配电网状态估计算法综述

第20卷第2期宁波工程学院学报Vol.20No.2 2008年6月JOURNAL OF N I N G BO UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY June.2008

配电网状态估计算法综述

许琼,白云,安静宇

(西安科技大学电控学院,陕西西安710054)

摘要:文章介绍了配电网状态估计的含义及其研究价值,对其经典算法进行分类并分析,总结了配电网状态估计的研究近况,指出了研究的方向。

关键词:配电网;状态估计;综述

中图分类号:T M744文献标识码:A文章编号:1008-7109(2008)02-0038-03

1引言

近年来,随着社会经济的高速发展和用电负荷的迅猛增长,使得人们对配电网的供电质量和可靠性提出了更高的要求,但是我国的配电网长期存在结构不合理、设备陈旧、带病运行、容量不足、电能质量不够理想、损耗大的现象,制约着经济的持续稳定增长,随着我国电网的快速发展,配电网的安全可靠性直接影响大电网的运行和经济效益,作为一项重要研究课题被广泛关注。

2配电网状态估计含义及研究意义

状态估计是在获知全网的网络结构条件下,结合从馈线FT U和母线RT U得到的实时功率和电压信息,补充对不同类型用户观测统计出的负荷曲线和负荷预测数据以及抄表数据,运用新型的数学和计算机手段,在线估计配电网用户实时负荷,由此可以获得全网各部分的实时运行状态和参数,为配电系统高级应用软件提供可靠的实时数据信息。

目前,在大部分高压输电网中已经成功应用了状态估计,但是在中低压城乡配电网中的应用还处于起步阶段,传统的供电方式和技术及管理手段已经无法满足现代配电网的要求,为了提高供电的经济、安全和可靠性,广泛开展配电自动化(DA)项目,建设配电管理系统(DMS),其中,作为配电管理系统主要数据来源的SCADA(负荷监控和数据采集系统)快速发展为配电网状态估计的开展提供了数据保证[1]。配电网作为直接面向用户的基础用电设施,监测其运行的安全、可靠的状态估计具有重要研究意义:

(1)能够提高配电网数据的能观度,在线估计配电网用户实时负荷,为配电系统的安全经济运行提供更加全面和丰富的实时数据。

(2)有助于掌握各个负荷的用电规律,进行负荷特性分析、负荷预测、用电情况分析和理论线损分析等,以便进一步提高供电管理水平和服务质量。

(3)为实施需求侧负荷管理提供参考依据,在故障状态或电力供应紧张的情况下,采取科学的负荷控制措施,缓解电力供需矛盾,最大限度地满足用户的用电需求。

(4)能够反映各个用户最大瞬时功率及其出现的时间,为配电网和电力设施扩容和扩展规划提供决策支持。

收稿日期:2008-02-28

作者简介:许琼,女,西安科技大学电控学院。

许琼,等:配电网状态估计算法综述

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(5)可以根据少量量测信息补充历史数据得出更多的状态参数,降低整个数据量测、传送、处理系统的投资;有助于对各种量测配置方案进行对比,用以改进现有的远动系统或规划未来的远动系统,使软件与硬件联合以发挥更大的效益。

(6)有助于删除或改正不良数据,提高数据系统的可靠性。

3配电网状态估计的分类

电力系统状态估计问题的研究已有几十年的历史,取得丰硕的研究和应用成果,但是这些状态估计方法主要是针对调度自动化系统的输电网[2],直到从九十年代中期随着配电SCADA系统的不断发展,人们开始针对配电网的特点研究状态估计方法。

配电网作为电力网中直接与用户相连的网络,不同于输电网,一般为辐射或弱环状,支路阻抗比大,分枝多而复杂,量测量严重不足,使得传统的输电网估计方法在配电网中效果不佳,不能简单的照搬输电系统的研究成果,需要研究高效的配电网状态估计算法。

3.1配电网状态估计经典算法的分类

根据状态变量选取不同,可分为三类:

3.1.1以节点电压为状态变量的配电网状态估计:这类算法可以说是广义的潮流计算方法,其典型算法是最小二乘类算法[3]和P Q分解算法[4],通过建立雅可比矩阵求解目标函数。最小二乘法类算法模型简单,抗粗差能力较好,保证了有效性、无偏性、一致性和稳健性,能适应多种类型的网络及量测系统。但是由于雅可比矩阵在每次迭代中都要重新进行计算且不对称,导致计算量大、计算时间长,占用内存多,因而人们做了大量工作,试图改进算法,提高计算效率[5～6]。

3.1.2以支路电流为状态变量的配电网状态估计:这类算法将已知量测量利用量测变换等效为相应的电流量,简化了计算过程,但算法的稳定性和精度受限。Lu,Teng等人[7]利用量测变换把功率、电流幅值和电压幅值量测变换成等效的注入电流量测和支路电流量测,实现雅可比矩阵常数化,但量测变换后的等值支路电流量测在迭代过程中变化较大,实虚部不能解耦,影响了算法的收敛性。Baran和Kellv[8]通过量测变换将各种量测量变换成等值的复电流量测,使得信息矩阵与支路阻抗无关,数值条件好,计算效率高;但要求P、Q量测成对出现并且权系数相同,在实际配电网系统中较难满足,量测变换后等值复电流量测在迭代过程中变化大,影响了算法的收敛性。文献[9]在等效电流量测变换基础上引入旋转变换,使雅可比矩阵和信息矩阵解耦,从而使方程组的实部和虚部严格解耦,分别对电压的实部和虚部进行迭代求解。但是,其雅可比矩阵为导纳矩阵,线路参数对算法效率影响较大。

3.1.3以支路功率为状态变量的配电网状态估计:文献[10]提出了一种基于支路功率量测变换的快速解耦状态估计和不良数据辨识方法,不但保留了传统快速解耦状态估计的优点,而且可以很好地处理大R/X比值和存在单个或多个不良数据等问题。孙宏斌[11]等根据Baran的方法提出了基于支路功率的配电网状态估计方法,该方法以支路功率为状态变量,通过等值量测变换使得信息阵为常数阵,并且有功和无功的迭代方程解耦,计算效率高,估计精度好,量测适应性好并且编程简单;A tish k.Ghosh 等[12]提出了一种利用遥测变量和配电网放射特性的概率配电网电力潮流算法,他提出针对配电网特点,将配电网负荷描绘成β分布曲线,用逐月电费和负荷曲线确定有功功率,以遥测数据为约束迭代计算无功功率,但是未能考虑负荷置信区间的约束且没有对有功功率进行迭代,可能会导致结果不合理。

3.2研究近况

3.2.1针对配电网结构特点,研究适用的网络模型及其特点,优化算法:路金川等根据配电网架特点,提出量测系统配置规则,对预测负荷数据进行合理的调整,使状态估计的结果严格匹配实际量测数据,从而经济准确地监视配电系统的状态。

柳焯等提出新息图理论并应用于配电网状态估计实践中。新息图是新息向量和图论的结合,根据测量向量和预报向量之差的新息向量推得。新息图对于状态估计的识别坏数据和拓扑错误很有价值。

3.2.2新理论、新技术在配电网状态估计的实用性和可行性研究:利用模糊集合理地表示配电网的