一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统与流程

本发明属于电力系统自动化，涉及一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统。

背景技术：

1、电力调度自动化系统中状态估计作为调度系统各项高级应用功能的基础，为网络分析、在线安全稳定分析与预警、自动电压控制、调度员培训模拟、调度计划类等应用提供完整准确的实时断面数据。

2、在主网调度自动化系统状态估计功能中，通常假设三相线路是对称的，并采用单相正序电网模型进行分析和计算。但随着社会城市化的发展，在城市电网输电通道建设中，电网建设占用土地、环境资源的矛盾日益突出，输电线路采用不换位、同杆并架多回线的情况越来越多，线路不换位导致线路三相阻抗参数的不对称性，使得基于对称分量法无法直接将网络分解为正、负、零序解耦网络，而无法进行基于序网络的不对称电网稳态分析。

3、现有的关于三相状态估计方法的方案有：公开号为cn110970887a的专利提出一种主动配电网的两阶段线性三相状态估计方法及装置，其涉及电能质量分析与控制领域，主要涉及一种配电网的两阶段线性三相状态估计方法及装置，该方法通过线性网络约束获得初始电压，基于极坐标系进行线性三相状态估计。公开号为cn112769139a的专利提出计及snop和b-dstatcom的柔性配电网三相状态估计方法，其涉及电网调度自动化技术领域，考虑了考虑传输损耗及多种控制方式的snop和b-dstatcom状态估计模型，以及相应的量测方程、控制伪量测方程及约束条件，通过调用ipopt求解器中的原对偶内点法进行状态估计问题的求解。经分析，上述方法都没有对电力调度自动化系统中考虑高压输电网局部参数不对称下提高状态估计计算精度方法的说明。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法和系统，考虑了电网局部参数不对称，可以解决现有状态估计技术中存在输电线路不换位、同杆并架多回线路等参数不对称区域状态估计计算精度低的问题，计算得到的局部电网估计结果精度更高，能更好地满足工程应用要求。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种计及局部三相不对称的电网状态估计方法，包括以下步骤：

4、步骤1、获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型；

5、步骤2、根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵，并基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵；

6、步骤3、采用近似最小度amd排序方式对信息矩阵进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；

7、步骤4、根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点；

8、步骤5、针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；

9、步骤6、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差，直到满足收敛要求，输出最终的电网状态估计结果。

10、优选地，步骤1中，首先，获取参与状态估计计算需要的电网模型及其量测数据，其中，获取的电网模型量测数据包含参与状态估计计算需要的电网模型参数、设备连接关系、三相功率、线电压，不换位线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路参数不对称的电网三相之间、同杆并架线路之间的互感参数，以及单相有功、无功、电流、电压、变压器档位和开关刀闸的遥信状态；

11、其次，根据获取到的电网模型和开关刀闸的遥信状态，采用全局拓扑或者局部拓扑的方式进行电网拓扑分析：

12、当本次的遥信状态和上次状态估计计算用的遥信状态变化未超出设定范围时，采用局部拓扑的方式进行拓扑分析；

13、当本次的遥信状态和上次计算遥信状态变化超出设定范围时，采用全局拓扑的方式进行拓扑分析后形成状态估计计算用的单相正序节点支路模型，即单相正序模型。

14、优选地，步骤2中，根据单相正序节点支路模型，并结合量测数据形成量测雅可比矩阵 h的非零元结构，并基于，通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵 g的非零元结构，其中为量测误差方差阵，为矩阵 h的转置矩阵。

15、优选地，步骤3中，采用近似最小度amd排序方式进行节点编号重排序的过程为：

16、采用近似最小度amd排序方式模拟信息矩阵 g因子分解高斯消去过程，并在模拟高斯消去过程时，顶点选择信息矩阵 g图中度最小的顶点，直到信息矩阵 g图中所有的顶点完全消去为止，同时当消去某一个节点后更新其它节点出线度时用节点度的上限值代替节点实际度。

17、优选地，步骤3中，基于重排序后的节点编号顺序形成量测雅可比矩阵 h，并采用多线程并行计算的方式计算信息矩阵 g，继而得到基于重新排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型，通过快速分解状态估计算法或者抗差状态估计进行全网单相状态估计的快速计算，在全网单相状态估计计算收敛后，获得网设备功率和母线电压估计值，进而计算得到电网设备的有功、无功值。

18、优选地，步骤4中，若电网模型含有不换位线路或同杆并架线路，则其三相模型参数不对称，根据电网中不换位线路、同杆并架线路的位置，采用节点分裂法将电网进行动态切分，将电网划分成一个或者多个含有不对称三相模型参数的参数不对称子区域，以及不包含不对称三相模型参数的一个或多个参数对称子区域，其中参数对称子区域和参数不对称子区域的边界节点集合记为。

19、优选地，步骤5包括：

20、步骤51、对于参数不对称子区域，采用三相相分量进行建模，包括三相阻抗参数建模和三相功率量测建模；

21、步骤52、基于全网单相状态估计得到的边界线路首端节点 i和末端节点 j的电压幅值、和相角值、计算对参数不对称子区域进行三相状态估计的abc三相电压的幅值和相角初始值，其中，、、，，为参数对称子区域和参数不对称子区域的边界节点集合，为采用单相正序节点支路模型进行全网状态估计得到的母线电压集合；

22、步骤53、基于步骤51建立的模型和abc三相电压对参数不对称子区域进行三相状态估计计算，得到参数不对称子区域内线路的abc三相功率。

23、优选地，步骤51中，在三相阻抗参数建模时，除了考虑线路abc三相之间的互阻抗，对于同杆并架线路，还考虑不同线路之间的互阻抗；

24、在三相功率量测建模时，采用abc分相功率量测模型，且三相量测方程考虑abc各相之间的互阻抗。

25、优选地，步骤52中，对边界线路首端节点 i的abc三相电压幅值和相角初始值计算公式为：

26、。

27、优选地，步骤6包括：

28、步骤61、根据全网单相状态估计、三相状态估计结果计算参数不对称子区域内边界线路首端节点 i和末端节点 j总的功率误差向量，即边界节点集合总功率误差向量；

29、步骤62、根据边界节点集合总功率误差向量评估基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计是否均收敛，若是，则输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤63；

30、步骤63、根据参数不对称子区域的三相雅可比矩阵 h abc及信息矩阵 g abc，并计算三相量测灵敏度，其中，k表示当前迭代计算的次数；

31、步骤64、根据总功率误差向量和三相量测灵敏度求解不对称子区域的三相电压幅值修正量，并根据修正量评估不对称子区域三相估计和对称子区域估计是否均达到收敛状态，若均达到收敛状态，则停止迭代计算，输出最终的电网状态估计结果，结束程序，否则进入步骤65；

32、步骤65、更新不对称子区域的三相节点电压幅值和相角：、，根据三相节点电压幅值和相角计算边界线路首端、末端三相总有功和总无功，进而计算得到相应的边界节点集合的总功率误差向量，当边界节点集合的总功率误差向量的分量大于设定的门槛值时，返回步骤61；

33、其中：和分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压；

34、和分别为第k次迭代计算和第k+1次迭代计算过程中不对称子区域的三相节点电压和相角；

35、、分别为第k次迭代计算中电压幅值和相角的修正量。

36、优选地，步骤61中，边界节点集合总功率误差向量为：

37、

38、其中，、为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路首端边界节点 i的有功功率、无功功率；

39、、为采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的线路末端j的有功功率、无功功率，、；

40、、为包含了不换位线路、同杆并架线路首末的三相总功率；

41、、为采用三相状态估计计算得到的边界线路首端三相总有功和总无功；

42、、为采用三相状态估计计算得到的边界线路末端三相总有功和总无功；

43、、为边界线路首端节点 i采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值。

44、、为边界线路末端节点 j采用单相正序节点支路模型全网单相状态估计得到的有功、无功和采用三相状态估计得到的总有功、总无功的差值。

45、优选地，步骤62中，如果边界节点集合总功率误差向量的分量均满足，则认为基于单相正序节点支路模型的全网单相状态估计和参数不对称子区域三相状态估计均收敛；其中，表示第一阈值，为的分量。

46、优选地，步骤63中，三相量测灵敏度为：

47、；

48、式中， h abc为三相量测方程对应的雅可比矩阵；

49、为三相状态向量，包括不对称子区域的三相节点电压幅值和角度；

50、为abc三相量测误差方差阵；

51、即为 g abc。

52、优选地，步骤64中，不对称子区域的三相电压幅值修正量为：

53、；

54、当时，域估认为不对称子区域三相估计和对称子区计均达到收敛状态，其中，为第二阈值；

55、一种计及局部三相不对称的电网状态估计系统，包括：

56、节点排序与全网单相状态估计模块，用于获取电网模型和量测数据，并根据获取的模型和数据进行拓扑分析，形成单相正序节点支路模型，根据单相正序节点支路模型和量测数据形成量测雅可比矩阵，并基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵，采用近似最小度amd排序方式对信息矩阵进行节点编号重排序，得到基于重排序后的节点编号顺序的单相正序节点支路模型，采用该单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计；

57、电网分区与三相状态估计模块，用于根据电网模型的三相模型参数对称情况，采用节点撕裂法对电网进行动态切分，得到参数不对称子区域及其与参数对称子区域的边界节点，针对参数不对称子区域进行三相相分量建模并基于建立的模型和边界节点的全网单相状态估计结果对参数不对称子区域进行三相状态估计；

58、三相电压更新与功率误差修正模块，用于根据全网单相状态估计、三相状态估计结果进行功率误差以及三相量测灵敏度分析，并根据分析结果更新参数不对称子区域的三相电压，迭代修正功率误差。

59、一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；

60、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。

61、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

62、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

63、1、本发明考虑了局部电网参数不对称情况，根据电网参数的对称性对电网进行动态切分，整体采用单相正序节点支路模型进行全网单相状态估计，局部的参数不对称子区域采用三相相分量模型进行三相状态估计，避免了全网采用三相建模复杂、全网三相计算耗时过长的问题，同时对于电网中多个不对称子区域可以采用并行求解，提高计算速度。

64、且进行全网单相状态估计时，基于量测雅可比矩阵通过符号分析法模拟乘法运算形成信息矩阵，在计算过程中并不进行实际的乘法和加法运算，在节点优化编号过程中同样只进行了网络结构变化的处理，不进行实际的数值运算，可以在电网规模较大时提高信息矩阵的计算速度，实现全网单相状态估计的快速计算；进行电网切分时，采用节点撕裂法将电网划分成一个或者多个不换位线路、同杆并架线路等三相不对称模型参数的子区域，对于不包含不对称模型参数的电网也划分到一个或者多个参数对称子区域，采用节点分裂法进行动态分区保证了得到的所有子分区内部都是联通的，各个不对称子分区之间是相互解耦独立，各不对称子区域通过对称的子区域网络才能相连，保证了状态估计精度；

65、2、本发明具有很强的建模灵活性，可以方便对各种类型的不对称进行建模处理，例如可用于单相/两相运行时的建模及状态估计、三相量测不对称等情况的状态估计建模问题。