一种电力系统区间状态估计方法技术方案

本发明专利技术公布了一种电力系统区间状态估计方法。本发明专利技术将区间分析应用于考虑参数不确定性的状态估计中，可较为合理地利用电网量测量及参数估计出状态量的分布区间，从而提供调度运行人员更为充分的电气信息。首先，对参数不确定性对状态估计的影响进行系统分析，提出考虑参数不确定性的状态估计模型。提出变量代换技术将非线性状态估计转化为2步线性化，并利用仿射技术克服区间估计中的保守性。最后，对IEEE 14节点系统进行测试，结果表明本发明专利技术所提方法具有良好的估计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统区间状态估计方法
本专利技术涉及一种电力系统区间状态估计方法，属于电力系统监测、不确定分析和控制

技术介绍
在对电力系统仿真计算的研究中，方法和模型的选取固然重要，而模型参数获得的准确性对仿真结果的影响也很大。通过在系统中大量安装动态监测装置，可有助于获取系统元件相对比较准确的参数。但即便如此，仿真模型参数的不确定性还是客观存在的，理由有二：一是仿真数学模型本身是对实体的近似，模型参数不过是描述实体属性的近似量化指标；二是获取模型参数的具体数值时，由于量测误差的存在和计算机的有限精度表示，不可能获得参数的精确值。状态估计中的不确定性问题一直是状态估计的难点之一。目前，在电力系统领域中考虑不确定性的算法主要有3种：1、模糊分析法，该方法是对于研究界限不分明问题的一种数学工具；2、概率分析法，即利用概率的方式处理变量的随机信息；3、区间分析法，利用区间数学和区间分析方法处理处延明确、内涵不明确的信息，即只要知道其大致范围而不知其确定值的信息。由于区间分析不需要人为的假设，一定程度上避免了人的主观因素对计算结果的影响，从而在处理不确定性问题上得到了广泛的应用。区间算法由于相关性问题和包裹效应的影响，有时估计结果过于保守，从而失去实用价值。仿射算术通过记录各个不确定量之间的依赖关系，充分利用这些额外信息，能够得到比常规区间算术精确得些的结果。文献提出利用仿射技术克服区间运算中的相关性，同时为了提高计算效率，采用优化理论对区间潮流问题进行求解，大大降低算法复杂度。在数学形式上，状态估计为一个含约束条件的非线性最优化问题，而区间非线性方程组的优化问题仍是难点之一。可考虑将不确定变量作为不等式约束处理，并以最大约束满足为目标函数，该方法仅是一种近似模型，误差较大。另一种可行的方法是利用相量量测单元(pharosmeasurementunit,PMU)量测函数为线性模型的特点进行区间估计，获得状态量的上下界，计算速度快。然而，由于PMU量测配置仍然有限，还无法实现全网覆盖安装，同时为了充分利用已有的传统数据采集与监控系统(supervisorycontrolanddataacquisition,SCADA)量测信息，减少将传统SCADA量测转化为PMU量测参与状态估计造成的信息损失，大量学者对状态估计的快速算法进行研究，其中，Antonio提出的双线性技术，即通过设置中间变量，使非线性状态估计转化为2步的线性化模型，其估计结果与WLS估计基本一致，可大大减小计算量。区间分析与仿射算术自1966年Moore提出区间分析后，引起了广大学者的关注，其目的是获得不确定性造成的计算结果的上下界。为了区分点值数，本专利技术对于给定的区间数为所有满足的集合，即：式中，分别为区间数的下界和上界，且满足R为实数集。特殊地，当时，即为点值实数。区间数的运算法如下：加法：减法：乘法：除法：(其中，)区间的交：区间的并：区间的比较：区间的包含：且为了克服区间分析中过于保守的不足，Comba和Stolfi提出了仿射算术。在仿射算术里，区间变量用一个仿射形式来表示，用仿射技术对区间变量进行处理：式中，表示噪声元，xi决定了噪声元的大小。如果同样的噪声元出现在不同的区间变量中，则意味着它们的不确定性具有某种联系和相互依赖性。仿射数与区间数可以相互转换，假定某一个区间数为同时取为的中点，为的区间宽度，则的仿射形式为：式中，反之，对于仿射数定义则其对应的区间数形式为：给定仿射数则仿射数与的运算法则如下。加减法：乘法：由乘法公式可知，2个仿射数相乘会产生关于噪声源的二次多项式，其简化计算方法如下：与区间数类似，仿射数的除法只需转化为其倒数的乘法即可，即：
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术提出一种基于仿射算术和双线性技术的电力系统区间状态估计方法，具备了更好的估计精度。技术方案：本专利技术提出一种电力系统区间状态估计方法，包括以下步骤，输入电力系统的参数、拓扑、量测信息，并确定支路参数、量测量的不确定范围；建立一阶段线性状态估计模型，并以仿射算术求解一阶段区间状态估计问题，得到一阶段状态量的区间值；中间变量非线性变换，得中间变量状态量的区间值；建立二阶段线性状态估计模型，并以仿射算术求解二阶段区间状态估计问题，得到二阶段状态量的区间值；输出网络中各节点电压幅值、相角的区间估计值。优选地,所述一阶段线性状态估计包括：对于连接母线i与母线j的每条支路，定义如下变量：Kij＝ViVjcosθijLij＝ViVjsinθij式中：Vi、Vj分别为母线i、j的电压幅值，θij＝θi-θj，θi、θj分别为母线i、j的电压相角。对于系统中的每条母线，定义电压幅值平方为新的变量：Ui＝Vi2假定系统包含N条母线，b条支路，则一阶段线性状态估计引入N+2b维状态量y：y＝{Ui,Kij,Lij}从而m维量测向量z与状态量y可表示为如下线性关系：z＝By+ez优选地,所述中间变量非线性变换包括：中间变量的非线性变换为等维数变换，定义如下N维变量αi，b维变量αij,θij：αi＝lnUi＝2lnViαij＝ln(Kij+Lij)＝αi+αj令u＝{αi,αij,θij}，则N+2b维变量u与y呈非线性关系优选地,所述二阶段线性状态估计包括：定义2N-1维状态量x＝[αθ]T(参考母线的相角固定为0)，则二阶段状态量x与中间变量u呈如下线性关系：u＝Cx+eu式中：I为单位阵，A为节点关联矩阵，Ar为不包含参考母线的节点关联矩阵。有益效果：本专利技术将区间分析仿射算术和双线性技术应用于考虑参数不确定性的状态估计中，首先，对参数不确定性对状态估计的影响进行系统分析，提出考虑参数不确定性的状态估计模型。提出变量代换技术将非线性状态估计转化为两步线性化，并利用仿射技术克服区间估计中的保守性。本专利技术较为合理地利用电网量测量及参数估计出状态量的分布区间，从而提供调度运行人员更为充分的电气信息，并具有良好的估计精度。附图说明：图1：本专利技术一种电力系统区间状态估计方法的流程图；图2：区间线性方程组的解集和外壳。具体实施方式：下面结合附图对专利技术的技术流程进行详细说明：从数学角度上看，电力系统状态估计为含约束条件的非线性优化问题。考虑参数不确定性，由于区间状态估计难于直接求解，因此，本专利技术采用两步线性化状态估计的方法，即：利用变量代换的思想，设置一组中间变量，从而将电力系统非线性状态估计转化为两步的线性状态估计问题，且两个线性状态估计之间包含一步变量的非线性变换。一阶段线性状态估计对于连接母线i与母线j的每条支路，定义如下变量：Kij＝ViVjcosθijLij＝ViVjsinθij式中：Vi、Vj分别为母线i、j的电压幅值，θij＝θi-θj，θi、θj分别为母线i、j的电压相角。对于系统中的每条母线，定义电压幅值平方为新的变量：Ui＝Vi2假定系统包含N条母线，b条支路，则一阶段线性状态估计引入N+2b维状态量y：y＝{Ui,Kij,Lij}则SCADA系统提供的量测量与状态量y成如下线性关系：支路功率量测：式中：gij、bij分别为支路π型等效电路的电导、电纳，gsi、bsi分别为母线i侧对地电导、电纳。节点注入量测：电压幅值量测：式中：e为量测误差向量，且假定e服从正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统区间状态估计方法，其特征在于,包括以下步骤，输入电力系统的参数、拓扑、量测信息，并确定支路参数、量测量的不确定范围；建立一阶段线性状态估计模型，并以仿射算术求解一阶段区间状态估计问题，得到一阶段状态量的区间值；中间变量非线性变换，得中间变量状态量的区间值；建立二阶段线性状态估计模型，并以仿射算术求解二阶段区间状态估计问题，得到二阶段状态量的区间值；输出网络中各节点电压幅值、相角的区间估计值。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统区间状态估计方法，其特征在于,包括以下步骤，输入电力系统的参数、拓扑、量测信息，并确定支路参数、量测量的不确定范围；建立一阶段线性状态估计模型，并以仿射算术求解一阶段区间状态估计问题，得到一阶段状态量的区间值；中间变量非线性变换，得中间变量状态量的区间值；建立二阶段线性状态估计模型，并以仿射算术求解二阶段区间状态估计问题，得到二阶段状态量的区间值；输出网络中各节点电压幅值、相角的区间估计值。2.根据权利要求1所述的电力系统区间状态估计方法，其特征在于,所述一阶段线性状态估计包括：对于连接母线i与母线j的每条支路，定义如下变量：Kij＝ViVjcosθijLij＝ViVjsinθij式中：Vi、Vj分别为母线i、j的电压幅值，θij＝θi...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，陈胜，孙国强，孙永辉，臧海祥，朱瑛，楚云飞，陈妤，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32