本发明专利技术公开了一种基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法。该方法利用历史状态预测当前时刻的状态区间，并基于非线性优化模型进行区间修正以确保预测区间的合理性；然后，利用基于中值定理的非线性等式放缩方法将非线性区间SE模型转化为线性优化模型，保证估计区间的完备性。本发明专利技术提出的算法能够在高比例新能源渗透下的弱可观交直流配电网中准确获取交直流配电网状态的区间信息，为后续安全评估和优化运行提供技术支撑。全评估和优化运行提供技术支撑。全评估和优化运行提供技术支撑。
【技术实现步骤摘要】
一种基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法
[0001]专利技术涉及一种交直流配电网的区间状态估计(state estimation，SE)方法，尤其涉及一种基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法。
技术介绍
[0002]随着清洁替代、多能互补、绿色电力消费等理念的兴起，越来越多的新能源以分布式电源(distributed generation，DG)的形式接入配电网，同时，电动汽车、信息设备等直流负荷的比重不断提高，传统配电网正逐步转变为多能源供电的交直流主动配电网。然而，间歇性DG和柔性负荷的增多将进一步加剧节点电压的波动，易导致电压越限、电能质量降低等问题。因此，预知未来电压变化趋势，实时感知交直流配电网的当前运行状态，对保障交直流配电网系统安全稳定运行具有重要意义。
[0003]状态估计利用量测仪表等信息感知系统运行状态，为配电管理系统后续的高级应用如优化调度、安全评估、故障自愈等提供了数据基础和技术支撑。由于配电网实时量测较少，需要大量基于历史数据或预测得到的伪量测(如DG出力数据、负荷功率)保证全系统的可观测性。但是伪量测的误差难以保证，其具体的概率分布更是难以准确获取，这将导致加权最小二乘(weighted least square，WLS)等点估计方法精度显著下降，无法满足要求。为解决此问题，在配电网状态估计中需要对不确定性变量进行合理建模，并考虑其随机波动对系统状态的影响。常用的处理不确定性问题的方法主要包括概率模型、模糊数模型和区间模型。前两者模型需要预先获取所需的概率密度函数或隶属度函数，而区间模型仅需变量的上下界信息，不需要特定的分布，在实际应用中具有更强的适用性。
[0004]目前，区间状态估计或潮流计算的方法主要包括以下几类：(I)区间约束传播法：忽略了同一变量在不同约束中的相关性，保守性较高。(II)基于Krawczyk算子的方法：低量测覆盖率的配电网和高配置成本的PMU降低了该方法在大多数配电网中的工程实用性。(III)仿射算法：仿射的非线性运算较为复杂，引入的新噪声元会导致区间扩张，计算结果较为保守。(IV)优化法：区间SE的非线性优化模型是非凸模型，无法保证解的完备性，使用泰勒展开忽略高次项建立线性优化模型，其线性化近似的准确性依赖于区间的中间值。以上研究均针对纯交流配电网，对于交直流混合配电网来说，由于分布式新能源广泛接入、量测冗余度低、三相不平衡现象突出，应用上述方法很难准确获得多重不确定性因素影响下的系统状态。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提供一种基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，能够在高比例新能源渗透下的弱可观交直流配电网中准确获取交直流配电网状态的区间信息。
[0006]技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，包括以下步骤：
[0007](1)根据交直流配电网的参数信息建立交直流配电网的三相模型；
[0008]所述的参数信息包括：交直流配电网的拓扑信息、各支路阻抗、电压源换流器的等值阻抗和电压源换流器的控制方式。所述电压源换流器的控制方式为主从控制模式，将一台换流站作为主换流站控制直流侧节点电压和交流并网侧无功功率，其余换流站作为从换流站控制交流并网侧有功功率和一个无功类变量(交流并网侧电压或交流并网侧无功功率)。
[0009](2)将量测量和状态变量表示为区间形式，根据量测方程和运行约束建立交直流配电网的非线性区间状态估计模型；
[0010]所述的区间形式为：
[0011][0012]式中：[x]为区间数；x和分别为x的上下边界。
[0013]所述的量测方程为量测量关于状态变量的计算式，所述的运行约束包括状态变量间的关系约束、电压源换流器的控制约束、电压源换流器交直流两侧的功率平衡约束、电压源换流器交流出口节点三相对称的约束。所述的交直流配电网非线性区间状态估计模型为：
[0014][0015]式中：x
i
∈x为状态变量；z
i
∈z为量测量；h(
·
)为量测向量和状态向量的映射关系；g([x])＝0为运行约束方程。
[0016](3)根据历史状态，采用两参数指数平滑法的区间形式预测当前时刻的状态区间；
[0017]所述的两参数指数平滑法的区间形式为：
[0018][0019][0020][b
k
]＝q([a
k
]‑
[a
k
‑1])+(1
‑
q)[b
k
‑1][0021]式中：k为时间断面的序号；为预测区间；为上一个时间断面的预测区间；[x
k
]为估计区间；[a
k
]和[b
k
]为中间变量；[a
k
‑1]和[b
k
‑1]为上一个时间断面的中间变量；p和q为平滑参数，取值为[0，1]。
[0022](4)利用基于中值定理的非线性等式放缩方法，将交直流配电网的非线性区间状态估计模型转化为线性区间状态估计模型，以步骤(3)的预测区间作为状态变量的初始区间，以量测系统采样得到的量测区间作为量测变量的初始区间，将两者一起输入线性区间状态估计器，使之输出新的状态区间和量测区间；
[0023]所述的基于中值定理的非线性等式放缩方法为：
[0024]设非线性等式方程为：
[0025]f(α)＝0
[0026]则原非线性等式方程转化为两个线性约束：
[0027][0028]式中，(J([α]))
min/max
为常数，分别为f(α)关于α的偏导数的最小值和最大值。
[0029]所述的线性区间状态估计模型为：
[0030][0031]式中：h(
·
)为量测向量和状态向量的映射关系；g(.)为运行约束函数；H(x)和K(x)分别为h(x)和g(x)的偏导数，x
i
∈x为状态变量；z
i
∈z为量测量。
[0032](5)若线性区间状态估计器输出的状态区间非空，则转步骤(6)，若线性区间状态估计器输出的状态区间为空集，说明存在不准确的预测区间，此时根据节点电压幅值范围[0.95，1.05]p.u.、节点电压相角偏差范围[
‑5°
，+5
°
]和线路载流量范围获得状态变量保守的经验区间，将经验区间输入非线性状态估计器获得状态区间，比较该状态区间和预测区间，若某一状态的预测区间不完全包含非线性区间估计器输出的该状态的区间，则说明该状态的预测区间不准确，找到预测区间不准确的状态集合后，以非线性区间估计器输出的该状态集合的区间的中点为中心点，以先前各时间断面该状态集合预测区间的平均宽度为宽度，重新生成该状态集合的新的预测区间，并代替其原预测区间输入线性区间状态估计器，使之输出新的状态区间和量测区间；
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据交直流配电网的参数信息建立交直流配电网的三相模型；(2)将量测量和状态变量表示为区间形式，根据量测方程和运行约束建立交直流配电网的非线性区间状态估计模型；(3)根据历史状态，采用两参数指数平滑法的区间形式预测当前时刻的状态区间，以获得预测区间；(4)利用基于中值定理的非线性等式放缩方法，将交直流配电网的非线性区间状态估计模型转化为线性区间状态估计模型，以所述预测区间作为状态变量的初始区间，以量测系统采样得到的量测区间作为量测变量的初始区间，输入线性区间状态估计器；(5)若线性区间状态估计器输出的状态区间非空，则转步骤(6)，若线性区间状态估计器输出的状态区间为空集，则根据节点电压幅值范围、节点电压相角偏差范围和线路载流量范围获得状态变量保守的经验区间，将所述状态变量保守的经验区间输入非线性状态估计器获得第一状态区间，比较所述第一状态区间和预测区间，若某一状态的预测区间不完全包含第一状态区间，则先计算出第二状态集合，然后以非线性区间估计器输出的所述第二状态集合的区间的中点为中心点，以先前各时间断面所述第二状态集合的预测区间的平均宽度为区间宽度，重新生成所述第二状态集合的新的预测区间，与量测区间一起输入线性区间状态估计器，线性区间状态估计器输出新的状态区间和量测区间；所述第二状态集合是指预测区间不准确的状态集合；(6)将线性区间状态估计器输出的状态区间和量测区间再次作为线性区间状态估计器的输入，线性区间状态估计器输出更新的状态区间和量测区间；(7)重复步骤(6)，直到状态区间和量测区间的宽度不再进一步减小。2.如权利要求1所述的基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，其特征在于：步骤(1)所述的参数信息包括：交直流配电网的拓扑信息、各支路阻抗、电压源换流器的等值阻抗和电压源换流器的控制方式。3.如权利要求2所述的基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，其特征在于：所述电压源换流器的控制方式为主从控制模式，将一台换流站作为主换流站控制直流侧节点电压和交流并网侧无功功率，其余换流站作为从换流站控制交流并网侧有功功率和无功类变量，所述无功类变量是指交流并网侧电压或交流并网侧无功功率。4.如权利要求1所述的基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，其特征在于：步骤(2)所述的区间形式为：式中：[x]为区间数；x和分别为x的上下边界。5.如权利要求1所述的基于状态预测的交直流配电网线性区间状态估计方法，其特征在于：步骤(2)所述的量测方程为量测量关于状态变量的计算式，所述的运行约束包括状态变量间的关系约束、电压源换流器的控制约束、电压源换流器交直流两侧的功率平衡约束、电压源换...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄蔓云，费有蝶，卫志农，孙国强，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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