[发明专利]基于基尔霍夫电流定律的变电站分布式状态估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于基尔霍夫电流定律的变电站分布式状态估计方法，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

能量管理系统(Energy management system，以下简称EMS)是基于计算机的现代电力系统的调度自动化系统，其任务是对电力系统进行实时采集、监视、分析、优化和控制决策。电力系统状态估计是EMS的基础和核心环节，状态估计是利用从电力系统中采集的实时量测信息，排除错误信息，计算出完整、一致和可信的电力系统实时变量，保证EMS控制决策的正确性。

状态估计是电网运行和控制的基础，传统状态估计是在电力控制中心实施，主要问题有(1)不够可靠：由于拓扑错误、非线性迭代发散和大误差导致的状态估计不可用，已成为世界范围内状态估计应用中的头号问题；(2)不够快：现有的状态估计的计算效率已无法满足大电网动态监控的需要，特别对于特大规模电网；(3)脆弱：传统的状态估计采用集中式建模，采用大电网全局目标，局部问题会导致全局问题；(4)自愈能力差：由于电网规模大，状态估计一旦出问题，人工诊断和修复十分困难，短时间内很难修复；(5)维护工作量大：维护状态估计已成为目前控制中心的一项大负担，维护出错率高，维护不及时。

基于基尔霍夫电流定律(KCL)的变电站分布式状态估计方法可以有效地解决上述问题。首先，变电站内量测冗余度大，本地纠错能力强，能很好地排除拓扑错误和坏数据，并为控制中心线性状态估计提供变电站母线复电压和支路复电流，避免了控制中心的非线性迭代发散问题，从而可从根本上提高控制中心状态估计的可靠性。其次，变电站状态估计将本地状态估计结果送入控制中心，在控制中心只要实施线性状态估计，可大大减少控制中心状态估计的计算量，可显著提高状态估计的计算效率。同时，在这种状态估计模式下，各变电站可独立地进行状态估计，可实现站内分布式诊断和维护，可通过各站的模型拼接实现电网全局模型的自动生成，从而增强了全局状态估计的可靠性和自愈能力，减少维护的工作量和出错率。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于基尔霍夫电流定律的变电站分布式状态估计方法，利用变电站内高度冗余的同步实时数据，通过零阻抗电流状态估计剔除量测坏数据和拓扑错误，再进行变电站拓扑分析，将拓扑错误和坏数据解决在变电站级，为控制中心提供变电站复电流和复电压的正确的状态估计值。

本发明提出的基于基尔霍夫电流定律的变电站分布式状态估计方法，包括以下步骤：

(1)以T为采集周期，对变电站内各电压等级进行扫描，采集当前时间t₍₀₎时变电站自动化系统中各电压等级内各开关上流过的复电流量测矢量节点注入复电流量测矢量节点复电压量测矢量z_nd和各开关的开合状态量测；

(2)设上述各电压等级内各开关全部闭合，以开关为零阻抗支路，变电站内每个电压等级都构成了一个零阻抗电网，将上述和作为已知量，针对每个电压等级，通过求解x＝(H^TWH)^-1H^TWz，得到各电压等级内各开关上的复电流估计值

其中W是变电站自动化系统中复电流量测的权重矩阵，由变电站自动化系统的电流量测方程得到，A_KCL是各电压等级内各开关全部闭合时零阻抗电网中的节点-开关关联矩阵，I为单位矩阵，r为量测误差矢量；

(3)设定一个误差阈值，将各开关上复电流量测分别与各复电流估计值进行比较，若两者差值最大且该差值大于设定的误差阈值，则该复电流量测为坏数据，并删除，重复步骤(2)和(3)，直到各开关上复电流量测矢量中没有坏数据，得到量测矢量

(4)设定一个估计阈值，将上述各电压等级内各开关上的复电流估计值与估计阈值进行比较，若复电流估计值大于估计阈值，则该开关的估计状态为闭合状态，若复电流估计值小于估计阈值，则该开关的估计状态为断开状态；再将开关的估计状态与上述开合状态量测进行比较，若开关的估计状态与上述开合状态量测不一致，则该开关的开合状态量测为坏数据，并删除，根据删除坏数据后的开关开合状态量测，得到关联矩阵A′_KCL；

(5)根据上述关联矩阵A′_KCL，将上述量测矢量作为新的输入，求解式x＝(H^TWH)^-1H^TWz，得到各电压等级下正确的开关电流状态估计值