CN103729801A - 基于sg-cim模型的配电网状态估计方法 - Google Patents

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陈绍洲
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Abstract

本发明公开了一种基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，该方法包括如下步骤：分析SG-CIM模型中和配电网拓扑结构相关的包、主要的类以及类之间的关系；对主网、配电网以及用户侧拓扑模型进行拼接，获取完整的配电网拓扑模型；获取配电网实时数据信息，并根据状态估计的算法对实时数据进行预处理，满足状态估计的需要；配电网状态估计模型的扩展，使其满足状态估计计算各方面功能的要求，进行状态估计。本发明解决了配电网状态估计的模型问题及数据来源问题，节约了大量的人力和物力。

Description

基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法
 
技术领域
本发明属于电力***信息交互和电网运行领域。具体地说是一种基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法。
背景技术
状态估计是利用电网量测信息的冗余度,结合电网络实时网络结构,采用估计理论,为调度中心提供准确完整的***状态数据。目前在输电***中应用较为成熟。
配电网和输电网相比，其拓扑结构更为复杂，并且存在三相不平衡等因素。目前，配电网实时的监测布点较少，使得状态估计算法应数据冗余度不足而难以进行。通常需要对负荷等物理量设置伪测量，保证状态估计算法正常运行。由于伪测量主要依据历史数据推导估计，精度不如实际测量，降低了结果的可信度。
近年来，配变终端安装了配电台区智能监控终端、智能电表等新型设备，加强了对末端电网的监控。考虑成本因素，相关采集数据主要通过GPRS等无线公网定时送至用电信息采集***。在状态估计中引入配电台区和智能电表信息可以增加数据冗余，提高状态估计的准确度。
配电网中一般都会部署多套自动化***，如：配网自动化***、调度自动化***(EMS)、地理信息***(GIS)、生产管理***(PMS)、营销***、95598***、用电信息采集***等。这些***大多按各自专业建设，软件间的集成难度也不断加大，存在 “信息孤岛”现象。目前这些信息的交互和集成亟须采用一种标准、开放的集成体系架构，来解决各业务应用之间的模型和数据交换问题，为高级应用功能的开发提供标准、开放的平台。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，该方法基于电网公司公共信息模型（State Grid Common Information Model，SG-CIM）和组件接口规范（Component Interface Specification，CIS）解决***间的数据交互问题。通过数据交互总线整合各***的模型数据和量测，增加状态估计算法的数据冗余，同时构建适用于配电网状态估计的SG-CIM信息模型，提高了结果的精确度和适用性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）分析SG-CIM模型中和配电网拓扑结构相关的包、主要的类以及类之间的关系；
2）对主网、配电网以及用户侧拓扑模型进行拼接，获取完整的配电网拓扑模型；
    3）获取配电网实时数据信息，并根据状态估计的算法对实时数据进行预处理，满足状态估计的需要；
    4）配电网状态估计模型的扩展，使其满足状态估计计算各方面功能的要求，进行状态估计。
本发明步骤1）中，涉及了IEC61970/61968的拓扑包(Topology)和核心包(Core)；包括了 5个比较重要的类：拓扑节点类(TopologicalNode)、拓扑岛类(Topologicallsland)、导电设备类(ConductingEquipment)、端点类(Terminal)和连接节点类(ConnectivityNode)；其中，端点类(Terminal)代表导电设备连接到电力***中的电气接口，每一个端点都属于一个具体的导电设备；原则上每一个端点必然连接到一个连接节点上，而每一个连接节点又一定属于一个拓扑节点；类之间的关系主要有继承、关联、聚合。
步骤2）中，对调度自动化***的主网、PMS***的配网以及用电信息采集***中的配电终端进行网络拓扑拼接，构建配电网的全拓扑结构；实现不同***之间的模型对接。
步骤3）中，对调度自动化中的实时量测、配电自动化的实时量测以及用电***中的台区和用户量测进行数据集成，实现实时数据的跨***集成，并根据状态估计的需要进行数据变换。
步骤4）中，创建配电状态估计类DistributionStateEstimaton，此类中定义必要的固有属性，如量测矩阵MeasMatrix、信息矩阵G-Matrix、Jacobian矩阵H-Matrix、权系数矩阵W-Matrix；根据状态估计算法对量测量进行变换，并进行状态估计。
配电网状态估计的主要步骤如下：
(1)配电网络拓扑及电气参数；获取配电网络支路、节点相关信息以及相关的电气参数；
(2)初始化；初始化各节点电压；
(3)量测变换；将各量测量进行等效量测变换；
(4)构造量测向量Z和权系数矩阵W；
(5)形成量测Jacobian矩阵H和信息矩阵G,并进行因子化分解，分别计算修正量；
(6)修正输入量,在已知根节点电压的的基础上,前推各节点电压；
(7)计算得相邻两次迭代电压差的模分量的最大值与收敛标准作比较,符合精度要求退出,否则转(5)继续迭代。
本发明通过电网公司公共信息模型SG-CIM和CIS获取配电网模型信息和量测信息，进行配电网状态估计。利用SG-CIM公共信息模型和组件接口规范，拼接多个***的模型和量测信息，可以提高状态估计的精确度。
与现有技术相比，本发明的将用电采集***信息等非传统量测信息通过SG-CIM模型和CIS交互接口集成到状态估计应用模块。增加了数据冗余，提高了估计精度。同时，本发明填补了SG-CIM公共信息模型在配电网状态估计中的空白，具有很大的现实意义。
本发明解决了配电网状态估计的模型问题及数据来源问题，节约了大量的人力和物力。其优点还有以下几个方面：
1）操作简单方便
SG-CIM公共信息模型是国家电网公司提出的一个标准，基于IEC61970/61968协议，通过CIS可以实现不同***间的信息交互，减少了由于模型不匹配而出现的开发点对点模型转换的投资。
2）可扩展性强
SG-CIM模型具有很强的扩展，可以根据不同的业务应用需要进行功能扩展，适应不同场景和功能的需要。
附图说明
图1本发明中配电网拓扑模型图。
图2本发明中配电网状态估计SG-CIM模型扩展图。
图3本发明中基于SG-CIM状态估计流程图。
具体实施方式
一种基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，该方法包括如下步骤：
1）分析SG-CIM模型中和配电网拓扑结构相关的包、主要的类以及类之间的关系。
配电网络的拓扑模型是网络分析应用的基础，配电设备的连接关系通过端点（Terminal）和节点（ConnectivityNode）的关系进行描述。拓扑分析具有2个基本模型，即Switch/ Node模型和Bus/ Branch 模型。Switch/Node 模型是基于ConnectivityNode的开关/节点模型。Bus/ Branch 模型是基于拓扑节点类( TopologicalNode)的节点/支路模型。拓扑分析需要建立连接节点与拓扑节点、拓扑节点与拓扑岛之间的聚集关系。SG-CIM在电网包中电网拓扑二级域中定义了电气拓扑模型以及涉及的类，如图1所示。
主要涉及了IEC61970/61968的拓扑包(Topology)和核心包(Core)。包括了 5个比较重要的类：拓扑节点类(TopologicalNode)、拓扑岛类(Topologicallsland)、导电设备类(ConductingEquipment)、端点类(Terminal)和连接节点类(ConnectivityNode)。其中，端点类(Terminal)代表导电设备连接到电力***中的电气接口，每一个端点都属于一个具体的导电设备。原则上每一个端点必然连接到一个连接节点上，而每一个连接节点又一定属于一个拓扑节点。
2）对主网、配电网以及用户侧拓扑模型进行拼接，获取完整的配电网拓扑模型。，如图2所示。
对调度自动化***的主网、PMS***的配网以及用电信息采集***中的配电终端进行网络拓扑拼接。在主网变电站出线开关处和配电网进行拼接，在配电终端和终端台变以及用户进行模型拼接，获取配电网全拓扑结构，实现不同***之间的模型对接，为后续分析奠定基础。
3）获取配电网全拓扑结构模型中各设备的电气参数，并根据拓扑连接，形成导纳矩阵。
对调度自动化中的实时量测、配电自动化的实时量测以及用电***中的台区和用户量测进行数据集成，实现实时数据的跨***集成，并根据状态估计的需要进行数据变换。
通过组件交互规范CIS中GDA获取SG-CIM配电网模型中的电气参数。主要包括电力线路、变压器等的电气信息，并根据网络拓扑形成导纳矩阵。
获取配电网实时数据信息，并根据状态估计的算法对实时数据进行预处理，满足状态估计的需要。
实时数据信息主要包括线路变压器的电压、电流、有功功率、无功功率以及终端负荷。主要来自不同量测***。如：配电台区和用户信息来自用户信息采集***量测，馈线量测来自配电自动化***等。通过CIS中的HSDA在SG-CIM模型中获取。
4）配电网状态估计模型的扩展，使其满足状态估计计算各方面功能的要求。
创建配电状态估计类DistributionStateEstimaton，此类中定义必要的固有属性，如量测矩阵MeasMatrix、信息矩阵G-Matrix、Jacobian矩阵H-Matrix、权系数矩阵W-Matrix等。
在SG-CIM模型基础上扩展量测信息类Measlnfo、支路信息类Branchlnfo和节点信息类Nodelnfo，这三个扩展类与配电状态估计类DistributionStateEstimaton构成简单关联关系。
根据选定的算法，进行状态估计，获取结果。配电网状态估计的主要步骤，如图3所示。
(1)配电网络拓扑及电气参数。获取配电网络支路、节点等相关信息以及相关的电气参数。
(2)初始化。初始化各节点电压。
(3)量测变换。将各量测量进行等效量测变换。
(4)构造量测向量Z和权系数矩阵W。
(5)形成量测Jacobian矩阵H和信息矩阵G,并进行因子化分解，分别计算修正量。
(6)修正输入量,在已知根节点电压的的基础上,前推各节点电压。
(7)计算得相邻两次迭代电压差的模分量的最大值与收敛标准作比较,符合精度要求退出,否则转(5)继续迭代。

Claims (6)

1.一种基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）分析SG-CIM模型中和配电网拓扑结构相关的包、主要的类以及类之间的关系；
2）对主网、配电网以及用户侧拓扑模型进行拼接，获取完整的配电网拓扑模型；
       3）获取配电网实时数据信息，并根据状态估计的算法对实时数据进行预处理，满足状态估计的需要；
       4）配电网状态估计模型的扩展，使其满足状态估计计算各方面功能的要求，进行状态估计。
2.根据权利要求1所述的基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于：步骤1）中，涉及了IEC61970/61968的拓扑包和核心包；包括了 5个重要的类：拓扑节点类、拓扑岛类、导电设备类、端点类和连接节点类；其中，端点类代表导电设备连接到电力***中的电气接口，每一个端点都属于一个具体的导电设备；原则上每一个端点必然连接到一个连接节点上，而每一个连接节点又一定属于一个拓扑节点；类之间的关系主要有继承、关联、聚合。
3.根据权利要求1所述的基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于：步骤2）中，对调度自动化***的主网、PMS***的配网以及用电信息采集***中的配电终端进行网络拓扑拼接，构建配电网的全拓扑结构；实现不同***之间的模型对接。
4.根据权利要求1所述的基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于：步骤3）中，对调度自动化中的实时量测、配电自动化的实时量测以及用电***中的台区和用户量测进行数据集成，实现实时数据的跨***集成，并根据状态估计的需要进行数据变换。
5.根据权利要求1所述的基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于：步骤4）中，创建配电状态估计类DistributionStateEstimaton，此类中定义必要的固有属性，如量测矩阵MeasMatrix、信息矩阵G-Matrix、Jacobian矩阵H-Matrix、权系数矩阵W-Matrix；根据状态估计算法对量测量进行变换，并进行状态估计。
6.根据权利要求1所述的基于SG-CIM模型的配电网状态估计方法，其特征在于：步骤4）中，配电网状态估计的主要步骤如下：
(1)配电网络拓扑及电气参数；获取配电网络支路、节点相关信息以及相关的电气参数；
(2)初始化；初始化各节点电压；
(3)量测变换；将各量测量进行等效量测变换；
(4)构造量测向量Z和权系数矩阵W；
(5)形成量测Jacobian矩阵H和信息矩阵G,并进行因子化分解，分别计算修正量；
(6)修正输入量,在已知根节点电压的的基础上,前推各节点电压；
(7)计算得相邻两次迭代电压差的模分量的最大值与收敛标准作比较,符合精度要求退出,否则转(5)继续迭代。
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