变电站-调度中心两级分布式电网的非线性状态估计方法

摘要

本发明涉及一种变电站-调度中心两级分布式电网的非线性状态估计方法，属于电力系统运行和控制技术领域。首先在变电站中利用来自PMU、RTU的多源量测，采用变电站三相无阻抗非线性多源状态估计方法进行变电站状态估计，同步辨识并剔除变电站内开关开合状态坏数据和模拟量坏数据，获得各变电站的高可靠性的三相拓扑结构、高精度的三相状态估计结果及三相不平衡度并实时上传到调度中心，同时没有参与变电站状态估计的变电站选择部分原始量测量上传到调度中心，调度中心利用上传的正序或单相量对电网进行拓扑分析及非线性单相状态估计，有效监视全网三相不平衡程度和非全相运行的情况，并实现了传统状态估计到两级分布式状态估计的过渡。

主权项

1.一种变电站-调度中心两级分布式电网的非线性状态估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)设T1为电网的变电站的状态估计周期，T2为电网的调度中心的状态估计周期，T1＜T2；采集各变电站中各电压等级下来自电网的远方终端单元和相量量测单元的多源量测数据，来自远方终端单元的量测数据为：变电站内的各三相电压幅值、三相电流幅值、三相有功功率、三相无功功率以及变电站内各开关各相的开关开合状态，来自相量量测单元的量测数据为：变电站内的各三相复电压、三相复电流、三相有功功率和三相无功功率；(2)设电网变电站的各电压等级下各开关三相为闭合，形成由连通的无阻抗开关支路组成的开关岛，在各开关岛内分别进行无阻抗电压状态估计和无阻抗功率状态估计，并根据无阻抗功率状态估计结果分别进行模拟量坏数据的辨识和开关开合状态坏数据辨识，剔除坏数据，根据新的开关开合状态，形成变电站内各电压等级下的新开关岛，设新开关岛有M个，则其中，K为该变电站内电压等级个数，N_k为第k个电压等级下开关岛个数，对各新开关岛进行状态估计，得到变电站内各电压等级下各开关的三相开合状态各节点的三相复电压各开关上三相有功功率和无功功率以及各节点三相注入有功功率和无功功率其中分别为与变电站内的变压器、线路及容抗器相连的出线节点的三相注入有功功率和无功功率，分别为除出线节点以外的物理节点的三相注入有功功率和无功功率，上标表示三相；(3)以步骤(2)的变电站内各电压等级下各新开关岛分别为一条母线，则共有M条母线，母线的复电压为通过求解得到变电站内第m个新开关岛的母线复电压其中，为上述各节点三相复电压的第i个值，n为第m个新开关岛内的节点数，则母线的a、b线电压相量为为母线a相电压相量，为母线b相电压相量；(4)根据步骤(2)的变电站三相状态估计结果，通过求解得到第m个新开关岛内各开关上三相复电流通过求解得到第m个新开关岛内各节点的三相注入复电流其中为与变电站内的变压器、线路及容抗器相连的出线节点的三相注入复电流，为除出线节点以外的物理节点的三相注入复电流，出线节点a相的电流相量为(5)根据步骤(3)中变电站内各母线三相复电压得到变电站内各母线三相电压的正序分量和负序分量$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{U}}_1=\frac{1}{3}({\stackrel{·}{U}}^a+a{\stackrel{·}{U}}^b+a^2{\stackrel{·}{U}}^c)\\ {\stackrel{·}{U}}_2=\frac{1}{3}({\stackrel{·}{U}}^a+a^2{\stackrel{·}{U}}^b+a{\stackrel{·}{U}}^c)\end{array}\right.$其中，计算得到变电站内各母线的三相复电压正序分量幅值|U₁|和负序分量幅值|U₂|：$\left\{\begin{array}{c}\left|U_1\right|=\sqrt{U_{1\mathrm{real}}^2+U_{1\mathrm{imag}}^2}\\ \left|U_2\right|=\sqrt{U_{2\mathrm{real}}^2+U_{2\mathrm{imag}}^2}\end{array}\right.$其中，U_1real和U_1imag为变电站内各母线三相复电压正序分量的实部和虚部，U_2real和U_2imag为负序分量的实部和虚部，通过求解得到变电站内各母线的三相电压不平衡度；(6)由步骤(4)变电站内各出线节点的三相注入复电流计算得到各出线节点三相电流的正序分量和负序分量$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{I}}_1=\frac{1}{3}({\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{LN}}^a+a{\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{LN}}^b+a^2{\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{LN}}^c)\\ {\stackrel{·}{I}}_2=\frac{1}{3}({\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{LN}}^a+a^2{\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{LN}}^b+a{\stackrel{·}{I}}_{\mathrm{LN}}^c)\end{array}\right.$其中，计算得到各出线节点三相电流的正序分量幅值和负序分量幅值$\left\{\begin{array}{c}\left|{\stackrel{·}{I}}_1\right|=\sqrt{I_{1\mathrm{real}}^2+I_{1\mathrm{imag}}^2}\\ \left|{\stackrel{·}{I}}_2\right|=\sqrt{I_{2\mathrm{real}}^2+I_{2\mathrm{imag}}^2}\end{array}\right.$其中，I_1real和I_1imag分别为正序分量的实部和虚部，I_2real和I_2imag分别为负序分量的实部和虚部，通过求解得到变电站内各出线节点三相电流不平衡度；(7)通过如下公式：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{CB}}=P_{\mathrm{CB}}^a+P_{\mathrm{CB}}^b+P_{\mathrm{CB}}^c\\ Q_{\mathrm{CB}}=Q_{\mathrm{CB}}^a+Q_{\mathrm{CB}}^b+Q_{\mathrm{CB}}^c\\ P_{\mathrm{ND}}=P_{\mathrm{ND}}^a+P_{\mathrm{ND}}^b+P_{\mathrm{ND}}^c\\ Q_{\mathrm{ND}}=Q_{\mathrm{ND}}^a+Q_{\mathrm{ND}}^b+Q_{\mathrm{ND}}^c\end{array}\right.,$计算变电站内各开关三相总有功功率P_CB和三相总无功功率Q_CB，以及变电站内各节点的三相注入总有功功率和三相总无功功率其中P_LN、Q_LN分别为变电站内各出线节点的三相总有功功率和无功功率，P_nd、Q_nd分别为除出线节点以外的物理节点的三相总有功功功率和无功功率；(8)计算变电站内各开关的三相总开合状态z_CB，其中第i个开关的三相总开合状态计算公式如下：$z_{\mathrm{CB},i}=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{if}{z}_{\mathrm{CB},i}^a=z_{\mathrm{CB},i}^b=z_{\mathrm{CB},i}^c=0;\\ 1,\mathrm{if}{z}_{\mathrm{CB},i}^a=z_{\mathrm{CB},i}^b=z_{\mathrm{CB},i}^c=1;\\ 2,\mathrm{alarm}\end{array}\right.$其中，0表示开关的三相都闭合，1表示开关的三相都断开，2表示开关的三相开合状态不一致，处于报警状态，并向调度中心发送非全相运行状态的报警信号；(9)当到达电网的变电站的状态估计周期T1时，重复步骤(1)-(9)，进行周期性变电站状态估计，当到达电网的调度中心的状态估计周期T2时，进行以下步骤；(10)电网的调度中心从各变电站采集量测量熟数据z_se。，其中，当调度中心需要正序熟数据对电网进行状态估计时，其中，表示正序熟数据，当调度中心需要单相熟数据对电网进行状态估计时，表示单相熟数据，同时调度中心从各变电站采集以下变电站状态估计结果：变电站的各母线三相电压不平衡度ε_U、各出线节点三相电流不平衡度ε_I以及各开关的三相总开合状态z_CB；(11)调度中心采集电网中不参与变电站状态估计的各变电站原始量测量z_meas，其中，当调度中心需要正序量测量对电网进行状态估计时，其中，表示正序量测量，|U′₁|为远方终端单元采集到的变电站内各电气母线电压幅值，|I′₁|为远方终端单元采集到的各出线节点的电流幅值，P′、Q′分别为远方终端单元采集到的各出线节点的三相总的有功功率和无功功率，为相量量测单元采集到的各电气母线正序复电压，分别为相量量测单元采集到的各出线节点的正序复电流，P′_PMU、Q′_PMU分别为相量量测单元采集到的各出线节点的三相总有功功率和无功功率，当调度中心需要单相熟数据对电网进行状态估计时，其中，表示单相量测量，|U′_ab|为远方终端单元采集到的变电站内各电气母线a、b线电压幅值，|I′_a|为远方终端单元采集到的变电站内各出线节点的a相电流幅值，为相量量测单元采集到的变电站内各电气母线a、b线电压相量，为相量量测单元采集到的变电站内各出线节点的a相电流相量；(12)当调度中心的第i个开关的三相总开合状态z_CB1等于2时，即为非全相运行状态时，处于报警状态；设置一个三相电流不平衡度阈值，当变电站内各出线节点的三相复电流不平衡度ε_I大于此阈值时，处于报警状态；设置一个三相电压不平衡度阈值，当变电站内各母线的三相电压不平衡度ε_U大于此阈值时，处于报警状态；利用各变电站状态估计结果，对电网进行传统的电力系统拓扑分析和状态估计，传统状态估计目标函数如下：J(x)＝[z-h(x)]^TR^-1]T[z-h(x)]其中，状态量x＝(v₁，...v_m，θ₁，...，θ_m)^T表示电网各母线的电压幅值和相角，量测矢量包括变电站状态估计得到的量测量熟数据z_se及没有进行状态估计的变电站的原始量测量z_meas；(13)重复步骤(1)-(13)，进行变电站-调度中心两级分布式电网的非线性状态估计。