计及多类型分布式电源的主动配电网三相状态估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种计及多类型分布式电源的主动配电网三相状态估计方法，属于配 电网分析控制领域。
【背景技术】
[0002] 随着分布式电源（distributed generator，DG)的大量接入，传统被动配电网正 逐步转变为含多类型DG的主动配电网（active distribution system，ADS)。同时，为保 证智能配电系统高级软件的应用，主动配电网状态估计是不可缺少的一部分。此外，由于负 荷、线路参数的不对称性，配电网一般是三相不对称的，因而研究主动配电网的三相状态估 计更有实际意义。
[0003] 传统配电网状态估计的研究主要包含三个方面：1)状态变量的选取，除了基本的 以节点电压为状态变量，也可选取支路电流、支路功率为状态变量，以提高状态估计效率、 降低状态估计对线路参数的敏感性；2)选取合适的状态估计器，文献将抗差估计应用于在 配电网，文献研究了配电网状态估计器的选择，并总结出对于量测冗余度较低的配电网，加 权最小二乘（weighted least squares, WLS)估计是最合理的估计器；3)量测的最优配置， 在保证系统可观测及经济性的基础上，量测的配置应尽可能提高状态估计的精度及鲁棒 性。
[0004] 相比于传统配电网状态估计，主动配电网状态估计最大的区别在于对DG的建模。 现有对DG的建模方法主要可分为2类：1)将DG看作一般的PQ注入节点，并没有建立DG详 细的物理模型。2)对于未配置实时量测的DG，根据历史数据、实时天气预测DG的三相总出 力，并假定DG三相注入功率相等，获得了 DG各相注入功率的伪量测值，虽然该方法简化了 三相DG的估计，但由于实际情况下DG的三相注入功率必然是不对称的，因此该方法是不够 精确的。
[0005] 本发明研究了基于WLS的主动配电网分布式三相状态估计。首先，建立了 DG并网 的三相模型，将DG并网分为两类：直接并网、经脉宽调制（pulse width modulation, PffM) 换流器并网。由于对所有DG配置实时量测是不切实际的，对于未配置实时量测的DG，提出 一种根据天气信息或PWM控制策略的添加伪量测的可行方案。通过对DG、相邻边界区域添 加伪量测，很好地保证了各子区域的观测性。最后，实际算例的测试表明本文方法准确地估 计了 DG、交流节点的实时运行状态。
【发明内容】
[0006] 发明目的：本发明提出一种计及多类型分布式电源的主动配电网三相状态估计方 法，准确地估计了 DG、交流节点的实时运行状态。
[0007] 技术方案：本发明采用的技术方案为一种计及多类型分布式电源的主动配电网三 相状态估计方法，包括以下步骤：
[0008] 获取配电网以及DG并网点的量测量、拓扑和参数信息；
[0009] 配电网中的零注入节点配置虚拟量测，DG并网点设置伪量测zD(；，未配置智能电表 的节点设定伪量测，其余节点设定实时量测；
[0010] 定义交流侧扩展状态变量xAC:
[0011] xAe= [X E。δ。]丁
[0012] Ε。为单相电压幅值，δ。为单相电压相角；
[0013] 对于直接并网的DG，其伪量测Zds= [Ρ qQ。]，其中Ρ。为输出三相总有功处理，Q。为 三相总无功出力；对于经PWM并网的DG，P-Q控制下Z ds= [P in Q1J，Udc-Q控制下Zds= [P0QiJ ;
[0014] 采用加权最小二乘法作为状态估计的目标函数；
[0015] 以牛顿法线性化非线性量测方程并迭代求解状态变量xAC;
[0016] 判断是否达到收敛门槛，是则结束交流侧迭代，否则继续迭代求解直至收敛。
[0017] 优选地，所述直接并网的DG，其输出三相总有功出力P。可根据历史数据、实时天气 信息预测得到，三相总无功出力Q d可由DG出力P-Q曲线或DG功率因素根据估算得到，直 接并网DG伪量测可表示为：
[0018] zDG= [P0Q0]
[0019] DG伪量测与状态量之间的非线性关系可表示为：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 式中為if、您为DG炉相输出有功、无功功率；伊、为f相DG 并网点电压幅值与相角；g = r/(r2+x2)，b = -x/(r2+x2)。
[0025] 优选地，所述经PffM并网的DG中采用P-Q控制的DG，其伪量测zDS为：
[0026] zDG= [Pin Q1J
[0027] 式中控制PffM交流侧注入总有功功率Pin、无功功率Qin为定值，DG伪量测z D(；与状 态量之间的非线性关系可表示为：
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 优选地，所述经PffM并网的DG中采用Ude-Q控制的DG，且满足：
[0033] Pdc= f (Udc)
[0034] 如图2所示
[0035] 式中控制PffM直流侧电压UDe、交流侧注入无功功率Qin为定值，如图3所示为PffM 直流侧功率，f(g)描述了直流侧电压、功率之间的非线性关系，P。为PffM交流侧功率；
[0036] 伪量测为：
[0037] zDG= [P 0Qin]
[0038] 伪量测与交流侧状态量之间的非线性关系可表示为：
[0043] 优选地，所述WLS估计的优化目标为：
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0044]
[0045] 式中：ZeMw ,为量测量；X e %~，为状态变量；r e DTxm，为量测权重矩阵；h (·) 描述了z与之间的非线性关系。
[0046] 优选地，所述牛顿法线性化非线性量测方程中WLS迭代求解的修正方程为：
[0047] ?.
[0048] 优选地，所述牛顿法线性化非线性量测方程中迭代收敛的门槛为：
[0049] I I xk+1-xk I I " < ε
[0050] 式中：ε收敛精度，一般取ε = 10 4:10 6。
[0051] 优选地，所述收敛精度ε = 10 4:10 6。
[0052] 优选地，所述下式求解PffM直流侧运行状态：
[0053] Pdc= f (Udc)
[0054] P0=Pdc
[0055] E0= k 〇MUdc
[0056] 式中
[0057] 有益效果：本发明提出了一种计及多类型分布式电源的主动配电网三相状态估计 方法，具备如下特点：1)通过对DG、边界区域状态量添加伪量测，保证了主动配电网各子区 域的可观测性；2)建立了 DG并网的三相模型，准确估计出了 DG及交流节点的实时运行状 态；3)选取WLS估计器，有着较高的计算效率与收敛性能。因而本发明对于智能配电系统 的稳态分析、高级软件的应用提供了保证，有着很好地工程应用背景。
【附图说明】
[0058] 图1为本发明方法流程图；
[0059] 图2为直接并网DG三相模型；
[0060] 图3为经PffM并网DG的三相模型；
[0061] 图4为测试算例的量测配置及拓扑。
【具体实施方式】
[0062] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各 种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0063] 如图1所示，本发明包括以下步骤：
[0064] 1、配电网WLS估计
[0065] WLS估计本质上是求解如下优化问题：
[0066]
[0067] 式中：zeJT%为量测量；xe级·，为状态变量WeIT'为量测权重矩阵； h( ·)描述了 z与之间的非线性关系；系统可观测的必要条件为：m > η。
[0068] 本文选取三相电压幅值Uab。、相角δ ab。为状态变量（根节点电压视为定值），则有X =[Uab。δ abJT。配电网量测一般包含多种类型：负荷功率量测、支路电流幅值量测、支路功 率量测、节点电压幅值量测。为便于配电网的可观测性分析，定义量测量Z由两部分构成：
[0069] z = [Z1Z2Jt
[0070] 式中：Zl为三相负荷功率量测，Z2为支路电流幅值量测、支路功率量测、节点电压 幅值量测的集合。
[0071] 其中，Z2-般为实时量测，z i包含三种类型：
[0072] 1)虚拟量测。对于网路中的零注入节点，可配置虚拟量测，虚拟量测即为实际的真 值，因而其量测精度很高，可赋予大权重；
[0073] 2)伪量测。伪量测一般根据负荷的历史数据，通过预测的方法获得，伪量测虽然精 度较低，但保证了配电网的可观测性；
[0074] 3)实时量测。相比于现有配电量测系统，智能配电网量测系统最大的提升在于智 能电表（smart meters, SMs)的应用。智能电表提供了馈线、二次变电站负荷功率的实时量 测，即使SMs提供的量测不同步，其精度也明显高于传统的负荷伪量测。
[0075] 对于传统的配电网，可通过配置上述三种类型的量测，获得所有节点（根节点除 外）的负荷功率量测Z 1，则有：
[0076]
[0077] 式中：dim( ·)为向量的维数。
[0078] 根据负荷功率量测Z1，通过潮流计算，即可求解得配电网络的实时运行状态X。一 般网络中还存在其它类型的量测，则有：
[0079] dim (z) > dim (X)
[0080] 此时系统存在冗余，可根据WLS估计，得到X的最优估计值。
[0081] 状态估计本质上属于非线性优化问题，在求得其一阶最优性条件后，以牛顿法线 性化量测方程，则基于WLS的配电网状态估计可通过如下的形式迭代求解：
[0082]
[0083] 式中：H为雅