高压环形电网状态估计方法及装置与流程

本发明涉及电网
技术领域：
，特别涉及一种高压环形电网状态估计方法及装置。
背景技术：
：状态估计是电网能量管理系统(EMS)的基础软件，能够为检测和辨识不良遥测、遥信数据提供重要依据，状态估计的计算结果将直接影响调度员潮流、安全校核、自动电压控制、灵敏度分析等在线分析应用功能的计算精度。目前，状态估计已经成为现场提高基础数据采集质量和建模准确性的重要手段之一。通过预校验信息中分别提供的母线、厂站、变压器和线路的不平衡信息，以及遥信遥测冲突等信息，自动化人员能够及时发现SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，数据采集与监视控制系统)遥测中的问题并及时处理。通过分析状态估计计算残差，能够进一步分析模型、设备参数及量测存在的问题，对于完善电网模型、提升电网量测数据的准确率具有重要意义。但目前状态估计是在假定参数正确的前提下，判断遥测数据的合理性，而实际上，很多不合格点都是由于参数错误引起，因此，导致状态估计给出的信息不能反映真实的系统状况。电力系统网络参数存在误差的原因一般有：1)参数测量条件与实际运行条件差别较大，导致实测值与实际运行中的元件参数有差别；2)实际运行中的元件参数因环境变化等原因而局部地、缓慢地发生着变化。参数误差会给状态估计及电力系统高级应用带来较大影响，甚至误导调度员判断，因此有必要对参数准确性进行研究。对于放射形电网，可以通过逐个分析设备估计结果偏差定位存在参数问题元件；但对于环型网络，由于内部多条线路间潮流存在相互影响，导致状态估计结果残差在环网内部多处涌现，且彼此相互影响，一般难以直观判断存在参数问题设备，对电网多处测量点计算合格率影响较大，给正常的电网分析计算及状态估计调试带来了较大难度。技术实现要素：本发明实施例提供一种高压环形电网状态估计方法，用以提高高压环形电网状态估计的准确性，该方法包括：在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻参数和对地电纳参数进行估计，根据电阻参数和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。本发明实施例还提供了一种高压环形电网状态估计装置，用以提高高压环形电网状态估计的准确性，该装置包括：第一估计模块，用于在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；第二估计模块，用于在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。本发明实施例中，在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻参和对地电纳数估计结果对高压环形电网进行状态估计，可以避免高压环形电网参数的误差，提高高压环形电网状态估计的准确性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本发明实施例中高压环形电网状态估计方法的示意图；图2为本发明实施例中高压环形电网的示例图；图3为本发明实施例中高压环形电网状态估计装置的示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。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以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。首先，为更好的理解本发明，对本发明的部分术语阐述如下：状态估计(StateEstimation)，是一种根据可获取的量测数据估算动态系统内部状态的方法，具体通过对系统的输入和输出进行量测，得到量测数据，并通过量测数据估算动态系统内部状态。由于量测的系统输入和输出数据只能反映系统的外部特性，而系统的动态规律需要用内部(通常无法直接测量)状态变量来描述，因此，状态估计对于了解和控制一个系统具有重要意义。环形电网，是指在电力系统中将线路、变压器及断路器串联构成的环形网络。在本发明实施例中，提供了一种高压环形电网状态估计方法的实施例，如图1所示，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。该方法包括：步骤101、判断高压环形电网发生有功功率偏差或无功功率偏差；在高压环形电网发生有功功率偏差时，执行步骤102；在高压环形电网发生无功功率偏差时，执行步骤103；步骤102、根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；步骤102、根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。由图1所示流程可以得知，本发明实施例中，在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计，可以避免高压环形电网参数的误差，提高高压环形电网状态估计的准确性。需要说明的是，上述电网，即电力网，是指电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体。可选地，上述变电所包括但不局限于：升压变电所、降压变电所、枢纽变电所和终端变电所；上述输配电线路可以为架空输电线路，也可以为电缆线路。上述环形电网，是指在电力系统中将输配电线路、变电所串联构成的网络。上述高压电网是指交流输电电压为35～220kV和直流输电电压±600kV及以下的环形电网。下面，以A地区的高压环形电网为例，如图2所示，详述本发明的高压环形电网：A地区的高压环形电网包括变电所a、变电所b、变电所c和变电所d，其中，输配电线路1连接于变电所a和变电所b之间；配电线路2连接于变电所b和变电所c之间；配电线路3、配电线路4连接于变电所c和变电所d之间；配电线路5、配电线路6连接于变电所a和变电所d之间；配电线路7连接于变电所a和变电所c之间。由此可以看出，A地区的高压环形电网其实是由多个小环网嵌套构成，其中输配电线路1-2-7、1-2-3-5、1-2-3-6、1-2-4-5、1-2-4-6、3-5-7、3-6-7、4-5-7、4-6-7、1-2-3-5、1-2-3-6、1-2-4-5、1-2-4-6、3-5-7、3-6-7、4-5-7和4-6-7分别构成环网。实施例中，在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。需要说明的是，上述有功功率是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率，可选的，也可以将瞬时功率在一个周期内的平均值叫做有功功率。实施例中，在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。需要说明的是，上述无功功率是由电抗器(电感或电容)在交流电路中，由于其两端的电压与流过的电流有90度角的相位差，所以不能做功，也不消耗有功功率，但它参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率。例如，高压环形电网的有功功率和无功功率分别为：其中，为高压环形电网输配电线路的首端电压，其幅值为U1；为高压环形电网输配电线路的末端电压，其幅值为U2；j为虚数单位，θ为高压环形电网输配电线路的两端电压相角差，R1为高压环形电网输配电线路电阻，X1为高压环形电网输配电线路电抗，P1为高压环形电网的有功功率；Q1为高压环形电网的无功功率；在高压环形电网中，一般有X1＞＞R1，因此，可见，即高压环形电网输配电线路的有功潮流对电抗参数的灵敏度远大于对电阻参数的灵敏度，而无功潮流对电阻参数的灵敏度远大于对电抗参数的灵敏度。因此，高压环形电网输配电线路有功潮流与电阻、无功潮流与电抗可以近似进行解耦。高压环形电网输电线路电抗参数的取值问题是造成有功功率偏差较大的主要原因，线路电阻、对地电纳参数的取值问题是造成无功功率偏差较大的主要原因。需要说明的是，在实际运行过程中，往往会出现有功功率偏差、无功功率偏差之一出现计算偏差，而极少发生有功、无功同时偏差较大的情况，因此，这一解耦使得在参数辨识过程中，不再需要对线路全部参数进行辨识，而只需要根据有功或无功偏差进行电抗或电阻参数辨识即可。采用本发明上述实施例，通过对高压环型交流输电线路做出正确的有功潮流分析和无功潮流分析，建立了高压环形电网交流线路有功潮流与电阻、无功潮流与电抗近似解耦模型，为实际运行过程中分析解决状态估计大误差、在线参数精度等相关问题打下了基础。可选地，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，包括：根据有功功率偏差，通过建立高压环形电网的电抗参数量测方程对高压环形电网的电抗参数进行估计；根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，包括：根据无功功率偏差，通过建立高压环形电网的电阻和对地电纳参数量测方程对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计。需要说明的是，上述量测方程(measurementequation)可以为某一时刻对高压环形电网的遥测量和遥信信息进行实时数据处理。可选的，上述遥测量可以为电压、电抗、电阻、对地电纳等。可选的，根据有功功率偏差，通过建立高压环形电网的电抗参数量测方程对高压环形电网的电抗参数进行估计；根据无功功率偏差，通过建立高压环形电网的电阻和对地电纳参数量测方程对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计具体可以通过如下方式建立：根据电力系统分析相关理论，对任意一条高压交流线路来说，线路中的功率损耗ΔS可以表示为如下形式：其中，ΔS为线路中的功率损耗，I为线路电流，R为线路电阻，X为线路电抗，i为线路首端编号，k为线路末端编号，Pik为线路首端有功功率，Qik为线路首端无功功率，vi为线路首端电压，y为线路对地电纳；同时，ΔS与有功量测值、无功量测值关系如下：其中，Pki为线路末端有功功率，Qki为线路末端无功功率，vk为线路末端电压；令以上两式实部、虚部分别相等，可得到如下量测方程：并且，由输配电线路两端电流相等可得：即：同时，对于高压环形电网输配电线路来说，有∑θik＝0，其中，θik为线路首末端相角差，由直流潮流简化原理可知，(9)式近似等价于：其中，xik为线路电抗参数。可以将(7)-(9)部分公式作为高压环形电网的量测方程，选择(10)-(11)部分公式作为约束条件c(x)，利用拉格朗日乘子法、牛顿法即可构造如下入迭代方程求解：其中，通常称为量测雅可比矩阵，HT为H矩阵的转置，M是以方差为对角元素的量测方差阵，M-1为M矩阵的逆矩阵，CT为C矩阵的转置，Δω为待求变量ω的增量矩阵，λ为拉格朗日乘子，Δz＝z-h(ω)，z为量测向量，h(ω)为量测函数，c(ω)为约束条件。按(12)式进行反复迭代，直至收敛即可获得最优的参数估计值。即实施例中，可以按公式(8)、(10)、(12)，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计。实施例中，可以按公式(7)、(9)、(11)、(12)，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计。进一步地，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；或者根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。可选地，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计，可以包括：根据电抗参数实测值和电抗参数估计值，确定高压环形电网一条或多条线路的电抗偏差；从所述一条或多条线路中选择电抗偏差超过电抗偏差阈值的第一线路，根据第一线路的电抗参数估计值调整第一线路的电抗参数，根据调整后的第一线路的电抗参数对高压环形电网进行状态估计。需要说明的是，上述电抗偏差阈值可以预先设置，不同的输电线路可以对应不同的电抗偏差阈值。例如，以A地区的高压环形电网为例，如图2所示，在实际运行过程中发现，该高压环形电网存在有功功率偏差问题，如表1所示：表1采用实测参数时环网有功功率偏差输配电线路实测有功(MW)估计有功(MW)有功功率偏差(％,300MVA)128342.00264562.6731481562.6741471552.6753174.6764174.33713410011.33从表1中可以得出该高压环形电网可能存在一条或多条输配电线路参数问题，但直观上难以直接定位问题参数。由于，有功功率偏差主要与线路电抗参数相关。因此，只需要辨识电抗参数即可。选择量测方程(8)，约束条件(10)，确定公式(12)，可以得到该高压环形电网输配电线路的电抗参数估计结果，如表2所示：表2环网线路电抗参数估计结果输配电线路实测电抗(Ω)估计电抗(Ω)电抗偏差(％)14.884.91990.8226.926.84241.1231.041.873780.1641.051.865677.6853.24743.49997.7863.36963.05619.3072.22.18460.70假设A地区高压环形电网不同输电线路的电抗偏差阈值均为K(如20％)，由表2可见，输配电线路3、输配电线路4的电抗参数估计值与实测值之间存在约80％偏差，超过电抗偏差阈值20％，而其他线路电抗偏差相对较小，表明输配电线路3、输配电线路4电抗偏差是造成环网多条线路状态估计存在问题的根源。因此，根据输配电线路3、输配电线路4的电抗参数估计值调整输配电线路3、输配电线路4的电抗参数，根据调整后的电抗参数对A地区量高压环形电网进行状态估计。采用本发明实施例，可以将电抗参数偏差超过阈值的输配电线路的电抗参数估计值确定为该输配电线路需调整后的电抗参数，有效性较高。进一步地，调整输配电线路3、输配电线路4的电抗参数，保持其他参数不变，高压环形电网的状态估计结果如表3所示：表3采用估计参数时环网有功估计偏差由表3可见，根据估计的电抗参数修改输配电线路3、输配电线路4的电抗参数后，高压环形电网线路的有功量测与状态估计结果基本吻合，而无功基本不受影响，一方面证明了上文中高压交流线路有功潮流与电阻、无功潮流与电抗解耦的有效性，另一方面也表明了本文环网参数估计方法的有效性。进一步地，按照典型线路参数进行分析：输配电线路3、输配电线路4全长均为5.813km，导线型号为2×LGJ-400，可得输配电线路3、输配电线路4电抗应为：0.303Ω/km×5.813km＝1.761Ω，与辨识结果基本一致，也证明了本发明方法的有效性。可选的，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计，可以包括：根据电阻和对地电纳参数实测值与电阻和对地电纳参数估计值，确定高压环形电网一条或多条线路的电阻和对地电纳偏差；从所述一条或多条线路中选择电阻和对地电纳偏差超过电阻和对地电纳偏差阈值的第二线路，根据第二线路的电阻和对地电纳参数估计值调整第二线路的电阻和对地电纳参数，根据调整后的第二线路的电阻和对地电纳参数对高压环形电网进行状态估计。基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种高压环形电网状态估计装置，如下面的实施例。由于高压环形电网状态估计装置解决问题的原理与高压环形电网状态估计方法相似，因此，高压环形电网状态估计装置的实施可以参见高压环形电网状态估计方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3是本发明实施例的一种高压环形电网状态估计装置结构框图，如图3所示，该装置包括：第一估计模块301，用于在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；第二估计模块302，用于在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计。一个实施例中，第一估计模块301具体可以用于按如下公式根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计：其中，Qik为线路首端无功功率，Qki为线路末端无功功率，Pik为线路首端有功功率，vi为线路首端电压，y为线路对地电纳，X为线路电抗，vk为线路末端电压，xik为线路电抗参数，通常称为量测雅可比矩阵，HT为H矩阵的转置，M是以方差为对角元素的量测方差阵，M-1为M矩阵的逆矩阵，CT为C矩阵的转置，Δω为待求变量ω的增量矩阵，λ为拉格朗日乘子，Δz＝z-h(ω)，z为量测向量，h(ω)为量测函数，c(ω)为约束条件。一个实施例中，第二估计模块302具体可以用于按如下公式根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计：其中，Pik为线路首端有功功率，Pki为线路末端有功功率，Qik为线路首端无功功率，vi为线路首端电压，y为线路对地电纳，R为线路电阻，Qki为线路末端无功功率，vk为线路末端电压，xik为线路电抗参数，通常称为量测雅可比矩阵，HT为H矩阵的转置，M是以方差为对角元素的量测方差阵，M-1为M矩阵的逆矩阵，CT为C矩阵的转置，Δω为待求变量ω的增量矩阵，λ为拉格朗日乘子，Δz＝z-h(ω)，z为量测向量，h(ω)为量测函数，c(ω)为约束条件。一个实施例中，第一估计模块301具体可以用于：根据电抗参数实测值和电抗参数估计值，确定高压环形电网一条或多条线路的电抗偏差；从所述一条或多条线路中选择电抗偏差超过电抗偏差阈值的第一线路，根据第一线路的电抗参数估计值调整第一线路的电抗参数，根据调整后的第一线路的电抗参数对高压环形电网进行状态估计。一个实施例中，第二估计模块302具体可以用于：根据电阻和对地电纳参数实测值与电阻和对地电纳参数估计值，确定高压环形电网一条或多条线路的电阻和对地电纳偏差；从所述一条或多条线路中选择电阻和对地电纳偏差超过电阻和对地电纳偏差阈值的第二线路，根据第二线路的电阻和对地电纳参数估计值调整第二线路的电阻和对地电纳参数，根据调整后的第二线路的电阻和对地电纳参数对高压环形电网进行状态估计。综上所述，本发明实施例中，在高压环形电网发生有功功率偏差时，根据有功功率偏差对高压环形电网的电抗参数进行估计，根据电抗参数估计结果对高压环形电网进行状态估计；在高压环形电网发生无功功率偏差时，根据无功功率偏差对高压环形电网的电阻和对地电纳参数进行估计，根据电阻和对地电纳参数估计结果对高压环形电网进行状态估计，可以避免高压环形电网参数的误差，提高高压环形电网状态估计的准确性。本发明实施例可以解决现有技术中高压环形电网状态参数精度低的技术问题，提高环形电网状态参数的精度，减小状态估计的误差，从而达到准确定位环形电网中存在参数问题的设备的效果。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3