本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型建立方法及其在狀態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用。。

背景技術(shù)：

隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)日益龐大，調(diào)度中心如果僅通過(guò)量測(cè)信息估計(jì)出全網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，往往會(huì)耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，甚至不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)在線(xiàn)計(jì)算要求；此外，由于量測(cè)配置問(wèn)題，系統(tǒng)某些部分缺失量測(cè)信息，導(dǎo)致系統(tǒng)不可觀(guān)。而這些實(shí)際問(wèn)題，均可通過(guò)等值方法進(jìn)行處理。

目前應(yīng)用在狀態(tài)估計(jì)中的外網(wǎng)靜態(tài)等值模型有：掛等值機(jī)模型、常規(guī)ward等值模型、擴(kuò)展ward等值模型?；谕饩W(wǎng)直接掛等值機(jī)的方法未考慮外網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)網(wǎng)的影響，精度不高?；诔Ｒ?guī)ward等值方法，模型中外網(wǎng)對(duì)地支路對(duì)邊界節(jié)點(diǎn)間的等值阻抗會(huì)產(chǎn)生影響，且可能會(huì)放大邊界節(jié)點(diǎn)上的等值對(duì)地導(dǎo)納值，從而當(dāng)邊界節(jié)點(diǎn)電壓變化時(shí)帶來(lái)較大的功率誤差。

基于擴(kuò)展ward等值模型的狀態(tài)估計(jì)方法，雖避免了常規(guī)ward等值模型的弊端，且估計(jì)精度較高，但需要的外網(wǎng)信息同時(shí)包括等值阻抗參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，易因外網(wǎng)狀態(tài)非實(shí)時(shí)等值而產(chǎn)生較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)已有外網(wǎng)靜態(tài)等值方法在狀態(tài)估計(jì)應(yīng)用中的不足，基于考慮外網(wǎng)擴(kuò)展ward等值模型提出了一種外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的建立方法及其在狀態(tài)估計(jì)中應(yīng)用。其不需要任何外網(wǎng)狀態(tài)信息，能較準(zhǔn)確的得出估計(jì)結(jié)果。在內(nèi)網(wǎng)含有不良數(shù)據(jù)時(shí)，也能夠及時(shí)對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行修正，提高內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的精度，以滿(mǎn)足實(shí)際工程運(yùn)用的需要。

技術(shù)方案包括：讀入電網(wǎng)的模型參數(shù)和scada數(shù)據(jù)；構(gòu)造外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型；基于外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的狀態(tài)估計(jì)方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的建立方法，包括以下步驟:

1)讀入電網(wǎng)的模型參數(shù)和scada數(shù)據(jù)：

所述電網(wǎng)的模型參數(shù)是指外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及元件參數(shù)；

所述scada數(shù)據(jù)包括：支路功率、注入功率和節(jié)點(diǎn)電壓幅值。

2)構(gòu)造外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型：

2-1)利用外網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)，基于式(1)計(jì)算外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y：

式中:節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j為外網(wǎng)中任意兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)；yij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的支路導(dǎo)納；符號(hào)j∈i表示節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)i直接相連，且當(dāng)節(jié)點(diǎn)i有接地支路時(shí)還應(yīng)包括j＝0時(shí)的情況。

將外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y按節(jié)點(diǎn)類(lèi)型整理成如下形式：

式中:q代表外部網(wǎng)絡(luò)中的pq節(jié)點(diǎn)，v代表外部網(wǎng)絡(luò)中的pv節(jié)點(diǎn)，b代表邊界節(jié)點(diǎn)，e代表外部節(jié)點(diǎn)，yαβ為子矩陣，其中β＝q,v,bα＝q,v,b。

2-2)不計(jì)外網(wǎng)并聯(lián)支路，基于(2)運(yùn)用高斯消元法消去原外部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣(2)式中的所有pq節(jié)點(diǎn)，得到化簡(jiǎn)后的導(dǎo)納矩陣y^*，求解電源擴(kuò)展支路參數(shù)：

式中，“0”代表被消去部分,“-”代表無(wú)需化成0部分，為(2)式經(jīng)過(guò)2-2)操作后需要保留部分。

其中yqq、yqv、yqb、yvq、yvv、yvb、ybq、ybv、ybb為(2)式中原外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中子矩陣。

由化簡(jiǎn)后的外網(wǎng)導(dǎo)納矩陣，求邊界節(jié)點(diǎn)與外網(wǎng)pv節(jié)點(diǎn)之間的支路導(dǎo)納之和，即每一行值相加，取相反數(shù)后，其電納部分為擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型中電源支路參數(shù)。

2-3)基于矩陣(3)，進(jìn)一步利用高斯消元消去外網(wǎng)pv節(jié)點(diǎn)，得到(4)求等值邊界節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)納：

式中，“0”代表被消去部分,“-”代表無(wú)需化成0部分；為邊界節(jié)點(diǎn)間的等效導(dǎo)納。

其中為(3)式中的等效導(dǎo)納。

2-4)基于式(5)計(jì)算邊界節(jié)點(diǎn)注入功率：

式中分別為邊界節(jié)點(diǎn)i等值注入有功功率和無(wú)功功率；為典型運(yùn)行方式下的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值與相角；gij、bij分別為與邊界節(jié)點(diǎn)i相連的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)或等值支路電導(dǎo)、電納；為邊界節(jié)點(diǎn)i和相鄰節(jié)點(diǎn)j之間電壓相角差；gi0、bi0分別為支路i側(cè)的對(duì)地支路電導(dǎo)、電納；jωi表示節(jié)點(diǎn)j與i相鄰接。

2-5)基于式(6)計(jì)算等值發(fā)電機(jī)有功功率和電壓幅值：

上式中，i為邊界節(jié)點(diǎn)編號(hào)；為邊界節(jié)點(diǎn)i的等值注入功率；ui為邊界節(jié)點(diǎn)i的量測(cè)電壓幅值；bi為擴(kuò)展ward等值模型中與邊界i節(jié)點(diǎn)相連電源支路的電納；ps1為擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型中pv節(jié)點(diǎn)有功出力、usi為擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型中pv節(jié)點(diǎn)電壓幅值。

狀態(tài)估計(jì)方法，包括以下步驟:

a)根據(jù)權(quán)利要求1方法所建立的模型，求出外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)納、電源支路電納、電源支路pv節(jié)點(diǎn)上的電壓和有功功率。

b)基于a)中所計(jì)算的參數(shù)，構(gòu)造成外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型，再將等值模型的兩端口連接于邊界節(jié)點(diǎn)上，考慮式(7)等式約束的最小二乘法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。

式中，j(x)為加權(quán)殘差平方和函數(shù)，h(x)為量測(cè)方程，包括電壓、節(jié)點(diǎn)注入功率、支路功率；c(x)是零注入潮流方程(既不是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)也不是負(fù)荷節(jié)點(diǎn))；z為量測(cè)數(shù)據(jù)；r權(quán)重矩陣，賦為1。

式(7)模型運(yùn)用拉格朗日乘子法轉(zhuǎn)換為無(wú)約束問(wèn)題，線(xiàn)性化量測(cè)方程和零注入方程后，根據(jù)拉格朗日增廣函數(shù)的極值條件可以得到修正方程式(8)，迭代求解得到最終狀態(tài)量。

式中，k為計(jì)算迭代次數(shù)；x^(k)為第k次迭代時(shí)的狀態(tài)量；r^-1為權(quán)重對(duì)角陣。為量測(cè)量的雅可比矩陣，h^t為其轉(zhuǎn)置。c(x^(k))為迭代值是x^(k)時(shí)的零注入等式約束，為零注入等式約束的雅可比矩陣，c^t為其轉(zhuǎn)置。z-h(x^(k))表示迭代值為x^(k)時(shí)的殘差；λ^(k)為第k次迭代時(shí)的拉格朗日乘子向量。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果：

本發(fā)明提出了一種外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的建立方法，考慮外網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)網(wǎng)潮流的影響，由等值發(fā)電機(jī)充當(dāng)pv節(jié)點(diǎn)，對(duì)內(nèi)網(wǎng)提供有功功率和電壓支撐，在靜態(tài)安全分析時(shí)具有較高的等值精度。

本發(fā)明提出的外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型應(yīng)用于內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)時(shí)，能替掉原電力系統(tǒng)中不感興趣或無(wú)法實(shí)時(shí)得到網(wǎng)絡(luò)信息的部分，大大縮小狀態(tài)估計(jì)的規(guī)模。

本發(fā)明提出的基于外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的狀態(tài)估計(jì)方法在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其等值阻抗參數(shù)可通過(guò)外網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、即擴(kuò)展ward等值直接得到，且不需要提供任何外網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)，只需內(nèi)網(wǎng)量測(cè)信息即可進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)計(jì)算，從而避免了外網(wǎng)狀態(tài)因非實(shí)時(shí)等值而可能帶來(lái)的較大誤差。

本發(fā)明提出的基于外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的狀態(tài)估計(jì)方法在應(yīng)用于工程實(shí)際時(shí)，只需增加外網(wǎng)的等值阻抗信息，不需對(duì)量測(cè)信息做任何修改，易與現(xiàn)有的內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)拼接，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

圖1為考慮外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型的狀態(tài)估計(jì)方法的流程示意圖；

圖2為外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；

圖3為利用高斯消元消去外網(wǎng)pq節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)納矩陣；

圖4為外網(wǎng)擴(kuò)展ward等值模型；

圖5為ieee39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的接線(xiàn)圖；

圖6無(wú)不良數(shù)不同負(fù)荷變化水平下的內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)最大誤差。

圖7無(wú)不良數(shù)不同負(fù)荷變化水平下的內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)平均誤差。

圖8有不良數(shù)據(jù)時(shí)內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)誤差最大值。

圖9有不良數(shù)據(jù)時(shí)內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)誤差平均值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

以ieee39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，其節(jié)點(diǎn)3和17作為邊界點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1、2、25～30和37～39作為外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)為內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)斷開(kāi)支路9～39，并將節(jié)點(diǎn)17的負(fù)荷設(shè)為10-j20mva，形成兩端口互聯(lián)電網(wǎng)的仿真系統(tǒng)。仿真各參數(shù)為標(biāo)幺值，基準(zhǔn)功率為100mva。為了詳細(xì)說(shuō)明本方法的優(yōu)越性，采用兩種方案進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明：

方案一：采用外網(wǎng)擴(kuò)展ward等值模型進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)；

方案二：本發(fā)明方法，采用外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。

實(shí)驗(yàn)效果比較分析

a.靜態(tài)安全分析

①參數(shù)等值結(jié)果

無(wú)量測(cè)誤差的情況下，本文所提擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型、與擴(kuò)展ward等值模型，這2種等值模型的參數(shù)如表1所示。表2與表3中，er表示相對(duì)誤差、es表示安全誤差。

表1兩種等值模型的參數(shù)估計(jì)結(jié)果

②內(nèi)網(wǎng)模擬發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)：

表2內(nèi)網(wǎng)模擬發(fā)電機(jī)開(kāi)斷時(shí)各評(píng)價(jià)指標(biāo)最大值(％)

③內(nèi)網(wǎng)模擬線(xiàn)路開(kāi)斷時(shí)：

表3內(nèi)網(wǎng)模擬線(xiàn)路開(kāi)斷時(shí)各評(píng)價(jià)指標(biāo)最大值(％)

從上表可以看出，采用外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型、與擴(kuò)展ward等值模型時(shí)：

a)等值結(jié)果中的阻抗參數(shù)完全相同，但狀態(tài)參數(shù)發(fā)生了變化；

b)當(dāng)內(nèi)網(wǎng)線(xiàn)路或者發(fā)電機(jī)發(fā)生開(kāi)斷時(shí)，兩種等值模型的誤差大小相近：即有時(shí)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型誤差較小，有時(shí)擴(kuò)展ward等值模型誤差較小，但總體上誤差大小都相差不大。

綜上，本發(fā)明所提外網(wǎng)擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型能正確反映外網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，且在靜態(tài)安全分析時(shí)誤差較小，和擴(kuò)展ward等值模型精度相近。

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明以及了解本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，申請(qǐng)人結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的闡釋。

b.狀態(tài)估計(jì)誤差分析

由于在實(shí)際系統(tǒng)中，總調(diào)大約每5分鐘向中調(diào)提供一次外網(wǎng)等值模型?？紤]到在這5分鐘外網(wǎng)的狀態(tài)可能發(fā)生較大變化，因此為模擬這種變化，在對(duì)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)時(shí)，下述仿真中會(huì)假設(shè)負(fù)荷水平分別提高2％、5％、10％，或者外網(wǎng)電源電壓幅值變化1％。

b1)無(wú)不良數(shù)據(jù)時(shí)，狀態(tài)估計(jì)誤差分析

在內(nèi)網(wǎng)量測(cè)量中無(wú)不良數(shù)據(jù)，僅僅負(fù)荷水平發(fā)生變化，不同外網(wǎng)等值模型在狀態(tài)估計(jì)后與潮流真值誤差的最大值和平均值如圖6和圖7所示。

從圖6和7可知，最大誤差和平均誤差指標(biāo)，擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型均處在擴(kuò)展ward等值模型下方，說(shuō)明內(nèi)網(wǎng)不含壞數(shù)據(jù)情況下，外網(wǎng)采用擴(kuò)展ward等值進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)比采用擴(kuò)展電壓源支路ward等值計(jì)算誤差要大。凸顯了外網(wǎng)采用擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型等值準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

b2)含不良數(shù)據(jù)狀態(tài)估計(jì)誤差分析

構(gòu)造內(nèi)網(wǎng)量測(cè)壞數(shù)據(jù)時(shí)，假設(shè)支路7-8的首端無(wú)功功率量測(cè)為0，即傳感器沒(méi)有取到對(duì)應(yīng)的量測(cè)值或量測(cè)值發(fā)生了丟失，可以得到在外網(wǎng)負(fù)荷水平發(fā)生變化的情況下，同時(shí)考慮外網(wǎng)電源電壓幅值變化1％，不同外網(wǎng)等值模型在狀態(tài)估計(jì)后與潮流真值誤差的最大值和平均值如表4與表5，圖8和圖9為效果對(duì)比圖。

表4ieee39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)含不良數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)誤差最大值

表5ieee39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)含不良數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)誤差平均值

當(dāng)內(nèi)網(wǎng)中含有少量不良數(shù)據(jù)時(shí)：隨著外網(wǎng)狀態(tài)變化的增大，兩方案的精度均有所下降，各指標(biāo)中，方案二精度大多在千分位，方案一則主要在百分位；且就某一指標(biāo)而言，方案二小于方案一。相比之下，方案二的采用擴(kuò)展電壓源支路ward等值模型比方案一的采用常規(guī)ward等值模型進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)精度更高，進(jìn)而驗(yàn)證了擴(kuò)展電壓源支路ward等值狀態(tài)估計(jì)在含有不良數(shù)據(jù)情況下的優(yōu)越性。