技术领域
背景技术
[0002]
电网参数是状态估计、潮流、稳定计算等电力系统计算
软件的
基础数据。
数据库中的参数错误会影响各种
应用软件的计算结果，导致发出错误的控制命令，可能危及电力系统的正常安全运行。
[0003] 目前关于状态估计参数识别的方法主要有两种：增广状态估计法和量测残差灵敏度分析法。增广状态估计方法把待识别的参数作为状态变量进行状态估计计算，估计参数值。这样容易导致增益矩阵病态，存在数值
稳定性差的问题。量测残差灵敏度分析方法，即在常规状态估计结束后再利用量测残差进行参数估计，这种方法容易受到状态估计
质量的影响。
[0004] 文献“计及广域测量信息的状态估计错误参数识别与修正”(李大路，李蕊，孙元章，陈涵，电力系统自动化，2008，32(14)：11-15)引入WAMS量测，建立了计及WAMS信息的目标函数，将WAMS功率残差和零注入
节点功率残差，与SCADA量测残差一起构成拉格朗日函数，由优化理论得出参数误差与各残差的灵敏度关系，从而进一步识别和修正错误参数，并用IEEE-39
母线系统对此方法进行仿真，在9个母线上配置PMU装置时可以实现多个参数错误的识别和修正，同时也可以识别拓扑错误和参数错误同时存在的情况，但此方法需要进行
迭代求解，
算法较复杂，PMU配置
冗余度要求仍较大，并且没有考虑参数错误和坏数据同时存在时的参数估计问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种基于相量测量单元的电力网络新息图参数估计方法，以解决
现有技术不能在坏数据、拓扑错误和参数错误同时存在情况下进行网络支路参数估计的问题，同时还能降低PMU配置冗余度要求，提高计算速度。
[0006] 本发明的方法包括下述步骤：步骤一：对n节点b条支路的电力网络进行拓扑分析，根据PMU配置情况形成电力网络的生成树，确定树支和连支；
[0007] 步骤二：获取所有支路和节点注入的
电流预报值与有量测的支路和节点注入电流量测值，有量测是指利用PMU装置
采样得到的量测值；
[0008] 步骤三：计算有量测支路的电流新息矢量；
[0009] 步骤四：根据连支的新息值计算各回路中树支的电流新息值，得到所有树支的电流连支推算新息矢量；
[0010] 步骤五：根据步骤三获取的有量测支路的电流新息矢量和步骤四获取的电流连支推算新息矢量计算有量测支路的电流新息差矢量
[0011] 步骤六：判断有量测支路上的电流新息差矢量 的元素值是否明显偏大；明显偏大是指该树支支路上的新息差比其他正常树支支路的新息差大一个数量级以上，包括大一个数量级本身；
[0012] 如果所有树支支路新息差都没有明显偏大的情况，则确定所有树支支路上都不存在坏数据，执行步骤八；
[0013] 如果某些回路中存在大量支路新息差明显偏大，则判断此回路的连支为坏数据，进行换树，即将存在坏数据的连支变为树支，另取该回路中一树支作为该回路连支，返回步骤四重新计算连支推算新息矢量；大量是指新息差很大支路数占该回路有测量支路数一半及一半以上；
[0014] 如果某些回路中有较少支路的新息差明显偏大，则判断为新息差较大的支路存在坏数据，执行步骤七，较少是指新息差很大支路数占该回路有测量支路数少于一半；
[0015] 步骤七：标记出所有坏数据所在的树支，然后将存在坏数据支路的量测值不再使用；
[0016] 步骤八：排除坏数据后根据步骤四获取的连支推算新息矢量和步骤二获取的预报矢量计算得出每条支路上的修正预估比矢量R；
[0017] 步骤九：判断每条支路上的修正预估比是否偏大或是否接近于零，偏大是指该支路修正预估比比其他正常支路的修正预估比大一至二个数量级，接近于零是指该支路修正预估比比其他正常支路的修正预估比小一至二个数量级；
[0018] 如果所有支路修正预估比既不偏大也不接近于零，则该网络不存在拓扑错误，执行步骤十；
[0019] 如果某支路修正预估比偏大，则该支路存在突然闭合拓扑错误；如果某支路修正预估比接近于零，则该支路存在开断拓扑错误，此时执行步骤九B：改变拓扑错误的支路状态，根据新的拓扑结构重新计算预报值，并计算支路新息值和所有支路连支推算新息值；然后执行步骤十；
[0020] 步骤十：判断支路中是否有某些支路及其相连支路的连支推算新息值较大，较大是指该支路连支推算新息值大于其他正常支路值一倍及一倍以上；
[0021] 如果所有支路连支推算新息值均不大于一倍及一倍以上，则判断此电力网络不存在参数错误；
[0022] 如果某些支路及其相连支路的连支推算新息值较大，则判断该支路存在参数错误，执行步骤十一；
[0023] 步骤十一：标记支路连支推算新息值较大的支路，认为连支推算新息值最大支路存在参数错误，进行参数估计过程。
[0024] 本
申请利用新息图法进行参数估计，无需迭代，可以实现在线估计，同时冗余度要求低，在n节点b条支路的电力网络中，PMU配置个数只需满足网络连支有量测即可(PMU配置个数≤b-n+1)。例如，在无坏数据的情况下IEEE-39母线系统仅需6个节点配置PMU装置即可识别拓扑错误和参数错误。在坏数据、拓扑错误和参数错误同时存在的情况下可以逐一辨识这些不正常事件，只是存在坏数据时PMU配置冗余度要求稍有提高，这是其他方法难于识别的情况。本发明对坏数据、拓扑错误和参数错误同时存在情况下进行了处理并提高了计算速度。
附图说明
[0025] 图1是形成新息矢量的示意图，图2是支路π型等效
电路模型的示意图，图3是交流潮流模型t+1时刻的运行网络示意图，图4是交流潮流模型t+1时刻的预报网络示意图，图5是交流潮流模型t+1时刻的新息网络示意图，图6是参数估计支路模型示意图，图7是IEEE-5节点系统结构示意图，图7中细实线代表树支，虚线代表连支。图8是本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0026] 具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式包括下述步骤：
[0027] 步骤一：对n节点b条支路的电力网络进行拓扑分析，根据PMU配置情况形成电力网络的生成树，确定树支和连支，本申请的树支、连支及生成树等概念均为图论相关概念。在电力网络中配置的PMU数量只需满足所有连支(b-n+1个)均有量测即可满足拓扑错误识别和参数估计的需求。某支路存在坏数据则在该支路所在的回路中需要有树支测量，有一个树支测量可检测出该回路存在坏数据；有两个树支测量可以正确识别出坏数据。
[0028] 步骤二：获取所有支路和节点注入的电流预报值与有量测的支路和节点注入电流量测值，有量测是指利用PMU装置采样得到的量测值；
[0029] 步骤三：计算有量测支路的电流新息矢量；
[0030] 步骤四：根据连支的新息值计算各回路中树支的电流新息值，得到所有树支的电流连支推算新息矢量；
[0031] 步骤五：根据步骤三获取的有量测支路的电流新息矢量和步骤四获取的电流连支推算新息矢量计算有量测支路的电流新息差矢量
[0032] 步骤六：判断有量测支路上的电流新息差矢量 的元素值是否明显偏大；明显偏大是指该树支支路上的新息差比其他正常树支支路的新息差大一个数量级以上，包括大一个数量级本身；
[0033] 如果所有树支支路新息差都没有明显偏大的情况，则确定所有树支支路上都不存在坏数据，执行步骤八；
[0034] 如果某些回路中存在大量支路的新息差明显偏大，则判断此回路的连支为坏数据，进行换树，即将存在坏数据的连支变为树支，另取该回路中一树支作为该回路连支，返回步骤四重新计算连支推算新息矢量；大量是指新息差很大支路数占该回路有测量支路数一半及一半以上；
[0035] 如果某些回路中有较少支路的新息差明显偏大，则判断为新息差较大的支路存在坏数据，执行步骤七，较少是指新息差很大支路数占该回路有测量支路数少于一半；
[0036] 步骤七：标记出所有坏数据所在的树支，然后将存在坏数据支路的量测值不再使用，即将存在坏数据的支路作为无测量支路处理；
[0037] 步骤八：根据步骤四获取的连支推算新息矢量和步骤二获取的预报矢量(预报矢量是预报值的一种矢量形式)计算得出每条支路上的修正预估比矢量R；
[0038] 步骤九：判断每条支路上的修正预估比是否偏大或是否接近于零，偏大是指该支路修正预估比比其他正常支路的修正预估比大一至二个数量级，接近于零是指该支路修正预估比比其他正常支路的修正预估比小一至二个数量级；
[0039] 如果所有支路修正预估比既不偏大也不接近于零，则该网络不存在拓扑错误，执行步骤十；
[0040] 如果某支路修正预估比偏大，则该支路存在突然闭合拓扑错误；如果某支路修正预估比接近于零，则该支路存在开断拓扑错误，此时执行步骤九B、改变拓扑错误的支路状态，即从开断状态变为闭合状态或从闭合状态变为开断状态，根据新的拓扑结构重新计算预报值，并计算支路新息值和连支推算新息值，然后执行步骤十；
[0041] 步骤十：排除坏数据和拓扑错误影响后，判断支路中是否有某些支路及其相连支路的连支推算新息值较大，较大是指该支路连支推算新息值大于其他正常支路值一倍及一倍以上(根据具体网络可做适当调整)；
[0042] 如果所有支路连支推算新息值均不大于一倍及一倍以上，则判断此电力网络不存在参数错误；
[0043] 如果某些支路及其相连支路的连支推算新息值较大，则判断该支路存在参数错误，执行步骤十一；
[0044] 步骤十一：标记支路连支推算新息值较大的支路，认为连支推算新息值最大支路存在参数错误，进行参数估计过程。
[0045] 下面对某些概念进行详细说明：
[0046] (一)新息矢量与新息图
[0047] 新息矢量为测量矢量与预报矢量之差。新息矢量的形成如图1所示。根据t时pred刻的状态结果进行节点负荷预报得到当前t+1时刻的节点注入功率的预报值P (t+1)、pred pred
Q (t+1)，再通过状态预估可以得到节点
电压的幅值、相
角x (t+1)以及支路功率的预报值。当得到t+1时刻的测量矢量z(t+1)后，可以得到m维新息矢量v(t+1)，其中m为测量数目：
[0048] v(t+1)＝z(t+1)-h(xpred(t+1)) (1)
[0049] 式中h(xpred(t+1))则是对应t+1时刻z(t+1)的预报矢量。上述是获取新息矢量的一种途径，此时新息矢量元素是以个体形式出现的，相互之间没有联系。
[0050] 新息图中新息量之间遵循克希荷夫第一、第二定律。因而可通过计算得到连支推算新息，这提供了获取新息矢量元素的又一途径。
[0051] 通过上述两种不同的途径获得的两种新息，它们具有一致性，这是新息图法检测和辨识拓扑错误、坏数据等不正常事件的基础。当假设不存在拓扑变化、坏数据和网络参数错误等不正常事件时，新息与连支推算新息均为零。
[0052] 以上新息图模型均以直流潮流模型为基础。
[0053] 交流潮流模型的支路采用π型等效电路模型，如图2所示。其中，zjk为线路等效电抗，yjd0和ykd0为线路接地电容， 为代表线路开断状态的等效电势源。如果该支路断开时，根据置换定理，电势源等于开路电压；否则电势源为0。
[0054] 线路j侧等效支路电流为：
[0055]
[0056] 式中，为节点j的节点电压矢量， 和 的意义参见图2。
[0057] 交流潮流模型中，实际运行网络仍然是新息矢量，测量矢量和预报矢量的载体。
[0058] 交流潮流模型的运行网络、预报网络和新息网络分别用图3、图4和图5表示。其中支路j-k为图2所示支路，并忽略接地电容的影响。运行网络电势源 为量测值，预报网络电势源 为预报值。则新息网络电势源为
[0059] 在交流潮流模型下，新息矢量计算公式为：
[0060]
[0061] 式中，为基于PMU数据的量测电流矢量， 为相应的预报矢量。
[0062] 由于运行网络、预报网络和新息网络具有相同的网络拓扑和结构参数，根据
叠加原理，预报网络与新息网络中同一支路电流的和即为运行网络中该支路的电流。
[0063] 如果运行网络中不存在坏数据，上述建模原则使得图5中的新息矢量满足克希霍夫定律。如果有在网络的部分节点配置PMU，则一些无测量支路的电流新息矢量可以通过回路电流法计算出来。通过恰当选择树支和连支(连支位于PMU直接测量支路)，树支电流新息值即可由连支推算出来，即为连支推算新息矢量：
[0064]
[0065] 式中， 为电流连支推算新息矢量， 为连支电流新息值，C为支路-回路关联矩阵。此时忽略支路对地电流新息，因为节点电压接近单位标幺值，支路对地电流新息值很小。
[0066] 新息图法利用新息差矢量识别坏数据，新息差矢量可表示为：
[0067]
[0068] 式中， 为新息差矢量， 为测量值与预报值之差的新息值， 为利用公式(4)计算得到的连支推算新息。
[0069] (二)网络参数错误辨识
[0070] 新息图法建模原则是：新息网络、预报预估网络和运行网络的支路参数是相同的，即在建立新息图时不考虑网络参数错误。
[0071] 在研究参数估计问题时，只研究运行(闭合)支路的参数错误辨识问题，运行支路的电势源 当考虑支路参数错误时，运行网络中任意支路j-k参数表示为：
[0072]
[0073] 式中， 为实际运行支路j-k的参数值，该值是正确的但未知，zjk为在数据库中存放的可能含有错误的支路j-k的参数值，Δzjk表示支路j-k的参数偏差。对任意运行的支路j-k进行参数估计时，采用一般支路模型如图6所示：
[0074]
[0075] 式中，zjk是可能有错误的支路参数， 反映了参数偏差Δzjk带来的影响，若zjk的数值在数据库中是正确的，实际测量运行情况与其相同，所以实际运行网中 反之，则
[0076] 把参数错误转换为电势源使得运行网络和预报网络的支路参数一致，可根据叠加原理建立新息网络。由于预报网采用的参数是zjk，在预报网中电势源 为零。所以在新息图中，反映参数错误的电势源和运行网的电势源相同。
[0077] 在新息网络中，在没有拓扑变化，节点预报值准确的情况下，如果没有参数错误，反映参数错误的电势源 新息网是无源网，反之， 新息网是有源网，这样参数错误辨识问题转化为不为零的电势源识别问题，识别出不为零的电势源，即识别出参数错误。
[0078] 因此可以得到辨识网络参数错误的判据：在系统中排除了拓扑变化和坏数据等不正常事件的影响后，仍然有不为零的新息出现，则说明存在网络参数错误；根据某支路及与该支路相连的支路的新息值比较大的特点识别网络参数错误的
位置。
[0079] 根据PMU实际配置情况，某些支路可能无新息值，但在无坏数据的情况下，可用连支推算新息进行替代。
[0080] (三)新息图法参数估计原理
[0081] 在辨识出网络参数错误的基础上，需要进一步对错误的网络参数提供一个正确的估计值。采用交流潮流模型时，对于存在网络参数错误的支路有：
[0082]
[0083] 式中，为支路电流矢量，zjk为支路可能有误的阻抗， 为支路两端电压差， 为反映网络参数错误的电势源。
[0084] 新息网络中，可以得到：
[0085]
[0086] (9)
[0087]
[0088] 式中， 为支路j-k两端电压差的新息值， 为支路j-k的电流新息值。
[0089] 在新息网络图中的任意
选定回路中，根据排除了坏数据和拓扑错误后的连支推算新息矢量，利用克希荷夫第二定律可以计算出回路中电势源的代数和。
[0090]
[0091] 式中，l为包含在回路S中的支路，zl， 分别为支路l的阻抗、连支推算新息矢量元素值、支路l存在参数错误产生的电势源。
[0092] 假设系统回路S中只有一条支路存在阻抗参数错误时，有
[0093]
[0094] 又由式(7)可计算出该支路的参数偏差Δzjk为：
[0095]
[0096] 式中，为支路j-k的电流量测值，并根据式(6)即可计算出该支路线路参数估计值。
[0097] 根据PMU实际配置情况，某些支路可能无新息值，但在无坏数据的情况下，新息可用连支推算新息进行替代。
[0098] 具体实施方式二：本实施方式区别于实施方式一之处在于，步骤三中的有量测支路的电流新息值按如下公式获取：
[0099]
[0100] 其中，为基于PMU数据的量测电流矢量， 为相应的预报矢量。
[0101] 具体实施方式三：本实施方式区别于实施方式一之处在于，步骤四中的连支推算新息矢量按如下公式获取：
[0102]
[0103] 其中， 为电流连支推算新息矢量， 为b-n+1条连支电流新息值，C为b×(b-n+1)支路-回路关联矩阵，参数C为图论中的相关概念。
[0104] 具体实施方式四：本实施方式区别于实施方式一之处在于，步骤五中的新息差矢量按如下公式获取：
[0105]
[0106] 其中， 为新息差矢量， 为测量值与预报值之差的新息值， 为计算得到的连支推算新息。
[0107] 具体实施方式五：本实施方式区别于实施方式一之处在于，步骤八中的某一支路j-k修正预估比按如下公式获取：
[0108]
[0109] 其中，Rjk为此支路修正预估比， 为此支路的连支推算新息， 为此支路的电流预报值。
[0110] 具体实施方式六：本实施方式区别于实施方式一之处在于，步骤十一中参数估计过程如下：
[0111] 判断出存在参数错误支路后，利用克希荷夫第二定律可以计算出存在参数错误的回路中电势源的代数和，公式如下：
[0112]
[0113] 其中，l为包含在回路S中的支路，zl， 分别为支路l的阻抗、连支推算新息矢量元素值、支路l存在参数错误产生的电势源；
[0114] 在假设系统回路S中只有一条支路存在电抗参数错误时，有：
[0115]
[0116] 其中，zjk是可能有错误的支路参数， 为支路j-k的电流连支推算值， 反映了参数偏差Δzjk带来的影响，由公式 可计算得到Δzjk，为电流测量值。
[0117] 根据公式 即可计算该支路的支路参数估计值，其中， 为实际运行支路j-k的参数值，该值是正确的但未知，zjk为在数据库中存放的可能含有错误的支路j-k的参数值，Δzjk表示支路j-k的参数偏差。
[0118] 具体实施方式七：下面举一个具体的实例来说明本发明的实验效果[0119] 根据上述理论，以如图2所示的IEEE-5节点系统为例来说明利用新息图进行参数估计的方法。
[0120] 假设在母线2和母线3上安装PMU装置，支路3-4存在坏数据、网络拓扑结构错误和支路1-2阻抗参数存在10％误差时的计算结果如表1所示。
[0121] 支路3-4的新息差元素值很大，可以断定该支路存在坏数据；根据支路3-4接近于零的修正预估比和较大的连支推算新息值，可断定该支路发生突然断开拓扑错误。
[0122] 表1拓扑错误位于支路2-4、坏数据树支2-4及电抗参数错误位于支路2-3的初始计算结果
[0123]
[0124]
[0125] 排除拓 扑错 误和坏 数据 后，包含 支路2-3的 回路 新息电 压差 为0.003581-j0.005595，可得此时支路2-3阻抗参数的估计值为0.059955+j0.179944，
电阻和电抗的估计误差百分比为0.025％和0.020％。
[0126] 由上述分析可以看出，当坏数据、网络拓扑错误和网络参数错误同时发生时，本发明的方法仍然有效。
