本发明专利技术涉及基于双线性化的多区域电网全分布式抗差状态估计方法，属于电力系统运行和控制技术领域。该方法分为三阶段：第一阶段是对量测的预处理，得到中间状态变量的预估计；第二阶段把中间状态变量进行非线性转换，得到新的量测，即各支路两端电压相角差以及电压对数幅值之和的两倍。第三阶段基于这些新的量测，估计出最终的状态变量。第二阶段的非线性转换，各区可以并行求解，不需要与其他区域通信。第一阶段与第三阶段的状态估计，针对的是线性化的系统，每个控制区利用本地与邻居的通信，采用交替方向乘子法，求得本地状态量。本发明专利技术适用于大规模多区域状态估计，能够很好地保护各区域数据隐私，具有很高的敏捷性、灵活性与鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统运行和控制
，特别设及一种基于双线性化的多区域 电网全分布式抗差状态估计方法。
技术介绍
电力系统的状态估计就是W数据采集与监视控制系统采集的实时量测为数据输 入源，剔除其中的不良数据之后，结合电网模型，按照特定的状态估计模型，对电网的状态 量进行最优估算。状态估计在能量管理系统中处于极为重要的地位，是后续一系列高级应 用的重要基石;但是，随着系统规模增大，现有的集中式的管理系统，将面临如下挑战： (1)海量信息问题：巨大的网络规模极有可能造成通信拥塞和信息处理瓶颈； (2)可维护问题:互联区域数众多，异动频繁，控制中屯、难W实时地维护整个电网 的全局模型； (3)隐私性问题：不同控制区可能隶属于不同的运营主体，由于商业机密，控制中 屯、难W采集各控制区的所有信息。 上述挑战都将促使集中式的状态估计变革为全分布式架构，决策机制由单一模式 变革为自治模式。全分布式架构不需要协调层来对各区域进行集中管理协调，各区域完全 自治，可W并行计算本区域的子问题，并与相邻区域交互边界信息，即可准确获得整个系统 的状态变量，同时抑制坏数据带来的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于双线性化的多区域电 网全分布式抗差状态估计方法，采用本专利技术提出的方法所进行的状态估计方法，能够很好 地保护各子区域的数据隐私，各区域之间只需交互极少量信息，即可协同获得电力系统状 态，并且能抑制坏数据带来的影响，具有很高的敏捷性与鲁棒性。 本专利技术提出一种，其特征 在于，该方法包括W下步骤： 1)将电力系统分成多个控制区，一个控制区为一条或若干条母线和挂接在上面的 发电机;设给定的电力系统被划分为R个区域，R为正整数;定义每个控制区中所有节点的集 合为节点j表示该区域中任意一节点吨：=|Mj巧包含节点j的区域数量. 2)对划分后的电力系统的每个控制区域建立由目标函数和约束条件组成的分布 式第一阶段线性模型，区域a和b为系统中任意两个相邻的控制区域，区域a其节点集化= {1，2,4…}，区域b节点集佩={3,5… 2 - 1 )设任意控制区域a目标函数为最小化全网残差平方和 妃-忍。尤-off反-公,J。-"J) W及保证坏数据稀疏性所引入的惩罚项导:|，如式（1): R 山n. 玄.人= 一 W) -点。私―的.+夺f I,] 口=1. *<[001引其中，公为区域a的目标函数，ya为区域a的中间状态变量，由{Ua,i，Ka,ij，La,ijU_i 成，U"',-【"',，A-"."-K"',P"',COS0".",La,リ=Va,iVa,jsin目a,ij,目a,ij二目a,广目a,j,Va,i和Va,j分力リ为区域曰 节点i和节点j的电压幅值，9a,1和0a,汾别为区域a节点i和节点j的电压相角，44为惩罚 项；W为区域a第一阶段坏数据向量，Za为区域a的量测包括电压幅值量测、支路有功量测、 支路无功量测、节点注入有功量测和注入无功量测，Ba为区域a的第一阶段量测矩阵，其元 素由式(2)-(6)量测方程确定：魄) 巧菊 (34) (35) (36) 其中，C:,和帶堤区域a节点i的注入有功和无功量测，瑞和猫是区域a支路。的1 端的有功和无功量测，K：,是区域a节点i电压量测值的平方，gu为支路ij的电导，gsh,i为节 点i的并联电导，bi功支路。的电纳，bsM为节点i的并联电纳，化化川分别为有功量巧U、无 功量测、电压幅值平方的误差项;A为常数； 2-2)约束约束条件包括:区域a的零注入等式约束，如式(7)所示：左A=屯饰 (37) Ea代表区域a的零注入量测矩阵； 为保证相邻区域边界状态量一致所引入的约束，如式(8)所示： '.K _ /'"i/'". V(i.j')Er^V&sA"，V。 口 8) '节;'[002引其中，Ka,U为区域a线路ij两端电压幅值W及相角差之余弦的乘积，La,U为区域a线 路ij两端电压幅值W及相角差之正弦的乘积，「3,b为区域a和b之间的联络线集合，A a为a 的相邻区域的集合； 3)令交替方向乘子法的迭代下标t = 0 ;给定交替方向乘子法的收敛标准e er;采 用交替方向乘子法对步骤2)建立的分布式第一阶段线性模型进行求解;具体包括： 3-1)更新控制区域a的中间状态变量，如式(9)所示： =斬作-￡:如阳Ug _""") + />乂]+ 軒" (39) pfER+为交替方向乘子法的罚因子，其中r为正实数集，毎,。=私A H 为增广信 息矩阵，I为单位阵，％为第t步迭代中区域a的辅助中间状态变量，由与{Ua，Ka，La}所对应的 辅助中间状态变量的成4!组成，初始值选为的,巧.马f = {ll,〇i，4 玲.1为区域a 的第一阶段辅助矩阵； 3-2)更新控制区域a的坏数据变量，如式(10)所示：皆-度成']; (40) 其中[书代表阔值算符，相当于对向量把'中的每个分量做如式(11)运算： 奋(0+A.色;曲 <-4: K"(0];= 义玄"(/)>^- （41) 0, 巧他 其中1代表分量序号； 3-3)控制区a与相邻控制区b交互边界辅助变量K和L，对相邻控制区a和b之间联络 线上的辅助变量K和L求均值，如式(12):(42) 3-4)更新区域a的辅助中间状态变量，如式(13): 於A二良t + 3护十）_及f -於牛1[003引 品-=公從） 已电矿 心(2..!/ "Hj,.!/ 。凡.。' Lq'" 其中，您，錦均为iT的分量； 3-5)判断第一阶段中交替方向乘子法是否收敛：计算原始残差向量如式(14):(44) 计算对偶残差向量如式（15): 护' ={|怎;蜀非1?-瑚1皆0，月坪<，6抑e4.，V?}; 巧巧[004引计算总残差如式（16): 於'=防1 (4 均 若Sf't含ef，则t:=t+l，返回步骤3-1);反之，说明交替方向乘子法已收敛，进行步 骤4); 4)对控制区域a的辅助中间状态变量进行第二阶段非线性变换，从而得到分布式 第S阶段线性模型所需要的量测，如式(17)-(19):(48) (49)[005引其中Qa,1为区域a节点i的电压幅值自然对数的两倍，Qa, 1功区域a支路U两端Qa,1 和0a,j之和，0a,ij为区域a的支路ij两端的电压相角差； 5)对控制区a域建立由目标函数和约束条件组成的分布式第=阶段线性模型； 5-1)目标函数如下，为最小化全网残差平方和藏听6,-C。,。-姆W及保证 坏数据稀疏性所引入的惩罚项叫树U 其中乃为区域a的目标函数，Xa为区域a的最终状态变量包括节点电压幅值和相 角，巧为区域第二阶段坏数据向量，^1。;|为惩罚项；电为区域a的经过非线性转换后的量测， 包括{曰3,1，03,^，曰3,1山〔3为区域曰的第；阶段量测矩阵，其元素由式(2〇)、（21)量测方程决 定： Qa,Ij = Qa,i+QaJ + ea (50)[005引目a,u = 0a,r0a,j+e0 (51) 其中，Ea，ee是第S阶段量：?Kij，目a, ij的误差项； 5-2)约束条件是用W保证相邻区域在边界处一致的等式约束，如式(22)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双线性化的多区域电网全分布式抗差状态估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将电力系统分成多个控制区，一个控制区为一条或若干条母线和挂接在上面的发电机；设给定的电力系统被划分为R个区域，R为正整数；定义每个控制区中所有节点的集合为节点j表示该区域中任意一节点，mj:＝|Mj|为包含节点j的区域数量；2)对划分后的电力系统的每个控制区域建立由目标函数和约束条件组成的分布式第一阶段线性模型，区域a和b为系统中任意两个相邻的控制区域，区域a其节点集Na＝{1,2,4…}，区域b节点集Nb＝{3,5…}；2‑1)设任意控制区域a目标函数为最小化全网残差平方和以及保证坏数据稀疏性所引入的惩罚项如式(1)：minΣa=1RJaf(ya,oaf)=Σa=1R[12(za-Baya-oaf)T(za-Baya-oaf)+λ||oaf||1]---(1)]]>其中，为区域a的目标函数，ya为区域a的中间状态变量，由{Ua,i,Ka,ij,La,ij}组成，La,ij＝Va,iVa0jsinθa,ij，θa,ij＝θa,i‑θa,j，Va,i和Va,j分别为区域a节点i和节点j的电压幅值，θa,i和θa,j分别为区域a节点i和节点j的电压相角，为惩罚项；为区域a第一阶段坏数据向量，za为区域a的量测包括电压幅值量测、支路有功量测、支路无功量测、节点注入有功量测和注入无功量测，Ba为区域a的第一阶段量测矩阵，其元素由式(2)‑(6)量测方程确定：Pa,im=Σj∈ij≠i[(gsh,i+gij)Ua,i-gijKa,ij-bijLa,ij]+ϵP---(2)]]>Qa,im=Σj∈ij≠i[-(bsh,i+bij)Ua,i-gijLa,ij+bijKa,ij]+ϵQ---(3)]]>Pa,ijm=(gsh,i+gij)Ua,i-gijKa,ij-bijLa,ij+ϵP---(4)]]>Qa,ijm=-(bsh,i+bij)Ua,i-gijLa,ij+bijKa,ij+ϵQ---(5)]]>Ua,im=Ua,i+ϵU---(6)]]>其中，和是区域a节点i的注入有功和无功量测，和是区域a支路ij的i端的有功和无功量测，是区域a节点i电压量测值的平方，gij为支路ij的电导，gsh,i为节点i的并联电导，bij为支路ij的电纳，bsh,i为节点i的并联电纳，εP,εQ,εU分别为有功量测、无功量测、电压幅值平方的误差项；λ为常数；2‑2)约束约束条件包括：区域a的零注入等式约束，如式(7)所示：Eaya=0,∀a---(7)]]>Ea代表区域a的零注入量测矩阵；为保证相邻区域边界状态量一致所引入的约束，如式(8)所示：Ka,ij=Kb,ijLa,ij=Lb,ij,∀(i,j)∈Γa,b,∀b∈Δa,∀a---(8)]]>其中，Ka,ij为区域a线路ij两端电压幅值以及相角差之余弦的乘积，La,ij为区域a线路ij两端电压幅值以及相角差之正弦的乘积，Гa,b为区域a和b之间的联络线集合，Δa为a的相邻区域的集合；3)令交替方向乘子法的迭代下标t＝0；给定交替方向乘子法的收敛标准ε∈R+；采用交替方向乘子法对步骤2)建立的分布式第一阶段线性模型进行求解；具体包括：3‑1)更新控制区域a的中间状态变量，如式(9)所示：yat+1=G^B,a-1(I-EaTB^a)[BaT(za-oaf,t)+ρfy^at]+B^aTze,a---(9)]]>ρf∈R+为交替方向乘子法的罚因子，其中R+为正实数集，为增广信息矩阵，I为单位阵，为第t步迭代中区域a的辅助中间状态变量，由与{Ua,Ka,La}所对应的辅助中间状态变量组成，初始值选为为区域a的第一阶段辅助矩阵；3‑2)更新控制区域a的坏数据变量，如式(10)所示：oaf,t+1=[za-Bayat+1]λ+---(10)]]>其中代表阈值算符，相当于对向量中的每个分量做如式(11)运算：其中l代表分量序号；3‑3)控制区a与相邻控制区b交互边界辅助变量K和L，对相邻控制区a和b之间联络线上的辅助变量K和L求均值，如式(12)：K‾a,ijt+1=12(Ka,ijt+1+Kb,ijt+1)L‾a,ijt+1=12(La,ijt+1+Lb,ijt+1),&F...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴文传，张伯明，孙宏斌，郑伟业，郭庆来，王彬，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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