一种基于强跟踪集员估计的电力系统状态估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，涉及一种基于强跟踪集员估计的电力系统状态估计方 法。
【背景技术】
[0002] 电力系统中常采用数据采集监控（Supervisory Control And Data Acquisition， SCADA)系统和能量管理系统（Energy Management system，EMS)以确保电网运行在理想的 状态，保障系统的经济安全运行。状态估计基于电网的结构、参数以及实时量测为SCADA/ EMS的应用分析软件提供当前电网的状态。它是整个网络分析应用软件的核心和基础，在 整个SCADA/EMS系统中占有重要的地位。状态估计的结果被控制中心用来进行突发情况分 析，最优潮流计算，负荷调度等等。
[0003] 在实际电网中，远方的量测数据要经过很多环节才能到达电力系统调度中心。由 于经济原因，硬件检测设备不能遍布系统的所有测量节点，量测数据只是整个系统中的一 部分，再加上，远动数据在测量、传送、转换的过程中，受到设备的限制和外界的干扰，实际 调度中心接收的数据或多或少的带有误差，有些甚至是和测量值差别很大的坏数据。由于 以上原因，远动装置传递的数据有时不能满足调度中心的要求，即使采用硬件滤波和改良 编码的方法，也只能起到很小的作用。如果将远动装置传来的生数据直接使用，对于EMS的 决策结果会产生难以预料的后果，而大量的远动数据不可能由人工进行处理，因此有必要 在远动装置和数据库之间加入状态估计这一环节。
[0004] 电力系统的安全经济运行要求现代化的调度系统要求能迅速、准确、全面的掌握 电力系统的实时运行状态，分析和预测系统的运行趋势，对运行中出现的各种问题给出相 应的对策，并对下一步的决策提供实时、准确的运行数据。研宄有效的电力系统状态方法， 获得有关电力系统状况全面、可靠和精确的信息，具有重要且深远的意义。
[0005] 电力系统状态估计发展到今天，算法得到很大的发展，在估计准则、解方程组的技 术、优化方法、提高估计效率等方面衍生出许多新技术、新理论，80年代末到现在，提出了电 力系统状态估计正交变换法、Hachtel法、最优步长因子法、快速分解法，保留非线性法，神 经网络法，新息图法、内点算法WLAV状态估计、等效电流变换法、抗差算法、支持向量机回 归法等电力系统状态估计新算法。动态状态估计模型主要利用扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter，EKF)理论所建立。然而，EKF理论本身是经由系统上的量测值、网络参数及 状态变量的预测值，利用加权最小二乘法的模式，进行滤波运算，以推导出系统的最佳状态 值，该模型本身常受系统的负荷动态模式影响，其预报和估计的精度难以令人满意。然而以 卡尔曼滤波为代表的基于随机噪声假设的估计方法，如极大似然法等，都要求噪声的统计 特性（如概率密度函数）已知或至少部分特性已知。这类估计方法具有以下缺陷 [13]:
[0006] 1)由于实验设计和先验知识的不充分，特别是当数据长度较小的情况下，有关噪 声的概率密度函数和自相关函数的特征描述会存在一定程度的偏差，并且有时噪声的特征 描述并不总依赖于先验知识；
[0007] 2)如果噪声并非本质上随机的，则很难对噪声的统计假设是否与实际情况相符合 给出一个合理的评价；
[0008] 3)只有当测量数据足够大时才能验证有关模型估计的渐进特性是否与实际情况 相一致。
[0009] 因此，目前需要一种能够克服上述缺陷，又满足在线应用的实时性和有效性，并能 提供快速准确的状态估计的方法。
【发明内容】
[0010] 为解决电力系统状态估计方法存在的上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于 强跟踪集员估计的电力系统状态估计方法。此算法利用三次采样正弦波关系模型对信号的 平滑能力，从噪声的不确定性和电力系统的非线性出发，充分考虑噪声的边界条件，引入扩 展集员估计，提高估计的可信度。改进现有扩展集员估计，提出强跟踪扩展集员估计算法， 以提尚电力系统中幅值和频率等电气参数突变的工况的跟踪能力。在状态估计中引入物理 约束的处理，考虑采样电压（电流）状态量的物理特性，提高估计的精度。
[0011] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0012] 一种基于强跟踪集员估计的电力系统状态估计方法，包括以下步骤：
[0013] 步骤一：获取滤波目标信号，提取滤波目标信号特征；
[0014] 步骤二：建立滤波模型，此模型为连续三次采样正弦波电压的等式关系模型，从而 得到相应的状态方程、观测方程，以及离散滤波目标信号；
[0015] 步骤三：根据集员估计算法递推规则，采用最优定界椭球估计算法，得到集员估计 的离散算法公式；
[0016] 步骤四：利用强跟踪的思想，改进扩展集员估计算法，得到强跟踪集员估计算法；
[0017] 步骤五：对离散滤波目标信号进行滤波和状态估计，得到估计结果，并考虑电力信 号参数突变时相应的状态估计结果。
[0018] 本发明的有益技术效果在于：本发明中从噪声的不确定性和电力系统的非线性 出发，充分考虑噪声的边界条件，对比现有的几类扩展集员估计算法，经理论分析与数值实 验，引入有效的扩展集员估计算法，解决在不确定噪声分布特性条件下的状态估计问题。引 入扩展集员估计，提高估计的可信度。改进现有扩展集员估计，提出强跟踪扩展集员估计算 法，以提尚电力系统中幅值和频率等电气参数突变的工况的跟踪能力。在状态估计中引入 物理约束的处理，考虑采样电压（电流）状态量的物理特性，提高估计的精度。
【附图说明】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0020] 图1为本发明所述状态估计方法的流程图
[0021] 图2为椭球集员估计算法流程图
[0022] 图3为扩展集员估计算法的方框图
[0023] 图4为强跟踪扩展集员估计方法的算法流程图
【具体实施方式】
[0024] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0025] 发明中采用扩展集员估计进行状态估计，提高估计的可信度。并将现有的扩展集 员估计进行改进，提出强跟踪扩展集员估计算法，以提高电力系统中幅值和频率等电气参 数突变的工况的跟踪能力。在状态估计中引入物理约束的处理，考虑采样电压（电流）状 态量的物理特性，提高估计的准确度。
[0026] 图1为本发明所述状态估计方法的流程图。如图所示，该状态估计算法包括如下 五个步骤，步骤一：获取滤波目标信号，提取滤波目标信号特征；步骤二：建立滤波模型