一种基于内网量测数据的两端口外网静态等值方法

摘要

一种基于内网量测数据的两端口外网静态等值方法，属于电力系统静态等值技术领域。本发明利用计算机，通过程序，先输入内网基础数据，再根据内网量测数据依次求解两端口外网简化Ward等值电路参数和外网扩展电压源支路Ward等值电路参数，最后得到两端口外网等值参数。本发明考虑了外网等值参数的物理特征，增加了边界节点电压及等值负荷电流的量测方程和外网等值参数的物理约束，可有效保证外网等值参数的合理性，能够有效避免量测误差对等值参数的影响，等值精度高，等值效果好，无需任何外网信息，工程实用性强。本发明可广泛应用于任何两端口外网静态等值参数的估计，特别适用于电力市场环境下模型和状态信息未知两端口外网的静态等值。

主权项

1.一种基于内网量测数据的两端口外网静态等值方法，利用计算机，通过程序计算两端口外网的等值参数，其特征在于所述方法的具体步骤如下：(1)输入基础数据输入内网的基础数据，包括内网各节点的拓扑关系，各元件参数，以及边界节点电压和边界节点等值负荷电流多个时段的状态估计值；(2)计算外网简化Ward等值电路的参数第(1)步完成后，按下式建立外网简化Ward等值参数估计模型：$\min \underset{t=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{m=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\left(f_m^t{X}_{\mathrm{SC}}\right)}^2$$s.t.\left\{\begin{array}{c}{r}_{\mathrm{lk}}>0\\ x_{\mathrm{lk}}>r_{\mathrm{lk}}\end{array}\right.---\left(1\right)$式中：X_SC＝[r_lk，x_lk，I_s，I_Ll，I_Lk，V_l，V_k]，其中，r_lk和x_lk分别为外网简化Ward等值电路中两个边界节点间的等值电阻和电抗；$I_S=[I_{\mathrm{lR}}^S,I_{\mathrm{lI}}^S,I_{\mathrm{kR}}^S,I_{\mathrm{kI}}^S]$为外网简化Ward等值电路中电流源电流向量，和分别为注入边界节点l的电流源电流的实部和虚部，和分别为注入边界节点k的电流源电流的实部和虚部；$I_{\mathrm{Ll}}=[I_{\mathrm{lR}}^{L1},I_{\mathrm{lR}}^{L2},...,I_{\mathrm{lR}}^{\mathrm{LN}},I_{\mathrm{lI}}^{L1},I_{\mathrm{lI}}^{L2},...,I_{\mathrm{lI}}^{\mathrm{LN}}]$为各时段边界节点l等值负荷电流向量，N为时段数，N≥3，为第1，2，…，N个时段边界节点l等值负荷电流的实部，为第1，2，…，N个时段边界节点l等值负荷电流的虚部；$I_{\mathrm{Lk}}=[I_{\mathrm{kR}}^{L1},I_{\mathrm{kR}}^{L2},...,I_{\mathrm{kR}}^{\mathrm{LN}},I_{\mathrm{kI}}^{L1},I_{\mathrm{kI}}^{L2},...,I_{\mathrm{kI}}^{\mathrm{LN}}]$为各时段边界节点k等值负荷电流向量，为第1，2，…，N个时段边界节点k等值负荷电流的实部，为第1，2，…，N个时段边界节点k等值负荷电流的虚部；$V_l=[V_{\mathrm{lR}}^1,V_{\mathrm{lR}}^2,...,V_{\mathrm{lR}}^N,V_{\mathrm{lI}}^1,V_{\mathrm{lI}}^2,...,V_{\mathrm{lI}}^N]$为各时段边界节点l的电压向量，为第1，2，…，N个时段边界节点l电压的实部，为第1，2，…，N个时段边界节点l电压的虚部，$V_k=[V_{\mathrm{kR}}^1,V_{\mathrm{kR}}^2,...,V_{\mathrm{kR}}^N,V_{\mathrm{kI}}^1,V_{\mathrm{kI}}^2,...,V_{\mathrm{kI}}^N]$为各时段边界节点k的电压向量，为第1，2，…，N个时段边界节点k电压的实部，为第1，2，…，N个时段边界节点k电压的虚部，为量测方程，m＝1，2，…，12，其表达式为：$f_1^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{V}}_{\mathrm{lR}}^t-V_{\mathrm{lR}}^t---\left(2\right)$$f_2^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{V}}_{\mathrm{lI}}^t-V_{\mathrm{lI}}^t---\left(3\right)$$f_3^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{V}}_{\mathrm{kR}}^t-V_{\mathrm{kR}}^t---\left(4\right)$$f_4^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{V}}_{\mathrm{kI}}^t-V_{\mathrm{kI}}^t---\left(5\right)$$f_5^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{I}}_{\mathrm{lR}}^{\mathrm{Lt}}-I_{\mathrm{lR}}^{\mathrm{Lt}}---\left(6\right)$$f_6^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{I}}_{\mathrm{lI}}^{\mathrm{Lt}}-I_{\mathrm{lI}}^{\mathrm{Lt}}---\left(7\right)$$f_7^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{I}}_{\mathrm{kR}}^{\mathrm{Lt}}-I_{\mathrm{kR}}^{\mathrm{Lt}}---\left(8\right)$$f_8^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)={\hat{I}}_{\mathrm{kI}}^{\mathrm{Lt}}-I_{\mathrm{kI}}^{\mathrm{Lt}}---\left(9\right)$$f_9^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)=(V_{\mathrm{lR}}^t-V_{\mathrm{kR}}^t)-(I_{\mathrm{lR}}^S-I_{\mathrm{lR}}^{\mathrm{Lt}})r_{\mathrm{lk}}+(I_{\mathrm{lI}}^S-I_{\mathrm{lI}}^{\mathrm{Lt}})x_{\mathrm{lk}}---\left(10\right)$$f_{10}^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)=(V_{\mathrm{lI}}^t-V_{\mathrm{kI}}^t)-(I_{\mathrm{lI}}^S-I_{\mathrm{lI}}^{\mathrm{Lt}})r_{\mathrm{lk}}-(I_{\mathrm{lR}}^S-I_{\mathrm{lR}}^{\mathrm{Lt}})x_{\mathrm{lk}}---\left(11\right)$$f_{11}^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)=(V_{\mathrm{kR}}^t-V_{\mathrm{lR}}^t)-(I_{\mathrm{kR}}^S-I_{\mathrm{kR}}^{\mathrm{Lt}})r_{\mathrm{lk}}+(I_{\mathrm{kI}}^S-I_{\mathrm{kI}}^{\mathrm{Lt}})x_{\mathrm{lk}}---\left(12\right)$$f_{12}^t\left(X_{\mathrm{SC}}\right)=(V_{\mathrm{kI}}^t-V_{\mathrm{lI}}^t)-(I_{\mathrm{kI}}^S-I_{\mathrm{kI}}^{\mathrm{Lt}})r_{\mathrm{lk}}-(I_{\mathrm{kR}}^S-I_{\mathrm{kR}}^{\mathrm{Lt}})x_{\mathrm{lk}}---\left(13\right)$式中：和为第t个时段边界节点l电压量测值的实部和虚部，和为第t个时段边界节点k电压量测值的实部和虚部，和为第t个时段边界节点l等效负荷电流量测值的实部和虚部，和为第t个时段边界节点k等效负荷电流量测值的实部和虚部，和为第t个时段边界节点l电压的实部和虚部，和为第t个时段边界节点k电压的实部和虚部，和为第t个时段边界节点l等效负荷电流的实部和虚部，和为第t个时段边界节点k等效负荷电流的实部和虚部；求解式(1)-(13)所示的模型，得到外网简化Ward等值参数的估计值，即得到两个边界节点间的等值电阻r_lk和等值电抗x_lk，节点l注入电流源电流的实部和虚部节点k注入电流源电流的实部和虚部以及各时段边界节点l的等值负荷电流的实部和虚部各时段边界节点k的等值负荷电流的实部和虚部各时段边界节点l的电压实部和虚部各时段边界节点k的电压实部和虚部(3)计算外网扩展电压源支路Ward等值电路的参数第(2)步完成后，按下式建立外网扩展电压源支路Ward等值参数的估计模型：$\min \underset{t=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{m=1}{\overset{6}{\Sigma }}{\left(h_m^t{X}_{\mathrm{EC}}\right)}^2$$s.t.\left\{\begin{array}{c}0.9<E_l<1.2\\ 0.9<E_k<1.2\\ r_l>0\\ r_k>0\\ x_l>r_l\\ x_k>r_k\end{array}\right.---\left(14\right)$式中：$X_{\mathrm{EC}}=[r_l,r_k,x_l,x_k,E_l,E_k,{\theta }_l^1,{\theta }_l^2,...,{\theta }_l^N,{\theta }_k^1,{\theta }_k^2,...,{\theta }_k^N],$其中，r_l、r_k分别两条扩展电压源支路的等值电阻，x_l、x_k为两条扩展电压源支路的等值电抗，E_l，E_k为两条扩展支路中电压源的电压幅值，为第1，2，…，N个时段边界节点l所连扩展支路电压源的相角，N为时段数，N≥3，为第1，2，…，N个时段边界节点k所连扩展支路电压源的相角，为量测方程，n＝1，2，3，4，其表达式为：$h_1^t\left(X_{\mathrm{EC}}\right)=E_l\cos {\theta }_l^t-V_{\mathrm{lR}}^t-r_l{I}_{\mathrm{lR}}^S+x_l{I}_{\mathrm{lI}}^S---\left(15\right)$$h_2^t\left(X_{\mathrm{EC}}\right)=E_l\sin {\theta }_l^t-V_{\mathrm{lI}}^t-r_l{I}_{\mathrm{lI}}^S-x_l{I}_{\mathrm{lR}}^S---\left(16\right)$$h_3^t\left(X_{\mathrm{EC}}\right)=E_k\cos {\theta }_k^t-V_{\mathrm{kR}}^t-r_k{I}_{\mathrm{kR}}^S+x_k{I}_{\mathrm{kI}}^S---\left(17\right)$$h_4^t\left(X_{\mathrm{EC}}\right)=E_k\sin {\theta }_k^t-V_{\mathrm{kI}}^t-r_k{I}_{\mathrm{kI}}^S-x_k{I}_{\mathrm{kR}}^S---\left(18\right)$式中：为第t个时段边界节点l所连扩展支路电压源的相角，为第t个时段边界节点k所连扩展支路电压源的相角；求解式(14)～(18)所示的模型，得到外网扩展电压源支路Ward等值参数的估计值，即得到两条扩展电压源支路的等值电阻r_l、r_k和等值电抗x_l、x_k，两条扩展电源源支路中电压源的电压幅值E_l，E_k，以及各时段边界节点l所连扩展支路电压源的相角各时段边界节点l所连扩展支路电压源的相角(4)输出外网等值电路的参数第(3)步完成后，输出外网等值电路参数，即输出两条扩展电压源支路的等值电阻r_l、r_k和等值电抗x_l、x_k，两个边界节点间的电阻r_lk和电抗x_lk，边界节点l所连扩展支路电压源的幅值E_l和相角以及边界节点k所连扩展支路电压源的幅值E_k和相角