一种输配互联电网的并行异步状态估计方法、装置和设备与流程

本技术涉及输电网与配电网互联的状态估计，尤其涉及一种输配互联电网的并行异步状态估计方法、装置和设备。

背景技术：

1、随着电力系统规模的扩大和可再生能源的逐渐普及，输电网与配电网之间的耦合越来越强。但在实际的电力系统中，输电网和配电网这两个网络通常由各自的调度中心进行调度，位于输电网调度中心的能量管理系统和配电网调度中心的配电管理系统存储的电力系统模型和数据无法完全共享，造成了全局状态辨识、运行、调度和控制方面的困难。状态估计是一种重要的电力系统计算分析技术，是根据量测值和电力系统模型估计电力系统的状态，也是电力系统高级应用之一。传统电力系统的状态估计方法通常采用基于最小二乘准则的加权最小二乘估计技术，该加权最小二乘估计技术对测量误差和模型误差具有较强的鲁棒性。

2、现有处理输配互联电网的状态估计问题采用的方法有：一种是采用传统的解耦方法，此方法将大电网划分为多个分区进行计算，需要的计算资源少，各个解耦开的网络可以独立计算，但可能会得到不准确的解，造成边界处功率失配。另一种方法是进行全局计算，得到的结果较为精确，但对全网计算需要的计算资源多，如何实现输配电网之间的数据共享也是需要考虑的问题。而在分布式状态估计领域，目前采用引入分布式机制，但分布式机制要么是缺少对收敛性问题和通信延迟的考虑，要么是考虑了通信延迟对分布式计算的影响，但没有考虑输配互联电网中的数据壁垒和模型共享问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种输配互联电网的并行异步状态估计方法、装置和设备，用于解决在数据壁垒和通信延迟客观存在的情况下，现有输配互联电网的状态估计方法存在收敛速度慢、计算用时长、计算精度不高的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种输配互联电网的并行异步状态估计方法，应用于单输电网与多配电网的互联电网系统上，该单输电网与多配电网的互联电网系统包括输电网和与所述输电网连接的n个配电网，该并行异步状态估计方法包括以下步骤：

4、获取互联电网系统的电气量测量数据，所述电气量测量数据包括根节点的第一电压幅值以及输电网与每个配电网之间传输线靠近配电网侧线路的第一功率数据和靠近输电网侧线路的第二功率数据，基于根节点的所述第一电压幅值增加增量生成对应根节点的第二电压幅值；

5、根据与每个配电网对应根节点的所述第一电压幅值、所述第二电压幅值以及所述第一功率数据和所述第二功率数据进行自灵敏度和互灵敏度分析，得到关键配电网；

6、获取单输电网与多配电网的互联电网系统中设置的超时参数，根据所述关键配电网和超时参数进行分析，确定与每个配电网对应的超时阈值；

7、获取异步迭代参数和交互迭代收敛阈值，根据所述异步迭代参数、所有所述超时阈值和所述交互迭代收敛阈值采用同步预处理和执行线程并行机制对该单输电网与多配电网的互联电网系统进行状态估计；

8、其中，所述关键配电网包括第一关键配电网、第二关键配电网和第三关键配电网，所述异步迭代参数包括启动异步迭代阈值和输电网开始进行状态估计需要的配电网数量阈值。

9、优选地，根据与每个配电网对应根节点的所述第一电压幅值、所述第二电压幅值以及所述第一功率数据和所述第二功率数据进行自灵敏度和互灵敏度分析，得到关键配电网包括：

10、根据与每个配电网对应根节点的所述第一电压幅值和所述第二电压幅值分别对对应配电网进行状态估计，得到对应配电网的第一需求视在功率和第二需求视在功率；

11、根据每个配电网的第一需求视在功率、第二需求视在功率、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值进行计算，得到对应配电网的自灵敏度；

12、根据与每个配电网对应的所述第二功率数据对输电网进行状态估计，得到输电网输出至每个配电网的第一注入视在功率；基于每个配电网的所述第二功率数据基础上增加微增量，再对输电网进行状态估计，得到输电网输出至每个配电网的第二注入视在功率；

13、根据所有配电网的第二功率数据、在第二功率数据基础上增加微增量得到对应功率数据、所述第一注入视在功率和所述第二注入视在功率进行计算，得到一个配电网对另一个配电网的互灵敏度；

14、从所有所述自灵敏度和所有所述互灵敏度分别筛选出数值最大的，确定关键配电网。

15、优选地，该输配互联电网的并行异步状态估计方法包括：根据每个配电网的第一需求视在功率、第二需求视在功率、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值采用自灵敏度公式进行计算，得到对应配电网的自灵敏度；

16、根据所有配电网的第二功率数据、在第二功率数据基础上增加微增量得到对应功率数据、所述第一注入视在功率和所述第二注入视在功率采用互灵敏度公式进行计算，得到一个配电网对另一个配电网的互灵敏度；

17、所述自灵敏度公式为：

18、

19、所述互灵敏度公式为：

20、

21、式中，ai为第i个配电网的自灵敏度，为第i个配电网的第二需求视在功率，为第i个配电网与输电网相连的根节点的第二电压幅值，vri为第i个配电网与输电网相连的根节点的第一电压幅值，为第i个配电网的第一需求视在功率，i，j∈n，i≠j，bij为第i个配电网对第j个配电网的互灵敏度，为输电网输出至第i个配电网的第一注入视在功率，为输电网输出至第i个配电网的第二注入视在功率，为第j个配电网的第二功率数据，为基于第j个配电网的第二功率数据基础上增加微增量得到的功率数据。

22、优选地，根据所述关键配电网和超时参数进行分析，确定与每个配电网对应的超时阈值包括：

23、若配电网为第一关键配电网，则该配电网的超时阈值为第一数值；

24、若配电网为第二关键配电网，则该配电网的超时阈值为第二数值与所述超时参数之间的最小值；

25、若配电网为第三关键配电网，则该配电网的超时阈值为第三数值与所述超时参数之间的最小值；

26、若配电网不为关键配电网，则该配电网的超时阈值为所述超时参数。

27、优选地，根据所述异步迭代参数、所有所述超时阈值和所述交互迭代收敛阈值采用同步预处理和执行线程并行机制对该单输电网与多配电网的互联电网系统进行状态估计，包括：

28、获取输电网与每个配电网之间进行状态估计的交互迭代次数；

29、若所述交互迭代次数为零或每个配电网的计算线程进入执行状态，则每个配电网的计算线程进行状态估计，得到每个配电网的根节点需求视在功率；

30、每个配电网的发送线程将对应的所述根节点需求视在功率发送至输电网；并判断相邻两次迭代状态估计得到每个配电网根节点的电压幅值误差小于交互迭代收敛阈值，结束单输电网与多配电网的互联电网系统的状态估计，并获取最终的状态变量信息；

31、采用同步预处理对所述交互迭代次数进行分析，判断输电网的计算线程进入执行状态；根据所述输电网的计算线程进入执行状态，采用所述根节点需求视在功率控制输电网的计算线程进行状态估计，得到状态估计后每个配电网的根节点电压幅值和根节点注入视在功率；

32、输电网的发送线程将每个配电网的根节点电压幅值和根节点注入视在功率发送至对应的配电网；并判断相邻两次迭代状态估计得到每个配电网根节点的电压幅值误差小于交互迭代收敛阈值，结束单输电网与多配电网的互联电网系统的状态估计，并获取最终的状态变量信息；

33、其中，每个配电网的计算线程进入执行状态指的是：配电网的接收线程接收输电网发送的每个配电网的根节点电压幅值和根节点注入视在功率，并传递至对应配电网的计算线程；输电网和每个配电网的接收线程、计算线程和发送线程在执行过程中互不影响，且并行执行；输电网的计算线程进入执行状态指的是：输电网的接收线程接收每个配电网发送的所述根节点需求视在功率并将此根节点需求视在功率传递至输电网的计算线程；所述状态变量信息包括输电网和每个配电网中各节点的电压、注入功率和各支路的电流。

34、优选地，采用同步预处理对所述交互迭代次数进行分析，判断输电网的计算线程进入执行状态包括：

35、若所述交互迭代次数不大于启动异步迭代阈值，当输电网的接收线程接收完所有配电网发送的根节点需求视在功率并将接收的所有根节点需求视在功率传递至输电网的计算线程，则输电网的计算线程进入执行状态；

36、若所述交互迭代次数大于启动异步迭代阈值，当输电网的接收线程接收到与配电网数量阈值相同数量的配电网发送的根节点需求视在功率并将接收的所有根节点需求视在功率传递至输电网的计算线程，且每个配电网的交互迭代数据不大于对应配电网的超时阈值，则输电网的计算线程进入执行状态；

37、其中，每个配电网的交互迭代数据的表达式为：

38、

39、式中，k为交互迭代次数，k0为启动异步迭代阈值，为第i个配电网的交互迭代数据。

40、再一方面，提供了一种输配互联电网的并行异步状态估计装置，应用于单输电网与多配电网的互联电网系统上，该单输电网与多配电网的互联电网系统包括输电网和与所述输电网连接的n个配电网，该并行异步状态估计装置包括数据获取模块、灵敏度分析模块、超时阈值分析模块和并行异步估计模块；

41、所述数据获取模块，用于获取互联电网系统的电气量测量数据，所述电气量测量数据包括根节点的第一电压幅值以及输电网与每个配电网之间传输线靠近配电网侧线路的第一功率数据和靠近输电网侧线路的第二功率数据，基于根节点的所述第一电压幅值增加增量生成对应根节点的第二电压幅值；

42、所述灵敏度分析模块，用于根据与每个配电网对应根节点的所述第一电压幅值、所述第二电压幅值以及所述第一功率数据和所述第二功率数据进行自灵敏度和互灵敏度分析，得到关键配电网；

43、所述超时阈值分析模块，用于获取单输电网与多配电网的互联电网系统中设置的超时参数，根据所述关键配电网和超时参数进行分析，确定与每个配电网对应的超时阈值；

44、所述并行异步估计模块，用于获取异步迭代参数和交互迭代收敛阈值，根据所述异步迭代参数、所有所述超时阈值和所述交互迭代收敛阈值采用同步预处理和执行线程并行机制对该单输电网与多配电网的互联电网系统进行状态估计；

45、其中，所述关键配电网包括第一关键配电网、第二关键配电网和第三关键配电网，所述异步迭代参数包括启动异步迭代阈值和输电网开始进行状态估计需要的配电网数量阈值。

46、优选地，所述灵敏度分析模块包括第一状态估计子模块、自灵敏度分析子模块、第二状态估计子模块、互灵敏度分析子模块和筛选子模块；

47、所述第一状态估计子模块，用于根据与每个配电网对应根节点的所述第一电压幅值和所述第二电压幅值分别对对应配电网进行状态估计，得到对应配电网的第一需求视在功率和第二需求视在功率；

48、所述自灵敏度分析子模块，用于根据每个配电网的第一需求视在功率、第二需求视在功率、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值采用自灵敏度公式进行计算，得到对应配电网的自灵敏度；

49、所述第二状态估计子模块，用于根据与每个配电网对应的所述第二功率数据对输电网进行状态估计，得到输电网输出至每个配电网的第一注入视在功率；基于每个配电网的所述第二功率数据基础上增加微增量，再对输电网进行状态估计，得到输电网输出至每个配电网的第二注入视在功率；

50、所述互灵敏度分析子模块，用于根据所有配电网的第二功率数据、在第二功率数据基础上增加微增量得到对应功率数据、所述第一注入视在功率和所述第二注入视在功率采用互灵敏度公式进行计算，得到一个配电网对另一个配电网的互灵敏度；

51、所述筛选子模块，用于从所有所述自灵敏度和所有所述互灵敏度分别筛选出数值最大的，确定关键配电网；

52、所述自灵敏度公式为：

53、

54、所述互灵敏度公式为：

55、

56、式中，ai为第i个配电网的自灵敏度，为第i个配电网的第二需求视在功率，为第i个配电网与输电网相连的根节点的第二电压幅值，vri为第i个配电网与输电网相连的根节点的第一电压幅值，为第i个配电网的第一需求视在功率，i，j∈n，i≠j，bij为第i个配电网对第j个配电网的互灵敏度，为输电网输出至第i个配电网的第一注入视在功率，为输电网输出至第i个配电网的第二注入视在功率，为第j个配电网的第二功率数据，为基于第j个配电网的第二功率数据基础上增加微增量得到的功率数据。

57、优选地，所述超时阈值分析模块还用于根据所述超时参数计算，得到互联电网系统中所有配电网的超时参数；若配电网为第一关键配电网，则该配电网的超时阈值为第一数值；若配电网为第二关键配电网，则该配电网的超时阈值为第二数值与所述超时参数之间的最小值；若配电网为第三关键配电网，则该配电网的超时阈值为第三数值与所述超时参数之间的最小值；若配电网不为关键配电网，则该配电网的超时阈值为所述超时参数。

58、再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；

59、所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

60、所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的输配互联电网的并行异步状态估计方法。

61、该输配互联电网的并行异步状态估计方法、装置和设备，该方法包括获取互联电网系统的电气量测量数据；根据与每个配电网对应根节点的第一电压幅值、第二电压幅值以及第一功率数据和第二功率数据进行自灵敏度和互灵敏度分析，得到关键配电网；获取单输电网与多配电网的互联电网系统中设置的超时参数，根据关键配电网和超时参数进行分析，确定与每个配电网对应的超时阈值；获取异步迭代参数和交互迭代收敛阈值，根据异步迭代参数、所有超时阈值和交互迭代收敛阈值采用同步预处理和执行线程并行机制对该单输电网与多配电网的互联电网系统进行状态估计。从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：该输配互联电网的并行异步状态估计方法通过对关键配电网的选择，提高对输配互联电网状态估计结果影响较大的关键配电网的数据使用频率，能够降低算法对用户预设参数的敏感性，进而提高程序的计算速度和收敛性；在配电网和输电网进行状态估计过程中采用同步预处理提高了状态估计计算收敛性，采用执行线程并行机制，提高了状态估计计算速度，也减少了输电网和配电网状态估计的计算时间；将输电网与每个配电网之间状态估计结果相互传送，更新状态估计结果，解决了在数据壁垒和通信延迟客观存在的情况下，现有输配互联电网的状态估计方法存在收敛速度慢、计算用时长、计算精度不高的技术问题。