将支路的有功功率和无功功率通过量测变换转化成为支路电流量测，再进行状态估计。

矢量：即有大小又有方向的量。

最小二乘法：是一种数学优化技术，通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配，用最简单的方法求得一些不可知道的真值，从而令误差平方之和最小。

加权最小二乘法：是对原模型进行加权，使之成为一个新的不存在异方差性的模型，然后采用最小二乘法估计其参数。

图1是根据本发明实施例的一种可选的配电网信息的确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取配电网的量测信息；

步骤S104，基于量测信息确定量测矩阵和第一协方差矩阵；

步骤S106，根据新增的电流量测，确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数；

步骤S108，在确定新增的电流量测后，通过第二协方差矩阵，确定配电网状态的预估误差值。

通过上述实施例，可以获取配电网的量测信息，并基于获取到的量测信息确定出量测矩阵和第一协方差矩阵，根据新增的电流量测，确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数，最后，在确定新增的电流量测后，通过第二协方差矩阵，确定配电网状态的预估误差值。根据本发明实施方式，可以根据量测信息得到第一协方差矩阵和量测矩阵，并根据新增的电流量测确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数，从而在得到新增的电流量测后，准确确定出配电网状态的预估误差值，提高了计算配电网状态的预估误差值的效率，解决计算配电网状态预估误差值效率低的技术问题。

在实施方式中，可以对配电网的状态误差进行估计，在确定配电网的状态时，可以预先获取配电网的量测信息，可选的，量测信息可以包括配电网的支路数目、可配置电流量测的支路集合以及需要配置的电流量测数量。配电网可以包括主路和支路，其中，配电网的支路数目可以为多个。对于可配置电流量测的支路集合，可以为对配电网的各个电流量测的支路的集合；对于需要配置的电流量测数量，可以是在对配电网的状态预估时，确定需要配置的电流量测的数量，该数量可以为多个。

另一种可选的，对配电网进行状态估计可以通过节点电压法、支路电流法或者支路功率法。优选的，可以基于支路电流法的状态估计算法来对配电网的状态进行预估。支路电流可以包括实部和虚部，可以将支路电流的实部和虚部作为配电网的系统状态的变量。

可选的，配电网中存在的量测可以包括电压幅值量测、电流(幅值)量测、支路功率量测和注入功率量测。优选的，本发明实施方式中的配电网可以通过电流量测来实现。

另一种可选的实施方式，在确定配电网状态的预估误差值之前，方法可以包括：根据预先定义的量测方程和预先获取的量测矢量，确定基于加权最小二乘法的配电网状态估计的目标函数。

其中，量测矢量可以是提前获取的。通过预先获取到量测矢量和量测方程，根据加权最小二乘法的配电网系统状态估计目标函数，其中，量测方程可以为非线性量测方程。

可选的，根据新增的电流量测，确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数包括：根据新增的电流量测，确定量测矩阵中的新增行元素，其中，第一更新参数包括新增行元素；根据新增的电流量测，确定第一协方差矩阵中的新增量测误差，其中，第二更新参数包括新增量测误差。

另一种可选的实施方式，至少根据第一更新参数和第二更新参数，确定新增的电流量测对配电网状态的预估误差值包括：基于量测矩阵和第一协方差矩阵计算第一信息矩阵D₀；根据如下公式，确定与第一信息矩阵对应的第二协方差矩阵：E＝D^-1，E＝D^-1＝D₀^-1-D₀^-1h_l[h_l^TD₀^-1h_l+σ_l²]^-1h_l^TD₀^-1其中，D₀表示第一信息矩阵，h_l表示新增行元素，σ_l表示新增量测误差；在确定新增的电流量测后，通过所述第二协方差矩阵，确定所述配电网状态的预估误差值。

下面是根据本发明的具体实现方式。

图2是根据本发明的另一种可选的配电网信息的确定方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤S201：获取配电网的量测信息，确定配电网系统的拓扑结构、线路参数和量测系统。

获取配电网中的支路数目n、可配置电流量测的支路集合M和需要配置的电流量测数量m。

x表示状态变量，量测矢量与系统状态变量之间的关系可以用非线性量测方程表示：Z＝h(x)+ε，式中，Z表示量测矢量，Z＝[z₁，z₂，...，z_m]^T，其中，z_i表示系统的第i个量测，i＝1，2，...，m。本发明实施例以电流幅值的平方作为量测量，量测矢量为I＝[I₁²，I₂²，...，I_m²]^T，矢量I的第k个元素为第i条支路电流的幅值I_i。

本发明在直角坐标系下，以支路电流的实部和虚部作为状态变量，其中，x_ki表示系统的第k条支路电流的实部，x_kj表示系统的第k条支路电流的虚部。因此x＝[I_1i，I_1j，I_2i，I_2j，...，I_ni，I_nj]^T，k＝1，2，...，n。

h(x)表示非线性量测函数，表示了量测矢量I和状态变量x之间的关系。即

I_k²＝I_ki²+I_kj²

ε表示量测误差，ε＝[ε₁，ε₂，...，ε_m]^T，其中，ε_i表示系统的第i个量测的量测误差。

步骤S203：确定目标函数。

根据预先定义的量测矢量和获取的量测方程，建立基于加权最小二乘法的系统状态估计目标函数：

minJ＝[Z-h(x)]TW[Z-h(x)]

其中，W为量测权重矩阵，W＝[w₁，w₂，...，w_m]^T，w_i表示第i量测值所占权重。

步骤S205：确定量测矩阵。

H是量测函数方程对x的偏倒数矩阵。

在本发明实施方式中，原量测矩阵H₀＝(h_kki)_m×2n，而因此可得量测矩阵H₀的元素如下：

而其余元素为0，因此量测矩阵H₀是一个稀疏矩阵。

步骤S207：确定量测的协方差矩阵。

如果整个量测系统正常，量测的误差期望可以服从标准差为σ的正态分布，R＝E(εε^T)。由于各个量测相互独立，其对应的量测误差之间也相互对立。因此可得，原量测的协方差矩阵R₀＝(r_kl)_m×m，R₀＝diag(σ₁²,σ₂²,…,σ_m²)为对角阵。式中，σ_k是量测k的测量误差(标准差)，k＝1,2,…,m。研究表明，对于量测i，当量测权重矩阵W＝R^-1＝diag(σ₁^-2,σ₂^-2,…,σ_m^-2)时，上述优化问题可得到最优解。

步骤S209：确定新的量测矩阵和新的量测协方差矩阵。

在配电网中可以增加一个电流量测，这时会在量测矩阵中多增加一行元素h_l，其中

则新的量测矩阵为H^T＝[H₀^T h_l^T]_2n×(m+1)。

而新的量测的协方差矩阵是因此

步骤S211：确定信息矩阵。

信息矩阵记录量测系统的结构参数、网络参数和量测精准度等信息。信息矩阵D与量测矩阵H和量测协方差矩阵R存在如下关系：

D＝H^TR^-1H

由此我们可以得到初始原信息矩阵D₀＝H₀^TR₀^-1H₀＝(d_ij)_2n×2n

当配电网中新增一个电流量测时，可以得到新的信息矩阵D：

步骤S213：确定新的协方差矩阵。

初始协方差矩阵E₀＝D₀^-1。是一个2n×2n的对称方阵，其对角元即为各个状态的估计结果的误差。由于产生了一个新的信息矩阵，需要对新的信息矩阵重新进行求逆的工作。根据已知的原信息矩阵D₀、量测新增行元素h_l和新增量测误差σ_l，即可得到新的协方差矩阵。其推导过程如下：

设矩阵矩阵(b是常数)，其中，矩阵A、B是互逆矩阵，因此有

式中，A、B相应子块具有相同的维数，D₀和B₁₁均为可逆方阵，右侧是单位矩阵，展开公式，可得

D₀B₁₁+h_lB₂₁＝I₁₁

D₀B₁₂+h_lb＝0

h_l^TB₁₁+(-σ_l²)B₂₁＝0

h_l^TB₁₂+(-σ_l²)b＝1

由B₁₁h_l^T+(-σ_l²)B₂₁＝0可得

代入D₀B₁₁+h_lB₂₁＝I₁₁中，可得到

故得

由D₀B₁₂+h_lb＝0可得

B₁₂＝-D₀^-1h_lb

代入h_l^TB₁₂+(-σ_l²)b＝1有

[-h_l^TD₀^-1h_l+(-σ_l²)]b＝1

即

由于A、B互逆，故有

可得到

B₂₁D₀+bh_l^T＝0

即

B₂₁＝-bh_l^TD₀^-1

由D₀B₁₂+h_lb＝0可得

代入D₀B₁₁+h_lB₂₁＝I₁₁中

将上文求得的B₁₁、B₁₂、B₂₁和b代入中，移相整理可得

B₁₁＝D₀^-1+D₀^-1h_l[-h_l^TD₀^-1h_l+(-σ_l²)]^-1h_l^TD₀^-1

比较和上式可得

由于，因此可得

E＝D^-1＝D₀^-1-D₀^-1h_l[h_l^TD₀^-1h_l+σ_l²]^-1h_l^TD₀^-1

＝E₀-E₀h_l[h_l^TE₀h_l+σ_l²]^-1h_l^TE₀

步骤S215：根据得到的新协方差矩阵，比较状态估计误差。

本发明实施例，可以通过对配电网的状态的预估误差值的标胶，来评估新增量测对状态估计的影响程度。

通过上述实施方式，根据给出状态误差的计算方法，判断配电网状态估计结果的误差范围，通过加权最小二乘法得到配电网系统的预估目标函数。在以标准差作为状态估计误差的衡量标准时，可以根据量测矩阵和量测的协方差矩阵得到信息矩阵，再通过信息矩阵求逆的方式得到状态估计的误差矩阵。本发明实施方式，可以在配电网中新增一个量测，新增量测对状态结果误差所造成的影响进行评估。

对于上述实施方式，在配电网中新增一个电流量测，减少了原本所需的的计算量。本发明实施例提出了量测对配电网状态误差影响的评估方式，其可以是基于支路电流法的状态估计算法，首先，获取配电网中的支路数目n、可配置电流量测的支路集合M和需要配置的电流量测数量m，并确定量测矩阵H₀和量测的协方差矩阵R₀，通过公式D＝H^TR^-1H求得原信息矩阵D₀。然后根据新增的量测，确定量测矩阵中新增的一行元素和新增量测误差，并结合原信息矩阵D₀，根据公式

E＝D^-1＝D₀^-1-D₀^-1h_l[h_l^TD₀^-1h_l+σ_l²]^-1h_l^TD₀^-1

得到新的协方差矩阵。最后根据得到的新协方差矩阵，由状态估计误差减小的程度来评估新增量测对状态估计的影响程度。该方法极大地减少了原本所需的的计算量，避免了不必要的资源消耗。提高了计算配电网状态预估误差值的效率。

图3是根据本发明实施例的一种可选的配电网信息的确定装置的结构图，如图3所示，该装置包括：获取单元31，用于获取配电网的量测信息；第一确定单元33，用于基于量测信息确定量测矩阵和第一协方差矩阵；第二确定单元35，用于根据新增的电流量测，确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数；第三确定单元37，用于在确定新增的电流量测后，至少根据所述第一更新参数和所述第二更新参数，确定所述配电网状态的预估误差值。

通过上述实施例，可以通过获取单元31获取配电网的量测信息，并通过第一确定单元33基于获取到的量测信息确定出量测矩阵和第一协方差矩阵，通过第二确定单元35根据新增的电流量测，确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数，最后，通过第三确定单元37在确定新增的电流量测后，至少根据所述第一更新参数和所述第二更新参数，确定所述配电网状态的预估误差值。根据本发明实施方式，可以根据量测信息得到第一协方差矩阵和量测矩阵，并根据新增的电流量测确定量测矩阵的第一更新参数和第一协方差矩阵的第二更新参数，从而在得到新增的电流量测后，准确的确定出配电网状态的预估误差值，解决计算配电网状态预估误差值效率低的技术问题。

可选的，量测信息包括配电网的支路数目、可配置电流量测的支路集合以及需要配置的电流量测数量。

另一种可选的实施方式，装置还包括：第四确定单元，用于在确定所述配电网状态的预估误差值之前，根据预先定义的量测方程和预先获取的量测矢量，确定基于加权最小二乘法的配电网状态估计的目标函数。

其中，第二确定单元包括：第一确定模块，用于根据新增的电流量测，确定量测矩阵中的新增行元素，其中，第一更新参数包括新增行元素；第二确定模块，用于根据新增的电流量测，确定第一协方差矩阵中的新增量测误差，其中，第二更新参数包括新增量测误差。

可选的，第三确定单元包括：计算模块，用于基于量测矩阵和第一协方差矩阵计算第一信息矩阵D₀；第三确定模块，用于根据如下公式，确定与第一信息矩阵对应的第二协方差矩阵：E＝D^-1，E＝D^-1＝D₀^-1-D₀^-1h_l[h_l^TD₀^-1h_l+σ₁²]^-1h_l^TD₀^-1，其中，D₀表示第一信息矩阵，h_l表示新增行元素，σ_l表示新增量测误差；第四确定模块，用于在确定新增的电流量测后，通过所述第二协方差矩阵，确定所述配电网状态的预估误差值。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。